摘要
鳞翅目害虫是世界范围内对粮食安全最具破坏性的害虫之一，长期使用传统的 化学药剂防治鳞翅目害虫带来了一系列生态安全问题。因此，基于昆虫生长发育系 统的全新关键靶标创制和开发高效安全的新型昆虫生长调节剂用于鳞翅目害虫的综 合防治显得尤为迫切。本论文以课题组前期发现的具有亚洲玉米螟几丁质酶抑制活 性的硫代噻唑烷酮为骨架，靶向亚洲玉米螟几丁质酶OfChtⅠ、OfChtⅡ、OfChi-h结合 腔，采用活性片段拼接、合理药物设计和生物电子等排等策略，通过引入1，4-苯并 二氧六环、3-苯基亚烯丙基活性基团或替换为噻唑烷二酮片段，设计并合成了三个 系列共68个目标化合物。进一步通过对多个亚洲玉米螟几丁质酶抑制活性和代表性 鳞翅目害虫活体杀虫及生长发育调控活性评价，结合分子授受互作机制研究，以期 筛选发现靶向亚洲玉米螟几丁质酶的新型昆虫生长调节剂候选物。本论文主要内容 如下: 1.新型噻唑烷酮类化合物的设计与合成:基于前期发现的具有亚洲玉米螟几丁质 酶抑制活性的硫代噻唑烷酮关键药效片段，结合OfChtⅠ、OfChtⅡ、OfChi-h结合 腔特征，在硫代噻唑烷酮骨架中引入1，4-苯并二氧六环片段或3-苯基亚烯丙基 活性片段，设计并合成了 44个新型硫代噻唑烷酮类化合物(Ⅰ系列和Ⅱ系列化 合物)，其中，41个未见文献报道。运用电子等排原理将硫代噻唑烷酮片段替换 为噻唑烷二酮片段，结合OfChtⅠ、OfChtⅡ、OfChi-h结合腔特征，设计并合成了 24个新型噻唑烷二酮类化合物(Ⅲ系列化合物)，其中21个未见文献报道。所 有化学结构均经过1H NMR、13C NMR和HRMS进行确证。 2.新型噻唑烷酮类化合物的几丁质酶抑制活性研究:通过荧光分光光度法对所有 目标化合物进行对OfChtⅠ、OfChtⅡ、OfChi-h的抑制活性研究，结果表明Ⅰ系列 化合物对OfChtⅡ的抑制活性不突出，但对OfChtⅠ和OfChi-h的抑制活性较好， 尤其是化合物Ⅰa-03、Ⅰa-07和Ⅰa-08表现出较高的酶抑制活性，其Ki值在2.0～5.8 μM 之间，但对 OfChtⅡ 的Ki值在 20.6～26.2 μM 之间;而 Ⅰb-03、Ⅰb-07 和 Ⅰb-08 对OfChtⅠ和OfChi-h的酶抑制活性有所下降，其Ki值在11～16 μM之间，其中 Ⅰb-07对OfChtⅡ的Ki值为32.8 μM,这表明噻唑烷酮类化合物结构中烯键的存 在对几丁质酶的抑制活性重要。发现Ⅱ系列化合物对OfChtⅠ、OfChtⅡ、OfChi-h 均表现出优异的酶抑制活性，其对三个几丁质酶的Ki值分别在0.68～1.51 μM、 4.95～8.69μM和0.86～1.58 μM之间，可见噻唑烷酮类化合物结构中双烯连接片 段比单烯连接片段对多种几丁质酶的抑制活性有利。尤其是Ⅱ系列化合物对 OfChtⅡ的抑制活性较Ⅰ系列化合物要提高了 5倍之多。发现Ⅲ系列化合物中含 酯基连接的化合物 Ⅲa-03、Ⅲa-09 和 Ⅲa-15 对 OfChtⅠ、OfChtⅡ、OfChi-h 的 Ki 值分别在1.17～2.20 μM、5.25～9.31 μM和1.28～1.99 μM之间，要显著优于含酰 胺连接的化合物，而且其酶抑制活性与Ⅱ系列化合物相当，表明噻唑烷二酮可 作为新型的几丁质酶抑制剂骨架。所有酶抑制活性研究结果表明噻唑烷酮类化 合物的确是一类多几丁质酶抑制剂的候选物。 3.代表性噻唑烷酮类化合物与OfChtⅠ、OfChtⅡ、OfChi-h授受互作模式研究:采 用分子对接方法研究不同系列目标化合物与 OfChtⅠ、OfChtⅡ、OfChi-h的分子结 合模式，发现保守的π堆积作用和氢键作用对不同系列化合物与OfChtⅠ、 OfChtⅡ、OfChi-h的结合发挥重要作用。进一步通过分子动力学模拟和 MM/PBSA方法研究高酶抑制活性的噻唑烷酮类化合物Ⅰa-07、Ⅱb-04和Ⅲa-15 分别与OfChtⅠ、OfChtⅡ、OfChi-h的互作机制，发现化合物Ⅰa-07、Ⅱb-04和 Ⅲa-15与几丁质酶的结合作用主要来源于范德华力、静电作用和疏水作用，这 主要由几丁质酶结合腔中的关键芳香性和疏水性残基如TRP、GLU、MET等提 供，这些保守的关键氨基酸残基在化合物与OfChtⅠ、OfChtⅡ、OfChi-h的结合及 其抑制活性中发挥了重要作用，可用于指导新型多几丁质酶抑制剂分子的合理 设计。 4.新型噻唑烷酮类化合物的杀虫和生长发育调控活性研究:在500 mg/L浓度下， 开展所有目标化合物对亚洲玉米螟、草地贪夜蛾和小菜蛾的杀虫和生长发育调 控活性研究，结果发现Ⅰ系列化合物对亚洲玉米螟和草地贪夜蛾的致死率较低， 均在20％左右，对小菜蛾的致死率为20％～66％。Ⅱ系列化合物对亚洲玉米螟、 草地贪夜蛾和小菜蛾的致死率分别在34％～65％、30％～68％和65％～82％之间。 Ⅲ系列化合物对亚洲玉米螟、草地贪夜蛾和小菜蛾的致死率分别在22％～70％、 19％～61％和20％～93％之间，尤其是化合物Ⅲa-15对三种鳞翅目害虫的致死活 性均最高，其致死率均大于60％。所有Ⅰ系列、Ⅱ系列和Ⅲ系列化合物对亚洲 玉米螟和草地贪夜蛾的幼虫生长发育均有显著影响，其中化合物Ⅰa-03、Ⅰa-07、 Ⅰa-08、Ⅱa-01、Ha-02、Ⅱb-04、Ⅱb-05、Ⅲa-15、Ⅲa-19 等分别对上述两种鳞 翅目害虫幼虫生长发育的抑制作用与虫酰肼相当。幼虫表型实验发现代表性化 合物Ⅰa-07、Ⅰa-08、Ⅱb-04、Ⅲa-15均表现为使亚洲玉米螟和草地贪夜蛾的幼虫 虫体发黑、表皮褶皱等现象，符合昆虫生长调节剂的作用方式。可见，噻唑烷 酮类化合物具有良好的昆虫生长调节活性，可作为昆虫生长调节剂候选物具有 潜在应用前景。
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