1药物的化学结构与药效的关系全解

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第一章
药物的化学结构与药效的关系
structure–activity relationships of drugs
本章要求
1、掌握构效关系、脂水分配系数。
2、熟悉溶解度与分配系数、解离度对药效 的影响。 3、了解基团变化、立体结构对药效的影响。
构效关系(structure–activity
relationships,SAR)
第三节
基团变化对药效的影响
第四节 立体结构对药效的影响
一、原子间矩对药效的影响
蛋白质的-螺旋:螺距为5.38Å
5.38A 5.38A
许多药物中两个特定原 子间距离符合该距离。
O H2 N O 5.5A N C 2 H5 C 2 H5
普鲁卡因
O H3 C O
N 5.5A
C 2 H5 C 2 H5
• 有些药物的左旋体和右旋体的生物活性类型不 一样,如扎考必利的R-异构体为5-HT3受体的拮 抗剂,而S-异构体则为5-HT3受体的激动剂;又 如S-(-)-依托唑啉具有利尿作用,R-(+)-依托唑 啉则有抗利尿作用。
R-(+)-扎考必利
S-(-)-依托唑啉
3. 构象异构:分子中原子或基团的空间排列因碳 碳单键旋转或扭曲(键不断开)而 发生的动态立体异构现象。 优势构象:分子势能最低、最稳定的构象。
克仑特罗
舒喘宁
5、组胺H1 受体拮抗剂
CH3 O CH2CH2 N CH3
R1 X R2
CH3 N CH2CH2 N CH3 N
(C)n N
n = 2~3
苯海拉明
Cl
吡苄胺
CH3 N CH3 CH2CH2 N CH3 N
赛庚啶
氯非拉明
6、氮芥类烷化剂
ClCH2CH2 N ClCH2CH2 CH3 ClCH2CH2 ClCH2CH2
普鲁卡因
O C CH2CH2N
C3H7O
利多卡因
达克罗宁
普鲁卡因
H N H
δ
C O
O
CH2 CH2
H
N
C 2 H5 C 2 H5
δ
V
V D
V E
O N O C O O CH2 CH2 N
C 2 H5 C 2 H5
无局麻作用
O O H2N N .HCl
普鲁卡因的局麻作用似与分子极化有平行关系: ◆供e基甲氧基、乙氧基、二甲氨基取代-NH2, ED50减小
(一)生物电子等排原理 1. 经典的生物电子等排体:
具有相同数目外层电子(同价)的原子、离子
一价 二价 三价 四价 F Cl Br I OH SH NH2 PH2 CH3 -O- -S- -Se- -Te- -NH- -CH2-N= -P= -As= Sb= -CH= =C= =N+= =P+= =As+= =Sb+= -S- -O- -NH-
◆吸e基硝基取代-NH2,ED50增大
◆在苯环和碳基间嵌入乙撑基, 共轭效应被阻, ED50增大
◆在苯环和碳基间嵌入乙烯基, 共轭效应不变, ED50不变
2、吗啡类药物
吗 啡 的 三 点 结 合 受 体
N
+
H
V
E
C A 镶嵌入C
B
3.磺胺 类药物
H2N SO2NH2
H2N
SO2NHR
H2N
SO2NHCOCH3
来自百度文库
利多卡因
吡咯卡因
c. 极性相似基团的置换
H Cl H2 NO 2 S N S O NH O Cl H2 NO 2 S H N C O C 2 H5 NH
氢氯噻嗪
喹噻酮
d. 范德华半径相似原子的置换
O H O N N H H H O N N H O F
尿嘧啶
氟尿嘧啶
e. 分子形状相似
H2N COOH H2N SO2NHR
氮芥
环磷酰胺
例:消除苦味
奎宁(quinine)
优奎宁(equinine)
第二节
理化性质对药效的影响
• 药物能否到达作用部位是影响药物活性因素之一
• 药物到达作用部位必须通过生物膜,影响因素有:

1. 药物分子因素:溶解度、分配系数、解离度等理化性质 2. 生物学因素:药物的吸收、分布、代谢和排泄
1.溶解度、分配系数对药效的影响
• 脂水分配系数(lipid-water partition coefficient,P )是 药物在正辛醇中和水中分配达到平衡时浓度之比值,即 P=CO /CW,常用logP表示。 • P值越大,则药物的亲脂性越高。 • 对于作用于不同系统的药物,对亲脂性的要求不同。一 般来说,脂水分配系数应有一个适当的范围,才能显示 最好的药效。 • 例如,中枢神经系统的药物需要穿过血脑屏障,适当增 加药物亲脂性可增强活性,但药物随血液循环运送到作 用部位,还应具有一定的亲水性。因此,其适宜的分配 系数logP在2左右。
1909年,Ehrlich提出“药效团”概念 。
药效团:形成药物的药理作用或毒性的
某些特定的化学活性基团。
一、常见药物的基本结构
1、局部麻醉药
CH3 N O COCH3 OC O H2N
O Ar C X (C)n N
COOCH2CH2N(C2H5)2
H
可卡因
CH3 NHCOCH2N(C2H5)2 CH3
O C6H5 C2H5 O NH O NH CH3CH2CH2CH(CH3) C2H5
O NH S NH O
苯巴比妥 LogP = 0.48 静注:15分钟起效
硫喷妥 LogP = 2.98 静注:30秒起效 47分种消失
2.解离度对药效的影响
• 药物应以分子型通过生物膜,进入细胞后,在细胞内的 水介质中以离子型发挥作用,因此,药物应有适宜的解 离度。 • 药物解离后以部分离子型和部分分子型两种形式存在, 其比率(解离度)由解离常数pKa和介质的pH决定。 • 例如,巴比妥酸(barbital acid)的pKa为4.12,在pH 7.4时,99%以上解离,以离子状态存在,不能透过细胞 膜和血脑屏障,故无镇静作用。 • 异戊巴比妥(amobarbital)的pKa 为8.0,在pH为7.4时 未解离占79.9%,离子化占20.1%,可透过血脑屏障, 具有较好的镇静作用。
药效构象:能被受体识别并与受体结构互补、产 生特定的药理效应的构象。
• 药效构象不一定是药物的优势构象,药物与受 体间作用力可以补偿由优势构象转为药效构象 时分子内能的增加所需的能量,即维持药效构 象所需的能量。
HN
H CH2 C NH3 N H 4.55A
组 胺
HN N
NH3 CH2 C H H 3.6A
普鲁卡因
H2 N
CONHCH2 CH2 N
C 2 H5 C 2 H5
普鲁卡因酰胺
c. 三价原子或基团的交换
CH3 N CH2 CH2 N CH3
安体根
N CH3 N CH2 CH2 N CH3
新安体根
2. 非经典的电子等排体 • 一些原子或原子团尽管不符合电子等排 体的定义,但在相互替代时同样可产生 相似或拮抗的活性。 • 最常见的相互替代有相似活性的基团有: -H、-F -CH=CH-、-S-、-O-、-NH-、-CH2-
Z-己烯雌酚
E-己烯雌酚
雌二醇
泰尔登
S Cl H2 C H CH 2 N(CH 3 ) 2 H S Cl CH 2 CH 2 N(CH 3 ) 2
强5~40倍
2. 光学异构:光学异构分子中存在手性中心,两个对 映体互为实物和镜像,又称对映异构。 • 有些光学异构体的药理作用相同,如左旋和右旋氯 喹具有相同的抗疟活性。 • 但很多药物的左旋体和右旋体生物活性并不相同, 如D-(-)-肾上腺素的血管收缩作用比L-(+)-肾上腺 素强12~20倍。
• 即使在化学结构上看来微小的改变, 也可导致药理作用方面的明显改变。
OH
Ex:拟肾上腺素药 N取代基的增大,效应 ,β效应
R2 X R1
H N
R2 H
代表药物 去甲肾上腺素
效应 α
甲基 异丙基 叔丁基
肾上腺素 异丙肾上腺素 沙丁胺醇
α、β β β2
将一个有希望的“首选”化 合物的分子结构加以改造,是寻 找新药的重要途径。
ClCH2CH2 N ClCH2CH2
N CH2CHCOOH NHCHO
R
氮芥
ClCH2CH2 N ClCH2CH2 HO N N OH
N-甲酰溶肉瘤素
ClCH2CH2 N ClCH2CH2 p O H N O
尿嘧啶氮芥
环磷酰胺
二、结构改造
结构变化带来新的物理性质,也改 变了分子化学反应性,可导致药物在细 胞与组织中分布的改变,进而改变对酶 及受体作用部位的结合,改变对这些部 位的反应速率及排泄方式。
药物的化学结构与药效的关系
据此将药物分为两类:
1.非特异性结构药物:药理作用受理化性质影响 不直接与化学结构相关 2.特异性结构药物:药理作用受化学结构影响
• 大多数药物为特异性结构药物,其结构上 细微的改变将会影响药效。 • 而非特异性结构药物,其结构上微小的改 变将不会改变生物活性。例如吸入型麻醉 药,药理活性主要与药物在周围空气中的 局部蒸气压与药物本身的蒸气压比率有关。
HO NaOOC
溶肉瘤素Sarcolysin
Cl Cl N NH2 OH
氨基酸氮芥
O
氮甲(甲酰溶肉瘤素) Formylmerphalan
Cl Cl N HN O H OH
中国
O
例:增加药物的体内代谢稳定性,可供口服
例:增加药物的体内代谢稳定性,延长作用时间
雌二醇
雌二醇戊酸酯
苯甲酸雌二醇
例:提高药物作用的选择性及疗效
雷尼替丁和法莫替丁
• 以呋喃和噻唑置换西咪替丁的咪唑环得雷尼替 丁和法莫替丁 • 它们的H2受体拮抗作用均比西咪替丁强
非经典的电子等排置换 a. 基团的倒置
CH3 N CH3 N H CH3 OCOC2 H5
C 6 H5
COOC 2 H5
C6 H5
哌替啶
安那度尔
b. 开链成环
CH3 NHCOCH2N CH3 C2H5 C2H5 CH3 CH3 NHCOCH2N
乙酰甲胆碱
肽键间的距离:3.61Å
H N H O N R H N H H
R H O H CH3 C3.61A N O CH3 5.5A 7.2A
R
苯海拉明
N 14.5A
N
十烃季胺
二、立体异构对药效的影响 立体异构主要包括: • 几何异构 • 光学异构 • 构象异构
1. 几何异构:当药物分子中含有双键,或有刚性或半刚性 的环状结构时,可产生几何异构体。 几何异构体的理化性质和生物活性都有较大的差异。
PABA
磺胺类
2、前药原理(Principle of Prodrug)
• 前药(Prodrug):经结构修饰 后体外无活性或活性较低,进入 体内释放出原药而显示活性的化 合物。
例:降低毒性和副作用
1830年 水杨树皮
水杨甙
[O]
水杨酸
CH2OH H O O OH H HO H HO HOOC H OH CH2OH
环内等价 -CH=CH-
a. 一价原子或基团的取代
H2 N S O 2 NHCONHC4 H9
丁磺酰脲
H3 C
S O 2 NHCONHC4 H9
甲磺丁脲 氯磺丁脲
延长半衰期 减低毒性
Cl
S O2 NHCONHC4 H9
b. 二价原子或基团的交换
H2 N COOCH2 CH2 N C 2 H5 C 2 H5
磺胺
磺胺醋酰
H2N
SO2NHCNH2 NH
磺胺脒
H2N
N SO2NH
O CH3
磺胺甲基异噁唑
4、拟肾上腺素药物
C C N
HO HO CHCH2NH2 OH
HO CH3 HO CHCH2NHCH OH CH3
去甲肾上腺素
Cl CH3 H2N Cl CHCH2NHC OH CH3 CH3
异丙肾上腺素
HOCH2 HO CHCH2NHC OH CH3 CH3 CH3
HN H
N
HN
H 对位交叉
H
N
NH3 邻位交叉
H
NH3
作用于H1 H 受体
H
H
H
作用于H2 受体
小 结
1、构效关系,决定药效的因素。
2、药物的基本结构和结构改造。
3、理化性质对药效的影响。
4、基团变化、立体结构对药效的影响。
4、药物结构的微小变化可导致活 性的强烈变化 。 正常代谢物 (RNA合成原料)
O H N O N H H H N O N H
抗代谢物 (抗肿瘤药)
O F
决定药效的主要因素
1、药物必须以一定的浓度到达作 用部位,并持续一定时间。 2、药物必须与体内生物大分子( 如受体、酶等)发生作用。
第一节
药物的基本结构
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