随着人们对食品安全要求的提高、环境保护意识的增强,以及害虫抗药性问题日趋严重,当前害虫化学防治迫切需要不断研发出高效、安全、新颖的农药品种。因此,开展蛋白靶标导向的化学农药创制在植物病虫害防治中具有重要的意义。吡唑类化合物是一类重要的有机杂环化合物,具有杀虫、杀菌、抗病毒、抗炎和抗肿瘤等多种生物活性,是当前药物研究的热点。借助于靶向药物设计技术,基于不同的生物靶标,以具有广泛生物活性的多取代吡唑为先导,进行了系统的靶向药物设计、合成、活性筛选及构效关系研究具有重要的现实意义。本论文基于不同农药蛋白靶标,设计、合成了5个系列新型多取代吡唑衍生物92个,通过元素分析、1H-NMR、13C-NMR、MS分析等手段确定了这些新化合物的结构,通过单晶X-射线结构分析确定了11个化合物的三维空间结构,并分别测试了它们的杀虫、抑菌或抗植物病毒活性。生物活性评价结果表明,其中部分化合物具有较好的杀虫、抑菌及抗植物病毒活性。简述如下。1、基于鱼尼丁受体蛋白靶标新型含氰基双吡唑酰胺衍生物的设计合成与杀虫活性鱼尼丁受体RyR是一种非常有前景的杀虫剂靶标,我们以鱼尼丁受体为靶标,设计合成了19个新型含氰基-2-苯基-1H-吡唑衍生物。杀虫活性测定结果表明:14个化合物在5个浓度下(10mg/L、5 mg/L、1mg/L、0.5mg/L、0.1mg/L)对小菜蛾都表现出较好的杀虫活性,特别在浓度10mg/L下试虫死亡率达到100%。其中,化合物N-(4-cyano-1-(4-fluorophenyl)-1Hpyrazol-5-yl)-1-(4-fluorophenyl)-3-phenyl-1Hpyrazole-4-carboxamide(5g)的杀虫活性最好,浓度为0.1 mg/L时小菜蛾幼虫的死亡率达84%。为了更好的佐证该类化合物是鱼尼丁受体RyR抑制剂,我们同源模建了Plutella xylostella RyR蛋白模型,并进行了分子对接模拟,进一步证实该类化合物的靶标极可能是鱼尼丁受体。构建的鱼尼丁受体的蛋白模型为鱼尼丁受体抑制剂的设计、合成及筛选奠定了基础。2、基于乙酰胆碱酯酶靶标含多取代吡唑环α-氨基膦酸酯类衍生物的设计合成与杀虫活性乙酰胆碱酯酶AChE是有机磷和氨基甲酸酯类杀虫剂的作用靶标。在上章研究的基础上,我们考虑把吡唑杂环拼接有机磷类杀虫剂(OPs)和氨基甲酸酯(CBs)类杀虫剂的骨架,基于此我们设计并合成20个含吡唑环的α-氨基膦酸酯的衍生物。杀虫活性测定结果表明,化合物(4e)在0.1 mg/L浓度下对小菜蛾的校正死亡率为81%,并且化合物4e对AChE的抑制作用随着剂量的增加而明显增强。利用Discovery Studio(DS)进行化合物4e与黑腹果蝇AChE蛋白晶体的分子模拟对接,结合模型显示,4e紧密嵌入黑腹果蝇AChE的结合位点。可见,化合物4e作为一种新型的乙酰胆碱酯酶抑制剂,可以被用来作为一种新的杀虫剂先导。3、基于琥珀酸脱氢酶含多取代吡唑环新型吡啶-酰胺的设计合成与生物活性前两部分研究结果表明,吡唑杂环骨架的引入能提高化合物的杀虫活性。因此我们结合新烟碱类农药的结构特征,把第一部分合成的含氰基多取代吡唑引入吡啶杂环,设计合成了17个含多取代吡唑环新型吡啶-酰胺衍生物,并评价其杀虫活性。在此类化合物合成过程中发现一锅法合成芳甲酰胺的新方法,相较于常规方法较难合成的芳酰胺,具有不需提纯中间产物,反应温度低、安全性能高、操作方便、产品纯度和收率高等优点,具有很高的应用价值和经济前景。杀虫活性评价结果表明供试化合物的杀虫活性较低,100mg/L浓度下,3e,3k,3n对小菜蛾的校正死亡率约为70%,其余化合物均低于40%。但是,抑菌活性测定发现供试化合物具有较好的抑菌活性,其中化合物3l的抑菌和抑酶活性最高(EC50=21.4 M,小麦纹枯病菌;EC50=21.4 M,玉米小斑病菌;IC50SDH=20.2 M)。分析发现该类结构可能是琥珀酸脱氢酶(Succinate dehydrogenase,SDH)类杀菌剂。为了证明SDH是该类化合物的靶酶,我们研究了3l,啶菌酰胺与SDH(PDB entry:2fbw)结合口袋的结合模式。多取代吡唑烟酰胺可以紧密的嵌合入SDH结合空腔,具有很好的空间互补性。与啶菌酰胺的对接模型比较发现二者有相同的结合模式:苯环的一半在结合口袋的外面,富电子苯环与缺电子吡啶环都与活性残基Arg 43,Tyr 58远程p-π共轭效应,酰胺键的O与Trp 173(3l,angle=136.9°,distance=2.1?;boscalid,angle=144.7°,distance=2.1?)通过分子间氢键稳定其结合构象。研究结果证明了该类化合物的靶点为SDH,这为未来以SDH为靶标,吡啶-酰胺为先导进行优化设计提供重要的基础。4、基于TMV OriRNA新型双吡唑希夫碱衍生物的设计合成与抗病毒活性药物小分子与病毒的oriRNA的良好作用导致干扰病毒自组装是一个新的抗病毒策略。我们以TMV OriRNA为靶标进行抗病毒药物设计,最终合成了2个系列36个双吡唑希夫碱衍生物。并进了抗病毒活性测定和分子模拟对接。包含4j结构的5-氯-3-甲基-1-氢吡唑表现出与宁南霉素时相当的抑制活性(药剂浓度500mg/L,体外抑制率分别为79.2%和78.4%),可作为潜在的抗TMV的新药。通过分子对接,4j化合物可嵌入核苷序列(GAAGUU)——RNA复制起点。