为应对微生物耐药带来的挑战,维护人民群众身体健康,亟需开发新药遏制微生物耐药性蔓延。喹唑酮是一类与临床抗感染药物喹诺酮仅在3-位有区别的抗菌骨架,而研究报道喹诺酮类药物的耐药性与其3-位的羧基有关,从而受到研究人员的重视。近年来的研究也显示出喹唑酮类化合物在治疗微生物感染方面具有巨大的发展潜力,该类衍生物不仅对许多耐药菌株有优异的抗菌活性和较宽的抗菌谱,还显示出良好的药代动力学性质,而这些化合物通常含有唑环的存在。五元芳杂环噻唑可通过氢键、静电作用等非共价键力与微生物体内的关键代谢酶、核酸和氨基酸等重要的生物学靶标结合从而增强化合物的活性,广泛存在许多抗菌药物中,为抗感染疾病的发展做出巨大贡献。因此,本论文基于喹唑酮的结构特征和开发趋势及本课题组对噻唑的研究,利用药物拼合设计原理将喹唑酮与噻唑杂合,构建全新结构的抗菌分子。设计合成了三个系列的喹唑酮噻唑类化合物。并运用现代波谱手段对其结构和纯度进行了证实,通过探究所有新化合物的抗微生物效果,对其构效关系进行讨论和研究,并初步探索高活性分子的成药潜力和潜在的抗菌作用机制,具体的研究工作总结如下:1喹唑酮噻唑类新化合物的设计合成:（a）亚胺衍生的喹唑酮噻唑新化合物的制备:以醋酸甲脒和含有不同取代基的邻氨基苯甲酸为起始原料构建喹唑酮骨架Ⅱ-2a-d,再与溴化的2-乙酰基噻唑进行取代反应得到重要中间体Ⅱ-3a-d。化合物Ⅱ-3a分别与伯胺和肼发生缩合反应,生成对应的目标产物甲亚胺类衍生物Ⅱ-4a-e和腙类化合物Ⅱ5a-e。此外,将Ⅱ-3a与盐酸羟胺缩合得到肟Ⅱ-6,再与不同卤代烃反应得到目标产物Ⅱ-7a-g。（b）烯酮桥联的喹唑酮噻唑新化合物的制备:以重要中间体Ⅱ-3a为起始原料,分别与各种五元芳杂环醛、苯甲醛、苯并杂环醛和萘醛发生羟醛缩合反应,得到一系列相应的烯酮桥联的喹唑酮噻唑类目标产物Ⅲ-1a-e、Ⅲ-2a-n、Ⅲ-3a-e和Ⅲ-4。此外,还通过Ⅱ-3a与N,N-二甲基甲酰胺二甲基缩醛在80℃下进行缩合反应制备脂肪族喹唑酮噻唑Ⅲ-5。根据抗菌结果,以喹唑酮上含不同取代基的中间体Ⅱ-3b-c为起始原料,与对三氟甲基苯甲醛反应得到目标产物Ⅲ-6a-b。（c）羟乙基桥联的喹唑酮噻唑新化合物的制备:以重要中间体Ⅱ-3a-e为起始原料,与不同的膦酸酯发生反应,得到膦酸酯类目标产物Ⅳ-1a-k,并将Ⅱ-3a与硼氢化钠反应,得到还原产物Ⅳ-2,该化合物再经二氯亚砜氯化得到氯化产物Ⅳ-3。2利用核磁共振氢谱、碳谱、高分辨质谱和/或X-射线单晶衍射等现代波谱手段证实了所有新制备的喹唑酮噻唑的结构,并通过高效液相色谱测试了化合物的纯度。3喹唑酮噻唑类新化合物的抗菌活性:（a）系列Ⅱ亚胺衍生的喹唑酮噻唑化合物中,部分目标分子能够明显的抑制细菌或真菌的生长。其中化合物Ⅱ-7d对铜绿假单胞菌（MIC=0.01 mM）显示出较好的抑制活性,优于临床药物氯霉素和诺氟沙星。（b）系列Ⅲ烯酮桥联的喹唑酮噻唑化合物中,苯基类衍生物对被测细菌具有良好的抗菌效果,其中含4-三氟甲基苯基的化合物Ⅲ-2j的抗菌效果最好,对大肠杆菌和铜绿假单胞菌的抑制作用均优于诺氟沙星。（c）系列Ⅳ羟乙基桥联的喹唑酮噻唑化合物中,大部分目标化合物显示出了较差的抗菌活性,而不含膦酸酯的目标化合物Ⅳ-3能够有效的抑制大肠杆菌和大肠杆菌ATCC 25922的生长,MIC值均为0.003 mM,优于临床药物诺氟沙星的抗菌活性。4喹唑酮噻唑类新化合物的构效关系:（a）喹唑酮7-位上氯原子的存在和3-位上的乙酰噻唑的引入对化合物发挥生物活性都发挥着关键作用。（b）系列Ⅱ中,肟类衍生物比其它席夫碱类的抗菌效果更好。甲亚胺类衍生物中,水溶性基团有益于抗菌活性,而疏水性的脂肪链对抗菌活性是不利的。肟上饱和烷基链的存在比不饱和烷基链对化合物发挥生物活性更有利。（c）系列Ⅲ中,苯基的引入比其他芳香环的引入对抗菌效果更有利,并且苯基上取代基的存在也对抑制细菌的生长至关重要。（d）系列Ⅳ中,膦酸酯的引入尽管增大了化合物的水溶度但不利于化合物发挥抗菌活性,而氯原子的存在比羟基的存在更有利。5喹唑酮噻唑类新化合物的成药潜力:（a）系列Ⅱ中,活性分子Ⅱ-7d不仅具有良好的药代动力学和药物相似性和对正常肝细胞显示出较低的细胞毒性,还能够快速杀死铜绿假单胞菌并对铜绿假单胞菌的耐药性发展缓慢。（b）系列Ⅲ中,化合物Ⅲ-2j具有低溶血的性质,且该化合物还可以通过阻碍细菌生物膜的形成和诱导活性氧的产生而降低细菌耐药性的产生。此外,化合物Ⅲ-2j在与诺氟沙星联合使用时对抗革兰阴性菌表现出协同作用。（c）系列Ⅳ中,活性化合物Ⅳ-3不仅对大肠杆菌的耐药性发展缓慢,并且满足里宾斯基五规则内,与诺氟沙星具有相同的口服生物利用度评分,显示出良好的药物相似性和优异的药代动力学特性。6喹唑酮噻唑类新化合物的抗菌机制:（a）系列Ⅱ中,化合物Ⅱ-7d可以扰乱细菌细胞膜诱导细菌死亡,同时可以通过与DNA拓扑异构酶Ⅳ结合和嵌入DNA阻止细菌生长。（b）系列Ⅳ中,化合物Ⅲ-2j不仅能够破坏细菌的外膜和内膜导致细胞质内容物泄漏,而且通过抑制乳酸脱氢酶破坏细菌的正常代谢功能。同时,Ⅲ-2j可以插入DNA发挥强大的抗菌作用。（c）系列Ⅳ中,化合物Ⅳ-3不仅可以破坏细菌的细胞膜、抑制细菌代谢,且能够与DNA拓扑异构酶Ⅳ结合从而阻止细菌生长。本论文将喹唑酮与噻唑杂合设计合成了三个系列的目标分子,并初步研究它们的抗菌能力、成药性和作用靶点。本论文共合成了 68个化合物,包括59个新目标化合物和9个中间体。一些目标化合物显示出强于临床药物或与之相当的抗菌能力;高活性化合物具有低毒性、耐药性发展缓慢和快速杀菌的特性,且与临床药物联用显示出协同作用;初步的抗菌机制发现高活性化合物能干扰细菌细胞膜、导致膜内蛋白泄露、抑制细菌代谢和嵌入DNA等功能。这些研究表明这些高活性化合物具有作为新抗菌药的发展潜力,值得进一步研究。

真菌感染的高发病率和高死亡率引起了人们的关注。尽管有许多临床药物用于真菌感染的治疗,但抗生素的误用和滥用、免疫抑制的个体数量的增加以及新出现的真菌物种导致了严重的耐药性,这使现有的药物的药效变得十分有限,因此,迫切需要开发新型抗真菌药物。嘧啶类化合物在天然和合成的物质中占有重要的地位。基于嘧啶在药物化学中的重要意义,人们对嘧啶及其衍生物进行了大量的药理研究,尤其是在抗真菌领域。嘧啶类化合物能够通过阻断核酸DNA和RNA的合成,从而发挥抗真菌效力。唑类在临床抗真菌药物中使用非常广泛,可通过非共价键作用与生物大分子相结合,从而干扰真菌的细胞膜合成过程。然而,耐药性的出现为唑类药物的临床使用带来了严峻的挑战,这促进了唑类化合物的结构改造和修饰。根据嘧啶类化合物的研究进展以及本课题组唑类抗微生物的研究工作,本论文设计合成了一系列嘧啶唑类新化合物,测定化合物抗真菌活性、研究高活性化合物成药性、探究抗真菌机理,具体研究工作如下:1.综述了嘧啶类化合物在抗真菌领域的研究状况,包括嘧啶酮类、氨基嘧啶类、巯基嘧啶类、稠合嘧啶类等方面,并对其研究发展趋势进行了展望。2.嘧啶唑类新化合物的合成:（a）嘧啶酮咪唑烯类新化合物的制备:以巴比妥酸、2-丁基-4-氯-5-咪唑醛为起始原料,在乙醇中经过三乙烯二胺催化,通过羟醛缩合得到嘧啶酮咪唑烯Ⅱ-2。中间体Ⅱ-2再与一系列卤代化合物经过亲核取代反应得到嘧啶酮咪唑烯目标化合物Ⅱ-3-5。（b）嘌呤噻唑类新化合物的制备:乙酰噻唑Ⅲ-1在冰醋酸中经溴素处理得到溴乙酰噻唑Ⅲ-2,Ⅲ-2在乙腈中经碳酸钾处理与6-氯嘌呤Ⅲ-3反应得到嘌呤噻唑中间体Ⅲ-4,中间体Ⅲ-4在乙醇中经过三乙胺催化与脂环胺反应生成相应的嘌呤噻唑目标化合物Ⅲ-6a-d。其中,嘌呤噻唑中间体Ⅲ-4与哌嗪反应生成哌嗪嘌呤噻唑Ⅲ-5,然后化合物Ⅲ-5在乙腈中经碳酸钾处理与卤代化合物经亲核取代反应得到相应的哌嗪类嘌呤噻唑目标化合物Ⅲ-7-11。（c）嘌呤氨基噻唑肟类新化合物的制备:以6-氯嘌呤为起始原料,在乙醇中经三乙胺催化与哌嗪反应得到哌嗪嘌呤IV-2,中间体IV-2在乙醇中经过三乙胺催化与化合物2-甲氧亚氨基-2-（2-氨基-4-噻唑基）-（Z）-硫代乙酸苯胼噻唑酯反应得到嘌呤氨基噻唑肟中间体IV-3,该中间体与不同的卤代化合物经亲核取代反应得到一系列相应的嘌呤氨基噻唑肟类目标化合物IV-4-6。3.所有新化合物的结构由~1H NMR、13C NMR、和HRMS证实,部分化合物经HPLC检测纯度。4.根据临床标准测试法（CLSI）测试了目标化合物的抗真菌活性。研究表明,部分嘧啶唑类化合物能够明显的抑制真菌的生长。在系列Ⅱ嘧啶酮咪唑烯类化合物中,部分化合物如丁基Ⅱ-3b、烯丙基Ⅱ-4a、炔丙基类Ⅱ-4b显示出优良的活性,尤其4-氟苄基嘧啶酮咪唑烯Ⅱ-5f对白色念珠菌的活性最好,MIC值为1μg/m L,活性优于参考药物氟康唑（MIC=4μg/m L）。在系列Ⅲ嘌呤噻唑类化合物中,大部分化合物对白色念珠菌的活性较好,其中乙酸乙酯嘌呤噻唑衍生物Ⅲ-8c对所测真菌具有良好的活性,对白色念珠菌的MIC值为1μg/m L,优于参考药物氟康唑。在系列IV嘌呤氨基噻唑肟类化合物中,间氯和对氯苄基嘌呤噻唑肟IV-6a、IV-6b具有较好的活性,其中对硝基苄基衍生物IV-6h对热带假丝酵母菌的MIC值达到1μg/m L,优于参考药物氟康唑（MIC=8μg/m L）。研究表明化合物Ⅱ-5f、Ⅲ-8c和IV-6h具有潜在的抗真菌应用前景,因此对它们进行了进一步的探究。5.成药性研究:（a）真菌耐药性发展探究:经过16天传代培养,研究发现高活性化合物Ⅱ-5f、Ⅲ-8c和IV-6h比参考药物氟康唑更难诱导真菌耐药性发展。（b）杀菌动力学研究:高活性分子Ⅱ-5f和Ⅲ-8c在一定浓度下显示出比参考药物氟康唑更快速、更显著的杀白色念珠菌作用。（c）细胞毒性测试:化合物Ⅱ-5f和Ⅲ-8c均显示出较低的血液毒性,溶血率较低。另外,化合物Ⅱ-5f对人宫颈癌细胞（He La）和人源胚胎肾细胞（HEK-293T）具有低细胞毒性;化合物Ⅲ-8c对人正常胚胎肝细胞（LO2）显示较低细胞毒性。这说明,高活性化合物能够选择性地抑制真菌的生长。（d）药物联用研究:化合物Ⅲ-8c与氟康唑联合使用研究发现,两者对白色念珠菌表现的是协同作用,对热带假丝酵母菌表现出加和作用。6.抗真菌机制研究:（a）真菌细胞壁的破坏:化合物Ⅲ-8c能够破坏真菌的细胞壁,进而显示良好的抑制效果。（b）真菌细胞膜的破坏:化合物Ⅱ-5f、Ⅲ-8c和IV-6h可造成念珠菌细胞膜通透性增加,进而造成细胞死亡。（c）与DNA的相互作用:化合物Ⅱ-5f可以通过紫外-可见光谱测试与小牛胸腺DNA的相互作用,通过进一步实验表明,化合物Ⅱ-5f能够嵌入DNA,造成DNA双链的解螺旋,因此,DNA的正常复制受到阻碍。（d）与CYP51的分子对接研究:化合物Ⅱ-5f和IV-6h能够与14α-去甲基化酶CYP51形成超分子相互作用,从而抑制真菌细胞膜主要成分麦角甾醇的合成,进而抑制真菌的生长。（e）真菌细胞氧化应激:化合物Ⅲ-8c能够造成白色念珠菌内氧化还失衡,ROS和RNS升高,GSH活性下降,最终导致真菌细胞氧化损伤甚至死亡。（f）真菌细胞代谢:化合物Ⅲ-8c和IV-6h地阻碍了念珠菌细胞的正常代谢。本论文共合成化合物76个,其中新化合物69个,包括目标化合物66个,分别为嘧啶酮咪唑类化合物19个、嘌呤噻唑类化合物31个和嘌呤噻唑肟类化合物16个。其中,一些目标化合物抗真菌活性强于参考药物氟康唑或与之相当,高活性化合物具有低毒性、低耐药性发展趋势、高效的杀菌能力,并且能够干扰膜的完整性以及影响DNA复制,造成氧化损伤以及阻碍正常代谢,因此,这些高活性化合物作为临床抗真菌药物候选者值得进一步研究。

芦荟大黄素是一类双羟基蒽醌类化合物,主要存在于大黄、番泻叶中,也是中药制剂茵陈蒿汤的重要活性成分。作为典型的蒽醌类化合物,芦荟大黄素具有三元共平面的芳香蒽环结构,在与DNA相互作用中倾向于以嵌入形式与DNA相互作用,从而影响遗传信息的复制、传递和表达,同时芦荟大黄素上的双酚羟基可通过间位羰基氧原子耦合金属离子形成配合物,与生物活性分子形成氢键,在抗癌、抗病毒、抗蛋白质聚集、消炎、神经保护、肝损伤保护、杀虫等方面具有广泛的应用前景。因此,芦荟大黄素在医药领域表现出较大的研究价值与广阔的应用前景,尤其是研发新结构抗微生物药物对战胜日趋严重的药物耐药性具有重要的意义。唑类化合物是一类富电子含氮芳香杂环,含有亲核性氮原子、芳香环结构,可通过氢键、π-π堆积等非共价键作用与多种生物酶、功能蛋白、DNA或关键信号分子等结合,通过改变分子构象、分子电子特性,以及使活性催化中心失活等方式在抗细菌、抗真菌、消炎、抗虫、抗癌、抗癫痫等方面展现出广阔的应用潜力和价值。然而耐药菌种的发展为唑类临床药物的使用带来了严峻的挑战。将唑类杂环片段引入天然药物分子母体骨架中可为先导化合物的开发提供新的希望。因此基于本课题组抗微生物唑类化合物的设计合成研究,参照近些年来芦荟大黄素及唑类化合物的研究发展状况,本工作设计合成了一系列芦荟大黄素唑类化合物,并通过抗细菌、抗真菌活性筛选、细胞膜通透性测试等研究,评估了所合成的化合物在药效学、药代动力学及分子对接模拟等方面的特性。主要工作包括:（1）综述了芦荟大黄素在药物化学领域的研究状况,包括抗癌、抗病毒、抗菌、消炎等方面,并展望了其发展趋势。（2）芦荟大黄素唑类化合物的制备:以天然产物芦荟大黄素I-1为起始原料,用氯化亚砜处理得到芦荟大黄素氯化物II-2。芦荟大黄素中间体II-2再与一系列唑类化合物反应制得对应的芦荟大黄素唑类目标化合物,包括咪唑类II-3a-c、三氮唑和四氮唑类II-4a-c、苯并咪唑类II-5a-d、咔唑类II-6、巯基唑类化合物II-7a-c和II-8。（3）芦荟大黄素唑醇类化合物的制备:芦荟大黄素I-1经氯化亚砜处理得到芦荟大黄素氯化物II-2,再与哌嗪偶合得到芦荟大黄素前体III-3,该化合物与环氧氯丙烷反应提供关键中间体III-4,然后再与一系列的咪唑类、三唑类、苯并咪唑类、咔唑类、巯基唑类等化合物开环得到相应的哌嗪桥连的芦荟大黄素唑醇类目标化合物III-5-11。（4）芦荟大黄素噻唑烷二酮类化合物的制备:以氯乙酸与硫脲为起始原料,通过环化反应制备噻唑烷二酮中间体IV-9,然后将该中间体通过与不同的芳香醛缩合得到一系列烯键桥连芳香环的噻唑烷二酮中间体IV-10-14,将氯甲基芦荟大黄素中间体II-2与中间体IV-10-14经亲核取代反应得到一系列相应的芦荟大黄素噻唑烷二酮类目标化合物IV-3-5。（5）所有新化合物的结构由核磁共振氢谱、碳谱和高分辨质谱证实。（6）芦荟大黄素唑类衍生物的抗微生物活性研究亚甲基桥连的芦荟大黄素唑类化合物的体外抗细菌与抗真菌活性:抗菌活性研究发现部分芦荟大黄素唑类杂化体对革兰氏阳性菌的抑制活性与参考药物诺氟沙星相当甚至更强。其中,四氮唑取代的芦荟大黄素杂化体II-4b对大部分革兰氏阳性菌具有较好的抑制效果,尤其是对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌具有显著的活性,最小抑制浓度达2μg/m L,是参考药物诺氟沙星活性的4倍。苯并三唑杂化体II-5e、3-巯基-1,2,4-三氮唑杂化体II-7b对烟曲霉菌的最小抑制浓度为4μg/m L,优于参考药物氟康唑。哌嗪桥连的芦荟大黄素唑醇类化合物的体外抗细菌与抗真菌活性:在所合成的芦荟大黄素唑醇类衍生物中,2-溴咔唑芦荟大黄素杂化体III-11a能够有效地抑制革兰氏阳性菌的生长,其最小抑制浓度范围为1-16μg/m L,此外,2-巯基-1-甲基咪唑取代的衍生物III-5a对大肠杆菌25922显示出优异的抑制效果,其抑制效果是诺氟沙星的4倍。芦荟大黄素噻唑烷二酮类化合物的体外抗细菌与抗真菌活性:化合物IV-5a对金黄色葡萄球菌29213和肺炎克雷伯菌的最小抑制浓度分别为0.25μg/m L和1μg/m L,均为参考药物诺氟沙星抑制活性的4倍。（7）细菌耐药性发展探究:化合物II-4b和IV-5a分别表现出比参考药物诺氟沙星更缓慢的耐药性发展趋势。（8）细胞膜通透性研究:化合物II-4b、III-5a和IV-5a可有效透过细胞膜。（9）分子与DNA相互作用探究:化合物II-4b、III-5a和IV-5a与小牛胸腺DNA的相互作用由紫外可见光谱和荧光光谱等波谱方法证明。（10）分子对接研究:化合物II-4b对DNA异构酶可发生超分子作用从而抑制细菌的生长,化合物III-5a和化合物IV-5a能与细胞膜上转肽酶A复合物以氢键相互作用,进而影响菌体生命活动。本论文共合成化合物78个,其中新化合物57个,包括芦荟大黄素唑类化合物16个、芦荟大黄素唑醇化合物17个和芦荟大黄素噻唑烷二酮化合物21个。其中1个芦荟大黄素唑类化合物对临床耐药菌MRSA的活性强于参考药物诺氟沙星,芦荟大黄素唑醇类杂合体中有9个目标化合物抑制烟曲霉菌的生长优于参考药物氟康唑,芦荟大黄素噻唑烷二酮类化合物中有2个目标化合物对金黄色葡萄球菌29213的抑制效果优于诺氟沙星。此外,这些活性分子具有膜渗透能力,且能够与DNA形成超分子络合物,显示出具有多靶向作用。因此,这些芦荟大黄素类目标化合物作为新型抗菌候选药物值得进一步研究。该系列研究成果可为新的抗感染疾病药物的设计提供指导意义。

日益严重的抗生素耐药性已经严重威胁着人类和动物的健康。由于目前使用的药物在抗感染治疗方面越来越有限,因此需要开发具有新结构、新抗菌机制的抗菌药物。咔唑具有三环芳香杂原子骨架,广泛存在于多种具有药物活性天然物质中。咔唑的大共轭体系和强分子内电子转移能力使其在氢键的生成、静电相互作用等弱相互作用方面具有天然的优势,这同时也使咔唑类化合物在靶向包括DNA在内的多种酶或受体时具有高亲和力。此外,咔唑环易于被引入各种具有生物活性的官能团或药物片段来进行结构修饰,这使得咔唑类化合物在医药和有机合成领域的潜力被深入地挖掘。唑类抗微生物药物为人类及动植物的健康提供了重要保护。其中,噁二唑片段作为一类富电子芳香杂环化合物易于通过非共价相互作用与生物体内的酶和受体相结合,显示出丰富的生物活性和巨大的药用价值。鉴于此,本论文基于咔唑类化合物在国内外抗菌领域的研究现状,设计合成了3个系列咔唑类新抗菌化合物,研究了其抗细菌能力,探讨了构效关系,进一步研究了高活性化合物的成药性潜力,并初步探索了高活性分子的抗菌作用机制,研究工作总结如下:1.咔唑类新抗菌化合物的中间体及目标化合物的合成（a）咔唑-噁二唑类新抗菌化合物的设计合成:以9H-咔唑为起始原料,先与溴乙酸乙酯反应,再与水合肼反应得到咔唑酰肼中间体,最后在与氢氧化钾和二硫化碳反应,经酸化后得到所需的咔唑-噁二唑化合物。最后,通过引入烷基链、苄基卤化物、不饱和键和羰基片段对目标化合物进行进一步的结构修饰。（b）咔唑-噁二唑醚类新抗菌化合物的设计合成:（1）以4-羟基咔唑为起始原料,先进行羟基的烷基化反应后,在按照前述步骤进行咔唑-噁二唑类化合物的制备;（2）以4-羟基咔唑为起始原料,先在低温条件下与溴乙酸乙酯进行羟基烷基化反应,随后在咔唑的9-位进行烷基化反应,最后经前述步骤制备得到咔唑-噁二唑类化合物;（3）以4-羟基咔唑为起始原料,与氯乙腈进行氧烷基化反应,再进行N烷基化反应,最后与叠氮化钠和五水硫酸铜反应制备得到咔唑-四唑类化合物;（4）以靛红为起始原料,与氨基硫脲反应制备得到咔唑类似物5H-[1,2,4]三嗪[5,6-b]吲哚,在经过巯基烷基化/N烷基化反应,随后按照前述步骤制备得到5H-[1,2,4]三嗪[5,6-b]吲哚-噁二唑化合物。（c）咔唑-甲硝唑类新抗菌化合物的设计合成:以4-羟基咔唑为起始原料,与环氧氯丙烷反应制备得到关键中间体4-（环氧乙烷-2-基甲氧基）-9H-咔唑,然后与唑类化合物进行开环反应制备得到咔唑-唑醇类化合物。2.所有新制备的化合物使用~1H NMR、13C NMR和HRMS的等现代波谱手段进行结构确证。3.咔唑类新化合物的抗细菌能力研究（a）在咔唑-噁二唑类新化合物中,部分新化合物对测试的革兰阳性菌和革兰阴性菌显示出良好的抗菌活性,其中咔唑-噁二唑类化合物Ⅱ-13a–g对金黄色葡萄球菌、金黄色葡萄球菌ATCC 29213和金黄色葡萄球菌ATCC 25923具有良好的抑制活性,优于临床药物诺氟沙星。（b）在咔唑-噁二唑醚类新化合物中,部分新化合物对测试的革兰阳性菌和革兰阴性菌显示出良好的抑制活性,其中咔唑-噁二唑Ⅲ-5g、Ⅲ-5i–k、Ⅲ-16a–c和咔唑-四唑化合物Ⅲ-23b–c对铜绿假单胞菌ATCC 27853具有良好的生物活性。（c）在咔唑-甲硝唑类新化合物中的,部分化合物对测试的革兰阳性菌和革兰阴性菌显示出一定的抑制活性体,尤其是2-甲基-5-硝基咪唑醇衍生物Ⅳ-3c对MRSA、粪肠球菌、大肠杆菌、大肠杆菌25922和铜绿假单胞菌的抑制活性优于临床药物诺氟沙星。4.咔唑类新化合物的构效关系研究对于咔唑-噁二唑类化合物,其抗菌活性与巯基的存在紧密相关,即当巯基不被取代时,该类化合物具有优异的抗菌活性,否则其活性便会丧失;在保持巯基存在的情况下,对咔唑环进行结构修饰是改善其抗菌活性的有效途径;咔唑骨架在该类化合物中的地位是不可被替代的。5.高活性化合物的成药性研究（a）在咔唑-噁二唑类新化合物系列Ⅱ中,咔唑-噁二唑Ⅲ-13a对金黄色葡萄球菌ATCC 29213的耐药诱导趋势低于临床药物诺氟沙星,并具有快速杀菌的作用,对正常细胞和血红细胞具有低的细胞毒性和溶血毒性。（b）咔唑-噁二唑醚类新化合物系列Ⅲ中,咔唑-噁二唑化合物Ⅲ-5i–k和Ⅲ-16b–c在对MRSA的细菌敏感性评估中优于万古霉素和新生霉素,丙烯基修饰的咔唑-噁二唑化合物Ⅲ-5g和咔唑-四唑化合物Ⅲ-23b–c对正常细胞和血红细胞具有低的细胞毒性。对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的抑制行为研究表明,咔唑-噁二唑化合物Ⅲ-5g、Ⅲ-5i、Ⅲ-5k咔唑-四唑化合物Ⅲ-23c除对MRSA具有抑制能力外,还具有杀菌能力。（c）在咔唑-甲硝唑类新化合物系列Ⅳ中,咔唑-硝基咪唑醇化合物Ⅳ-3c对粪肠球菌的耐药诱导能力低于临床药物诺氟沙星,并且高活性化合物Ⅳ-3c显示出基于人类肠道吸收和胃肠道肠道吸收的可变渗透率,其口服生物利用度也与临床药物诺氟沙星相当。6.初步探讨了高活性化合物的抗菌机制:（a）在咔唑-噁二唑类新化合物中,咔唑-噁二唑化合物II-13a可有效透过细胞膜,并可以破坏金黄色葡萄球菌ATCCC 29213的生物膜形成,嵌入DNA,还可以与金黄色葡萄球菌ATCC 29213的DNA促旋酶进行相互作用。（b）在咔唑-噁二唑醚类新化合物中,化合物Ⅲ-13b和Ⅲ-23b–c具有穿过铜绿假单胞菌外膜孔蛋白的结构优势。（c）在咔唑-甲硝唑类新化合物中,咔唑-硝基咪唑醇化合物Ⅳ-3c可与小牛胸腺DNA的发生相互作用,并具有嵌入DNA的结构优势。本论文累计共合成化合物183个,其中新化合物177个,包括新的中间体化合物102个,新目标化合物75个。发现了23个对革兰阳性和革兰阴性菌具有良好的抑制活性的新化合物,其中高活性化合物显示出低的耐药诱导趋势,并对正常细胞具有低毒性,进一步的抗菌机制探究表明,高活性化合物可以有效地穿过细胞膜,破坏细菌生物膜的形成,还可以与DNA发生相互作用,显示出优异的抗菌活性。因此,该项研究说明的咔唑类新化合物可望作为临床抗菌候选药物,值得进一步深入研究。

磺胺是第一类人工合成的抗菌药,广泛地应用于预防和治疗微生物感染。对母体结构的化学修饰,成功地开发出了许多临床磺胺药物。然而,细菌与磺胺类药物反复接触后,对药物的敏感性降低甚至消失,尤其在用量不足时更易出现。产生抗药性的原因,可能是细菌改变代谢途径,如产生较多二氢叶酸合成酶,或能直接利用环境中的叶酸。因此已有许多研究致力于对磺胺核心骨架进一步修饰以克服耐药性的产生,这促进了磺胺类化合物作为抗菌药物的发展。本论文基于磺胺类化合物的结构特点以及国内外研究现状,设计合成了三个系列具有抗菌潜力的唑类磺胺新衍生物,运用现代波谱手段对其结构进行了表征,探究了其高效制备方法。研究了目标化合物的抗菌活性,探讨了其构效关系,进一步探究了高活性化合物的成药潜力,并初步探索了其抗菌作用机制。研究工作总结如下:1.三个系列唑类磺胺新衍生物的合成:（a）咪唑磺胺类新衍生物的制备:以磺胺、亚磷酸二乙酯分别与一系列的商业醛或者自制芳香醛经Mannich反应“一锅法”制备唑类磺胺新衍生物Ⅱ-2–10。（b）噻唑磺胺类新衍生物的制备:以磺胺为起始原料与2-（2-氨基-4-噻唑基）-2-（甲氧亚氨基）乙酸硫代苯并噻唑酯Ⅲ-1反应得到（Z）-2-（2-氨基噻唑-4-基）-2-（甲氧基亚氨基）-N-（4-氨磺酰基苯基）乙酰胺Ⅲ-2。然后再将中间体Ⅲ-2分别与卤代烯烃、卤代炔烃和2,4-二氯嘧啶反应得到目标化合物Ⅲ-3a–c。此外,化合物Ⅲ-1与一系列磺胺类化合物反应得到噻唑磺胺类新衍生物Ⅲ-4–10。（c）噁二唑磺胺类新衍生物的制备:乙酰苯胺Ⅳ-1与氯磺酸通过磺酰化反应得到对乙酰氨基苯磺酰氯Ⅳ-2,然后与碳酸氢钠和亚硫酸钠反应得到对乙酰氨基苯磺酸钠Ⅳ-3。将化合物Ⅳ-3与溴乙酸乙酯反应得到2-（（4-乙酰氨基苯基）磺酰基）乙酸乙酯Ⅳ-4,进一步与水合肼发生肼解反应得到N-（4-（（2-肼基-2氧代乙基）磺酰基）苯基）乙酰胺Ⅳ-5,随后与二硫化碳经过成环反应得到中间体磺胺巯基噁二唑Ⅳ-6。将中间体Ⅳ-6与分别一系列的卤代烃、卤代醇、卤代羧酸和苄卤等反应得到噁二唑磺胺类新衍生物Ⅳ-7–9。2.使用~1H NMR、13C NMR、31P NMR、HRMS和/或X-ray单晶衍射等现代波谱手段证实了所有新制备的化合物的结构。3.研究了三个系列唑类磺胺新衍生物的抗菌活性:（a）咪唑磺胺类新衍生物Ⅱ-2–10中的部分化合物对测试的革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌显示出良好的抗菌活性。其中氟苄衍生物Ⅱ-5d对于大肠杆菌显示出优良的抑制效果,最小抑菌浓度为2μg/m L,其抗菌能力是临床药物诺氟沙星的4倍,氯霉素的8倍。（b）噻唑磺胺类新衍生物Ⅲ-2–10中的部分化合物对测试的革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌显示出相当甚至优于临床药物诺氟沙星的抗菌活性。苯甲酰磺胺衍生物Ⅲ-10c能够有效地抑制大多数所测试菌株的生长,尤其对鲍曼不动杆菌的抗菌效果最好,最小抑菌浓度为0.25μg/m L,其抗菌能力是临床药物诺氟沙星的16倍。（c）噁二唑磺胺类新衍生物Ⅳ-7–9能够选择性的抑制耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的生长。其中己基衍生物Ⅳ-8b对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度为1μg/m L,其抗菌能力是临床药物诺氟沙星的16倍。4.探讨了三个系列唑类磺胺新衍生物的构效关系:（a）咪唑磺胺类新衍生物Ⅱ-2–10的构效关系研究发现,在咪唑中引入不饱和片段的引入有利于抑制微生物的生长,然而引入不同长度的烷基链的对生物活性没有积极的影响。除此之外,当咪唑被具有更大共轭体系的芳杂环取代后,目标化合物的抗菌活性有所降低。（b）噻唑磺胺类新衍生物Ⅲ-2–10的构效关系研究发现,炔基的引入对革兰氏阴性菌的生长抑制有积极作用,此外,乙酰基的引入提高了目标化合物的抗菌能力。（c）噁二唑磺胺类新衍生物Ⅳ-7–9的构效关系研究发现,在巯基噁二唑中引入己基可以显著改善目标分子的抗菌能力,然而延长或者缩短碳链都会降低抗菌活性。5.研究了三个系列高活性化合物的成药潜力:（a）咪唑磺胺类新衍生物Ⅱ-2–10中氟苄衍生物Ⅱ-5d能够在短时间内快速杀灭大肠杆菌,并且没有明显的耐药性诱导趋势。此外,该分子对人类正常肾上皮细胞293T和红细胞几乎没有损伤。（b）噻唑磺胺类新衍生物Ⅲ-2–10中苯甲酰衍生物Ⅲ-10c能够快速杀死鲍曼不动杆菌,并且没有明显的耐药性诱导趋势,而且对人类哺乳细胞几乎没有毒性。药物联用研究发现化合物Ⅲ-10c与诺氟沙星对于鲍曼不动杆菌的抑制具有协同作用。体外药代动力学研究发现该分子显示出良好的药代动力学性质和较高的口服生物利用度。（c）噁二唑磺胺类新衍生物Ⅳ-7–9中己基衍生物Ⅳ-8b对于耐甲氧西林金黄色葡萄球菌没有明显的耐药性,体外药代动力学研究发现化合物Ⅳ-8b在计算机模拟中具有可观的药代动力学特征和极好的药物相似性。6.初步探索了三个系列高活性化合物的抗菌作用机制:（a）氟苄衍生物Ⅱ-5d显示出良好的清除大肠杆菌生物膜的能力,还可以诱导活性氧的产生,对细菌细胞膜造成损伤,进而与脱氧核糖核酸形成稳定的Ⅱ-5d-DNA络合物,从而导致细菌死亡。分子模拟发现该化合物可以与二氢叶酸还原酶通过非共价键相互作用结合。（b）苯甲酰衍生物Ⅲ-10c能够清除鲍曼不动杆菌形成的生物膜,有助于耐药性的降低。化合物Ⅲ-10c能够有效破地坏细菌细胞膜,干扰乳酸脱氢酶的正常生理功能,从而导致细胞内蛋白质的泄漏。此外,该分子还可以诱导活性氧和活性氮的产生,使细胞内的氧化还原稳态受到破坏,进一步促进了鲍曼不动杆菌呼吸通路的失活和谷胱甘肽活性的降低,从而导致细菌的死亡。（c）己基衍生物Ⅳ-8b能够有效损伤耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的细胞膜,与脱氧核糖核酸发生相互作用,形成稳定的Ⅳ-8b-DNA络合物,这可能是细菌代谢失活的原因。此外,分子对接表明Ⅳ-8b与DNA拓扑异构酶Ⅳ发生氢键相互作用。本文共合成了82个化合物,其中新化合物67个,包括新目标化合物65个和新中间体2个。抗微生物活性实验发现部分目标化合物的抗菌效果优于临床药物诺氟沙星或者与之相当。成药性研究发现高活性化合物显示出低耐药性,低毒性、快速杀菌能力以及良好的药代动力学性质。初步的抗菌作用机制表明高活性分子能够破坏细菌细胞膜,引起细胞内蛋白质的泄漏,嵌入脱氧核糖核酸,造成细胞内氧化应激,导致细菌代谢失活。分子模拟研究发现高活性化合物可以与酶发生相互作用。这些结果表明高活性化合物值得作为抗菌候选药物进一步研究。

香豆素是一类与抗感染药物喹诺酮相似的具有典型苯并吡喃结构的抗菌化合物。可以通过和ATP竞争与酶的B亚基结合来抑制细菌DNA旋转酶的ATP酶活性从而发挥抗菌作用,被认为是潜在的抗菌药物。临床上已经有天然存在的香豆素化合物作为一类重要的抗微生物药物,如新生霉素、氯霉素、香豆霉素A1等。最近研究表明,通过引入各种药效片段对香豆素骨架进行结构修饰可以其增强其抗菌活性和扩大抗菌谱。特别是唑环的引入可以通过各种微弱的相互作用与生物体中的DNA、酶和受体结合,从而增强香豆素的结合亲和力,克服耐药性。噻唑环是一类五元含氮芳香杂环化合物,广泛存在于多种抗菌药物中,被认为是一种能增强抗菌活性化合物的分子之一。鉴于此,本论文基于对香豆素母环修饰的现状以及本课题组对噻唑类抗菌化合物的研究,设计了一系列新型香豆素噻唑类化合物。包括烯基共轭的香豆素噻唑烷二酮化合物、乙氧基桥连的噻唑香豆素化合物、香豆素衍生的查尔酮化合物。探索了目标化合物的制备方法并运用了现代波普手段对其进行结构表征。通过对目标分子的体外活性筛选数据得出抗菌效果,并对抗菌分子的构效关系进行了讨论与研究。包括对高活性分子的理化性质测定和其发挥抗菌作用机制的靶标研究。主要的研究工作如下:（1）烯基共轭的香豆素噻唑烷二酮化合物的制备:以商业间苯二酚、2-羟基丁二酸、乙酰乙酸乙酯、4-氯乙酰乙酸乙酯为起始原料分别合成不同取代基的香豆素母环。再以冰醋酸为溶剂,用六亚甲基四胺对化合物II-2a–b进行甲酰化,得到相应的香豆素醛类化合物II-3a–b,产率为10.0–24.0%。其中,4-甲酰基7-羟基香豆素II-7则是通过二氧化锰氧化II-6得到。然后分别对化合物II-3b进行香豆素C-7上酚羟基的修饰得到化合物II-9a–g、II-11a–b和II-14a–e。再以乙醇为溶剂、哌啶作为碱,中间体II-3a–b、II-7、II-9a–g、II-11a–b和II-14a–e分别与噻唑烷二酮发生克脑文盖尔缩合反应得到烯基共轭的香豆素噻唑烷二酮类似物。对抗菌活性较好的分子II-12a–b分别进行了相同取代基的修饰并得到化合物II-13a–b。（2）乙氧基桥连的噻唑香豆素化合物的制备:中间体III-2–3、III-7–8的制备方法同第二章一样,并以此为原料、碳酸钾为碱、乙腈为溶剂、分别与溴乙酰噻唑反应得到化合物III-4a–b和III-9a–b。再以硼氢化钠作为还原剂在0℃下反应至室温得到香豆素噻唑醇类化合物III-5a–b和III-10a–b,产率为40.4%到55.4%之间。同时香豆素噻唑肟类化合物III-6a–b、III-11a–b以制备的中间体III-4a–b和III-9a–b分别与盐酸羟胺盐酸盐、乙酸钠反应得到。中间体III-11b用不同的取代基进行修饰得到一些类亚胺类化合物。（3）香豆素衍生的噻唑查尔酮化合物的制备:以中间体III-4a为原料,与二乙醇胺在乙腈作溶剂的条件下80℃反应搅拌得到产物IV-1,产率为70.2%。再用中间体IV-1与各种醛在哌啶作碱、乙醇作溶剂的条件下发生缩合反应得到一系列相应的目标化合物IV-2a–i、IV-3和IV-4a–d。（4）论文中的新化合物均由核磁谱图、高分辨质谱或培养部分化合物单晶确认其结构。（5）对所有新化合物进行了体外抗菌活性筛选。其中化合物II-12a–b（MIC=0.006μmol/m L）、化合物III-10b和III-13a（MIC=1μg/m L）以及化合物IV-3（MIC=1μg/m L）都对MRSA有很强的抑制活性,相对于参考药物诺氟沙星而言都表现出了优异的活性。此外,还对于其他的革兰氏菌株表现出了比较宽的抗菌谱如肺炎链球菌、鲍曼氏杆菌、金黄色葡萄球菌等。对于真菌菌株而言,化合物II-10a–b和II-12a–b普遍对烟曲霉菌的生长有较好的抑制作用。唑醇类化合物III-10a结构类似氟康唑对热带念珠菌有抑制活性其MIC值为8μg/m L和参考药物氟康唑（8μg/m L）活性相当。化合物III-13a对四种真菌热带念珠菌（4μg/m L）、烟曲霉菌（8μg/m L）、白色念珠菌ATCC90023（64μg/m L）、近平滑假丝酵母菌22019（4μg/m L）均有较好的活性,其抗菌活性比参考药物强。（6）抗菌分子的构效关系研究:香豆素母环上引入噻唑类化合物能增强目标分子的抗菌活性,在香豆素C-4上有供电子基团甲基时对生物活性发挥着关键的作用。第二章研究表明噻唑烷二酮上的NH键的保留是至关重要的,其能增强与生物体内DNA、酶、受体等生物分子进行有效的相互作用而发挥优异的抗菌效果。一些脂肪链烃取代基如溴丙炔、溴丙烯、溴乙烷修饰羟基也能够增强化合物的活性。在肟类化合物中,甲氧基片段极大的增强了抗微生物活性。而对于唑醇类化合物中的羟乙基片段的引入能够作为一个有利的抗菌活性因素。这很有可能是羟乙基片段类似于乙醇的抗菌效果,能够使细菌的蛋白质变性,从而破坏酶系统抑制细菌的生长。（7）化合物耐药性评估发现,高活性分子II-12b和III-13a比诺氟沙星产生耐药性的几率更小,并且在相应的时间内其能够更快的杀死MRSA细菌。（8）细胞毒性研究表明,高活性分子II-12b和III-13a对人肝细胞LO2细胞和人乳腺癌细胞293T细胞均无诱导细胞凋亡的可能性,即使在最高化合物浓度下也依然有很高的细胞存活率。（9）抗菌机理初步研究表明,高活性分子II-12b和III-13a能靶向MRSA细胞膜,通过插入MRSA的DNA形成稳定的高活性分子-DNA复合物从而阻碍DNA复制,抑制MRSA细菌的生长。本论文共计合成化合物83个。其中新化合物71个,包括烯基共轭的香豆素噻唑烷二酮化合物33个、乙氧基桥连的噻唑香豆素化合物23个、香豆素衍生的噻唑查尔酮化合物15个。体外抗菌活性评估发现高活性化合物都对MRSA菌株具有好的抑制活性,特别是化合物II-12b和III-13a作为抗菌候选药物值得进一步研究。

萘酰亚胺类化合物是一类含氮芳香杂环、具有环双亚胺和萘环骨架的重要化合物。这类大共轭平面结构使萘酰亚胺衍生物容易与各种生物阳离子、阴离子、小分子和大分子如DNA、酶和受体等通过共价键结合,因此在医药领域表现出广泛的应用潜力。其中萘酰亚胺类化合物作为抗癌药物已经得到了广泛的研究,一些药物候选分子如氨萘非特（Amonafide）、米托萘胺（Mitonafide）、UNBS5162、依利萘法德（Elinafide）、双萘法德（Bisnafide）和双苯那酮（Bibenilone）等都曾进入了临床试验,显示出萘酰亚胺类化合物具有很大的临床应用潜力。耐药性、难治性病原微生物和新出现的病原体的日益增多,已成为全世界人类健康面临的一个日益严重和具有挑战性的公共卫生问题。这种情况促使人们迫切需要开发具有完全不同于临床药物化学结构的新型抗菌药物,可能具有与现有临床药物不同的作用机制。最近,一些研究针对萘酰亚胺类化合物多靶点活性分子的研发,为临床提供了越来越多的耐受性好、活性强、广谱、低毒性、生物利用度高、药代动力学性质好的萘酰亚胺类化合物作为候选药物,显示出了其在治疗抗菌和抗真菌感染方面具有很大的可能性。唑类化合物因其独特的结构骨架能与多种重要生物分子发生相互作用,被广泛应用于药物化学领域,并表现出优异的安全性、良好的药代动力学特点和宽广的生物活性,如甲硝唑、奥硝唑、塞克硝唑及氟康唑。基于近年来国内外关于萘酰亚胺类药物的研究与开发现状,以及课题组对萘酰亚胺类化合物抗微生物研究的工作基础,本论文基于以下思想设计合成了一系列结构新颖的萘酰亚胺类化合物,以期得到具有多靶向性且更好生物活性的新型萘酰亚胺类化合物。主要对其进行了体外抗细菌抗真菌活性评估及构效关系的研究,并对一些高活性化合物的细胞毒性、杀菌动力学、耐受性等药代动力学性质进行了初步研究,进一步探讨了高活性化合物与DNA超分子相互作用、细胞膜通透性等初步作用机制,评估了一些高活性分子对人类血清白蛋白（HSA）的运输能力。因此,主要开展了如下工作:1、目标分子的结构设计思想:（1）基于1,2,3-三唑萘酰亚胺化合物的设计:萘酰亚胺类化合物作为抗癌药物已经得到了广泛的研究,具有很大的临床应用潜力。一些研究也发现萘酰亚胺类化合物在治疗抗菌和抗真菌感染方面具有很大的可能性。这激发了我们研究萘酰亚胺类化合物作为一种新型抗菌剂的强烈兴趣。三唑是一种重要的杂环骨架,具有很强的生物活性。1,2,3-三唑类化合物是三唑类化合物的重要类别,具有多种药理学特性,而且1,2,3-三唑能作为一个有吸引力的桥基,将两个药理作用和（或）生物作用片段连接成一个分子,从而生成创新的多功能化合物。基于此,将1,2,3-三唑偶联萘酰亚胺,设计合成一系列新型的、具有全新的临床药物结构潜在抗菌剂。（2）基于氨基三唑萘酰亚胺化合物的设计:三唑是一种重要的含氮五元芳杂环骨架,具有多种生物活性。特别是1,2,4-三唑类药物如氟康唑、伏立康唑和泊沙康唑等抗微生物领域广泛应用。基于此,将1,2,4-三唑引入到萘酰亚胺骨架,并通过哌嗪引入不同的取代基研究其对生物活性的影响,期望萘酰亚胺和1,2,4-三唑的杂合有利于克服耐药性、扩大抗菌谱,得到高活性且耐药性诱导率低的新型临床氨基三唑萘酰亚胺类候选药物分子。（3）基于腙基桥连的萘酰亚胺化合物的设计:肼类化合物可以与过渡金属、稀土金属等多种金属元素形成金属离子配合物从而展现出广泛的生物活性。咪唑类抗菌药物如甲硝唑、益康唑等优良药物也得到的开发和广泛的临床应用。我们之前的工作表明,在萘酰亚胺中引入唑类化合物有益于抗菌效果。基于此,通过腙基桥连将咪唑环引入萘酰亚胺的4位,研究其对生物活性的影响,也期望得到抗菌谱宽,耐药性低和毒副作用小的新型临床喹诺酮类候选药物分子。（4）基于二甲氨基萘酰亚胺唑类化合物的设计:唑类化合物是一类重要的氮杂环化合物,具有多杂原子、芳香性和富电子等性质。它们很容易与生物体内的酶和受体结合。二甲氨基调节其理化性质和亲和力,提高其水溶性。席夫碱结构是抗菌,抗真菌和抗炎剂等有益的结构部分被广泛使用。基于此,设计并合成一系列新型二甲氨基萘酰亚胺唑类化合物,在考察不同的唑环抗微生物活性影响,期望得到安全性高、生物利用率好、耐受性好的候选药物分子。2、合成制备（1）1,2,3-三唑萘酰亚胺类化合物的合成:商业原料4-溴-1,8-萘二甲酸酐常温下与80%的水合肼作用得到中间体N-氨基萘酰亚胺Ⅱ-4,然后与炔丙基溴作用得到重要中间体Ⅱ-5a-b。为考察为了考察不同的脂肪链以及芳香环取代基的引入对1,2,3-三唑萘酰亚胺化合物理化性质与抗微生物活性的影响,先用含不同的脂肪链以及芳香环取代基的卤代物与叠氮化钠反应制备中间体Ⅱ-6a-c、Ⅱ-7a-j,最后在抗坏血酸钠（2%mmol）和五水硫酸铜（1%mmol）的催化下Ⅱ-5与叠氮化合物发生“点击反应”得到目标产物Ⅱ-8、Ⅱ-9、Ⅱ-10。Ⅱ-9e与饱和的氯化氢四氢呋喃溶液作用得到盐酸盐Ⅱ-11。Ⅱ-9e与二乙醇胺作用制备得到4位修饰产物Ⅱ-12。（2）氨基三唑萘酰亚胺类化合物的合成,商业原料4-溴-1,8-萘二甲酸酐与氨基-1,2,4-三唑在醋酸锌的催化下得到中间体Ⅲ-2,后者与水合肼反应高产率的得到重要中间体Ⅲ-3。同样的一系列脂肪链以及芳香环取代基的卤代物与中间体Ⅲ-3作用得到目标产物Ⅲ-4、Ⅲ-5、Ⅲ-6和Ⅲ-7。（3）腙基桥连的萘酰亚胺类化合物的合成,商业原料4-溴-1,8-萘二甲酸酐用2-乙醇胺处理,得到中间产物6-溴-2-（2-羟乙基）-1H-苯并异喹啉-1,3（2H）-二酮Ⅳ-2。化合物Ⅳ-2与水合肼在的乙二醇甲醚中进一步反应生成中间体Ⅳ-3。另一类中间体Ⅳ-7和Ⅳ-8是由苄基或烷基卤化物与原料Ⅳ-6反应得到.最后,Ⅳ-3与咪唑醛衍生物反应得到目标产物Ⅳ-4和Ⅳ-5。（4）二甲氨基萘酰亚胺类化合物的合成,商业原料4-溴-1,8-萘二甲酸酐商业原料4-溴-1,8-萘二甲酸酐常温下与80%的水合肼作用得到中间体N-氨基萘酰亚胺。然后在五氧化二磷催化下与DMF作用得到中间体Ⅴ-2,进一步与二乙醇胺在120 oC反应得到中间体Ⅴ-3,Ⅴ-3经溴化后得到溴化物Ⅴ-4,Ⅴ-4与不同的唑类化合物作用得到Ⅴ-9。目标产物Ⅴ-6是通过中间体N-氨基萘酰亚胺与二乙醇胺作用得到Ⅴ-5,再用二氯亚砜氯化得到。中间体Ⅴ-2目与乙二醇甲醚作用得到产物Ⅴ-7。Ⅴ-8则由中间体Ⅴ-2与不同巯基唑类作用制得。3、结构表征合成的新化合物的结构经~1H NMR、13C NMR与HRMS等现代波谱证实。培养了中间体Ⅱ-5a、Ⅱ-5b,目标产物Ⅱ-10g、Ⅲ-7i、Ⅳ-4f和Ⅴ-6的单晶,通过单晶X-衍射确认其结构。4、抗微生物活性评估（1）体外生物活性测试表明系列Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ中一些中间体与目标化合物能够有效地抑制所测细菌与真菌,包括临床耐药菌的繁殖。1,2,3-三唑萘酰亚胺类化合物连接取代苄基的化合物Ⅱ-9a-j显示对大肠杆菌（E.coli）优异活性,其中3,4-二氯苄基取代的目标产物Ⅱ-9e展出最优的抑制活性（MIC=1μg/mL）,分别为参考药物氯霉素和诺氟沙星的16倍和2倍。体外抗菌及杀菌活性评估显示氨基三唑萘酰亚胺类化合物Ⅲ-7j具有显著的杀菌特性,尤其对烟曲霉菌（MIC=1μg/Ml）,为参考药物氯霉素和诺氟沙星的4倍;腙基桥连的萘酰亚胺类化合物Ⅳ-5h显示出比参考药物诺氟沙星更强的抗菌能力,尤其对热带假丝酵母菌（C.tropicals）（MIC=1μg/mL）。所有这些高活性化合物作为临床候选药物分子值得进一步研究。（2）杀菌动力学与耐药性测试结果表明以上高活性化合物均显示出快速杀菌速率以及极低的耐药性诱导率。（3）细胞毒性测试结果表明氨基三唑萘酰亚胺类化合物Ⅲ-7j与腙基桥连的萘酰亚胺类化合物Ⅳ-5h对人体正常细胞或者癌细胞几乎没有毒性。（4）分子模拟表明氨基三唑萘酰亚胺类化合物Ⅲ-7j能够通过氢键与DNA回旋酶发生超分子作用,从而展现出较好的抗微生物活性;腙基桥连的萘酰亚胺类化合物Ⅳ-5h通过氢键与疏水作用有效地与热带假丝酵母烯酰硫酯还原酶发生超分子相互作用表现出较好的活性。（5）研究发现,1,2,3-三唑萘酰亚胺类化合物Ⅱ-9e能够被人血清白蛋白有效运输,其驱动力主要是氢键与疏水超分子作用。氨基三唑萘酰亚胺类化合物Ⅲ-7j能够被人血清白蛋白有效运输,其驱动力主要是氢键与疏水超分子作用。5、初步的抗菌作用机制研究（1）细胞膜通透性测试结果表明氨基三唑萘酰亚胺类化合物Ⅲ-7j能够有效地破坏真菌株烟曲霉菌（A.fumigatus）的细胞膜,腙基桥连的萘酰亚胺类化合物Ⅳ-5h能够有效地破坏真菌株热带假丝酵母菌（C.tropicals）的细胞膜。（2）DNA超分子相互作用表明高活性分子腙基桥连的氨基三唑萘酰亚胺类化合物Ⅲ-7j和萘酰亚胺类化合物Ⅳ-5h能够有效地嵌入DNA,从而抑制细菌的生长繁殖,发挥抗菌作用。本论文共合成124个化合物,其中新化合物84个,包括1,2,3-三唑萘酰亚胺类化合物27个,氨基三唑萘酰亚胺类化合物21个,腙基桥连的萘酰亚胺类化合物21个以及二甲氨基萘酰亚胺类化合物15个。多个新化合物抑制某些菌的生长能力强于诺氟沙星、氯霉素和/或氟康唑,强活性化合物对人体细胞无毒性,能快速杀死细菌且几乎不产生耐药性,同时能够有效嵌入DNA,破坏细胞膜,抑制酶活性,并能够被人血清白蛋白有效运输。所有这些高活性化合物作为临床候选药物分子值得进一步研究。

硝基咪唑是一类重要的富电子五元芳香氮杂环化合物,广泛存在于多种生物活性物质中,硝基咪唑结构中的咪唑环与强吸电子基团硝基共缀不仅扩大了双氮五元杂环的共轭体系,更重要的是增强了其发生π-π堆积、疏水作用、范德华力、氢键、配位金属离子等多种非共价键超分子相互作用的能力。硝基咪唑同时作为一类重要的抗微生物药物广泛用于临床,其中的硝基取代基具有多种生物还原特性,不仅可以有效检测细胞的乏氧部位,还能被还原为硝基自由基与DNA或蛋白质等生物分子发生多种作用。鉴于此,本论文设计合成了一系列新结构硝基咪唑烯类抗微生物化合物,探索了目标化合物的制备方法与合成条件,运用现代波谱手段对其结构进行了表征,并对目标分子的抗菌活性、理化性质及构效关系进行了研究;运用紫外、荧光等光谱手段初步探究了高活性目标化合物的抗菌作用机制。主要工作总结如下:（1）醇类硝基咪唑烯新化合物的合成:以2-甲基-5-硝基咪唑为起始原料,与1-氯丙烷-2-酮在碳酸钾条件下80°C加热回流制得化合物II–1。接着将化合物II–1在哌啶和冰醋酸作催化剂,甲苯作溶剂条件下与一系列芳香醛缩合得到硝基咪唑中间体II–2a–i,最后用硼氢化钠进一步还原得到硝基咪唑烯醇类化合物II–3a–i。（2）吲哚类硝基咪唑烯新化合物的合成:将2-甲基-5-硝基咪唑与1-氯丙烷-2-酮为原料合成的化合物II–1为起始原料,与不同取代的吲哚醛经过羟醛缩合反应制得中间体III–2a–c,接着用一系列合成的酰胺中间体、卤代烃在碳酸钾的乙醇溶液中回流得到吲哚类硝基咪唑烯化合物III–3a–f、III–4a–i和III–5a–c。（3）席夫碱类硝基咪唑烯新化合物的合成:以2-甲基-5-硝基咪唑与1-氯丙烷-2-酮反应合成的化合物分别与筛选的芳香醛和吲哚醛缩合得到中间产物IV–2a–b和IV–4a–c,进一步用多种取代胺在无水乙醇溶剂中经冰醋酸催化由亲核加成-消除反应制得目标产物Ⅳ–3a–f和IV–5a–i。（4）所有新合成化合物的结构经~1H NMR、13C NMR和HRMS等波谱手段进行了确证,进一步培养了一些化合物的单晶进行结构表征。（5）研究了目标化合物的抗细菌活性。结果表明系列II中化合物Ⅱ–3i表现出了较强的抗细菌活性和较宽的抗菌谱,特别是对铜绿假单胞菌ATCC 27853表现出较好的抑制活性（MIC=0.10 umol/mL）;系列III中哌啶酰胺类化合物Ⅲ–4b能有效抑制MRSA的生长（MIC=1μg/mL）,强于参考药物克林沙星和诺氟沙星;系列IV中甲氧基氨类席夫碱Ⅳ–3e（MIC=1μg/mL）能够出色的抑制金黄色葡萄球菌ATCC 29213的生长,优于其参考药物诺氟沙星,而甲基取代吲哚硝基咪唑类IV–5g在所有合成的化合物中能够以最高的活性抑制热带假丝酵母菌（MIC=8μg/mL）。（6）初步构效关系研究表明:在硝基咪唑烯类化合物的苯环上引入供电子取代基团对生物活性的发挥起着重要作用,而化合物的共轭体系越大,位阻越大,导致目标化合物不易与靶点进行有效结合来发挥抗菌作用。在对吲哚环进行修饰时,发现引入杂环酰胺的活性较好,同时在吲哚N-6位上引入吸电基团更有利于化合物抑制细菌的生长。在席夫碱类硝基咪唑结构中引入氯原子能够作为一个有利因素增强化合物抑菌活性,席夫碱片段中较大的给电子结构也有利于其抗菌活性的发展。（7）化合物Ⅱ–3i对铜绿假单胞菌的时间-抑菌动力学实验表明,相较于参考药物诺氟沙星,化合物Ⅱ–3i可以快速抑制细菌的生长。量子化学计算也表明高活性化合物的电负性区域有利于其以氢键的形式与细菌发生相互作用。分子对接研究结果合理地证实了目标化合物可以通过氢键与相应的拓扑异构酶II结合。进一步抗菌机制探究显示了该化合物能切割铜绿假单胞菌DNA并阻碍DNA的复制,从而发挥抗菌作用。通过Ⅱ–3i与人血清白蛋白（Human serum albumin,HSA）相互作用的荧光猝灭机理、结合位点数、结合常数、热力学参数等,推断出Ⅱ–3i与HSA的结合是自发进行的,主要作用类型为氢键和静电相互作用。（8）研究了化合物Ⅲ–4b的细胞膜通透性,结果显示该化合物能够有效破坏MRSA的细胞膜。进一步与MRSA菌株中的PBP2a蛋白的分子对接证实该化合物能够以氢键的形式与PBP2a蛋白结合,从而达到抑制MRSA的功效。实时荧光PCR技术表明分子Ⅲ–4b能够有效抑制MRSA的三种相关基因的表达量,而同时紫外光谱表明了高活性分子Ⅲ–4b能够以嵌入的方式与MRSA菌株的DNA发生相互作用,有效的抑制DNA的复制,进而导致菌株的死亡。此外,该化合物能够被HSA高效储存和运输,金属离子的参与提高了这种运输能力。细胞毒性实验也表明该化合物对正常肺上皮细胞BEAS-2B具有较低的毒性,值得进一步研究。（9）紫外-可见光谱相互作用研究表明,化合物Ⅳ–3e可以通过嵌入方式与小牛胸腺DNA形成稳定的Ⅳ–3e-DNA复合物,从而影响其DNA复制。本文共合成了71个化合物。其中新化合物57个,包括22个硝基咪唑烯醇和硝基咪唑烯酮类化合物,20个吲哚硝基咪唑烯类化合物和15个席夫碱硝基咪唑烯类化合物。抗微生物活性研究表明其中22个化合物活性优于临床药物甲硝唑,19个化合物活性优于临床药物克林沙星,19个化合物活性优于临床药物诺氟沙星,12个化合物活性优于临床药物氟康唑,值得深入研究。