12-邓希乐-基于EcR-USP受体的新型取代吡唑酰胺衍生物的设计、合成及生物活性研究

报告人：邓希乐

中国农业大学2016年07月郑州基于EcR/USP复合物结构的新型取代吡唑酰胺衍生物的设计、合成及生物活性研究中国化工学会农药专业委员会第十七届年会1

研究工作研究背景124设计思想3内容

结论21.研究背景农药的作用：防治病虫草害,保护农作物生产,保障人类健康

挽回20~50%损失3农药的负面作用:3R问题新型高效安全4趋势优势：高效、低毒、具有高选择性和特异作用、对环境相对安全昆虫生长调节剂(IGRs)保幼激素及其类似物几丁质合成抑制剂蜕皮激素及其类似物结构新颖的IGRsRiddiford,L.M,etal.Proc.natl.Acad.Sci.

U.S.A.1967,57,595–601.Arzone,A.Int.PestContr.1997,39,44-45.‘21世纪的理想农药’5释放蜕皮激素蜕皮激素受体(EcR/USP)控制昆虫发育、蜕皮及繁殖等过程MH是一类潜力IGRs作用蝗虫丽蝇粘虫粘虫蜕皮激素(MoltingHormone)棉铃虫棉铃虫玉米螟蚊幼虫6(1)天然甾族化合物和(2)双酰肼化合物天然蜕皮激素和商品化双酰肼药剂结构复杂，难于合成，难以通过表皮进入昆虫体内结构简单，同样表现出蜕皮激素活性表皮褶皱，双层头壳7双酰肼类蜕皮激素类似物的研究进展双酰肼蜕皮激素类似物研究进展

结构改造集中在苯环，酰肼桥键区域8能否发现非酰肼结构的高活性新型蜕皮激素类似物？抗药性杀虫谱窄骨架单一速效性差问题突破9非甾族和非酰肼类的蜕皮激素类似物双酰肼蜕皮激素类似物研究进展非酰肼蜕皮激素类似物非酰肼采用随机筛选的手段发现非酰肼结构蜕皮激素受体具有柔性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部分已经报道的配体与EcR/USP晶体复合物蜕皮激素受体EcR/USP的研究进展烟芽夜蛾PonABYIO6830半翅目粉虱PonA赤拟谷盗PonA烟芽夜蛾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.为基于EcR/USP设计新型IGRs先导化合物提供指导11基于受体的虚拟筛选

阴斌，中国农业大学硕士论文，2011

本课题组前期研究工作--虚拟筛选BYIO6830活性构象受体药效团模型

Maybridge66,5936,200候选化合物配体模型3312候选化合物受体模型300候选化合物210候选化合物9候选化合物分子对接人工筛选聚类分析SurflexGold

1R20烟芽夜蛾

(heliothisvirescens)虚拟筛选配体药效团模型12虚拟筛选先导化合物及其优化

阴斌，硕士论文，2011

本课题组前期研究工作--虚拟筛选小菜蛾中毒症状Y系列双酰肼CK含有吡唑环的VS008是一类潜在IGRs先导13吡唑类杀虫、杀螨剂商品化试剂吡唑类杀虫、杀螨剂商品化试剂以吡唑类化合物为先导可开发出高活性分子14黄色：蓝色：VS008与EcR形成氢键作用VS008与EcR具有较好结合作用能否以VS008作为先导化合物，研究与EcR相互作用关系，发现高活性的非双酰肼类蜕皮激素类似物？152.设计思想研究方案16EcR增强疏水作用修饰吡唑环目标化合物设计策略图173.研究工作3.1第I系列化合物设计、合成、生物活性及分子模拟3.1.1化合物设计去除亚甲基，研究N取代苯环取代基效应R1=-CH3，-OCH3，-C2H5，-OC2H5，-CH(CH3)2,-C(CH3)3(给电子基）R1=-F，-NO2，-CN，(吸电子基）R1=-Cl(中性原子）18第I系列化合物合成路线3.1.2合成路线采用Claisen酯缩合，Knorr吡唑合成法等反应合成了32个I系列化合物19致死率(%)化合物R1东方粘虫a棉铃虫a玉米螟a蚊幼虫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虫酰肼100100100100R1为2位取代目标化合物I的杀虫活性

a:600mg/Lb:5mg/L3.1.3I系列化合物的生物活性初筛2位叔丁基取代时活性最好20R1为3位取代目标化合物I(含I-31)的杀虫活性

致死率(%)化合物R1东方粘虫a棉铃虫a玉米螟a蚊幼虫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虫酰肼100100100100a:600mg/Lb:5mg/L

I-313位甲氧基取代时活性最好21

致死率(%)化合物R1东方粘虫a棉铃虫a玉米螟a蚊幼虫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虫酰肼100100100100

R1为4位取代目标化合物的杀虫活性

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

I-05和虫酰肼在降低浓度下对东方粘虫的杀虫活性化合物致死率(%)浓度(mg/L)200100502551I-0510072.261.158.330.619.4I-1877.863.958.352.836.125.0虫酰肼94.486.180.672.261.133.3

I-05、I-18和虫酰肼在降低浓度下对棉铃虫的杀虫活性高活性化合物在低浓度具有一定的活性，但不如对照药剂23I-05,I-18

和虫酰肼处理试虫的中毒症状（96h）3.1.4中毒症状观测表皮褶皱头壳脱离后肠脱出I-05，I-18可能作用于EcR受体24

(a)I-05,(b)虫酰肼

与(c)I-18的分子对接图编号MMGBSA（结合自由能kJ/mol）I-05

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

I-05，I-18和双酰肼的平均结合自由能值3.1.5分子模拟I-05，I-18对EcR受体可能具有一定的亲和能力25(1)大部分化合物活性优于VS008，但不及对照药剂虫酰肼。(2)去除亚甲基对活性影响不大。第I系列小结(3)N取代苯环给电子基团3-OCH3和4-C(CH3)3引入对活性有利。

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系列化合物设计、合成、生物活性及分子模拟3.2.1化合物设计R2=-CH3,-C2H5,-CH2CH2CH3,-CH(CH3)2,-C(CH3)3(烷基),(4-Cl)C6H5-(芳基）R1=3-OCH3，4-C(CH3)3，(优势取代基）X=-H,-Cl(卤素原子）R2=-Br,-Cl，-CF3(卤素原子）修饰吡唑环，研究吡唑环取代基效应273.2.2合成路线第II系列化合物合成路线（II-01~02

化合物）第II系列化合物合成路线（II-03~04

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

图102位取代目标物的生物活性测试(东方粘虫,棉铃虫,玉米螟:600ppm;蚊幼虫:5ppm)

R1=3-OCH3

目标化合物II的杀虫活性

编号R1R2X致死率(%)东方粘虫a棉铃虫a玉米螟a蚊幼虫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筛30

R1=4-(CH3)3目标化合物II的杀虫活性

编号R1R2X致死率(%)东方粘虫a棉铃虫a玉米螟a蚊幼虫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虫酰肼100100100100a:600mg/Lb:5mg/L31化合物R1R2X致死率(%)浓度(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

虫酰肼10010010010060

II系列高活性化合物低浓度对东方粘虫的杀虫活性

32

（a）II-02

(b)II-23与(c)虫酰肼

的分子对接图(a)(b)(c)3.2.4分子模拟编号MMGBSA（结合自由能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虫酰肼-69.66

II-02，II-23和双酰肼化合物的平均结合自由能值II-23对EcR受体可能具有较强的亲和能力33(a)(b)

(a)I-05,I-18(b)II-23与虫酰肼

在活性腔中分子叠合图疏水性作用对活性有着至关重要的影响I-05：蓝色I-18：粉红色虫酰肼：土黄色II-23：红色虫酰肼：土黄色34(1)第II系列化合物生物活性普遍优于第I系列。(2)吡唑环上取代基效应(位阻作用）和疏水性作用对活性至关重要。第II系列小结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系列化合物设计、合成、生物活性及分子模拟3.3.1化合物设计R2=-H,-C2H5(位阻效应）R1=3-OCH3，4-C(CH3)3(优势取代基）n=1,2,3,(疏水作用）并环，减小空间位阻，增强疏水性作用36第III系列化合物合成路线3.3.2合成路线采用Claisen酯缩合，Knorr吡唑合成法等反应成8个III系列目标化合物37化合物致死率(%)粘虫a棉铃虫a玉米螟a小菜蛾a蚊幼虫bIII-016545555390III-0210010010086100III-0315305594100III-0410010010010090III-05100100100100100III-0610010010010030III-072520305060III-08100100100100100虫酰肼100100100100100

目标化合物III

系列的杀虫活性

a:600mg/Lb:5mg/L3.3.3III系列化合物的生物活性初筛引入并环结构，杀虫活性有所提高38化合物致死率(%)浓度(mg/L)600200100501052.51III-02100100100