经典的生物电子等排体70页PPT
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常见的酰胺键生物电子等排体
常见的酰胺键生物电子等排体生物电子等排体是指具有相似物理化学性质的基团或取代基产生相似、相关或相反生物活性的物质。
生物电子等排体不仅具有相同外层电子总数（同价），还应在分子大小、分子形状（包括键角、杂化度）、构象、电子分布（包括极化度、诱导效应、共轭效应、电荷、偶极等）、脂水分配系数、pka、化学反应活性（包括代谢相似性）和氢键形成能力等方面存在相似性。
如-ch3、-oh和-nh2、-ch2-和-o-互为电子等排体。
一、生物电子等排体概念的发展生物电子等排理论的四个发展阶段1）电子等排的概念生物电子等排（bioisosterism）是由早期的电子等排（isosteriam）发展和延伸来的。
早在1919年langmuir就在无机化学中提出了电子等排体（isostere）的概念，即凡是具有相同数目的原子和电子，并且电子排列状况也相同的分子、原子或基团（离子）称为电子等排体【1】。
如n2和co、n2o 和co2、n3-和nco-等属于电子等排体，它们具有相似的性质。
苯、噻吩和吡啶的理化性质很相似，为解释它们之间的相似性，1916年hinsberg提出环等价物（ring equivalents）概念，即当芳香环的等价部分相互替代时，理化性质不会显著地改变，如-s-与-ch=ch-、-n=与-ch=为两对环等价部分【2】。
此后，hückel将hinsberg的等价概念推广到其他有机物和无机物中，认为-ch3、＝ch2和≡ch分别与f、o、n相当而可以相互替代。
2）氢化物替代规律grimm综合了hinsberg和hückel的等价物概念并加以扩大：凡分子或原子团具有相同数目的价电子，都称为电子等排体。
并于1925年提出氢化物替代规律（hydride displacement law），该规律描述了具有相同价电子数但不同原子数的官能团之间的理化相似性。
它的含义为：从元素周期表第ⅳ主族起，任何一种元素与一个或几个氢原子结合形成的分子或原子团称为假原子（pseudoatom），假原子之间互为电子等排体。
生物电子等排体
N
组CH2NH2 N N H
吡唑
N CH2CH2NH2 HN N
CH3
三唑环
生物活性没有改变
2、生物电子等排体替代后，产生拮抗作用
O
HN
H
ON H
尿嘧啶
O
HN
F
ON H
氟尿嘧啶
3、毒性降低
钙敏化剂
O
H
N
S CH3
N
N OCH3 硫马唑
消化不适，视力障碍
O H
N
S CH3
• 生物电子等排体：生物电子等排所涉及的基团或分子 扩大到 —— 具有相同原子数和价电子的原子或分子，外层电子数相等的原子、 离子或分子：－CH3、－OH和-NH2、－CH2－和－O－， 具有相同的电子数和排列方式，是电子等排体，具有相同性质。
经典的电子等排体
（1）一价电子等排体
–卤素和XHn基团，X=C、N、O、S
生物电子等排体原理常用于先导化合物优化时进行类似物变换， 是优化先导化合物的非常有效的方法。
1、得到新的化学实体或者类似物，药理活性相似 2、可产生拮抗作用 3、毒性比原药降低 4、改善原药的药代动力学性质
1、得到新的化学实体或者类似物
组胺结构中的咪唑环用吡啶、吡唑、三唑环替代：
CH2CH2NH2 NN
6、降低药物毒副作用
氨基的酰胺化修饰可以降低其毒副作用
美法仑
ClH2CH2C N
ClH2CH2C
氮甲
CH2 CH COOH NHCHO
软药设计
“软药” –容易代谢失活的药物，本身具有治疗活性 –使药物在完成治疗作用后，按预先规定的代谢途径和可以控制的速率 分解、失活并迅速排出体外。 软药设计的方法可减少药物蓄积的副作用
组CH2NH2 N N H
吡唑
N CH2CH2NH2 HN N
CH3
三唑环
生物活性没有改变
2、生物电子等排体替代后，产生拮抗作用
O
HN
H
ON H
尿嘧啶
O
HN
F
ON H
氟尿嘧啶
3、毒性降低
钙敏化剂
O
H
N
S CH3
N
N OCH3 硫马唑
消化不适，视力障碍
O H
N
S CH3
• 生物电子等排体：生物电子等排所涉及的基团或分子 扩大到 —— 具有相同原子数和价电子的原子或分子，外层电子数相等的原子、 离子或分子：－CH3、－OH和-NH2、－CH2－和－O－， 具有相同的电子数和排列方式，是电子等排体，具有相同性质。
经典的电子等排体
（1）一价电子等排体
–卤素和XHn基团，X=C、N、O、S
生物电子等排体原理常用于先导化合物优化时进行类似物变换， 是优化先导化合物的非常有效的方法。
1、得到新的化学实体或者类似物，药理活性相似 2、可产生拮抗作用 3、毒性比原药降低 4、改善原药的药代动力学性质
1、得到新的化学实体或者类似物
组胺结构中的咪唑环用吡啶、吡唑、三唑环替代：
CH2CH2NH2 NN
6、降低药物毒副作用
氨基的酰胺化修饰可以降低其毒副作用
美法仑
ClH2CH2C N
ClH2CH2C
氮甲
CH2 CH COOH NHCHO
软药设计
“软药” –容易代谢失活的药物，本身具有治疗活性 –使药物在完成治疗作用后，按预先规定的代谢途径和可以控制的速率 分解、失活并迅速排出体外。 软药设计的方法可减少药物蓄积的副作用
生物专题电子等排的概念
Ø主要是从知识产权方面考虑，抑制剂的药效学性质相近，仿制。
CH3O
O H3C N
S CH2 N H
OMe CH3
N
AstraZenaca: Omeprazole
CH3O
O H3C N
S CH2 N H
OCH2CF3 N
Takeda: Lansoprazole
F2CHO
O OMe N
S CH2 N H
电子等排变换的结果
使药效强度发生变化 药效翻转，如由激动作用变为拮抗作用； 对药代动力学性质起到重要的调节作用
2.1经典生物电子等排体的应用
O 1 OH
O
1
NH2
O
1
O 1 SH
2.1经典生物电子等排体的应用
一价等排体 二价等排体 三价等排体 四价等排体 环内等排体
F OH NH2 CH3
O 1 P OH
OH
O 1 P NH2
OH
O 1 P OEt
OH
O O P OH 1 OH
OO
S
1
N H
O
H 1N
OH O
2.2 非经典生物电子等排体的应用
2.2.3 PPAP-like 杂环
1
O
1
H N
O
O
O
N H
O
N H
1
S
O
O
N H
1
O
NH O
O
1
O NH O
1 1
O
NH
O
O
NH
O
1
N
O
HN
2.2.5 六元杂环
1
O1
F
N+
第四章 生物电子等排体原理
H 2 N
C O O C H 2 C H 2 N E t 2 H 2 N
C O N H C H 2 C H 2 N E t 2
第三节 经典的生物电子等排体在新药设计中的应用
生物电子等排体概念在新药设计中的应用，是指用一个 电子等排体取代原来药物中对应的基团，后面将讲到利用电 子等排体取代生物代谢物中的基团，从而直接得到新药的例 子。仍然按照Burger的分类来讲述。
一、一价原子或基团的取代 儿茶酚胺类的酚羟基被烷基磺酰胺电子等排体取代，得到
例如，在一个药物中含有-CH3基团，当用-NH2代替时，可能会引入不对 称因素，使其连接的碳成为手性原子。
再如，当用碘代替氢时，两者的体积相差悬殊，所有的这些因素，都有 可能对所设计的新药的生物活性产生影响。
a
4
Friedman于1951年引用了生物电子等排体的术语，认为 生物电子等排体不仅应具有相同的价电子数，而且在分子大 小、形状（键角、杂化度）、构象、电子分布（极化度、诱 导效应、共轭效应、电荷、偶极等）、脂水分布、pKa、化 学反应性（代谢相似性）和氢键形成能力等方面的相似性。
活性，不过，由于甲基和氯比氨基更稳定，因此具有更长
的生物半衰期，并降低了毒性。
O
O
H
H
H 2N
SN
N C 4H 9
O
O
O
H
H
H 3C
SN
N C 4H 9
O
O
O
H
H
Cl
SN
N C 4H 9
O
a
12
NH2
N
N
N
H
H2N N N
SH N
N
NN H
SH N H2N N
第四章 生物电子等排体原理[研究材料]
![第四章 生物电子等排体原理[研究材料]](https://img.taocdn.com/s3/m/59bf4a0c77232f60dccca131.png)
在利用电子等排体进行新药设计时，上面的各种条件并 非全部满足，只要求在某些重要参数上近似。
若两个电子等排体具有相近的脂水分布系数，就称为等 疏水性等排体；若两者具有相近的电性效应参数，则称为等 电性等排体；具有相近的立体效应参数的称为等立体性等排 体。
调研学习
5
由于电子等排体的电性、疏水性、立体效应等参数对其 生物活性有较大的影响，因而在进行新药设计时应尽量选择 这三者近似的取代基-----三参数近似原则。
生物电子等排体概念在新药设计中的应用，是指用一个 电子等排体取代原来药物中对应的基团，后面将讲到利用电 子等排体取代生物代谢物中的基团，从而直接得到新药的例 子。仍然按照Burger的分类来讲述。
一、一价原子或基团的取代
儿茶酚胺类的酚羟基被烷基磺酰胺电子等排体取代，得到 的化合物中，有的具有激动剂活性，有的具有拮抗剂活性。 如下面的两个化合物。
四取代的原子、环系等价体
二、非经典的生物电子等排体 可交换的基团、环与非环的交换
调研学习
7
可以交换的生物电子等排体：
CN
O O
羰基
O
SO
S
SN
N
CN
O
OO
O
CN
羧基
-COOH
-SO2NHR -SO3H -PO(O)NH2 PO(OH)OEt -CONHCN
羟基
-OH -NHCOR -NHSO2R -CH2OH -NHCONH2 -NHCN -CH(CN)2
例如，在一个药物中含有-CH3基团，当用-NH2代替时，可能会引入不对 称因素，使其连接的碳成为手性原子。
再如，当用碘代替氢时，两者的体积相差悬殊，所有的这些因素，都有 可能对所设计的新药的生物活性产生影响。
若两个电子等排体具有相近的脂水分布系数，就称为等 疏水性等排体；若两者具有相近的电性效应参数，则称为等 电性等排体；具有相近的立体效应参数的称为等立体性等排 体。
调研学习
5
由于电子等排体的电性、疏水性、立体效应等参数对其 生物活性有较大的影响，因而在进行新药设计时应尽量选择 这三者近似的取代基-----三参数近似原则。
生物电子等排体概念在新药设计中的应用，是指用一个 电子等排体取代原来药物中对应的基团，后面将讲到利用电 子等排体取代生物代谢物中的基团，从而直接得到新药的例 子。仍然按照Burger的分类来讲述。
一、一价原子或基团的取代
儿茶酚胺类的酚羟基被烷基磺酰胺电子等排体取代，得到 的化合物中，有的具有激动剂活性，有的具有拮抗剂活性。 如下面的两个化合物。
四取代的原子、环系等价体
二、非经典的生物电子等排体 可交换的基团、环与非环的交换
调研学习
7
可以交换的生物电子等排体：
CN
O O
羰基
O
SO
S
SN
N
CN
O
OO
O
CN
羧基
-COOH
-SO2NHR -SO3H -PO(O)NH2 PO(OH)OEt -CONHCN
羟基
-OH -NHCOR -NHSO2R -CH2OH -NHCONH2 -NHCN -CH(CN)2
例如，在一个药物中含有-CH3基团，当用-NH2代替时，可能会引入不对 称因素，使其连接的碳成为手性原子。
再如，当用碘代替氢时，两者的体积相差悬殊，所有的这些因素，都有 可能对所设计的新药的生物活性产生影响。
生物电子等排原理
非经典的生物电子等排体
非经典电子等排体不符合经典的电子等排 体及电性方面的定义，这类电子等排体通 过模拟分子或者基团的空间排列、电性或 其他对保持生物活性至关重要的物理化学 参数而被运用在药物设计中。最常见的非 经典的生物电子等排体的相互取代包括三 种类型：基团反转、环的改变和相似极性 基团的替换。
经典的生物电子等排体
一价基团的生物等电子排体
二价基团生物电子等排体
三价基团生物电子等排体
四价基团生物电子等排体
环内互换的生物电子等排体
一价生物电子等排体
将异丙肾上腺素上的间位 羟基用甲磺酰氨基进行取 代，可以得到索特瑞醇， 后者仍可保持对β 受体的 拮抗作用，用பைடு நூலகம்抗心律失 常和抗高血压药。由于甲 磺酰氨基不能被O-儿茶酚 甲基转移酶代谢失活，因 而延长了索特瑞醇的作用 时间，并且提高了其生物 利用度。
酚妥拉明
三价生物电子等排体
三价电子等排体应用最多的是-N=与CH=的互换，主要以环内居多。抗抑郁药 地昔帕明、阿米替林和普罗替林是三环系 抗精神病药物，相互之间是三价原子等排 变换的成功实例。应当指出，由于中间环 的变化，三环的拓扑形状是不同的。
四价生物电子等排体
四价电子取代中常用的是季胺 盐中氮原子与季碳原子的替换。 构效关系研究表明，用氨基替换 肉毒碱中羟基而产生的类似物， 与其四价三甲基胺基团被其电子 等排体叔丁基替换产生的类似物 具有相似的活性。
生物电子等排体的主要类型
生物电子等排体分为经典的生物电子等排 体和非经典的生物电子等排体这两大类。 经典的生物电子等排体的形状、大小和外 层电子构型大致相同，在构成基团的原子 数、价键数、不饱和程度及芳香性等方面 也极其相似，根据Erlenmeyer 氢化物取代规律，可分为一价、二价、三 价、四价及环内等价五大类。
第四章 生物电子等排体原理
第四章 生物电子等排体原理 在新药设计中的应用
第一节 概论
一、生物电子等排体的概念
狭义的电子等排体概念——原子数及电子总数均相等， 而且电子排布状态也相同的不同分子或原子团。按照这种定义， 只有少数分子或原子团满足该条件——N2--CO、N2O-CO2、 CH2=C=O--CH2=N=N、N3--NCO。
二、二价原子或基团之间的交换
二价原子或基团主要为O、S、NH、CH2等，它们的键角相近， 在111度左右。
当这些原子或基团进行交换时，所形成的化合物的空间分布也 相似。例如，普鲁卡因和普鲁卡因酰胺，作为局部麻醉药，它们的结 构与功能相关性。普鲁卡因的活性比普鲁卡因酰胺强，这是由于前者 对活性要求的偶极化特点更为显著，而普鲁卡因酰胺中羰基与氨基之 间的共振，使得C=O极化度降低。但是，普鲁卡因酰胺是一个重要 的抗心律失常药物，与其不受催化普鲁卡因水解的酯酶的影响，因而 稳定性显著增加有关。
2、电子等排体的理化性质是相近的，因而在药物设计中，以一个电子等 排体代替另一个电子等排体，常得到具有相近或相拮抗的生物活性。利 用这一规律设计新药的道理称为新药设计中的生物电子等排体原理。
3、由于电子等排体在极性方面存在一定的差异，因此利用电子等排体进 行新药设计，可以改变药物的亲水亲脂平衡，当用含N的原子团代替其 它基团时，可以利用它能形成盐的特性，将药物变为盐，从而提高其水 溶性，有利于得到新的制剂。
第二节 生物电子等排体的要求
虽然电子等排体的理化性质近似，但它们在电性、体积和极性等方面 存在一定的差异。因而在利用生物电子等排体进行药物设计时，不仅要注意 一般电子等排体的性质，即以一个电子等排体代替另一个电子等排体时，两 者的理化性质相近的一方，同时要注意两者在极性、电性、立体化学方面的 差异。
第一节 概论
一、生物电子等排体的概念
狭义的电子等排体概念——原子数及电子总数均相等， 而且电子排布状态也相同的不同分子或原子团。按照这种定义， 只有少数分子或原子团满足该条件——N2--CO、N2O-CO2、 CH2=C=O--CH2=N=N、N3--NCO。
二、二价原子或基团之间的交换
二价原子或基团主要为O、S、NH、CH2等，它们的键角相近， 在111度左右。
当这些原子或基团进行交换时，所形成的化合物的空间分布也 相似。例如，普鲁卡因和普鲁卡因酰胺，作为局部麻醉药，它们的结 构与功能相关性。普鲁卡因的活性比普鲁卡因酰胺强，这是由于前者 对活性要求的偶极化特点更为显著，而普鲁卡因酰胺中羰基与氨基之 间的共振，使得C=O极化度降低。但是，普鲁卡因酰胺是一个重要 的抗心律失常药物，与其不受催化普鲁卡因水解的酯酶的影响，因而 稳定性显著增加有关。
2、电子等排体的理化性质是相近的，因而在药物设计中，以一个电子等 排体代替另一个电子等排体，常得到具有相近或相拮抗的生物活性。利 用这一规律设计新药的道理称为新药设计中的生物电子等排体原理。
3、由于电子等排体在极性方面存在一定的差异，因此利用电子等排体进 行新药设计，可以改变药物的亲水亲脂平衡，当用含N的原子团代替其 它基团时，可以利用它能形成盐的特性，将药物变为盐，从而提高其水 溶性，有利于得到新的制剂。
第二节 生物电子等排体的要求
虽然电子等排体的理化性质近似，但它们在电性、体积和极性等方面 存在一定的差异。因而在利用生物电子等排体进行药物设计时，不仅要注意 一般电子等排体的性质，即以一个电子等排体代替另一个电子等排体时，两 者的理化性质相近的一方，同时要注意两者在极性、电性、立体化学方面的 差异。
生物电子等排原理在药物分子设计中的
• 1947 年,HANSCH 提出,凡在同一标准的实验 系统中能引起相似生化或药理作用的化合物均 是电子等排体。1951 年, FRIEDMAN 把有些 分子或基团的理化性质与生物活性联系起来,提 出了“生物电子等排”及“生物电子等排体” 等新概念。至此,电子等排体已经突破了应用在 医药化学领域中的传统内涵。1971 年,ARINS 指出生物电子等排应是在许多类型化合物中可 以相互替换的基团。1979年, THORNBER 综 合了电子等排体的概念,提出凡具有相似理化性 质且由其产生广泛的相似生物活性的分子或基 团都应是生物电子等排体。
生物电子等排原理在药物分子设计中 的应用
姓名： 学号: 学号: 指导教师：
目录
• • • • 生物电子等排原理的提出 生物电子等排体的分类 生物电子等排应用在含氟农药创制过程中 生物电子等排在拟除虫菊酯分子设计中的 应用
生物电子等排原理的提出
• 生物电子等排原理最初应追溯到1919 年,LAN GMUIR 发现了一些原子、基团和分子在理化性质方面的相 似性,他比较了一些分子和离子如N2和CO ,N2O 和CO2 等, 发现它们都很相似。在这些相似分子和离子的基础上,他确 定了21 组电子等排体,进一步推断这些分子的电子数目和排 列状况也相同,提出了“电子等排体”(isostere) 的概念,即 凡是具有相同数目的原子和相同数目电子,并且电子排列状 , 况也相同的分子、原子或基团(离子) 称为电子等排体。 1925 年, GRIMM 结合了HINSBER 和H BCKEL 的“环等 价部分”概念并加以扩展,提出“氢化物替代规 律”( hydride displacement law) ,它的内容是:从元素周 期表中第Ⅳ主族起,任何一种元素与一个或几个氢原子结合 形成的分子或基团称为假原子(p seudoatom) ,即某一元素 与一个或2 个氢原子结合形成的假原子的性质与比它高1 族 或2 族的元素相似。1932 年,ERL ENMEYER 将GRIMM定 义的电子等排体进一步扩展到外围电子数目相等的原子、离 子和分子,并首先把电子等排概念与生物活性联系起来,应用 其解释电子等排体生物活性的相似性。
药物分子设计-生物电子等排ppt课件
6. Thiourea 7. Spacer group
N H
S
NCN
CHNO2
NH2
N H
NH2
N H
NH2
N
16
4.4.2 生物电子等排的类型——非经典的 电子等排
8. Catechol（儿茶酚）
HO O O O H N N HO
O HO HO HO
NR
N
9. Pyridine
N NO2
N O NH
S O
AstraZenaca: Omeprazole
O N S
N
N
O F2HC NH O
O
Altana: Pantoprazole
O N S
N
OCH2CF2CF2CF3 S NH Saviprazole
20
1 一价原子或基团的取代——单胺氧化 酶抑制活性
O N H X
X H Br CF3 SO2CF3
N+ R NH3+
17
4.4.3 生物电子等排原理应用实例
1 2 3 4 5 6 一价原子或基团的取代 二价原子或基团的取代 四价基团的取代及环系等价体 环与非环结构及构象限制 可交换的基团 基团反转
18
4.4.3 生物电子等排原理应用实例
1 一价电子等排体： 一价原子或基团处在分子的末端，是应用较多的变换。 主要包括：H、F、Cl、Br、I、OH、NH2、CH3、SH。 任何一价原子或基团的相互变换都可视作等排现象，这 种变换往往可引起分子的理化性质较大的变化。 如：F、OH、NH2、CH3为例，氟原子与OH、NH2都是氢 键的接受体，而OH、NH2也是氢键的给予体；NH2具有碱性， 在体内可被质子化，形成带正电荷的铵盐；而CH3除了有亲 脂性外，上述性质皆不存在 这样的等排变换，会使理化和生物学性质产生较大的变化。
生物电子等排体
生物电子等排原理在农药与医药开发中的应用
生物电子等排原理被成功应用在含氟农药的创制过程中
由于氟原子具有模拟效应、电子效应、阻碍效应、渗
透效应等特殊性质, 因此它的引入可使化合物的生物活性
倍增, 且含氟化合物对环境影响最小, 在农药或医药创制中
人们对含氟化合物的开发研究十分活跃。
常见的是以F 及含氟的基团如CF3 , OCF3 ,OCHF2 等替代已知化合物或先导化合物结构中的H, Cl, Br, CH3 , OCH3等基团, 或对替换后的化合物进行进一步优化而得 到新的含氟农药。
（LUMO)等性能，因而仍显示相应的生物活性。
电子生物等排的作用
实际上，利用电子生物等排体取代分子中的 一部分而保持与母体药物活性完全相同的情况很 少见，人们也更期望得到性质与母体有所变化的 新的化合物。如果通过生物电子等排修饰能够提 高母体药物的活性、选择性和生物利用度，降低 毒性和不希望的副作用，则其修饰才是有意义的， 是人们所期望的。
. 生物电子等排原理在拟除虫菊酯分子设计中的应用
炔呋菊酯( 7) 具有较好 的触杀作用, 是制造电蚊香 药片的主要原料。用烯丙基 、苄基取代( 7) 中的炔丙基 可分别得到烯呋菊酯( 8) 和 活性高、合成容易的苄呋菊 酯( 9) 。拟除虫菊酯苄呋菊 酯( 9) 中的甲基被氯取代, 得 到新的拟除虫菊酯杀虫剂( 10) 。
.
有人选择芳氧苯氧丙酸酯类化合物( 26) 为先导化合物,
利用生物电子等排原理, 合成了化合物( 27) , 其中R1= H;R2=
CH3、取代苯基; R3 = 氰基、酯基; W= C, N。初步生测结果
表明这些化合物对禾本科杂草有很好的除草活性, 且对阔叶
经典的生物电子等排体
官能团的反转
HS O
H N
O COOH HS N H COOH
CO2 CH3
COOCH3
CO2 CH2 CH2 N(Et)2
CO2 CH2 CH2 N(Et)2
OH NH2 OH
NH2 NH2
OC4 H9-n
NH2 OC4 H9-n
OH O O N H
H N
OH O O H2 N
H N
O O N N O O
S N H
R1
O
H N R2
OH N
R1 H N O H N R2 R1 F N O O R2 R1 H N O N H R1 H N O
R1 H N O R2
H N R2
O
H N
H N
Het N
OH N H O
H N N H N N N N H N H O
H N S N H O O N H
N H
no resembling
X C H2 R= N R (CH2)3 (CH2)3 (CH2)3
C Y H2
often more resembling
O O
O C6H5 C C6 H5 H2 C6H5
15 1.5 20
准金属 毒性等排体
• 碳硅等排性
• 硅一般处于四级结构
O N H O Si CF3 O O Si O O O NH2 NH2 H2 N H2 N O O O O Si O O O O NH2 NH2 Si
O MeO N O Cl N MeO COOH CH3 O CH2COOH CH3 MeO N CH3 COOH Cl
Cl
NH2 HO N H HO N
NH2 NH2
生物电子等排体在药物设计中的应用
生物电子等排体在药物设计中的应用船本11级药学1班谢海潭20119830144【前言】生物电子等排概念最初应回溯到1919 年。
当时Langmuir 用它解释具有相同原子数和相同价电子数的分子或离子在理化性质方面的相似性, 如O2-、F- 和Ne, N2和CO, N2O 和CO2, N3和NCO, 以及NO3-与CO32-等。
在这些相似分子和离子的基础上, 他确定了21 组电子等排体, 进一步推断这些分子的电子数目和排列状况也相同, 提出了电子等排体( isostere) 的概念, 即凡是具有相同数目的原子和相同数目电子, 并且电子排列状况也相同的分子、原子或基团( 离子) 称为电子等排体。
1925 年, Grimm结合了Hinsbeng 和Huckel 的环等价部分概念并加以扩展, 提出氢化物替代规律( hydride displacement law ) , 它的内容是: 从元素周期表中第Ⅳ主族起, 任何一种元素与一个或几个氢原子结合形成的分子或基团称为假原子( pseudoatom) , 即某一元素与一个或两个氢原子结合形成的假原子的性质与比它高1 族或2 族的元素相似。
1932 年, ERLENMEYER 将GRIMM定义的电子等排体进一步扩展到外围电子数目相等的原子、离子和分子, 并首先把电子等排概念与生物活性联系起来, 应用其解释电子等排体生物活性的相似性。
1947 年, Hansch 提出, 凡在同一标准的实验系统中能引起相似生化或药理作用的化合物均是电子等排体。
1951 年, Friendman 把有些分子或基团的理化性质与生物活性联系起来, 提出了生物电子等排及生物电子等排等新概念。
至此,电子等排体已经突破了应用在医药化学领域中的传统内涵。
1971 年, Arins 指出生物电子等排应是在许多类型化合物中可以相互替换的基团。
1979年, Thornber 综合了电子等排体的概念, 提出凡具有相似理化性质且由其产生广泛的相似生物活性的分子或基团都应是生物电子等排体[1]。