摘要: 抗菌谱广、毒性低的头孢菌素在感染治疗中得到了广泛的应用。目前上市头孢药物大致分为五代,其依据主要是抗菌谱和上市时间。头孢药物分子由头孢母核、C-7位氨基修饰基团、C-3位取代基(或无取代基)三部分组成;头孢母核,常见的有7-ACA,7-ACCA,7-ANCA,7-MAC,7-MCA(7-MAC脱除二苯甲基者);头孢C-7位氨基修饰基团,可以是简单的噻吩乙酰基、L-苯甘氨酰基、半胱氨酰基、氰甲基巯基乙酰基、氨基噻唑乙酰基等,也可以是很复杂的结构片段2-呋喃基-(Z)-2-甲氧基亚胺基乙酰基、2-(4-氨基)噻唑-(Z)-2-甲氧基亚胺基乙酰基等。C-3位修饰基团,较常见的有乙酰氧甲基、氯原子、甲巯基四氮唑甲基。第一代到第五代头孢药物的主要差别,就是其C-7位氨基侧链以及C-3位基团的不同。有鉴于此,本论文尝试性地选择4种头孢母核、对其母核C-7位进行不同修饰、将酯基转化为羧基,希望发现较母核活性更好、或者较其结构相近的头孢药物活性更好、或者具有未报道活性的新分子,为头孢母核的生物活性研究奠定物质基础。1、4种头孢母核的C-7位衍生物的设计与合成选取7-MAC,7-ACA,7-ACCA,7-ANCA这4种头孢母核进行分子设计与合成。研究伊始,借鉴沙星研究的经验,采用简单修饰的策略,以不同卤代酰氯对4种头孢母核的C-7位氨基进行修饰,获得TM1系列分子(25个),并进行生物活性测试,考察简单修饰的可行性;进一步,挑选TM1中高活性分子,进行唑类衍生,获得A-Linker-B模式的7-MAC巯基唑类衍生物TM2-TM4(45个)。其后,将7-MAC的C-7位氨基与芳香醛反应,生成的席夫碱在乙酸酐中还原,获得C-7位甲氧基脱落、C-7位引入乙基和不同芳甲基的新型头孢衍生物TM5(23个)及TM6(23个),为探究C-7位氨基非酰基修饰产物的生物活性奠定了物质基础。最后,利用酰胺合成法,将4种头孢母核与上市药物奥沙普嗪直接偶联,获得A-B模式的头孢母核衍生物TM7a-TM7e(5个);进一步,将Linker设计为不同长度的氨基酸,设计合成A-Linker-B模式的头孢母核衍生物TM7f-TM7n(9个),从而合成了奥沙普嗪修饰的头孢母核衍生物。通过实验条件探索,结合柱层析和薄板层析,经不同合成路线合成了7个系列、33个中间体、130个目标化合物;所合成目标化合物的结构经1H NMR、13C NMR及HR MS确证。研究过程中,解决了7-MAC双键移位的难题,实现了亚胺的简易还原,发现了C-7位双烷基胺型头孢衍生物的简便制备方法,具有显著的创新性。2、4种头孢母核的C-7位衍生物的生物活性研究选取7株人致病菌、1株毕赤酵母菌、3株柑橘致病菌开展部分中间体及全部目标分子的抗菌活性测试,部分分子进行1株耻垢分枝杆菌、1株HCT 116肿瘤细胞的抑制活性测试。目前主要开展抗菌活性测试。抗人致病菌活性:总体而言,目标化合物对所测试的不同菌株表现出不同强度的抑制活性。(1)对大肠杆菌,TM1f及TM1g与上市药物头孢西丁钠、头孢唑肟钠抑制活性(MIC,2μg/m L,下同)相当,是头孢噻吩的8倍;TM4抑制活性明显高于TM2/TM3,其中TM4b/TM4o(2μg/m L)、TM4c/TM4n(8μg/m L)与上市头孢药物抑菌活性相当;TM5中,苄基的芳环为双氯取代苯基的TM5t/TM5u具有最好的抑制活性(2μg/m L);C-4位羧基型分子TM6的抑菌活性强于对应酯型分子TM5,其中TM6b/TM6c/TM6d/TM6p/TM6v抑制活性最强(2μg/m L),与第一代头孢药物头孢噻吩、第二代头孢药物头孢西丁钠、第三代头孢药物头孢唑肟钠以及氨曲南的抑制活性相当;TM7e/TM7j/TM7k对该菌抑制活性(2μg/m L)与头孢噻吩、头孢西丁钠、头孢唑肟钠以及氨曲南相当。(2)对沙门氏菌,TM1k/TM1n的抑制活性(32/64μg/m L)为上市药物头孢噻吩(64μg/m L)的2倍或相当;TM7c/TM7d的抑制活性(4/32μg/m L)为上市药物头孢噻吩(32μg/m L)的8倍或相当。(3)对鲍曼不动杆菌,TM5p(16μg/m L)/TM5q(8μg/m L)/TM5r(8μg/m L)具有优秀的抑制活性,分别是头孢噻吩/头孢西丁钠/头孢唑肟钠的8倍、8倍及16倍,强于或相当于氨曲南对该菌的抑制活性。(4)对铜绿假单胞菌,Δ3正常结构、羧基型的TM4抑制活性远远大于Δ2异构体、酯型结构的TM2/TM3;构效关系位:苯并唑类衍生物>非苯并唑类衍生物,苯并噻唑类衍生物(1-4μg/m L)>苯并咪唑类衍生物(1-8μg/m L)≈苯并噁唑类衍生物(4-8μg/m L);TM4d/TM4l/TM4m具有优秀的抑制活性(1μg/m L),优于所测试的头孢药物;TM7b对该菌的抑制活性(16μg/m L)与头孢噻吩相当,是头孢唑肟钠的4倍。(5)对藤黄微球菌,25个卤代酰基产物TM1均显示优秀的抑制活性,其中16个化合物的MIC值为2μg/m L;TM4g/TM4h/TM4i/TM4k/TM4l对该菌具有超强的抑制活性(0.03125μg/m L),远强于所测试的头孢药物;TM7b对该菌具有明显抑制作用(8μg/m L),是头孢噻吩的2倍、头孢唑肟钠的4倍。(6)对金黄色葡萄球菌ATCC 25129、ATCC 14125,TM1中TM1a及TM1k具有较好抑菌活性(16~64μg/m L);对于金黄色葡萄球菌ATCC 14125,TM4i/TM4k/TM4m表现出超强抑制活性(0.03125μg/m L),是头孢噻吩的8倍、头孢西丁钠的64倍、头孢唑肟钠的64倍、美罗培南的16倍;TM7c/TM7d/TM7e显示很强的抑制活性(0.25μg/m L),与头孢噻吩活性相当,是头孢噻吩/头孢唑肟钠的8倍。(7)对枯草芽孢杆菌,TM1a、TM1k的抑制活性(16,8μg/m L)分别为头孢噻吩(64μg/m L)的4倍和8倍;TM1a与头孢西丁钠(16μg/m L)抑制活性相当,TM1k抑制活性为头孢西丁钠的2倍。抗毕赤酵母菌活性:所测试化合物对毕赤酵母菌不敏感(MIC多数为0.256μg/m L),但TM1a(32μg/m L)、TM1f(64μg/m L)显示明显的抑制活性,分别为头孢噻吩的8倍及4倍。抗柑橘致病菌活性:测试结果显示,多数化合物抑制柑橘溃疡病菌活性随化合物浓度降低而减弱,具有较好的活性-剂量关系;在浓度为2μg/m L、1μg/m L下,IM1g/IM1h/IM1j/IM1n抑菌活性最好(抑制率分别为60%~69%,48~59%),强于其母核7-MAC和阳性对照头孢噻吩(抑制率分别为10~12%,-1~22%)。虽然绝大多数所合成化合物对柑橘胶孢炭疽病菌Co.3及柑橘褐斑病菌Al.6无抑制活性,但4μg/m L浓度的TM1s对柑橘褐斑病菌Al.6的抑制率高达90%,与阳性对照咪鲜胺相当,强于同类药物头孢噻吩。在4μg/m L浓度下对柑橘褐斑病菌Al.6具有优秀抑制活性的还有中间体IM1k/IM1v(抑制率分别为100%,90%),强于或相当于阳性对照咪鲜胺;在1μg/m L浓度下,IM1k/IM1v抑制活性(抑制率分别为70%,60%)也强于或相当于阳性对照咪鲜胺(抑制率为50%),强于同类药物头孢噻吩(抑制率为50%)。本课题首次发现某些头孢母核的衍生物具有抑制柑橘病菌的活性,值得进一步研究。抗耻垢分枝杆菌活性:目前开展了部分头孢衍生物的抗耻垢分枝杆菌活性测试。结果表明,TM4i/TM4k/TM4m均显示出明显的抑制活性(15.625μg/m L),该活性与阳性对照异烟肼(8μg/m L)相当。本课题是本研究室对头孢母核进行衍生的初步尝试,探索了防止7-MAC双键移位的可行方法,建立了C-4位和C-7位衍生的有效方法,发现了C-7位双烷基胺型头孢衍生物的简便制备方法;测试了所有目标分子对人致病菌、柑橘致病菌的生物活性,测试部分分子的抗结核菌活性,进而考察了C-7位、C-4位和C-3位基团变化以及双键移位对活性的影响;发现了部分分子具有超强抑菌活性,达到了发现较母核活性更好、或较其结构相近的头孢药物活性更好、或具有未报道活性的新分子的目的。本研究验证了头孢母核衍生的设计思想,建立了研究方法,发现了先导分子,为后续研究奠定了坚实的理论和实验基础。本课题设计分子的其它活性,还在研究中。 摘要译文