药物的构效关系
药物化学构效关系
苯二氮卓类巴比妥类巴比妥酸无镇静催眠作用，当5位的两个氢被取代后才呈现活性5位取代基为支链或不饱和烃时，代谢迅速吩噻嗪类吗啡胆碱酯类M受体合成M受体拮抗剂R1和R2部分为较大基团，通过疏水性力或范德华力与M受体结合，阻碍乙酰胆碱与受体的接近和结合。
R3可以是H，OH，CH2OH或CONH2。
由于R3为OH或CH2OH时，可通过形成氢键使与受体结合增强，比R3为H时抗胆碱活性强，所以大多数M受体强效拮抗剂的R3为OH。
X一般是酯键-COO-，非活性必需。
氨基部分通常为季铵盐或叔胺结构。
R4、R5通常以甲基、乙基或异丙基等较小的烷基为好。
N上取代基也可形成杂环。
环取代基到氨基氮原子之间的距离，以n=2为最好，碳链长度一般在2~4个碳原子之间，再延长碳链则活性降低或消失。
局部麻醉药亲脂性部分可为芳烃、芳杂环，以苯环作用较强。
苯环上邻对位给电子取代基如氨基、烷氧基有利于增加活性；而吸电基会使活性下降。
中间部分－决定药物稳定性作用时间：-CH2CO-＞-CONH-＞-COS-＞-COO-作用强度：-COS-＞-COO-> -CH2CO-> -CONH-通常以n = 2-3碳原子为最好在苯环和羰基之间插入-CH2-，-O-，破坏了共轭体系，活性下降；插入-CH=CH-，则保持活性。
亲水性部分可为仲胺和叔胺，或脂环胺如吡咯烷、哌啶、吗啉等，以叔胺最为常见。
不可以是伯胺，不稳定而且毒性大。
青霉素喹诺酮吡啶酮酸的A 环是抗菌作用必需的基本药效基团，变化较小。
其中3位COOH和4位C=O 与DAN螺旋酶和拓扑异构酶Ⅳ结合，为抗菌活性不可缺少的部分。
B环可作较大改变，可以是并合的苯环(X=CH,Y=CH)、吡啶环(X=N,Y=CH)、嘧环(X=N,Y=N)等。
1位N上若为脂肪烃基取代时，以乙基或与乙基体积相似的乙烯基、氟乙基抗菌活性最好；若为脂环烃取代时其抗菌作用最好的取代基为环丙基、而且其抗菌活性大于乙基衍生物。
药物化学结构和药效的关系
例：
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2.6 药物的电子云密度分布对药效的影响
如果药物分子中的电荷分布正好和其特定 受体相适应，药物与受体通过形成离子键、偶 极-偶极相互作用、范德华力、氢键等分子间引 力相互吸引，就容易形成复合物，而具有较高 活性。
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下例为苯甲酸酯类局麻药分子与受体通过形成 离子键，偶极-偶极相互作用，范德华力相互作 用形成复合物的模型。
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(2)增加药物分子的位阻:
抵抗青霉素酶得水解
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(3)电性的影响:
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2.卤素对药物生物活性的影响
强吸电子基，影响电荷分布
3.羟基、醚键对药物生物活性的影响
-OH增强与受体的结合力（氢键），增加水溶性，改变生物活性 -O-有利于定向排布，易于通过生物膜
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药物的化学结构与生物活性(药效)间 的关系，通常称为构效关系(Structureactivity relationships, SAR)，是药物化 学研究的主要内容之一。
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本章内容
药物作用机制 受体学说 影响药物产生作用的主要因素 药物结构的官能团对药效的影响 药物的理化性质对药效的影响 药物的电子云密度分布对药效的影响 药物的立体结构对药效的影响
4.磺酸基、羧基与酯对药物生物活性的影响
-SO3H、-COOH使水溶性、解离度增大，不易通过生物膜， 生物活性减弱；
-COOR使脂溶性增大，生物活性增大
5.酰胺基与胺基对药物生物活性的影响
药物的构效关系
药物的构效关系
药物的构效关系是通过研究药物的分子结构和生物活性之间的关系来揭示药物的作用
机制。
构效关系的研究有助于设计和合成更有效的药物。
药物的分子结构可以通过化学合成或天然来源获得。
药物的分子结构包括分子的骨架、官能团、立体构型等。
在药物的分子结构中，不同的官能团、官能团的位置和立体构型等
因素会对药物的生物活性产生重要影响。
药物的生物活性可以通过化学试验和生物试验来评价。
化学试验主要包括溶解度、稳
定性等方面的评价，而生物试验主要包括体内、体外的药效学和药代动力学研究。
在药物的构效关系研究中，常见的方法包括结构活性关系（SAR）研究和定量构效关系（QSAR）研究。
SAR研究是通过对一系列结构类似但稍有差异的化合物进行生物活性评价，从而寻找
药效与结构之间的关系。
通过SAR研究可以确定哪些结构因素对药物的活性起关键作用，
进而指导设计更活性的药物。
QSAR研究则是将药效与分子结构进行定量相关分析，建立数学模型来预测和优化药物的活性。
通过QSAR研究可以预测药物的活性、选择性、毒性等性质，为药物的设计和优化提供有价值的信息。
药物化学构效关系
药物化学构效关系1．局部麻醉药的构效关系：①亲脂性部分：可变范围较大，可为芳环或芳杂环，但以苯环的作用较强，是局麻药物的必需部位。
当酯类药物苯环的邻位或对位引入给电子集团，如氨基、烷氧基时，局麻作用均较未取代得苯甲酸衍生物强；对氨基苯甲酸酯类苯环的邻位上若再有其他取代基如氯、氨基、烷氧基时，由于位阻作用而延长了酯的水解，因此活性增强，作用时间延长。
②中间连接部分：由羰基部分和烷基部分共同组成。
羰基部分与麻醉药持效时间及作用强度有关，作用持续时间为：酮﹥酰胺﹥硫代酯﹥酯；麻醉作用强度：硫代酯﹥酯﹥酮﹥酰胺。
烷基部分碳原子数以2~3个为好，当烷基部分为—CH2CH2CH2—时，麻醉作用最强。
③亲水性部分：大多数为叔胺，易形成可溶性的盐类。
氮原子上取代基的碳原子总和以3~5时作用最强，也可为酯环胺，其中以哌啶的作用最强。
2. 苯二氮卓类药物的构效关系：① 1、2位拼入三氮唑环，使代谢稳定性增加，提高与受体的亲和力，活性显著增加；② 3位引入手性碳，分子构想更稳定，对受体亲和力增强；③ 4、5位引入恶唑环，增强稳定性；④7位有吸电子取代基时，药物活性明显增强，且吸电子性越强，活性增加越明显，NO2＞Br＞CF3＞Cl；⑤ 5位苯环的2’位引入体积较小的吸电子基团如F、Cl，可使活性增强。
①镇静作用的强度和起效快慢，与药物的理化性质有关。
【酸性解离常数pKa】巴比妥酸和5位取代的巴比妥类有较强的酸性，在生理pH=7.4几乎全都电离成离子状态，不易透过血脑屏障，无镇静催眠作用；5,5-二取代的巴比妥类，酸性减弱，生理pH条件下不易电离，易进入脑中发挥作用，显效快，作用强。
【脂水分配系数】5位无取代基时，分子有一定极性，亲脂性强，不易透过血脑屏障，无镇静催眠作用；5位取代基碳原子总数在7~8之间作用最强，若亲脂性过强，作用下降甚至出现惊厥。
药物有最适当的的脂溶性，有利于药物透过细胞膜和血脑屏障，起效快，作用强。
构效关系
一、喹诺酮类构效关系:1、A环是必须的药效团，3羧和4酮为抗菌活性不可少的部分；2、B环可以是苯、吡啶、嘧啶；3、1位乙基及环丙基活性强，环丙基最佳（环丙沙星）；4、2位取代活性低；5、5位氨基可增强活性.（司帕沙星）6、6位F改善细胞的通透性；7、7位引入杂环，增强抗菌活性，哌嗪最好；8、8位F、甲氧基或与1位成环，增强活性（左氧氟沙星），甲基、甲氧基光毒性减少二、苯二氮卓构效关系要点.1、3位引入羟基（奥沙西泮）降低毒性，并产生手性碳，右旋体作用强。
2、7位有吸电子基可增加活性，吸电子越强，作用越强，其次序为NO 2>Br>CF3>Cl3、5位苯是产生药效的重要基团，5位苯环的2’位引入体积小的吸电子基团.（如F、Cl ）可使活性增强。
4、1,2位拼入三氮唑可提高稳定性，并提高与受体的亲和力，活性显著增加。
5、苯环用生物电子等排体噻吩杂环置换，保留活性。
6、1位取代基在体内代谢去烃基，仍有活性。
三、吩噻嗪类药物的构效关系:以氯丙嗪为先导化合物，对吩噻嗪类进行结构改造。
三方面：1、吩噻嗪环上的取代基：吩噻嗪环只有2位引入吸电子基团时可增强活性。
作用强度与吸电子性能成正比，CF3>Cl>COCH3>H>OH。
2位乙酰基可降低药物的毒性和副作用。
2、10位N上的取代基：母核上的10位N原子与侧链碱性氨基之间相隔3个直链碳原子时作用最强，是吩噻嗪类抗精神病药的基本结构。
侧链末端的碱性基团常为叔胺，也可为氮杂环，以哌嗪取代作用最强。
3、三环的生物电子等排体。
四、μ受体选择性激动剂构效关系1、芳环和碱性叔胺氮原子是μ受体激动剂的必要结构部分，二者通过2个或3个碳原子的碳链相连接。
2、芳环3位酚羟基的存在使活性显著增强。
氮原子上以甲基取代活性好，当N-取代基增大到3～5个碳原子时，如烯丙基（纳洛酮）、环丁基甲基时，由激动剂转变为拮抗剂。
3、μ受体选择性激动剂的药效构象相同，其芳环以直立键与哌啶环相连。
药物化学构效关系
局部麻醉药构sheng效关系1.分类芳酸酯类、酰胺类、氨基醚类、氨基酮类、其他类2.构效关系亲酯部分中间链亲水部分⑴亲脂部分：芳烃或芳杂环，这一部分修饰对理化性质变化大,但苯环作用较强。
苯环上引入给电子取代基，麻醉作用增强，而吸电子取代基则作用减弱。
⑵中间部分：此部分决定药物稳定性，和局麻作用持续时间有关⑶亲水部分：常为仲胺和叔胺，仲胺刺激性较大;烃基链3～4个碳原子作用最强，杂环以哌啶环作用最强巴比妥类药构效关系(1)、分子中5位上应有两个取代基。
(2)、5位上的两个取代基的总碳数以4—8为最好(3)、5位上的两个取代基的总碳数以4—8为最好. (4)、在酰亚胺氮原于上引入甲基，可降低酸性和增加脂溶性。
(5)、将C2上的氧原子以硫原子代替，则脂溶性增加，起效快，作用时间短。
苯二氮卓类药物的构效关系(1)1,3-二氢-5-苯基-2H-1,4-苯二氮卓-2-酮是此类药物基本结构;(2)环A7位引入吸电子取代基活性增加(3)环B为七元亚胺-内酰胺结构是产生药理作用的必要结构(4)5位苯环上的取代基时产生药效的重要结构之一,(5)1,2位的酰胺键和4,5位的亚胺键在酸性条件下易水解开环.吩噻嗪类药构效关系R1 部分必须由三个成直链的碳原子组成，若为支链，与多巴胺受体B 部分立体上不匹配，抗精神病活性明显下降，抗组胺作用增强。
顺式吩噻嗪类药物与多巴胺的优势构象能部分重叠，活性高（当侧链与氯取代的苯环同侧时，成为顺式构象）。
丁酰苯类药物的构效关系(1)丁酰苯基为必需的基本骨架(2)侧链末端连一碱性叔胺(3)苯环的对位一般具有氟取代(4)侧链湠基于碱基之间以三个碳原子最好镇痛药的一般特征（1）分子中具有一个平坦的芳香结构（2）有一个碱性中心能在生理PH条件下大部分电离为阳离子（3）含有哌啶或类似于哌啶的空间结构吗啡的构效关系（半合成类镇痛药）叔胺是镇痛活性的关键基团，氮原子引入不同的取代基可使μ 受体激动剂转变为拮抗剂。
药物构效关系
构效关系1.巴比妥酸无镇静催眠作用➢当5位的两个氢被取代后才呈现活性。
5位基团取代成不同的巴比妥类药物➢作用强弱和快慢----药物的理化性质➢作用时间长短----药物的体内代谢速度➢位基团不同取代生成不同的巴比妥类药物（1）解离常数（2）脂水分配系数。
作用时间长短----药物的体内代谢速度胆碱酯类M受体激动剂的构效关系2.胆碱酯类M受体激动剂3.苯乙醇胺类拟肾上腺素药物的构效关系4.局部麻醉药的构效关系亲脂性部分•可为芳烃、芳杂环，以苯环作用较强。
•苯环上邻对位给电子取代基如氨基、烷氧基有利于增加活性；而吸电基会使活性下降。
中间部分－决定药物稳定性•作用时间：-CH2CO-＞-CONH-＞-COS-＞-COO-•作用强度：-COS-＞-COO-> -CH2CO-> -CONH-•通常以n = 2-3碳原子为最好•在苯环和羰基之间插入-CH2-，-O-，破坏了共轭体系，活性下降；插入-CH=CH-，则保持活性。
亲水性部分•可为仲胺和叔胺，或脂环胺如吡咯烷、哌啶、吗啉等，以叔胺最为常见。
•不可以是伯胺，不稳定而且毒性大。
5.b受体阻滞剂的构效关系1,4-二氢吡啶环是必需结构，吡啶或六氢吡啶环则无活性，1位N不被取代为佳。
2,6-位取代基应为低级烷烃。
若C4有手性，立体结构有选择作用。
4位取代苯基上邻、间位有吸电子基团时活性较佳。
3,5-位取代基酯基是必要结构，-COCH3，-CN活性降低，硝基则激活钙通道。
7.组胺H2受体拮抗剂的构效关系（SAR）9.喹诺酮类抗菌药物的构效关系（1）吡啶酮酸的A 环是抗菌作用必需的基本药效基团，变化较小。
其中3位COOH和4位C=O与DAN螺旋酶和拓扑异构酶Ⅳ结合，为抗菌活性不可缺少的部分。
3位的羧基被磺酸基、乙酸基、磷酸基、磺酰氨基等酸性替团替代以及4位酮羰基被硫酮基、亚氨基等取代均使抗菌活性减弱。
（2）B环可作较大改变，可以是并合的苯环(X=CH,Y=CH)、吡啶环(X=N,Y=CH)、嘧环(X=N,Y=N)等。
药物化学构效关系
巴比妥类药物巴比妥类药物属于结构非特异性药物.结构非特异性药物:药物的生物活性与药物的化学结构关系不大,与理化性质有关.结构特异性药:药物的作用依赖于药物分子的特异化学结构及空间相互排列.巴比妥类药物的作用强弱和起效时间的快慢与药物的解离常数,PKa,脂水分配系数有密切关系.解离常数:药物以分子的形式透过生物膜,以离子的形式产生作用.油水分配系数:药物既可以在体液中转运,又可以透过血脑屏障到达作用部位.该类药物5位上有两个取代基才有活性,当两个取代基的碳原子总数在4到8之间时,分配系数适中,活性最好.当碳原子总数超过8时,产生作用过强,易产生惊厥作用.结构中酰亚胺上的N原子上有甲基取代时可降低酸性和增加脂溶性,起效快.将C-2位的O用S替代时.脂溶性增加,易透过血脑屏障,起效快.巴比妥类药物的体内代谢过程与药物的代谢时间有关.二.苯二氮卓类药物(地西泮)A环为活性所必须.B环可以被其他芳杂环取代,仍保留其活性.1位一般为N-CH3.-CH3可在代谢中脱掉,但仍保留其活性1.2位可骈入杂环(三唑仑:稳定性增加活性增加)3位一个H原子可被-OH取代活性稍微降低,但毒性很低.4,5为双键被饱和.活性降低,并入恶唑环增加镇静和抗抑郁作用.5位-苯基的2位引入吸电子基(F,Cl,Br.....)活性增强.7位引入吸电子基,活性明显增强NO2>CF3>Br>Cl三.芳基丙酸类药物(布洛芬)苯环与羧基之间间距一个或一个以上的碳原子.羧基的a位又一个-CH3,限制了羧基的自由旋转,使其保持在适合与受体或酶结合的构像,以增加抗炎镇痛作用.由于羧基a位的-CH3的引入,使其产生了不对称中心,通常是S-构型的活性高于R-构型,在体内手性异构体之间可以相互转换,通常是无活性的R-构型转换为有活性的S-构型.芳环上可以引入另一个疏水基如,环己基,烯丙氧基等.在苯环羧基的间位引入一个吸电子基如F.Cl等.抗炎活性好.四.胆碱受体激动剂(氯贝胆碱)的构效关系1,季氨基.(1)带正电荷的氮原子是活性所必须.若以As,Se取代活性降低.(2)氮原子上以甲基取代为好,若以较大基团取代如乙基则活性降低,若为三个乙基则变为抗胆碱活性.2,乙酰氧基.(1)当乙酰或丁酰基等取代时活性降低,(2)乙酰基上的氢被芳环或较大基团取代时变为抗胆碱活性.(3)酯基的快速水解是乙酰胆碱作用时间短暂和不稳定的因素,因此用不易水解的基团取代乙酰基可以增加稳定性和作用时间.如用氨甲酰基取代乙酰基,由于氮上孤对电子的参与,羰基碳的亲电性较乙酰基为低,不易水解.3,亚乙基桥.(1)亚乙基桥的长度对活性有关键影响,两个碳为最好.随着碳链的延长,活性逐渐降低.(2)季氨氮原子的a位有甲基取代,整体活性降低,但N样作用大于M样作用.(3季氨氮原子的B位有甲基取代,可阻止胆碱酯酶的作用,延长作用时间,M 样作用于乙酰胆碱相当,N样作用大大减弱,成为选择性的M受体激动剂.肾上腺受体激动剂的构效关系苯乙胺的基本结构是活性所必须,碳链的延长或缩短均使作用减弱.苯环上的酚羟基可显著增强拟肾上腺素作用,尤其以3,4位最为明显,但作用时间短暂.以其他环状结构取代苯环,外周作用仍被保留,中枢兴奋作用降低.N上的取代基对a和B受体效应的相对强弱有显著影响.取代基从甲基到叔丁基,a受体效应减弱.B受体效应增强,且对B2受体的选择性提高.B-碳上通常连有羟基.其绝对构型以R-构型为活性体.局麻药的构效关系.(图自己想)邻对位给电子基取代,有利于两性离子的形成,活性增强.若有吸电子存在则活性下降.可以为芳环,芳杂环,此部分的修饰对活性的影响较大,活性顺序为苯环>吡咯>噻吩>呋喃通常以2-3个碳原子为最好有仲胺,叔胺或吡咯烷,哌啶.吗啉等,以叔胺最为常见.在苯环和羧基之间插入-CH2,-O-等基团,破坏了两性离子的形成.活性降低.若连入可以形成共轭的基团,如-CH2=CH2-等.活性可保持不变.酰胺也可形成两性离子.此部分决定药物的稳定性,按作用时间顺序羰基+-O->....+-S->....+-NH->....+-CH2-;按作用强度顺序:-S->-O->-CH2->-NH-B受体阻滞剂的构效关系(图自己想).苯乙醇胺类和芳氧丙醇胺类可以是苯,萘,杂环,稠环和脂肪性的不饱和杂环.可以有甲基,氯,硝基,甲氧基等取代基,在2,4和2,3,6位取代时活性最佳.用S,-CH2,-NCH3取代时,活性降低.S-构型异构体活性增加,R-构型异构体活性降低或消失.R-构型异构体活性增加,S-构型异构体活性降低或消失以叔丁基和异丙基取代时最好,甲基上的氢原子数小于3或N-N双取代时,活性降低.由于B 受体阻滞剂的结构组成自由度很大,所以其溶解度也有较大差异,这与其副作用和体位消除的位置有关.亲脂性-肝代谢-速率较快.亲水性-肾消除二氢吡啶类药物的构效关系(硝苯地平)二氢吡啶环为活性所必须.若变为吡啶环或六氢吡啶环则活性消失,环上的NH不被取代时,活性保持最佳.2,6位取代基为低级烷烃3,5位的羧酸脂为活性所必须,若变为乙酰基或氰基则活性降低,若变为硝基则激活钙通道. 3,5位羧酸脂不同,C4为手性中心,酯基的大小对活性影响不大,但不对称脂则影响作用部位. C4若为手性碳,具有立体选择性4位取代基与活性的关系:苯基或取代苯基>环烷基>甲基>H苯环上邻间位上有吸电子基取代活性较佳,对位取代时活性降低H2受体拮抗剂的构效关系(雷尼替丁).H2受体拮抗剂的结构有三部分组成:碱性的芳杂环结构,易曲饶的四原子链和平面极性基团.碱性的芳杂环和碱性的基团取代的芳杂环是活性所必须,咪唑环作为质子转移的机制,被异噻唑,恶唑置换后碱性下降,活性也随之降低.被亲脂性的芳杂环(苯环)取代时活性降低.被碱性基团取代,呋喃,噻唑置换后,是良好的H2受体拮抗剂.平面极性基团.是具有胍,脒基样的结构.在生理PH条件下,电离程度低的极性基团作为脒脲基团与受体形成一个以上的氢键保持活性.易曲饶的链或芳杂环:链长为4个原子.链长与其拮抗性有关.自由旋转受限使其活性下降,中间连接的链可被钢性环所取代.青霉素的构效关系(1)6位侧链的酰胺基团主要决定其抗菌谱,改变其极性,使其易于透过细胞膜,可扩大其抗菌谱.例如,在芳环乙酰胺基的a位引入极性-NH2,-COOH,-SO2等亲水性基团,扩大抗菌谱.增加亲水性.有利于对格兰阴性菌的抑菌作用,并能增强对青霉素结合蛋白的亲和力.在分子中的适当位置引入立体位阻基团.如在侧链引入立体位阻较大的基团和在6位引入甲氧基和甲酰胺基,因其立体位阻的效应降低了钝化酶的结构适应性,保护B-内酰胺环不被B-内酰胺酶进攻.因而得到耐酶的抗生素.青霉素的噻唑环上的羧基是基本活性基团,虽可被硫代酸和酰胺取代但活性降低.若羧基被还原为醇则失去抗菌活性.对于羧基可利用前药原理制成脂,改进口服吸收和药物代谢动力学性质.青霉烷酸分子中三个手性碳的构型对其活性至关重要.但青霉素的噻唑环上的两个甲基不是活性的必要因素.半合成头孢菌素的构效关系在7位侧链引入亲脂性的基团,如苯基,环稀基,噻吩和含氮的杂环.可增强抗菌活性,扩大其抗菌谱.同时改变3位取代基,引入杂环,可改进口服吸收分布也可扩大其抗菌谱.在7位酰胺的a位引入亲水性的-SO3H,-NH2,-COOH,等极性基团.可扩大抗菌谱同时改变3位取代基,引入-Cl,CH3,和含氮的杂环,可增强口服吸收扩大抗菌谱.带有7B为顺势”氨噻肟”的侧链可提高对B-内酰胺酶的稳定性,扩大抗菌谱.这主要是由于引入肟后,甲氧基占据了靠近B-内酰胺环的位置.阻止了酶分子对B-内酰胺环的靠近,因而使药物有耐酶,广谱的性质.5位的S用生物电子等排体O,CH2等取代,分别称为氧头孢菌素和碳头孢菌素,活性不降低.3位取代基的改造,如乙酰氧基可被甲基,氯等取代可扩大抗菌谱并且改变药物在体内的吸收分布和药物的渗透性的药物代谢动力学性质.2,3位的双键移位失活.2位-COOH可制成前药增加口服吸收.喹诺酮类药物的构效关系.A环(吡啶酮酸部分)是抗菌作用所必须的基本药效基团.其中3位的羧基和4位的酮基是与靶酶的结合位点,是抗菌活性必不可少的部分.B环部分可做较大改变,可并入苯环.吡啶环和嘧啶环等.N1位置取代基对抗菌活性的贡献较大,若由烃基,环烃基取代活性增加,尤以乙基,氟乙基和环丙基取代活性最佳.2位引入取代基活性减弱或消失,可能是由于空间位阻阻止了与受体的结合.3位的羧基和4位的酮基是抗菌活性中不可缺少的部分.被其他基团取代活性消失,与铁铝钙络合产生副作用.5位氨基取代活性增加.其他基团取代活性均降低.6位取代基对活性的影响很重要.活性取代顺序位:F>Cl>CN>=CH2>=H.引入F可比H的抗菌活性增强30倍.因为F代物与DNA螺旋酶亲和力增强2-17倍.对细菌细胞壁的穿透力增强1-70倍.7位引入取代基增强活性的顺序为:哌嗪基>二甲氨基>甲基>卤素>氢.其中以哌嗪基取代活性最好.8位以F,Cl,-OCH3,等取代活性增强,但以F取代光毒性也增强.若1,8位间成环,产生的光化学异构体之间也有较大差异.。
药物化学结构与药效的关系
化学结构相似的药物，能与同一受体结合，引起相似 作用（激动药,拟似药）或相反的作用（拮抗药,阻断药）.
例：
乙酰胆碱
(神经递质)
氨甲酰胆碱
(拟胆碱药)
D=药物；R=受体；DR=药物-受体复合物 E=药理效应；
药物-受体复合物的键合方式包括：共价键、 氢键、离子键、离子-偶极和偶极-偶极作用、 范德华力等。
5. 受体激动药与受体拮抗药
根据药物与受体结合后所产生效应的不同,将药 物分为受体激动药与受体拮抗药
激动药(agonist)：对受体既有亲和力又有内在 活性的药物，它们与受体结合并激活受体产生效 应。
2.2 受体学说
1. 受体的概念
受体(Receptor，R)是指对生物活性物质具有 识别能力，并选择性与之结合，传递信息，引起 特定效应的生物大分子。
受体存在于细胞内，具有一定坚固性的三维结 构. 各种药物的受体是不相同的, 但是它们可能 都具有:
(1) 一个高度折叠的近似球状的肽链; (2) 有一个空穴，此空穴至少部分被多肽区域 所 包围.
2.1 药物的作用机制:
药物的作用机制(mechanism of drug action)是研究药物如何与机体不 同靶细胞结合，又如何发挥作用的。
一.药物的作用机制简介:
1、理化作用 2、参与或干扰细胞代谢 3、影响酶的活性 4、影响生理物质的合成、释放与转运 5、影响离子通道 6、影响核酸代谢 7、影响免疫机制 8、作用于受体
2.7 药物的立体结构对药效的影响
1.官能团间的距离对药效的影响
第二章 药物的构效关系 药物化学 课件
第二章 药物的构效关系
第四节 药物其它特性对药效的影响
二、电子云密度对药效的影响
各种元素的原子核对其核外电子的吸引力各不相同而显示 电负性的差异。由电负性不同的原子组成的化合物分子就存在 电子密度分布不均匀状态。药物分子的电子密度分布如果和酶 蛋白分子的电荷分布恰好相反，则有利于相互作用而结合，形 成复合物。
化学工业出版社
第二章 药物的构效关系
第一节 药物的基本结构和药效的关系
药物作用过程的三个阶段
过程分类 发生过程 研究目的
药剂相
药物的释放
优化处方和 给药途径
药物动力学
药效相
吸收、分布和消除 药物-受体在靶 （代谢及排泄） 组织的相互作用
优化生物利用度
优化所需的 生物效应
化学工业出版社
化学工业出版社
P=CO/CW
化学工业出版社
第二章 药物的构效关系
第二节 药物的理化性质和药效的关系
二、药物的解离度对药效的影响 多数药物为弱酸、弱碱及其盐类，体液中部分解离，
以离子型和非离子型（分子型）同时存在。药物常以分子型 通过生物膜，在膜内的水介质中解离成离子型，再起作用。 因此药物需有适宜的解离度。
胃肠道各部分的pH不同，不同pKa药物在胃肠道各部分 的吸收情况也就有差异。
化学工业出版社
第二章 药物的构效关系
第一节 药物的基本结构和药效的关系
三、药物的特异结构与非特异结构 （一）结构非特异性药物
药物活性主要取决于药物分子的各种理化性质，与化学结 构的关系不大。临床应用的非特异性药物较少，主要有全身吸 入麻醉药，酚类和长链季铵盐的杀菌药以及巴比妥的催眠药等。 （二）结构特异性药物
药物的构效关系
药物的构效关系药物的构效关系（Structure-activity relationship, SAR）是指药物的结构与其生物活性之间的关系。
通过研究不同化合物的结构特征和生物活性数据，可以揭示药物分子的作用机制，指导药物设计和优化，提高研发效率和成功率。
药物的构效关系研究对于药物化学、药理学和药代动力学等领域都有重要的意义。
以下是一些常见的构效关系的参考内容：1. 功能团对药效的影响：研究表明，药物分子中的特定功能团如羟基、酰胺、酯等，可以影响药物的生物活性。
例如，对于抗菌药物，羟基和酰胺基团通常与细菌靶标结合，从而发挥药效。
2. 结构类似性对药效的影响：药物分子的结构类似性对于药效也有重要的影响。
通常来说，结构相似的化合物可能具有相似的生物活性。
因此，通过对已知药物结构进行改良和优化，可以获得具有更高活性和选择性的新化合物。
3. 空间构型对药效的影响：药物分子的空间结构对于其与靶标的相互作用和选择性也起着重要作用。
例如，药物分子的立体异构体可能具有不同的生物活性。
研究不同空间构型的药效差异，有助于设计和优化具有更好活性和选择性的药物。
4. 电子结构对药效的影响：电子结构指的是药物分子中原子和键的电荷分布和云密度。
电子结构的差异可以影响药物分子与靶标的相互作用和药效。
例如，芳香环的电子密度与药物的溶解度、生物利用度和靶标的亲和性有关。
5. 氢键和离子键对药效的影响：氢键和离子键是药物分子与靶标相互作用的常见方式。
氢键的强度和方向性可以影响分子的亲和性和选择性。
离子键的形成可以改变药物分子的溶解度和稳定性。
6. 毒性与构效关系：药物的构效关系研究中还要考虑药物的毒性和副作用。
通过研究药物结构与毒性之间的关系，可以优化药物的安全性和耐受性，减少不良反应。
总的来说，药物的构效关系研究可以从多个角度考察药物分子的结构与生物活性之间的关系。
通过深入理解药物分子的作用机制，可以为药物设计和优化提供重要的理论指导。
构效关系
一、喹诺酮类构效关系:1、A环是必须的药效团，3羧和4酮为抗菌活性不可少的部分；2、B环可以是苯、吡啶、嘧啶；3、1位乙基及环丙基活性强，环丙基最佳（环丙沙星）；4、2位取代活性低；5、5位氨基可增强活性.（司帕沙星）6、6位F改善细胞的通透性；7、7位引入杂环，增强抗菌活性，哌嗪最好；8、8位F、甲氧基或与1位成环，增强活性（左氧氟沙星），甲基、甲氧基光毒性减少二、苯二氮卓构效关系要点.1、3位引入羟基（奥沙西泮）降低毒性，并产生手性碳，右旋体作用强。
2、7位有吸电子基可增加活性，吸电子越强，作用越强，其次序为NO 2>Br>CF3>Cl3、5位苯是产生药效的重要基团，5位苯环的2’位引入体积小的吸电子基团.（如F、Cl ）可使活性增强。
4、1,2位拼入三氮唑可提高稳定性，并提高与受体的亲和力，活性显著增加。
5、苯环用生物电子等排体噻吩杂环置换，保留活性。
6、1位取代基在体内代谢去烃基，仍有活性。
三、吩噻嗪类药物的构效关系:以氯丙嗪为先导化合物，对吩噻嗪类进行结构改造。
三方面：1、吩噻嗪环上的取代基：吩噻嗪环只有2位引入吸电子基团时可增强活性。
作用强度与吸电子性能成正比，CF3>Cl>COCH3>H>OH。
2位乙酰基可降低药物的毒性和副作用。
2、10位N上的取代基：母核上的10位N原子与侧链碱性氨基之间相隔3个直链碳原子时作用最强，是吩噻嗪类抗精神病药的基本结构。
侧链末端的碱性基团常为叔胺，也可为氮杂环，以哌嗪取代作用最强。
3、三环的生物电子等排体。
四、μ受体选择性激动剂构效关系1、芳环和碱性叔胺氮原子是μ受体激动剂的必要结构部分，二者通过2个或3个碳原子的碳链相连接。
2、芳环3位酚羟基的存在使活性显著增强。
氮原子上以甲基取代活性好，当N-取代基增大到3～5个碳原子时，如烯丙基（纳洛酮）、环丁基甲基时，由激动剂转变为拮抗剂。
3、μ受体选择性激动剂的药效构象相同，其芳环以直立键与哌啶环相连。
构效关系的名词解释
构效关系的名词解释
构效关系的名词解释是：药物或其他生理活性物质的化学结构与其生理活性之间的关系，是药物化学的主要研究内容之一。
狭义的构效关系研究的对象是药物，广义的构效关系研究的对象则是一切具有生理活性的化学物质，包括药物、农药、化学毒剂等。
最早期的构效关系研究以直观的方式定性推测生理活性物质结构与活性的关系，进而推测靶酶活性位点的结构和设计新的活性物质结构，随着信息技术的发展，以计算机为辅助工具的定量构效关系成为构效关系研究的主要方向，定量构效关系也成为合理药物设计的重要方法之一。
药物的构效关系：
例如拟胆碱药的化学结构与乙酰胆碱相似，都有季胺或叔胺基团，都能与胆碱受体结合，形成具有活性的复合物，因而表现出相似的作用。
又如，磺胺药与对氨基苯甲酸化学结构相似，因而能与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶而影响细菌叶酸的代谢。
在具有基本结构的任何一类药物中，药理作用的类型是由它们的基本结构决定的，而它们的药理作用的相对强度，是由基本结构上各个取代基团的性质决定的，如磺胺类药物。
但也有化学结构相似而作用相拮抗的情况，如磺胺与对氨基苯甲酸、氨丙啉与硫胺等。
同时，也有化学结构不同而药理作用相似的情况，如麻黄碱与茶碱。
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药物的构效关系及作用原理简介
利用X射线晶体学、核磁共振等 技术解析靶点的三维结构。
药物设计
基于靶点结构，设计能够与之 结合并调节其功能的小分子药 物。
药物优化
通过构效关系研究，优化药物 的结构和性质，提高其药效和
选择性。
基于计算机辅助设计技术的新药开发
01
02
03
04
分子建模
利用计算机图形学技术建立药 物分子的三维模型。
研究构效关系的意义在于通过了解药 物结构与活性之间的关系，指导新药 的设计、合成与优化，提高药物研发 的效率与成功率。
药物结构与活性关系
药物的基本结构
药物通常具有一个核心结构，称为药效团（pharmacophore）， 它与生物靶标相互作用产生药效。
结构修饰与活性变化
通过对药物基本结构进行修饰，如添加或替换基团、改变键合方式 等，可以改变药物的理化性质、药代动力学性质及药效。
药物的分子结构对其穿透血脑屏障的能力也有重要影响。 一些具有脂溶性的神经系统药物更容易穿透血脑屏障，从 而发挥中枢神经系统作用。
心血管系统药物构效关系
心血管系统药物的构效关系主要表现在药物与心血管系统靶点的相互作用上。例如，β受体阻滞剂通过阻 断β受体而降低心肌收缩力和心率，从而降低血压和减少心肌耗氧量。
药物的构效关系及作 用原理简介
目录
CONTENTS
• 药物构效关系概述 • 药物作用原理简介 • 各类药物构效关系分析 • 新型药物设计与开发策略 • 未来展望与挑战
01
药物构效关系概述
构效关系定义与意义
构效关系（Structure-Activity Relationship，SAR）是指药物分子 的化学结构与其生物活性之间的关系。
药物效应动力学—药物的构效关系(药理学课件)
个动物或多个实验标本以阳性率表示(如死亡等)。
第二节 药物的构效关系和量效关系
量效关系
量反应型量效曲线：
第二节 药物的构效关系和量效关系
量效关系
2 量效关系中的重要药效学参数 (1)最小有效量(阈剂量或阈浓度):能引起药理效应的最小剂量或最小药物 浓度。 (2)最小中毒量：刚引起轻度中毒的量 (3)最大效应或效能：药物达最大药效理能效和应效的价能强力度（的增区加别浓度或剂量而效 应量不再继续上升） (4)效价强度：药物达一定药理效应的剂量。反映药物与受体的亲和力， 其值越小则强度越大（性质相同药物之间的作用比较） (5)安全范围：最小有效量 与最小中毒量之间距离 (6)半数有效量 ED50:能产生50％最大效应（量反应）或50％阳性反应 （质反应）或半数的剂量或浓度 半数致死量 LD50：引起半数动物死亡的剂量 治疗指数（TI）： LD50/ ED50
目录
01 药物作用的基本规律 02 药物的构效关系和量效关系 03 药物的作用机制
第二节 药物的构效关系和量效关系
第二节 药物的构效关系和量效关系
量效关系
量效关系：药理效应与剂量在一定范围内成比例关系--长尾S型曲线。 1 量效曲线：以药物浓度为横坐标，以药效为纵坐标作图所得的曲线。 量反应：药理效应强弱连续增减的量变。用具体数量或最大反应的百分率表 示（如血压升降、心率快慢等）。 质反应：药理效应只能用全或无，阴性或阳性表示 。必需用多
目录
01 药物作用的基本规律 02 药物的构效关系和量效关系 03 药物的作用机制
第二节 药物的构效关系和量效关系
第二节 药物的构效关系和量效关系
构效关系
1 概念：性质
结构
2 结构类似的药物能与同一受体或酶结合，产生相似或相反的作 用（如吗啡、可待因都有镇痛作用）
药物的构效关系
药物的构效关系药物的构效关系是指药物分子结构与其生物学活性之间的关系。
通过研究药物的构效关系，可以帮助科学家设计和改进药物分子结构，以提高药物的活性、选择性、药代动力学和毒性等方面的性能。
构效关系研究可以帮助研究人员预测药物分子结构的活性，从而提高药物的有效性，并减少不必要的合成实验和临床试验的成本。
药物的构效关系研究可以从以下几个方面入手：1. 影响药物活性的基本结构单元：通过研究药物分子结构中的基本结构单元的功能和特点，可以发现特定结构单元与药物活性之间的关系。
例如，研究大环、环氧、酮、酯、醚、杂环等基本结构对药物活性的影响。
2. 功能团的关键性质：药物分子中的功能团通常具有决定其生物活性的重要作用。
通过研究不同功能团的性质和作用机制，可以揭示功能团与药物活性之间的关系。
例如，羟基、氨基、羧基等功能团对药物的亲水性、溶解度和代谢途径等方面起到重要的影响。
3. 空间构型的影响：药物分子的空间构型对其生物活性具有重要影响。
通过研究不同空间构型对药物活性的影响，可以揭示空间立体构型与药物相互作用的关系。
例如，立体异构体的研究可以帮助研究人员理解立体结构对药物活性的影响机制。
4. 分子杂化：通过将两种或更多的药物结构和/或配体结构合并为一个新的结构，可以产生具有更高活性和选择性的药物分子。
分子杂化是一种重要的构效关系研究方法，可以通过合并两种结构的优点，从而改善药物的性能。
药物的构效关系研究是一项复杂而综合的工作，除了上述几个方面，还需要考虑诸如药物与靶标分子之间的相互作用、代谢途径、毒性等因素的影响。
通过多种研究方法，如计算化学、分子模拟、合成化学和生物学实验等，来揭示药物的构效关系，可以为药物的设计和优化提供有力的支持。
总之，药物的构效关系研究是药物研究的重要组成部分，它可以帮助科学家了解药物分子结构与其生物学活性之间的关系，从而为药物的设计和优化提供指导。
这项研究需要综合考虑药物的基本结构单元、功能团的特性、空间立体构型以及分子杂化等多个因素，并与药物与靶标的相互作用、代谢途径和毒性等进行综合研究。
药物的构效关系(SAR)
熵变：结合后转动自由度受阻。刚性分子与受体的结合构象变化较小，更有利（RO5)
#Hydrogens - #Halogens]/2 3. Acquire 1H, HSQC and HMBC, write down chemical shifts and build
connectivity 4. Acquire 1D TOCSY & NOESY to resolve ambiguity 5. Draw a tentative structure and check consistency with spectra
Note: the presence of peaks can be proof of nuclear and its connectivity the absence of peaks can NOT be proof of no connectivity!
2nI+1 Rule: I=1/2 for 1H, 19F, 13C and 15N; I=1 for 2H;
跨膜蛋白，400~700AA，胞外结构域同源性较低，胞内序列保守，膜附近是ATP结
合位点，ATP磷酸化蛋白的tyrosine。受体激活后刺激癌基因(oncogene)的转录
和表达，是抗癌药物的重要靶标（表3-3）
F F
CH3
O
N
O
F
H3C N
NH
NH N
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巴比妥类药物结构
青霉素类药物结构
磺胺类药物结构
药物理化性质决定药物在体内的过程（吸收、转运、
分布、代谢、排泄）。
药物 非 肠 口服给药 胃肠道 吸收 道 给 药 代谢 血液 分布 组织 血浆蛋白 消除 排泄 代谢物
授课内容
拓展链接
第二节
1、先导化合物的发现方法归纳为9点：(1)随 机(青霉素)；(2)天然产物(生物碱)；(3)内源性 物质(激素)；(4)药物代谢物(磺胺类药物)；(5) 临床副作用、老药新用及模仿(me-too)结构改 造；(6)基于生物大分子的CADD；(7)组合化 学和HTS；(8)中间体 (9)生物工程、寡义核苷 酸技术、单克隆技术等新技术。 2、先导化合物的优化：结构改造、电子等排、 前药、QSAR 3、药物的结构修饰： (1) 修饰的目的 (2) 修饰的方法
授课内容
拓展链接
学习小结 学以致用
利用前药原理制备优良的药 物是药物结构修饰改造的常 用方法
第一节
学习要求 重点难点
药物的构效关系 与新药研究知识
药物的药效与其结构密切相关，表现为如下 三个方面：1、药物产生作用的主要因素；2、 理化性质对药效的影响：(1)溶解度和分配系 数；(2)酸碱性和离解度；3、受体间相互作 用对药效的影响：(1)药物与受体的相互键合 作用；(2)药物的各功能基团；(3)药物的电荷 分布；(4)立体因素
受体（receptor）是一种具有立体结构的生物大
分子，大部分为蛋白质，这些蛋白质由氨基酸组
成，主要为糖蛋白和脂蛋白，有时也将酶、核酸
和膜聚合体等包括在内，统称为受体。
具有相同药理作用的药物，其化学结构具有相同
或相似的部分，这部分相同或相似的结构称为药
效团（pharmacophore）
• 药效团 (pharmacophore)
学习小结 学以致用
单选题
学习要求 重点难点
药物的构效关系 与新药研究知识 多选题
授课内容
拓展链接
问答题
学习小结
学以致用
案例分析
药物的化学结构与药效的关系
CH3CH2OCH2CH3
结构非特异 性药物 乙醚
NH N H O
• 药物的化学结构与活性的关系，简 称构效关系（Structure Activity Relationships，SAR）
药物在体内的解离度取决于药物的pKa和周围介质pH的大 小。一般情况下，酸性药物随介质pH增大，解离度增大， 分子型药物减少，体内吸收率较低
药物与受体形成复合物后才能产生药理作用，结构特异性药物 能和特定的受体结合，因此这样的药物选择性强，副作用低。
（一）药物与受体的相互键合作用对药效的影响
药物与受体的结合的方式包括共价键、静电力、氢键
亲脂部分 中间连接部分
亲水部分
脂水分配系数P表示： P=C0/CW
合适的脂水分配系数
（二）酸碱性和解离度对药效的影响
有机药物中多数为弱酸或弱碱性，在体内pH
7.4环境中可 部分解离，其解离度由化合物的解离常数pKa和溶液介质的pH 决定，因此药物的酸碱性是影响药物活性的重要因素。
pKa的计算方法如下：
酸性药物： RCOOH + H2O 碱性药物： RNH2 + H2O
RCOORNH3+ +
+
H3O+ OH-
pKa=pH-log [RCOO ] [RCOOH]
pK a=pH-log
[RNH2] [RNH3+]
解离度对药效的影响
吸收率（%） 药物 水杨酸 阿司匹林 苯甲酸 奎宁 pKa 3.0 3.5 4.2 8.4 3.6～4.3 64 41 62 9 pH 4.7～5.0 35 27 36 11 7.1～7.2 30 35 41 7.8～8.0 10 5 54
O R1 R2 O
巴比妥类 药物结构
青霉素类 药物结构
RCONH N O S CH3 CH3
磺胺类 药物结构
H2N O S NHR O
COOH
• 结构非特异性药物:药物活性主要取 决于药物分子的各种理化性质，与 化学结构关系不大，当结构有所改 变时，活性并无大的变化，如吸入 麻醉药麻醉乙醚、氟烷等。 • 结构特异性药物:作用靶点是特定的 受体、酶及离子通道等，其活性主 要与药物分子与受体的相互作用和 相互匹配有关，化学结构稍加变化， 与受体匹配性发生变化，会直接影 响其药效学性质。
药物的构效关系 与新药研究知识
第一节 药物的化学结构与药效的关系
授课内容
拓展链接
第二节 第二节 新药研究知识简介
学习小结 学以致用
学习要求 重点难点
药物的构效关系 与新药研究知识
第一节 相同几何结构的化合物会有相 似的药效，如双酚A有弱雌激素 作用；有立体异构的药物，该 药物的不同异构体药效不同。 第二节
对药效影响较大的主要是溶解度、分配系数和解离度。
（一）溶解度和分配系数对药效的影响
药物的脂水分配系数P是药物在有机相中和水相中分
配达到平衡时的浓度Co和Cw的比值，即P=Co/Cw
P值增大，药物的脂溶性增加
• 局部麻醉药基本结构均由亲脂部分、中间 连接部分、亲水部分三部分组成。
O Ar C X (C H )n 2 N
背景介绍
• 新药研究的主要目的是发明、发现结构新颖 并且安全、有效的新药，新药研究的重点是 发现先导化合物及优化先导化合物，从而开 发出在临床上使用的、可用于治疗各种疾病 的安全、有效的药物。
实例： 青霉素的发现 磺胺类药物的发明 青蒿素的发现
主要内容
学习要求 重点难点
药物的构效关系 与新药研究知识 掌握 寻找新药或先导化合物的基 本途径 熟悉
、疏水作用力、范德华引力、电荷转移复合物等
H R C H H N
受体
R N H3
O O C 受体
H R N H
O C
受体
A、共价键
B、离子键
C、氢键
R N:
O C
受体
C HH Cຫໍສະໝຸດ 授课内容拓展链接受体间相互作用对药效的影响
熟悉
学习小结 学以致用
先导化合物的优化 ;药物的 结构修饰 的目的和方法
重点
学习要求 重点难点
药物的构效关系 与新药研究知识
寻找新药或先导化合物的基 本途径
授课内容
拓展链接
难点
学习小结 学以致用
理化性质对药效的影响
受体间相互作用对药效的影响
学习要求 重点难点