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本论文主要包括以下两个部分的研究内容。
第一部分:基于杂合药效团指导设计的N-取代芳甲基四氢吡啶连吲哚:合成、单晶结构及抗癌活性研究
为了寻找具有高效抗癌活性的医药先导化合物，本文在前期研究工作的基础上，基于杂合药效团指导的药物分子设计策略，将具有生物活性的两个分子实体N-取代芳甲基哌啶-4-酮及5-取代吲哚通过碳-碳单键的形成来构建新的杂合子，合成了42个N-取代芳甲基四氢吡啶连吲哚类化合物(Ⅰ1～Ⅰ42)，系列(Ⅰ)目标化合物的通式如下:Ⅰ1: R1=ph, R2=HⅠ2: R1=4-F-ph, R2＝HⅠ3: R1=4-Cl-ph, R2=HⅠ4: R1=4-He-ph, R2=HⅠ5: R1=4-OMe-ph, R2=HⅠ6: R1=2-F-ph, R2=HⅠ7: R1=2-Cl-ph, R2=HⅠ8: R1=3,4-di(OHe)-ph, R2=HⅠ9: R1=2-pyridyl, R2=HⅠ10: R1=3-pyridyl, R2=HⅠ11: R1=2-furyl, R2=HⅠ12: R1=2-tetrafuryl, R2=HⅠ13: R1=phCH2-, R2=HⅠ14: R1=ph, R2=OMeⅠ15: R1=4-F-ph, R2=OMeⅠ16: R1=4-Cl-ph, R2=OMeⅠ17: R1=4-Me-ph, R2＝OMeⅠ18: R1=4-OMe-ph, R2=OMeⅠ19: R1=2-F-ph, R2=OMeⅠ20: R1=2-Cl-ph, R2=OMeⅠ21: R1=3,4-di(OMe)-ph, R2=OMeⅠ22: R1=3,5-di(F)-ph, R2=OMeⅠ23: R1=2-pyridyl, R2=OMeⅠ24: R1=3-pyridyl, R2=OMeⅠ25: R1=2-furyl, R2=OMeⅠ26: R1=2-tetrafuryl, R2=OMeⅠ27: R1=phCH2-, R2=OMeⅠ28: R1=ph, R2＝BrⅠ29: R1=4-F-ph, R2=BrⅠ30: R1=4-Cl-ph, R2=BrⅠ31: R1=4-Me-ph, R2=BrⅠ32: R1=4-OMe-ph, R2=BrⅠ33: R1=2-F-ph, R2=BrⅠ34: R1=2-Cl-ph, R2=Br35: R1=3,5-di(F)-ph, R2=BrⅠ36: R1=2-pyridyl, R2＝BrⅠ37: R1=3-pyridyl, R2=BrⅠ38: R1=2-furyl, R2=BrⅠ39: R1=2-tetrafuryl, R2=BrⅠ40: R1=phCH2-, R2=BrⅠ41: R1=4-F-ph, R2=CNⅠ42: R1=4-Cl-ph, R2=CN
采用了元素分析、红外光谱(IR)、核磁共振氢谱(1HNMR)、质谱(EI-MS)等，对系列(Ⅰ)目标化合物进行了结构表征。为了进一步探究N-取代芳甲基四氢吡啶连吲哚类化合物的空间结构，对化合物(Ⅰ35)、(Ⅰ36)进行了单晶培养，并通过X-射线衍射确定了晶体结构。
委托上海医药集团中央研究院及上海师范大学动物细胞-分子生物学实验室，完成了对目标化合物(Ⅰ1～Ⅰ42)的抗癌活性测定，同时通过吖啶橙荧光染色、流式细胞分析及细胞周期阻滞等实验研究了该类化合物的初步作用机制，此外，通过代谢稳定性研究实验对该类化合物的成药性进行了初步的评价。初步的生物测试结果表明大多数化合物对受检的9类人类癌细胞系(K562，Jurkat，U937， THP-1，ECA-109，MCF7，MDA-MB-231，HO-8910，SMMC-7721)都表现出很好的抗癌活性，且对白血病K562表现出更高的细胞毒活性。化合物(Ⅰ30)、(Ⅰ31)是这类化合物中活性最好的两个化合物，它们抗白血病K562的IC50值分别是1.22及1.22 uM，其活性优于抗癌临床药5-氟脲嘧啶(IC50=8.56 uM)。吖啶橙荧光染色、流式细胞分析及细胞周期分析实验表明化合物(Ⅰ31)是通过诱导白血病K562细胞凋亡来抑制白血病K562细胞增殖。此外，对化合物(Ⅰ30)、(Ⅰ31)在人类及大鼠肝微粒体中的代谢稳定性进行了研究，结果表明它们都表现出很好的代谢稳定性，且化合物(Ⅰ30)、(Ⅰ31)对人肝微粒体5种药物代谢酶的催化活性不存在竞争性抑制作用，说明化合物(Ⅰ30)、(Ⅰ31)可作为原型分子进行进一步的抗白血病试剂开发。
第二部分:基于受体氢键指导设计的含手性酯臂的顺式烯啶虫胺类似物:合成，杀虫活性，分子对接及分子动力学模拟研究
为了寻找符合新农药发展要求的新烟碱类杀虫剂先导化合物，基于本课题组前期研究工作的基础，尤其是课题组开发顺式烯啶虫胺类似物的成功经验，在深入进行构效关系讨论、作用机制探索及配体-受体作用模式研究的基础上，设计合成了15个未见文献报道的含手性酯臂的顺式烯啶虫胺类似物(Ⅱ1～Ⅱ12，Ⅲ1～Ⅲ3)，系列(Ⅱ)及系列(Ⅲ)目标化合物的通式如下:Ⅱ1: R1=H, Z=OH, R=MeⅡ2: R1=H, Z=OH, R=EtⅡ3: R1=H, Z=OH, R=nprⅡ4: R1=H, Z=OH, R=iprⅡ5: R1=Me, Z=OH, R=MeⅡ6: R1=Me, Z=OH, R=EtⅡ7: R1=Me, Z=OH, R=nprⅡ8: R1=Me, Z=OH, R=iprⅡ9: R1=H, Z=ph-4-OH, R=MeⅡ10: R1=H, Z=ph-4-OH, R=EtⅡ11: R1=H, Z=ph-4-OH, R=nprⅡ12: R1=H, Z=ph-4-OH, R=iprⅢ1: n=1Ⅲ2: n=2Ⅲ3:n=3
采用了元素分析、红外光谱(IR)、核磁共振氢谱(1HNMR)、质谱(EI-MS)等，对系列(Ⅱ)及系列(Ⅲ)目标化合物进行了结构表征。
委托国家南方农药创制中心（浙江基地）药效部对目标化合物(Ⅱ1～Ⅱ12，Ⅲ1～Ⅲ3)进行了杀虫活性测试。结果表明:部分目标化合物对水稻褐飞虱及苜蓿蚜有较好的杀灭活性，化合物(Ⅱ4)、(Ⅲ2)表现出了最强的体外抑制活性，其LC50值分别为0.148、0.144 mg/L，其活性接近于烯啶虫胺。构效关系研究表明，作为氢键受/授体的电负性氧、羟基的引入是影响我们所设计的顺式烯啶虫胺类似物杀虫活性的关键要素。此外，分子对接及分子动力学研究表明:新引入的氨基酸酯片段与靶标烟碱乙酰胆碱受体LooP D环上基本残基Gln55之间重要氢键作用的形成对高效杀虫活性很关键，该两系列顺式烯啶虫胺类似物与靶标的分子识别过程中重要氢键及辅助性氢键共存及协同作用，这解释了SARs结果，说明了我们所开发的分子设计策略是切实可行的。