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非核苷类HIV逆转录酶抑制剂6-萘甲基取代HEPT及DABO类似物的分子设计、合成及生物活性研究

何严萍  
【摘要】:在抗 HIV 感染治疗药物中,非核苷类逆转录酶抑制剂(NNRTIs)因其高效、 低毒、高选择性等特点而倍受关注。随着分子模型、计算机辅助药物设计、X- 晶体衍射等技术的进步,NNRTIs 得到了迅速发展,至今已报道了 30 多类 NNRTIs,1-[(2-羟乙氧基)甲基]-6-(苯硫基)胸腺嘧啶(HEPT)和二氢烷氧苄基嘧 啶酮(DABO)衍生物为其中较为典型的两类。 本课题组在 NNRTIs 的研发工作中,基于 Hopkin 的理论假设和 3D-QSAR 研究,成功设计并合成了一系列 6-萘甲基取代 HEPT 类衍生物,其中一些化合物 显示出较好的抗 HIV-1 活性,使该系列衍生物的开发成为一个颇具特色的方向, 具有深入研究的价值。本文基于分子对接(Molecular docking)后的活性构象, 采用比较分子相似因子分析(CoMSIA)对该系列化合物进行定量构效关系研究, 结果表明 HEPT 的 N1-取代基处于一个体积较大的疏水腔穴,其间显示静电、立 体、疏水等丰富的构效关系信息,留有较大的改造余地。故本论文以 CoMSIA 模型为指导,对该类衍生物的 N1-位进行结构修饰:1)在 N1-侧链 β 位引入羰基, 其一,增加电子云密度以适应 CoMSIA 模型中该位置电负性有利区域的要求, 其二,羰基是为较强氢键受体,可加强与附近氨基酸残基 Tyr318 侧链酚羟基间 的氢键作用。2)在 N1-侧链末端引入各取代芳环,以充分填充该结合口袋,通过 配体与酶之间的空间及电性互补作用实现配体对酶的特异性抑制作用。3)由于 一些 N1-位为疏水链状结构的 HEPT 类似物也具有较好的生物活性(如 MKC-442),所以我们也尝试在 N1-侧链末端引入烷氧基,增强化合物的亲脂性。 基于以上分析,综合考虑构型 Kieev 等提出的 1,6-“cis-”式构型的影响因素, 结合 C5- 位取代基的变化设计了一系列 1-(取代苯基或烷氧基-羰基甲基)-5-烷基 (或烷氧基)-6-(萘甲基)尿嘧啶衍生物以期找到高效低毒的 HIV-1 RT 抑制剂。 DABOs 因其在结构上与 HEPTs 的相似性,在构效关系也显示了许多共同之 处,大量的分子模拟和基于分子对接的复合物模型研究表明在 HIV-1RT 的 NNBP 内,S-DABO 的 C2-侧链与 HEPTs 的 N1-侧链占据了相同的结合区域,所以我们 把 HEPT 构效关系的推导引入 DABO 类 HIV-1 RT 抑制剂的设计中,对其 C2-侧 链进行修饰,并采用 Autodock 程序将目标分子与 MKC-442/HIV-1 RT 复合物 中 HIV-1 RT 活性腔进行对接,考察目标分子设计上的合理性,从而构建了一系 列 2-(取代苯基或烷氧基-羰基甲基硫基)-5-烷基-6-(1-萘甲基)尿嘧啶衍生物。 目标化合物合成采用 Pedersen 路线,将氯甲基萘与氰化钠反应制备萘乙氰, WP=8 复旦大学理学博士论文 摘 要 然后与各种取代α-溴代烷基酸乙酯反应生成各种β-酮酯,进而在醇钠催化下与硫 脲缩合得到 2-硫代-5-烷基-6-萘甲基尿嘧啶,最后经氯乙酸脱硫得到 5-烷基-6-萘 甲基尿嘧啶。2-硫代-5-烷基-6-萘甲基尿嘧啶和 5-烷基-6-萘甲基尿嘧啶在 DMF 中,K2CO3 催化下分别与各卤代酮或卤代酯发生烷基化反应即可得到 HEPT 和 S-DABO 系列目标产物。5-烷氧基取代的 HEPT 衍生物的合成是在 6-萘甲基尿嘧 啶的 5-位引入卤原子,进而与醇钠反应完成。本文成功探索了在 C5-位引入溴的 高区域选择性方法,为今后 C5-的结构改造提供了一条有效可行的途径。 本文共合成关键中间体和目标化合物 100 余个,其中 84 个新化合物未见文 献报道,所有化合物经 H NMR 确证,新化合物进一步经 MS, 1 13 C NMR 和 IR 确证,并对典型目标物进行了 X-单晶结构解析。 对化合物进行了抗 HIV 细胞活性和毒性测定试验,主要包括对 HIV 感染 MT-4 细胞的抑制活性,测定化合物使 50 % 细胞免于 HIV 诱导细胞病变所需半 数有效浓度(IC50),并测定其使 50 % 未感染细胞发生细胞病变浓度(CC50),计算 选择性指数 SI = CC50/ EC50。研究结果表明:13 个 HEPT 类衍生物显示出一定程 度的抗 HIV-1 生物活性,其中活性最好的化合物 HYP19 和 HYP29 比 HEPT 分 别提高了 7-10 倍,但同时毒性也有所增加。大部分 S-DABO 系列目标分子对 HIV-1 (IIIB) 病毒显示出明显的抑制作用,其中 HYP78、HYP76、HYP73、HYP80 和 HYP72 等化合物对 HIV-1 的 IC50值均在纳摩尔范围内(0.03-0.07μM),且 具有较小的细胞毒性(CC50 200μM)和较高选择性指数(SI 3000-6600)。 尤为有趣的是其中一些化合物在抑制 HIV-1 的同时也能对 HIV-2 SOD 病毒株产 生抑制作用,且对 HIV-1 (IIIB)变异株病毒 SO561945 显示出一定的抑制活性。这 些化合物除了 RT 酶还作用其它靶点,或者至少它与 RT 酶的作用方式不同于经 典的 NNRTIs,为阐明其作用机理进一步的实验正在进行之中,这对抗 HIV 病毒 药物的开发研究有着重大的理论和实际意义。 本论文最后在基于分子对接后的 CoMSIA 模型中,从立体场、静电场和疏 水场等方面分析了 HEPT 类抑制剂活性降低的原因,进一步探讨了 HEPT 类 NNRTIs N1-位的构效关系;建立较好预测能力的 CoMSIA 和 CoMFA 模型结合 2D-QSAR(Hansch)方法,研究了 S-DABO 类衍生物生物活性与其各种量化参数之 间的定量关系,


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