以对羟基苯基丙酮酸双氧化酶(HPPD)为靶标酶的抑制剂类除草剂,因具有广谱、高效、低残留、环境相容性好、抗性小、使用安全等特点,成为近年来农药领域的研究热点。HPPD是以对羟基苯基丙酮酸盐(HPP)为底物的非血红素亚铁双氧化酶,它广泛存在于动物、植物、细菌等有机体中。在植物体内催化质体醌与生育酚的合成反应,如果这一过程被抑制将导致绿色植物组织白化,继而死亡,从而达到除草效果。本文基于靶标结构的药物分子合理设计,保留商品化HPPD抑制剂中具有较高活性的基本骨架(苯甲酰基吡唑部分),提出两种研究方法并进行实践。(一)采用活性亚结构拼接法,在苯环上并杂环,设计合成了三个系列共134个目标化合物;(二)通过改变苯环上取代基,设计合成了一个系列共7个目标化合物。所有化合物均通过了酶水平(包括人源酶和拟南芥来源酶)与活体除草活性测试,结果发现多个化合物除草活性与对照药剂相当,而其作物安全性比对照药剂高,具有进一步研究改造的价值。本文具体研究如下:1、系统总结了 HPPD抑制剂的作用、结构发展与研究现状。2、设计并合成了四个系列共141个目标化合物分子。所有目标化合物均通过了氢谱、碳谱和高分辨质谱的结构表征,同时部分代表性化合物的结构经过单晶衍射的确认。3、对所有目标化合物进行了温室盆栽除草活性的研究,对部分活性较高的化合物进行了复筛和作物安全性测试。结果表明:在150 g/ha的剂量下部分化合物对阔叶杂草表现出了良好的抑制作用。其中化合物Y13309在37.5 g/ha剂量时,仍对苘麻、反枝苋和鳢肠的抑制活性达70%以上;而化合物Y13322在75g/ha剂量下对苘麻、反枝苋、马唐、稗草和鳢肠的抑制活性仍在70%以上:化合物Y13455在处理剂量为37.5 g/ha条件下对繁缕和小藜的防效仍可达到98%以上;化合物Y13458在37.5 g/ha剂量时,对繁缕、小藜和棒头草的防效仍保持在90%以上。作物安全性:在150 g/ha剂量下,化合物Y13309对水稻、玉米、大豆和棉花4种作物相对安全,化合物Y13322对水稻、小麦、大豆和油菜4种作物相对安全,化合物Y13455和Y13458对玉米、水稻、小麦等3种作物相对安全,硝磺草酮仅对玉米安全;在150g/ha剂量下化合物Y13496、13502、13507、13517、13518五个化合物均对玉米、水稻、小麦、油菜4种作物比较安全。4、在酶水平上,筛选到多个化合物对拟南芥具有优异的抑制活性。大多数化合物的Ki值低于对照药剂,其中在含有喹唑啉酮的系列中,化合物Y13205,其Ki值为0.0025 μM,比对照药剂提高了 4倍多;在苯并咪唑酮系列中,化合物Y13457的Ki值为0.0012 μM,比对照药剂提高了 9倍;在含有含苯并2,2-二氧噻二唑的系列中,化合物Y13514的Ki值为0.88 nM,达到了亚纳摩尔级别,比对照药剂提高了 12倍。5、在酶水平上,我们也测试了各个系列化合物对人源酶的抑制活性,并计算出它们的选择倍数。对照药剂硝磺草酮的选择倍数为4,含喹唑啉酮衍生物系列中,化合物Y13204的选择倍数达到43倍,比对照药剂硝磺草酮高出近11倍;含有苯并2,2-二氧噻二唑衍生物系列中,化合物Y13510的选择倍数为15倍,比对照药剂硝磺草酮高近4倍;含有苯胺衍生物系列中,化合物Y14154的选择倍数为16,比硝磺草酮高4倍;含苯并咪唑酮衍生物中,化合物Y13467的选择倍数达到了 93倍,比硝磺草酮的选择倍数高23倍,是一个具有进一步研究价值的先导结构。6、初步总结了四个系列化合物的结构与活性关系,为进一步寻找和发现针对HPPD靶标的农药候选分子(同时具有高活性、高选择性)提供了重要的借鉴。