N-乙酰葡萄糖胺-1-磷酸脲苷酰转移酶抑制剂及其制备方法和应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种N-乙酰葡萄糖胺-1-磷酸脲苷酰转移酶抑制剂及其制备方法，该抑制剂的化学结构式如下所示：本发明还公开了一种N-乙酰葡萄糖胺-1-磷酸脲苷酰转移酶抑制剂的应用。本发明的抑制剂是在基于靶酶活性空腔结构特性的基础上设计筛选合成而出的，具有很好的选择性和专一性，符合绿色农药的开发宗旨，且其在酶体的抑制活性IC50值已达到了10μM，作为先导化合物值得进一步的优化合成，具备进而开发成新型、高效杀菌剂的巨大潜力。该抑制剂对N-乙酰葡萄糖胺-1-磷酸脲苷酰转移酶具有较高抑制活性，可以作为革兰氏阴性菌杀菌剂的有效成份。
【专利说明】N-乙酰葡萄糖胺-1-磷酸脲苷酰转移酶抑制剂及其制备方 法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及化学农药发现与合成【技术领域】，具体的是指一种N-乙酰葡萄糖 胺-1-磷酸脲苷酰转移酶抑制剂及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 细胞壁对细菌的生命、形态、毒性传播等非常重要，肽聚糖作为细菌细胞壁的主 要组成部分，如果肽聚糖的生物合成受阻，细菌细胞壁的合成就被中断，细菌就会裂解死 亡。在肽聚糖生物合成途径中，细胞内催化酶GlmU(N-Acetylglucosamine_l-phosphat e uridyltransferase)是glmU所编码的产物，是肽聚糖合成和氨基糖代谢过程中非常重 要的一个双功能酶。GlmU具有乙酰基转移酶活性和尿嘧啶转移酶活性，参与细胞壁前体 物TOP-N-乙酰葡萄糖胺（UDP-GlcNAc)的生物合成过程，催化两步连续的反应：（I) 1-磷 酸-葡萄糖胺被GlmU的乙酰基转移酶活性催化生成1-磷酸-N-乙酰葡萄糖胺；（2) 1-磷 酸-N-乙酰葡萄糖胺在GlmU酶的尿嘧啶转移酶活性催化下生成终产物UDP-GlcNAc。因此， GlmU酶功能的正常与否将直接影响了细胞壁的完整性及细菌的生存能力。而在真核生物 中，对应于GlmU酶催化的两步反应是由两种不同的酶蛋白催化的，并且两个独立的酶蛋白 在序列上与原核生物的GlmU酶有较大差异，同源性很小。真核和原核生物在GlmU的结构 和功能上的显著差别使得GlmU可能成为一个研究细菌抑制剂的筛选靶标。为了进一步证 实GlmU是否具有成为药物筛选靶标的潜力，在结核分枝杆菌中进行的glmU基因的敲除实 验证实GlmU为细菌存活所必需的一个酶。对敲除了 glmU基因的菌株进行形态上的观察及 细胞壁糖组成成份分析表明GlmU酶缺失可导致细菌裂解死亡，这些研究都为GlmU作为研 发新型抗生素的理想靶标提供了有力的证据（张文利等，2007 ;Zhangetal.，2008)。
[0003] 在GlmU早期的抑制剂研究中，主要是一些亲电子巯基特异性化合物，包括马 来酰亚胺类和碘乙酰胺，它们主要是抑制GlmU的乙酰转移酶活性（Pompeoetal. 1998 ; Burtonetal. ,2006)。但是这些化合物主要是与活性位点的巯基发生反应从而对酶起到抑 制的作用，都是一些非特异性的抑制剂，因此并不适合于酶的催化机理的和全新抑制剂的 研究。随着GlmU晶体结构的不断解析，基于GlmU结构来筛选高效、并具有选择性的抑制 剂已经稍有成效。Pereira等（Pereiraetal. ,2009)根据大肠杆菌GlmU(EcGlmU)的晶体 结构，采用EcGlmU的乙酰转移酶活性位点，通过计算机虚拟筛选成功得到了 3个特异性的 EcGlmU抑制剂（见图5A)。
[0004] GlmU尿嘧啶转移酶活性位点的抑制剂研究也有过报道。Mochalkin等（Mochalkin et al.，2007)根据他们得到的流感嗜血菌GlmU(HiGlmU)的晶体结构，对HiGlmU的尿嘧啶 转移酶的活性空腔和催化机理进行了一定的研究（Mochalkin et al.，2007)，研究结果揭 示了尿嘧啶转移酶活性空腔内一些重要氨基酸信息以及催化机理。同时Mochalkin等利用 HiGlmU尿嘧啶转移酶的催化机理设计了一个小分子抑制剂（见图5B)，但研究结果显示它 并没有占据底物的活性空腔，是一个非竞争性抑制剂，并没有占据GlcNAc-1-P或UTP底物 的结合空腔。
【发明内容】
[0005] 鉴于，尿嘧啶转移酶GlcNAc-1-P、UTP底物活性空腔内的一些重要氨基酸信息以 及催化机理，本发明采用计算机分子模拟与有机合成、酶体生物活性测定等技术相结合的 方法，提供了一种N-乙酰葡萄糖胺-1-磷酸脲苷酰转移酶抑制剂及其制备方法和应用。针 对该抑制剂的开发和研究，对于我国开发具有自主知识产权的新型农药具有重要意义，为 创制绿色环保型农药建立了基础。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供的N-乙酰葡萄糖胺-1-磷酸脲苷酰转移酶抑制剂， 其特征在于：该抑制剂具有如通式（IV)所示的结构：
[0007]
【权利要求】
1. 一种N-乙酰葡萄糖胺-1-磷酸脲苷酰转移酶抑制剂，其特征在于：该抑制剂具有如 通式（IV)所示的结构：
2. -种权利要求1所述N-乙酰葡萄糖胺-1-磷酸脲苷酰转移酶抑制剂的制备方法，包 括下列反应式所示的步骤：
;其中（III)用四氢呋喃溶解成淡黄色液体，加入吡啶溶液，然后向其中缓慢滴加间苯 二甲酰氯的四氢呋喃溶液，回流反应12?16h，反应混合物倒入冷水中，搅拌，减压抽虑，用 DMF-H20混合溶剂重结晶，真空干燥后得到目标化合物（IV)。
3. 根据权利要求2所述的N-乙酰葡萄糖胺-1-磷酸脲苷酰转移酶抑制剂的制备方法， 其特征在于：还包括下列反应式所示的步骤：
;其中将（II)加 入乙醇溶剂中，加热搅拌至全部溶解，然后向其中缓慢滴加水合肼的乙醇溶液，约30min滴 加完毕，继续回流反应8?9h，经冷却，减压抽虑，冷水洗涤，得到淡黄色针状晶体的目标产 物（III)。
4. 根据权利要求3所述的N-乙酰葡萄糖胺-1-磷酸脲苷酰转移酶抑制剂的制备方法， 其特征在于：还包括下列反应式所示的步骤：
其中将溴代乙酸乙酯缓慢滴 加到含有无水碳酸钾和化合物（I)的丙酮溶液中，滴加完毕后继续回流反应12?13h，冷 却，减压抽虑，用少量丙酮洗涤，旋转蒸发，水洗，随后以体积比计用石油醚：乙酸乙酯=4 : 1萃取，无水乙醇重结晶，于室温下真空干燥，得到淡黄色固体目标化合物（II)。
5. -种如权利要求1所述的N-乙酰葡萄糖胺-1-磷酸脲苷酰转移酶抑制剂在制备革 兰氏阴性菌杀菌剂中的应用。
【文档编号】C07C241/04GK104276974SQ201410312381
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年7月2日 优先权日:2014年7月2日
【发明者】张青叶, 陈长水, 徐胜臻, 邓文君 申请人:华中农业大学