N-酰化苯并咪唑酮衍生物的设计、合成及抑菌作用机制研究

The objective of this investigation is to screen candidates based on N-acyl benzimidazolone derivatives for the development of agro-fungicide and clarify its mechanism. The contents of this study including: design, synthesis of benzimidazolone derivatives using virtual combinatorial libraries, pharmacophore matching and 3D-QSAR pharmacophore model and evaluating their antifungal activities. In addition, the preliminary mechanism of the compounds were studied by determination the activities against the composite enzyme of the mitochondrial respiratory chain. The project is characterized by the fact: N-acyl benzimidazolone deriatives have novel molecular skeleton and largely modification which can create a new type fungicide with independent property rights. Benzimidazolones as inhibitors of antifungal respiratory system but its structure have obvious difference with respiratory system Fungicides (such as Strobilurin and carboxylic acid anilide derivatives). It is suggesting that the active site of the benzimidazolones may be different from those of commercial fungicide. Thus, the study of its mechanism has certain positive significance in the fungicide toxicology.

本项目的目标是以前期研究中筛选到的抑菌活性N-酰化苯并咪唑酮衍生物为先导化合物，通过分子优化设计和构效关系研究，获得抑菌活性优异、可供商化开发的抑菌活性化合物，初步阐明其抑菌作用机制。项目的内容包括：借助计算机辅助药物设计，利用虚拟组合化合物库、药效团匹配、3D-QSAR药效团模型进行分子优化，设计、合成，并系统评价这些化合物的离体和活体抑菌活性；通过测定线粒体呼吸链相关酶系的抑制作用，阐明其具体作用部位。项目的意义是：提出的化合物分子骨架新，结构修饰的余地大，可以开创出具有自主产权的新类型杀菌剂；N-酰化苯并咪唑酮衍生物虽然作用于真菌的呼吸系统，但其结构与现有作用于呼吸系统的杀菌剂（如甲氧基丙烯酸酯类，羧酰替苯胺类等）有明显差异，其作用部位可能不同于这些商品化杀菌剂，因此研究其作用机制在杀菌剂毒理学方面也具有一定的积极意义。

本项目的目标是以前期研究中筛选到的抑菌活性N-酰化苯并咪唑酮衍生物为先导化合物，通过分子优化设计和构效关系研究，获得抑菌活性优异、可供商化开发的抑菌活性化合物，初步阐明其抑菌作用机制。项目取得的主要结果如下：. （1）以取代邻苯二胺、取代的邻硝基苯胺及4-氟-3-硝基苯甲酸乙酯等为起始原料，经环化及N-酰化等反应，合成了20个系列349个苯并咪唑酮酰胺衍生物。. （2）采用抑制孢子萌发法评价了349个目标化合物对番茄灰霉病菌的抑制作用。供试的349个化合物对番茄灰霉病菌的孢子萌发的抑制作用差异较大，这一结果表明，苯并咪唑酮骨架上苯环的取代基、N1烷基及N3位酰基对这类化合物的抑菌活性均有明显影响。在25µg/mL浓度下，化合物3a-101（1-异丙烯基-3-乙酰基-6-硝基苯并咪唑酮）活性尤为突出，其对番茄灰霉病菌的孢子萌发的抑制率为100%，进一步毒力测定结果表明，该化合物对西瓜枯萎病菌、苹果炭疽病菌和番茄灰霉病菌的EC50值分别为0.83µg/mL，6.05µg/mL和10.56µg/mL。. （3）借助分子药物设计软件Discovery Studio 4.0软件，构建了前期合成的苯并咪唑酮酰胺衍生物的QSAR模型，其交叉验证系数Q2 = 0.539，非交叉验证相关系数R2 = 0.960。建立了1-异丙基-5（6）-羧酸乙酯-苯并咪唑酮酰胺衍生物的GFATempModel_1和PLSTempModel_1分析模型，其相关系数R2分别为0.8719和0.8955。. （4）筛选的高活性化合物1-异丙烯基-3-乙酰基-6-硝基-苯并咪唑酮与现有商品化的苯并咪唑类杀菌剂——多菌灵作用方式不同，其主要抑制病原菌孢子萌发，而多菌灵主要抑制病原菌菌丝生长。电镜观察结果表明，该化合物对病原菌菌丝生长没有明显影响。采用反向分子对接技术研究了目标化合物潜在的作用靶标，筛选出1个潜在的作用靶标——脂肪酸合成酶，并经外源补偿试验验证了试验结果。