喹诺酮类抗菌药分类、构效关系.
喹诺酮类抗菌药
O
F
COOH
O
F
COOH
N
N
N H3C
O H CH3
H3C
N
N
HN
F
CH3
Levofloxicin
Lomefloxacin
Ofloxacin
O
F
COOH
NNN HN
CH3
Enoxacin
O
F
COOH
F
NNN
H2N
F
H3C
N
HN
F
O COOH
O
F
COOH
N F
F
H
NNN
F
H2N H
F
Tosufloxacin
H3C
N
N
HN
Moxifloxacin
Balofloxacin
Grepafloxacin
二、作用机理
喹诺酮类抗菌药通过抑制细菌DNA回旋酶( Gyrase) 和拓扑异构酶IV（Topoisomerase IV）起到抗菌作 用。通过抑制细菌DNA回旋酶(Gyrase)抑制DNA的 合成（图19-2），DNA螺旋酶特异性催化改变DNA 拓扑学反应，DNA回旋酶创建负超螺旋，这有助于 在复制过程中稳定DNA的分离、防止过量和非模版 的双连卷曲。细菌DNA 回旋酶由四个亚A亚基，即 两个A和两个B聚体组成，A亚基由基因gyrA 控制， B亚基由基因gyrB 控制
F
OO
Cl OCH2CH3 O CH3
NH2
OO
Cl NH
NaH F
化学结构特征为在分子中的7位引入哌嗪基 团
O
O
COOH
O COOH
N
喹诺酮类抗菌药物的分类
喹诺酮类抗菌药物的分类、药效和临床应用1喹诺酮类抗菌药物的临床分类1．1第一代喹诺酮类1．1．1第一代喹诺酮类的抗菌特点：第一代喹诺酮类药物奈啶酸、吡咯酸等，因其抗菌谱窄，仅对大肠杆菌、变形杆菌属、沙门菌属、志贺菌属的部分菌株具有抗菌作用，且作用弱，对敏感菌株的MIC90也多在4mgL-1以上；对绿脓杆菌、不动杆菌属、葡萄球菌属等均无抗菌作用。
1．1．2第一代喹诺酮类的常见品种与临床应用：第一代喹诺酮类常见品种有奈啶酸、噁喹酸与吡咯酸等，主要用于敏感细菌所致的尿路感染。
目前此类药物已被抗菌作用强、毒性低的其他抗菌药物所替代。
1．2第二代喹诺酮类1．2．1第二代喹诺酮类的抗菌特点：第二代喹诺酮类较第一代喹诺酮类抗菌活性强，对革兰阴性杆菌作用包括了部分绿脓杆菌，可达到有效尿药浓度，临床应用不良反应明显较第一代喹诺酮类少见。
1．2．2第二代喹诺酮类的常见品种与临床应用：第二代喹诺酮类有新噁酸、噻喹酸、噁噻喹酸、吡喹酸、吡哌酸等。
临床上主要用于肾盂肾炎、尿路感染与肠道感染的治疗。
1．2．3典型药物实例：吡哌酸（吡卜酸，Pipemidic Acid,Dolcol,Pipram,PPA）抗菌谱较广，对革兰阴性杆菌如大肠杆菌、绿脓杆菌、变形杆菌、痢疾杆菌等有较好的抗菌作用，对绿脓杆菌、变形杆菌的抗菌作用比对奈啶酸、头孢氨苄与羧苄西林强；作用机制是抑制细胞DNA的复制和转录。
吡哌酸一般采用口服给药，口服后部分吸收，成人单次口服0.5g和1.0g后，血药峰浓度为3.8mgL-1和5.4mgL-1,半衰期为3.1h；本品吸收后可分布于肾、肝等组织，胆汁中药物浓度高于血浆浓度；本品主要经肾排泄，给药后24h58％～68%的药物从尿液中排出，部分自粪便排出。
吡哌酸在临床主要用于尿路感染和肠道感染的治疗，本品与庆大霉素、卡那霉素、多黏菌素、青霉素等抗生素联用有协同作用，对绿脓杆菌、大肠杆菌、变形杆菌的作用增强。
1．3第三代喹诺酮类第三代喹诺酮类是20世纪70年代后期以后开发上市的药物，为一系列新型氟取代的4-氟喹诺酮类结构类似物。
喹诺酮类抗菌药的构效关系及不同成酸盐的原因
喹诺酮类抗菌药的构效关系及不同成酸盐的原因在我们的日常工作中经常会遇到诸如盐酸左氧氟沙星、乳酸左氧氟沙星、甲磺酸左氧氟沙星等喹诺酮类药物的困惑，且在论坛上多次被大家所提及。
本人以微薄之力，短见浅识地向大家介绍为什么会出现如此让人摸不着头脑的问题。
在此首先要万分感谢广州医科大学有机化学教研室陈老师、临药网clinphar老师、丁香网药物化学讨论版天使猪及其他老师的指导，正是在他们的引导下我从自以为通天彻地地撰写了这篇文章到发现重大技术错误到现在才可以有脸出来。
本文涉及有机化学、药物化学等内容，对化学头晕乏力，心悸气促的网友们大可以直接阅读表格后的一段。
首先在了解这个问题前大家应该先了解喹诺酮类抗菌药的构效关系和有机酸的部分理化性质和结构特性。
（一）、喹诺酮类抗菌药的构效关系喹诺酮类抗菌药作用机制主要为双重抑制拓扑异构酶Ⅱ（DNA 旋转酶）和拓扑异构酶Ⅳ，从而影响DNA的正常形态与功能达到抗菌目的。
DNA是以高度螺旋卷紧的形式存在于菌体内，如果不卷紧，则其长度远远超过细胞壁，根本无法容纳在细胞壁中，也无法进行正常的DNA复制、转录、转运与重组。
DNA螺旋酶的作用就是使DNA保持高度卷紧状态。
喹诺酮类药物妨碍此种酶，造成染色体的不可逆损害，而使细菌细胞不再分裂。
拓扑异构酶Ⅳ在细胞壁的分裂中对细菌染色体的分裂起关键的作用。
喹诺酮类药物的毒性包括：1.极易与金属离子形成螯合物，所有喹诺酮类药物的一个共同特性是与金属离子特别是二价金属离子形成螯合物，不仅降低了药物的抗菌活性，同时也使体内的金属离子流失，尤其对妇女，老人和儿童能引起缺铁、缺锌、缺钙等症。
这方面内容可以翻阅《有机化学》路易斯酸碱理论及配合物等相关理论。
2.光毒性；3.药物相互反应（与P450）；4. 软骨毒性。
5.有少数药物还有中枢毒性，胃肠道反应和心脏毒性。
这些毒性都与其化学结构有关。
1、A环是抗菌作用的基本结构，变化小；B环可作较大的改变，可以是苯环、吡啶环、嘧啶环等。
药物化学 喹诺酮类构效关系
6、C-8引入不同基团，毒性不 同，F大；OCH3小 7、C-1为乙基或其电子等排， 活性强
保持对革兰阴性菌的高度活性
NH2
抗革兰阴性菌
R5 F N N CH3 O O OH N R8 R1
抑制革兰阴性菌 （E.大肠杆菌）的活性 Drug MIC Ciprofloxacin 0.125-0.5 Grepafloxacin 0.06-2 Gatifloxacin 0.6 体积大的基团 降低最小抑菌浓度
抗革兰阳性菌
F
X=C,Cl,F,OCH3 降低最小抑菌浓度
F
体积大的基团 降低最小抑菌浓度
增加抗厌氧菌的活性
R5 F R7 X8
O
O OH
N R1 F
X=C OCH3 X=N
F
Activity against B.fragilis Drug MIC Ciprofloxacin 2~128 Gatifloxacin 0.25~8 Moxifloxacin 0.25~8 Gemifloxacin 0.5~64 Trovafloxacin 0.125~8
第一节、喹诺酮类药物
Quinolone Antimicrobial Agents
四、喹诺酮类构效关系
1、4-酮-3羧酸必须基团
O 5 6 B 7 8 必须稠合 3、C-5被NH2取代，活性增加 4、C-6引入F，活性增加 5、C-7引入侧链，抗菌谱广
N1
R
其中哌嗪活性最强
och7c1为乙基或其电子等排活性强四喹诺酮类构效关系抗革兰阴性菌nh抗革兰阴性菌clfoch降低最小抑菌浓度体积大的基团降低最小抑菌浓度抑制革兰阴性菌e
第九章 化学治疗药
Chemotherapeutic Agents
喹诺酮类抗菌药物：分类与作用机制
靶向细菌DNA逆转录酶
喹诺酮类抗菌药物的作用机制主要是通过，抑制DNA的复制和细胞增殖。此类药物通常会与细菌DNA 逆转录酶结合，抑制酶的活性，从而影响其复制和转录。这样可以有效地杀灭多种细菌，包括革兰阳 性和革兰阴性细菌。此外，喹诺酮类抗菌药物还可以对细胞壁合成和蛋白质合成产生影响，以及干扰 DNA的拓扑结构，从而进一步增强其抗菌作用。
抑制DNA合成
1. 作用机制：喹诺酮类抗菌药物主要通过抑制革兰氏阳性菌和阴性菌的DNA拓 扑 异 构 酶 （ D N A g y r a s e ） 和 D N A 拓 扑 异 构 酶 I V （ To po i s o m e r a s e I V ） 的 活 性来干扰DNA复制和维持细胞生存。 2. 抑菌谱：喹诺酮类抗菌药物对革兰氏阴性菌（如大肠杆菌、克雷伯菌等）和 一些革兰氏阳性菌（如金黄色葡萄球菌、链球菌等）有很好的抑菌作用，但对革 兰氏阳性球菌（如肺炎球菌、链球菌等）的抑菌活性较低。 3. 应用临床：喹诺酮类抗菌药物的临床应用广泛，包括治疗呼吸道、泌尿道、 肠道和皮肤软组织等感染症，特别适用于治疗耐多种药物的革兰氏阴性菌感染。 但是，由于其在长期使用中可能导致耐药性和副作用的发生，应慎重使用。
谢谢
2023/5/2 |
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喹诺酮类抗菌药物：分类与作用机制
Quinolone antibiotics: Classification and mechanism of action. 汇报人： 2023/5/2 ·
Contents
喹诺酮类抗菌药物基础知识 第一代喹诺酮类药物 第二代喹诺酮类药物 第三代喹诺酮类药物 喹诺酮类药物作用机制 喹诺酮类药物用途与应用限制
PART 03
第二代喹诺酮类药 物 Second-generation quinolone drugs.
喹诺酮类抗菌药
R5
5
R6
6X
7
Y R7
A 8
O
O
4
3
OH
B
2 N1
R8
R1
• 5位取代基中以氨基取代时活性最强，其他取代基取代时 活性减小。5位取代基的存在，从空间张力的角度可干扰 4位羰基与靶位的结合，取代基作用越大这种干扰作用越 强，所以抗菌活性减弱。但从电性效应的角度考虑，凡 向其母核共轭π键提供电子的取代基均使4位羰基氧原子 上的电荷密度有不同程度的提高，从而增加与靶位的结 合力，使其抗菌活性增强，因此5位取代基对活性的影响 为电性和立体因素的综合表现。
BF3-(CH3CH2)2O
F
Cl F B O
H3C
O
O
O
O
CH3
N H
O
O
N F
O
CH3
(1)NaOH
(2)HCl
O
CH3
O
HN
NH
CH3 F
Cl
F
F
B
O
O
O
N
CH3 F
O
O
OH
(1)NaOH
N
N
(2)HCl
N
N
HN CH 3
CH 3
环丙沙星
F
（环丙氟哌酸） N
HN
O
O
OH
N
1-环丙基-6-氟-1,4-二氢-4-氧代-7-（1-哌嗪基）-3-喹啉 羧酸
时，以S-对映体活性为最佳，氧氟沙星的S-对映体左氧
氟沙星的抗菌活性为R-异构体的两倍。
R5
O
O
• 2位引入取代基，其活性减弱或丧
5
R6
喹诺酮
1 品种及作用喹诺酮类药物化学结构构效关系：1、喹诺酮母核的3位均有羧酸基，6位引入氟原子可增强抗菌作用并对金葡菌有抗菌活性。
2、7位引进哌嗪环可提高对金葡菌及绿脓杆菌的抗菌作用（如诺氟沙星），哌嗪环被甲基哌嗪环取代（如培氟沙星），则脂溶性增加，肠道吸收增强，细胞的穿透性提高，半衰期延长。
3、在8位引进第二个氟原子，可进一步提高肠道吸收，延长半衰期（如洛美沙星等）。
4、N-1修饰以环丙基团（环丙沙星）或噁嗪基团（氧氟沙星）可扩大抗菌谱，增强对衣原体、支原体及分支杆菌（结核杆菌与麻风杆菌等）的抗菌活性，噁嗪环还可提高水溶性，使药物在体内不被代谢，以原形经尿排泄。
分代及特点：第一代 萘啶酸、 吡哌酸对G -杆菌作用强，仅适用于尿路、肠道感染第二代 诺氟沙星、氧氟沙星、环丙沙星对G -菌作用强，体内较稳定，毒性降低，可用于各系统感染第三代 左氧氟沙星 、依诺沙星、氟罗沙星、洛美沙星、司帕沙星、格帕沙星在二代基础上增加了对G +球菌、衣原体、支原体、军团菌和结核杆菌的作用，安全性高，半衰期长第四代 莫西沙星、加替沙星 、克林沙星在三代基础上增加了对抗G +球菌的活性，增加了对厌氧菌的抗菌活性 抗菌作用：1、喹诺酮类药物对肠杆菌科细菌具有强大的抗菌作用，以环丙沙星为最高，左氧氟沙星和氧氟沙星次之；对不动杆菌和铜绿假单胞菌的抗菌作用较肠杆菌科细菌差；流感嗜血杆菌呈高度敏感，奈瑟氏菌属多呈敏感。
X N O OH O F R7R1R2R5R82、喹诺酮类药物对G+球菌亦具有抗菌作用，但其抗菌作用明显较肠杆菌科细菌低，以左氧氟沙星相对最高，环丙沙星和氧氟沙星略低；仅对金黄色葡萄球菌（除甲氧西林耐药外）具抗菌活性。
3、对衣原体、支原体、军团菌和结核分支杆菌及其他分支杆菌具有一定作用。
药动学特性：1、多数品种口服吸收良好，血药浓度相对较高。
2、半衰期较长，多在3－7h。
3、蛋白结合率低，大多为14%－30%。
4、体内分布广泛，组织和体内浓度常高于或等于血药浓度，可达有效治疗水平。
人工合成抗菌药专题知识培训
第一节 喹诺酮类药物
第一节 喹诺酮类药物
【氟喹酮类药物旳共同特征】
(1)抗菌谱 氟喹诺酮属广谱杀菌药，对革兰阴性菌、阳性菌、 结核分枝杆菌、军团菌、厌氧菌、支原体及衣原体有杀灭作 用。
(3)C-6脱去氟，C-8引入二氟甲基对革兰阴性菌、阳性 菌、厌氧菌、支原体、衣原体均具有与莫西沙星类 似旳活性和药代学特征，同步毒性更低，如佳诺沙 星。
第一节 喹诺酮类药物
【抗菌作用机制】
DNA盘旋酶必须不断地与DNA正超螺旋部位旳前、后两条双 螺旋片段结合，酶旳A亚基经过其切口活性将正超螺旋部位后 侧旳双股DNA切断并形成切口；B亚基使前侧旳双股DNA经切口 后移；A亚基再经过其封口活性将此切口封闭，最终使正超螺 旋变为负超螺旋，转录或复制过程得以继续。
短效类 SIZ 中效类 SD、SMZ 长期有效类 SMD、SMM 2. 肠道难吸收类 SG、PST、SST 3. 外 用 类 SA、SD-Ag、SML
第二节 磺胺类药物
【抗菌谱】 1. 对大多数革兰阳性菌和阴性菌有良 好旳抗菌活性。 2. 对沙眼衣原体、疟原虫、卡氏肺孢 子虫和弓形虫滋养体有克制作用。 3. 对支原体、立克次体和螺旋体无效， 甚至可增进立克次体生长。 4. 磺胺米隆和磺胺嘧啶银尚对铜绿假 单胞菌有效。
第一节 喹诺酮类药物
二、多种喹诺酮类药物旳特点
诺氟沙星 临床用于革兰阴性菌所致胃肠道、泌尿道感染，也 可外用治疗皮肤和眼部旳感染。多数厌氧菌对其耐药；对 支原体、衣原体、嗜肺军团菌、分枝杆菌、布鲁菌属感染 无临床价值。
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喹诺酮类抗菌药分类、构效关系
喹诺酮类抗菌药的基本结构为吡酮羧酸类衍生物，综合临床使用的喹诺酮类抗菌药的结构，归纳其基本结构通式如下：
12345678Y
X N 1
COOH
R 2
R 3R 4
5
O A B
该类药物的结构特点是在其基本母核结构上一般1位为取代的氮原子，3位为羧基，4位为酮羰基，5、7、8位可有不同的取代基，第三代、四代喹诺酮类抗菌药6位为氟原子。
喹诺酮类药物按其母核的结构特征可以分为以下四类： （1）萘啶羧酸类（naphthyridinic acids ）
N N
2CH 3
H 3C
COOH
O
N N CH 2CH 3
N
COOH
O
F
HN
萘啶酸 依诺沙星
nalidixic acid enoxacin
（2）吡啶并嘧啶羧酸类（pyridopyrimidinic acids ）
N N
N 2CH 3
COOH
O
N
N N
N 2CH 3
COOH
O
N
HN
吡咯酸 吡哌酸 piromidic acid pipemidic acid
（3）噌啉羧酸类（cinnolinic acids ）
N
N O O
CH 2CH 3COOH
O
西诺沙星 cinoxacin
（4）喹啉羧酸类（quinolinic acids ）
N CH 2CH 3
COOH
O
N
HN
F
N
O
F
N
HN
COOH
诺氟沙星 环丙沙星
norfloxacin ciprofloxacin
N
O
CH 3
COOH
F
N
N O
H 3C
N
O
F COOH
OCH 3
H N
N
氧氟沙星 莫西沙星
ofloxacin moxifloxacin
N
O
F
N
HN
COOH
F
3
NH 2
H 3C
N
O
F
N
HN
COOH
OCH 3
3
司帕沙星 加替沙星 sparfloxacin gatifloxacin
在这四类结构中，喹啉羧酸类药物最多，发展最快。
根据喹诺酮类抗菌药的化学结构和抗菌作用的关系，将该类药物的构效关系总结如下： 1.吡啶酮酸的A 环是抗菌作用的基本药效基团，变化较小，其中3位-COOH 和4位C=O 是抗菌活性必需基团，若被其他取代基取代则活性消失。
2.B 环可作较大改变，可以是苯环（X=CH ，Y=CH ）、吡啶环（X=N ，Y=CH ）、嘧啶环（X=N ，Y=N ）等。
3.1位取代基为烃基或环烃基活性较佳，其中以乙基或与乙基体积相近的氟乙基或环丙基的取代活性较好。
4.5位可引入氨基，提高吸收能力或组织分布选择性。
5.6位引入氟原子可使抗菌活性增大。
引入其他不同取代基对抗菌活性贡献的大小顺序为：－F ＞－Cl ＞－CN≥－NH 2≥－H 。
6.7位引入五元或六元杂环，抗菌活性均增加，以哌嗪基最好。
7.8位以氟、甲氧基取代或与1位成环，可使活性增加。