新型磺酰脲类除草剂的设计、合成及其除草活性的鉴定

The method of molecular dynamics simulation was used to design for herbicidal structure. Previous studies show there were significant differences in the root mean square deviation (RMSD), the radius of gyration (Rg) and the Gibbs binding free energy between wild type and mutant ALS-chlorimuron ethyl (CIE) binding conformations. The distribution for the wild type formed a single cluster and the binding free energy is larger, but those for the mutated types were scattered to form more than two noticeable clusters and the binding free energy is smaller. The additional clusters for the mutants were located at a higher RMSD and Rg compared with the cluster for the wild type. Based on previous works conducted by project team, new sulfonylurea structures with smaller RMSD, Rg and binding free energy were designed. And these new structures show high affinity and inhibitory activity for mutant ALS in theory.The aim of this study is to synthesize some new sulfonylurea herbicides with high affinity to resistant ALSs which amino acid position 574th and 653th are mutated. The new herbicides are used to identify the synthesis process and herbicidal activity. Different practical results of different parameters of RMSD and Rg on the molecular conformation of inhibitor (ligand) and target (acceptor) are verified. And this study provides new design principles and methods for the development of mutant ALS inhibitors, and provides some new sulfonylurea herbicides.

分子动力学模拟设计方法是药物辅助设计的有效方法之一。研究表明，当抑制剂分子(配体)与其抗性ALS分子(受体)结构对接时，配体与受体对接复合分子构象的均方根偏差（RMSD）振幅大,出现双峰分布态,RMSD值和对接构象旋转半径（Rg）轨迹的二维图呈现不稳态的双团分布态，结合自由能值相对大；而与感性ALS对接时，上述指标参数值相反。本项目研究目的在于前期对ALS第197位抗药突变型表现高亲和力的磺酰脲类化合物设计基础上，进一步设计对ALS第574位和653位抗药突变型具有高亲和力的磺酰脲类除草剂新结构，通过实物合成及其除草活性特征的鉴定，论证在分子动力学除草剂模拟设计中，不同抑制剂（配体）与靶标（受体）对接分子构象的RMSD和Rg指标参数差异特征的真实性和新结构黄酰脲类化合物合成工艺的可行性，为反抗药性ALS抑制剂的研发提供新的分子结构设计原理和方法，并提供新型反抗类除草剂品种结构。

粮食生产上，抗药性杂草的危害日趋加重，亟待研发抗、感型均有效地除草剂，保证粮食安全生产。本研究利用计算机分子动力学模拟方法，分析了ALS位靶标的除草剂与靶标ALS分子对接复合物的构象变化特征。结果在对接复合物的构象标准差、旋转半径、结合自由能参数上感性ALS与抗性ALS（只限于ALS 197位脯氨酸被丝氨酸或苏氨酸替代）表现不同的特征。通过这一参数特征在195种你筛选的磺酰脲类衍生物分子结构中，与抗、感ALS靶标对接均表现稳定复合物状态的33种分子结构。其余分子结构与抗、感ALS靶标对接复合物的稳定性表现出不同的特征，淘汰了162种分子结构。.在33种磺酰脲类衍生物分子结构中，合成理论以及现有合成工艺技术上不可能合成的结构约占50%，合成技术难度大的约占20%。因此，本项目首选合成技术难度不大、结构新颖的5种基本结构、9种新型磺酰脲类化合物进行了合成工艺技术（包括合成路线、合成工艺、产物鉴定及分馏回收）的研究与表征特征的分析。其中，2-硝基-4-甲基二氯嘧隆抑制感性ALS活性效果与苄嘧磺隆除草剂相近，而抑制抗性突变体ALS活性效果相对低于感性（同样，苄嘧磺隆除草剂的抑制效果也低）；新合成的5种化合物抑制感性ALS活性效果低于苄嘧磺隆除草剂，未能进入药效试验阶段；3种化合物的合成工艺技术、产物的分离技术难度大，现未能进行对ALS靶标酶活性抑制效果的鉴定。另外，具有ALS活性抑制效果的2-硝基-4-甲基二氯嘧隆和抑制效果低的N-（（4-氯-6-甲氧基嘧啶-2-基）氨基甲酰基）-4-硝基-1H-咪唑-1-磺酰胺及其中间体对病原菌（作物病菌与人体细菌真菌）具有一定的抑菌杀菌作用。.通过盆栽药效、药害初步试验，2-硝基-4-甲基二氯嘧隆表现出不同的杀草谱。其中，对稗草、狼巴草的防效很低，对匍匐翦股颖、稻李氏禾的防效大于苄嘧磺隆除草剂，对慈姑、雨久花的防效类似于苄嘧磺隆除草剂。水稻的药害在400 g ai./hm2土壤封闭处理条件下没发现药害症状和水稻产量及其产量构成因素的隐性药害特征。要获得2-硝基-4-甲基二氯嘧隆化合物准确田间使用推荐剂量、杀草谱特征等杂草防除特点，需要进一步的田间试验。