12-鄧希樂-基于EcR-USP受體的新型取代吡唑酰胺衍生物的設(shè)計、合成及生物活性研究

報告人：鄧希樂

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)2016年07月鄭州基于EcR/USP復(fù)合物結(jié)構(gòu)的新型取代吡唑酰胺衍生物的設(shè)計、合成及生物活性研究中國化工學(xué)會農(nóng)藥專業(yè)委員會第十七屆年會1

研究工作研究背景124設(shè)計思想3內(nèi)容

結(jié)論21.研究背景農(nóng)藥的作用：防治病蟲草害,保護(hù)農(nóng)作物生產(chǎn),保障人類健康

挽回20~50%損失3農(nóng)藥的負(fù)面作用:3R問題新型高效安全4趨勢優(yōu)勢：高效、低毒、具有高選擇性和特異作用、對環(huán)境相對安全昆蟲生長調(diào)節(jié)劑(IGRs)保幼激素及其類似物幾丁質(zhì)合成抑制劑蛻皮激素及其類似物結(jié)構(gòu)新穎的IGRsRiddiford,L.M,etal.Proc.natl.Acad.Sci.

U.S.A.1967,57,595–601.Arzone,A.Int.PestContr.1997,39,44-45.‘21世紀(jì)的理想農(nóng)藥’5釋放蛻皮激素蛻皮激素受體(EcR/USP)控制昆蟲發(fā)育、蛻皮及繁殖等過程MH是一類潛力IGRs作用蝗蟲麗蠅粘蟲粘蟲蛻皮激素(MoltingHormone)棉鈴蟲棉鈴蟲玉米螟蚊幼蟲6(1)天然甾族化合物和(2)雙酰肼化合物天然蛻皮激素和商品化雙酰肼藥劑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難于合成，難以通過表皮進(jìn)入昆蟲體內(nèi)結(jié)構(gòu)簡單，同樣表現(xiàn)出蛻皮激素活性表皮褶皺，雙層頭殼7雙酰肼類蛻皮激素類似物的研究進(jìn)展雙酰肼蛻皮激素類似物研究進(jìn)展

結(jié)構(gòu)改造集中在苯環(huán)，酰肼橋鍵區(qū)域8能否發(fā)現(xiàn)非酰肼結(jié)構(gòu)的高活性新型蛻皮激素類似物？抗藥性殺蟲譜窄骨架單一速效性差問題突破9非甾族和非酰肼類的蛻皮激素類似物雙酰肼蛻皮激素類似物研究進(jìn)展非酰肼蛻皮激素類似物非酰肼采用隨機(jī)篩選的手段發(fā)現(xiàn)非酰肼結(jié)構(gòu)蛻皮激素受體具有柔性Dinan,etal.CMLS,2001,58(2):321~342.Birru,etal.BioorgMedChem,2010,18(15):5647~5660Hormannetal.2004,US20040171651A1.Palli,etal.Arch.

Insect

Biochem.

Physiol.

2005,58(4):234~242.Mikitani.

BiochemBiophrescommun,1996,227(2):427~432.Tice,etal.BioorgMedChemLett,2003,13(3):475~478.Tice,etal.BioorgMedChemLett,2003,13(11):1883~1886.Dinan,etal.CellMolLifeSci,2001,58(2):321~342.10部分已經(jīng)報道的配體與EcR/USP晶體復(fù)合物蛻皮激素受體EcR/USP的研究進(jìn)展煙芽夜蛾P(guān)onABYIO6830半翅目粉虱PonA赤擬谷盜PonA煙芽夜蛾20EBillas,etal.Nature,2003,426(6962):91~96;Carmichael,etal.JBiolChem,2005,280(23):22258~22269.

Thomas,etal.EMBOJ,2007,26(16):3770~3782;Browning,etal.JBiolChem,2007,282(45):32924~32934.為基于EcR/USP設(shè)計新型IGRs先導(dǎo)化合物提供指導(dǎo)11基于受體的虛擬篩選

陰斌，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士論文，2011

本課題組前期研究工作--虛擬篩選BYIO6830活性構(gòu)象受體藥效團(tuán)模型

Maybridge66,5936,200候選化合物配體模型3312候選化合物受體模型300候選化合物210候選化合物9候選化合物分子對接人工篩選聚類分析SurflexGold

1R20煙芽夜蛾

(heliothisvirescens)虛擬篩選配體藥效團(tuán)模型12虛擬篩選先導(dǎo)化合物及其優(yōu)化

陰斌，碩士論文，2011

本課題組前期研究工作--虛擬篩選小菜蛾中毒癥狀Y系列雙酰肼CK含有吡唑環(huán)的VS008是一類潛在IGRs先導(dǎo)13吡唑類殺蟲、殺螨劑商品化試劑吡唑類殺蟲、殺螨劑商品化試劑以吡唑類化合物為先導(dǎo)可開發(fā)出高活性分子14黃色：藍(lán)色：VS008與EcR形成氫鍵作用VS008與EcR具有較好結(jié)合作用能否以VS008作為先導(dǎo)化合物，研究與EcR相互作用關(guān)系，發(fā)現(xiàn)高活性的非雙酰肼類蛻皮激素類似物？152.設(shè)計思想研究方案16EcR增強(qiáng)疏水作用修飾吡唑環(huán)目標(biāo)化合物設(shè)計策略圖173.研究工作3.1第I系列化合物設(shè)計、合成、生物活性及分子模擬3.1.1化合物設(shè)計去除亞甲基，研究N取代苯環(huán)取代基效應(yīng)R1=-CH3，-OCH3，-C2H5，-OC2H5，-CH(CH3)2,-C(CH3)3(給電子基）R1=-F，-NO2，-CN，(吸電子基）R1=-Cl(中性原子）18第I系列化合物合成路線3.1.2合成路線采用Claisen酯縮合，Knorr吡唑合成法等反應(yīng)合成了32個I系列化合物19致死率(%)化合物R1東方粘蟲a棉鈴蟲a玉米螟a蚊幼蟲bI-01-CH316.7151016.7I-04-OCH3001030I-07-C2H536.7252516.7I-10-OC2H520203565I-13-CH(CH3)210201520I-16-C(CH3)33560450I-19-F23.3102030I-22-Cl23.3102030I-25-NO213.30040I-28-CN15204570VS0081052030蟲酰肼100100100100R1為2位取代目標(biāo)化合物I的殺蟲活性

a:600mg/Lb:5mg/L3.1.3I系列化合物的生物活性初篩2位叔丁基取代時活性最好20R1為3位取代目標(biāo)化合物I(含I-31)的殺蟲活性

致死率(%)化合物R1東方粘蟲a棉鈴蟲a玉米螟a蚊幼蟲bI-02-CH313.30020I-05-OCH310010010030I-08-C2H5020536.7I-11-OC2H51001025I-14-CH(CH3)210201520I-17-C(CH3)330155520I-20-F20208020I-23-Cl43.3353030I-26-NO220252016.7I-29-CN5403040I-3150455045VS0081052030蟲酰肼100100100100a:600mg/Lb:5mg/L

I-313位甲氧基取代時活性最好21

致死率(%)化合物R1東方粘蟲a棉鈴蟲a玉米螟a蚊幼蟲bI-03-CH310151533.3I-06-OCH340252016.7I-09-C2H523.3303533.3I-10-OC2H51002550I-13-CH(CH3)2030530I-16-C(CH3)383.3857530I-19-F0151050I-22-Cl26.7355033.3I-25-NO230151513.3I-28-CN25603515I-32H26.7302530VS0081052030蟲酰肼100100100100

R1為4位取代目標(biāo)化合物的殺蟲活性

a:600mg/Lb:5mg/L4位叔丁基取代時活性最好22化合物致死率(%)濃度(mg/L)600200100I-0510010070蟲酰肼100100100

I-05和蟲酰肼在降低濃度下對東方粘蟲的殺蟲活性化合物致死率(%)濃度(mg/L)200100502551I-0510072.261.158.330.619.4I-1877.863.958.352.836.125.0蟲酰肼94.486.180.672.261.133.3

I-05、I-18和蟲酰肼在降低濃度下對棉鈴蟲的殺蟲活性高活性化合物在低濃度具有一定的活性，但不如對照藥劑23I-05,I-18

和蟲酰肼處理試蟲的中毒癥狀（96h）3.1.4中毒癥狀觀測表皮褶皺頭殼脫離后腸脫出I-05，I-18可能作用于EcR受體24

(a)I-05,(b)蟲酰肼

與(c)I-18的分子對接圖編號MMGBSA（結(jié)合自由能kJ/mol）I-05

(3-OCH3)-54.18抑食肼-58.32I-18(4-C(CH3)3)-71.35蟲酰肼-69.46

I-05，I-18和雙酰肼的平均結(jié)合自由能值3.1.5分子模擬I-05，I-18對EcR受體可能具有一定的親和能力25(1)大部分化合物活性優(yōu)于VS008，但不及對照藥劑蟲酰肼。(2)去除亞甲基對活性影響不大。第I系列小結(jié)(3)N取代苯環(huán)給電子基團(tuán)3-OCH3和4-C(CH3)3引入對活性有利。

I系列高活性化合物I-05I-18Xi-LeDeng,etal.,Chin.Chem.Lett.,2016,27(2),251-255.263.2第II系列化合物設(shè)計、合成、生物活性及分子模擬3.2.1化合物設(shè)計R2=-CH3,-C2H5,-CH2CH2CH3,-CH(CH3)2,-C(CH3)3(烷基),(4-Cl)C6H5-(芳基）R1=3-OCH3，4-C(CH3)3，(優(yōu)勢取代基）X=-H,-Cl(鹵素原子）R2=-Br,-Cl，-CF3(鹵素原子）修飾吡唑環(huán)，研究吡唑環(huán)取代基效應(yīng)273.2.2合成路線第II系列化合物合成路線（II-01~02

化合物）第II系列化合物合成路線（II-03~04

化合物）28第II系列化合物合成路線（II-05~06化合物）第II系列化合物合成路線（II-07~28化合物）29

圖102位取代目標(biāo)物的生物活性測試(東方粘蟲,棉鈴蟲,玉米螟:600ppm;蚊幼蟲:5ppm)

R1=3-OCH3

目標(biāo)化合物II的殺蟲活性

編號R1R2X致死率(%)東方粘蟲a棉鈴蟲a玉米螟a蚊幼蟲bII-013-OCH3-Cl-H100100100100II-033-OCH3-Br-H10050605II-053-OCH3-CF3-H50354510II-073-OCH3-CH3-H15657040II-083-OCH3-C2H5-H45657030II-093-OCH3-(CH2)2CH3-H70404520II-103-OCH3-CH(CH3)2-H50354025II-113-OCH3-(4-Cl)C6H5--Cl100356015II-123-OCH3-CH3-Cl30456560II-133-OCH3-C2H5-Cl5010010040II-143-OCH3-(CH2)2CH3-Cl3010010055II-153-OCH3-CH(CH3)2-Cl70253515II-163-OCH3-C(CH3)3-Cl100152015II-173-OCH3(4-Cl)C6H5--Cl253560100a:600mg/Lb:5mg/L3.2.3II系列化合物的生物活性初篩30

R1=4-(CH3)3目標(biāo)化合物II的殺蟲活性

編號R1R2X致死率(%)東方粘蟲a棉鈴蟲a玉米螟a蚊幼蟲bII-024-(CH3)3-Cl-H10010010065II-044-(CH3)3-Br-H204055100II-064-(CH3)3-CF3-H100253545II-184-(CH3)3-CH3-H30607065II-194-(CH3)3-C2H5-H2045555II-204-(CH3)3-(CH2)2CH3-H15506525II-214-(CH3)3-CH(CH3)2-H50304515II-224-(CH3)3(4-Cl)C6H5--Cl50506020II-234-(CH3)3-CH3-Cl100100100100II-244-(CH3)3-C2H5-Cl353045

25II-254-(CH3)3-(CH2)2CH3-Cl100102010II-264-(CH3)3-CH(CH3)2-Cl60304020II-274-(CH3)3-C(CH3)3-Cl100758020II-284-(CH3)3(4-Cl)C6H5--Cl40455513.3蟲酰肼100100100100a:600mg/Lb:5mg/L31化合物R1R2X致死率(%)濃度(mg/L)6002001005010II-013-OCH3-Cl-H10010010060

II-024-(CH3)3-Cl-H10010010010060II-033-OCH3-Br-H10020

II-06H-H-H10020

II-113-OCH3(4-Cl)C6H5--Cl10010010040

II-163-OCH3-C(CH3)3-Cl10020

II-234-(CH3)3-CH3-Cl10010010010060II-254-(CH3)3-(CH2)2CH3-Cl10040

II-274-(CH3)3-C(CH3)3-Cl10060

蟲酰肼10010010010060

II系列高活性化合物低濃度對東方粘蟲的殺蟲活性

32

（a）II-02

(b)II-23與(c)蟲酰肼

的分子對接圖(a)(b)(c)3.2.4分子模擬編號MMGBSA（結(jié)合自由能kJ/mol）II-02

(R1=4-C(CH3)3,X=-H,R=-Cl)-40.15II-23

(R1=4-C(CH3)3,X=-Cl,R2=-CH3)-64.80抑食肼-58.32蟲酰肼-69.66

II-02，II-23和雙酰肼化合物的平均結(jié)合自由能值II-23對EcR受體可能具有較強(qiáng)的親和能力33(a)(b)

(a)I-05,I-18(b)II-23與蟲酰肼

在活性腔中分子疊合圖疏水性作用對活性有著至關(guān)重要的影響I-05：藍(lán)色I(xiàn)-18：粉紅色蟲酰肼：土黃色I(xiàn)I-23：紅色蟲酰肼：土黃色34(1)第II系列化合物生物活性普遍優(yōu)于第I系列。(2)吡唑環(huán)上取代基效應(yīng)(位阻作用）和疏水性作用對活性至關(guān)重要。第II系列小結(jié)II系列高活性化合物II-02II-23Xi-LeDeng,etal.,Chin.Chem.Lett.,2016,27(4),566-570.353.3第III系列化合物設(shè)計、合成、生物活性及分子模擬3.3.1化合物設(shè)計R2=-H,-C2H5(位阻效應(yīng)）R1=3-OCH3，4-C(CH3)3(優(yōu)勢取代基）n=1,2,3,(疏水作用）并環(huán)，減小空間位阻，增強(qiáng)疏水性作用36第III系列化合物合成路線3.3.2合成路線采用Claisen酯縮合，Knorr吡唑合成法等反應(yīng)成8個III系列目標(biāo)化合物37化合物致死率(%)粘蟲a棉鈴蟲a玉米螟a小菜蛾a蚊幼蟲bIII-016545555390III-0210010010086100III-0315305594100III-0410010010010090III-05100100100100100III-0610010010010030III-072520305060III-08100100100100100蟲酰肼100100100100100

目標(biāo)化合物III

系列的殺蟲活性

a:600mg/Lb:5mg/L3.3.3III系列化合物的生物活性初篩引入并環(huán)結(jié)構(gòu)，殺蟲活性有所提高38化合物致死率(%)濃度(mg/L)600200100501052.51III-02100100100