先导化合物
1
药物性质与其体内过程间的关系
2
类药性及其测量方法 类药性预测方法
3
4
药动学优化
几个基本概念
构动关系lationship, SPR） 与构效关系（Structure-activity Relationship, SAR）分别指药 物的药动学特征和药物效应与药物结构间的关系。
drug design
蒋学华、王凌 四川大学华西药学院 临床药学与药事管理学系
药物设计——drug design
根据药物体内过程，设计理想的药物与 药物制剂的理论、技术和方法。
理想的药物 药效－药理毒理 药动－ADME
新药研究开发 筛选 设计
药物设计
利用分子生物学、细胞生物学、免疫学、遗传学、生 物化学、药物化学、结构化学、生物药剂学、药动学、药 理学及计算机的技术与方法，交叉渗透，形成的一门新兴 学科。 对于药物化学家而言，药物设计主要是药物发现的中 心环节——先导物的发现、筛选与优化； 对于药剂学家而言，药物设计主要是制剂研究开发的 基础——优选给药途径与剂型，设计制剂处方； ……
药物传输系统（drug delivery system,DDS）是通过制剂技术影响药物 体内过程，满足临床用药要求的给药形式。
口服药物传输系统（如缓控释系统、定位释药系统、定时释药系统）；透皮传 输系统;靶向传输系统；基因治疗传输系统；应答式智能释药系统……
药物设计——先导化合物发现途径
随机发现(Accidentally Discover)，如青霉素…… 从天然药物的活性成分中获得(From Active Component Of Natural Resources) ，如吗啡、青蒿素…… 体内内源性物质为先导物（From Immanent Active Substance），如组胺——西 咪替丁…… 临床副作用的研究（From Side-Effect Of Medicine），如异丙异烟肼（结核病） ——苯乙肼（抑郁症）——单胺氧化酶抑制剂类…… 从活性代谢物发现（From Active Metabolites），如百浪多息——磺胺类…… 通过组合化学方法（By Combinatorial Chemistry）； 合理药物设计(Rational Drug Design, RDD) 或计算机辅助药物设计（ Computeraided Drug Design, CADD ） ……
据统计，由于分子模拟和计算机辅助药物设计的介入，使得新药 研发的周期缩短了0.9年，直接研发费用降低1.3亿美元。
药物设计
先导化合物（lead compound）又称原形物（prototype）：是通过各种 方法或手段确定的具有某种生物活性的化学结构。
先导化合物不一定是可实用的药物，但它是作为新的结构类型和新的线索物质 ，对下一步结构改造或修饰，即先导物的优化，起着引导作用。
药物设计
先导化合物的优化(optimization)：是为了满足临床使用 要求与药品的要求对先导化合物进行结构修饰的工作。
为什么需要优化？
先导化合物只是具有某种生物活性的化学结构。 能应用于临床，相对于药物来说，还相去甚远。 可能问题：活性不高、毒性太大、选择性不好、 体内过程不适宜、稳定性不好……
– 被动转运 (Passive transport)
– 载体介导转运 (Carrier-mediated transport)
药物设计
药物设计
基于性质的药物设计（Properties Based Drug Design, PBDD）。根据其化合物分子结构、理化性质相关性预测化 合物的体内过程，从类药性角度设计具有适宜ADME和优良 药动学特征的药物的方法。
性质：是指药物的生物药剂学性质。包括了理化性质、剂型 因素及其相关的药动学性质，而这些性质过去往往未被大多 数药物化学家所重视，多数情况下他们仅考虑药效相中药物 与靶点间的结合强度以及结构与内在活性的关系，以此作为 药物设计的最终目标，而忽略了药物如何到达靶点的生物药 剂学性质的重要性。
定量构动关系（ Quantitative Structure-pharmacokinetics Relationship, QSPR）与定量构动关系（Quantitative structure-pharmacokinetics relationship “QSPR”），是指利 用数学模型描述药物生物活性或药动学特征与结构间定量依赖关 系的研究工作，它利用理论计算和统计分析工具来研究系列化合 物结构（包括二维分子结构、三维分子结构和电子结构）与其生 物效应（如药物的活性、毒性、药效学性质）或药动学参数之间 的定量关系。
先导化合物并不“完美”，需要对其进行优化。
药物设计
方法或途径 •基于靶点的药物设计（target-based drug design）:通过对某种治疗
作用的药物（配体）进行生物学研究和临床研究，揭示其特异的分子机制和作 用靶点，针对靶点居先原则进行的药物设计。
•基于性质的药物设计：…… •基于结构的药物设计（structure-based drug design）: 从配体和靶点的三维结构出发，以分子识别为基础进行的 药物设计。 •……
转运（Transport）； 消除(Elimination)； 处置、配置 （Disposition)；
药物性质与其体内过程间的关系
亲水性环境 亲水端 疏水性环境 亲水性环境 疏水端
磷脂双分子层示意图
药物性质与其体内过程间的关系
• 药物体内过程和药物效应产生与药物的透膜 /转 运密切相关。 • 药物透膜方式：
几个基本概念
吸收（Absorption, A），药物从用药部位进入体循环的过程。 分布（Distribution, D），药物在血液、组织及器官间的可 逆转运过程。 代谢（Metabolism, M），药物在吸收过程或进入体循环后， 在体内酶系统、体液的pH 或肠道菌丛的作用下，发生结构 转变的过程，此过程也被称为生物转化。 排泄（Excretion, E），药物或其代谢物排出体外的过程。
先导化合物名词解释
先导化合物名词解释
先导化合物是指在药物研究和开发中，作为潜在药物分子进行筛选和评估的化合物。
这些化合物通常是通过合成化学或天然产物分离得到的，具有潜在的药理活性或生物活性。
在药物发现的早期阶段，研究人员需要通过大量的实验和测试来筛选和评估化合物库中的潜在候选物，以寻找对特定疾病有治疗潜力的化合物。
在这个过程中，先导化合物起着关键的作用。
先导化合物的选择通常是基于多个筛选和判断标准，包括治疗效果、生物活性、选择性、安全性和可用性等。
研究人员会通过对先导化合物进行进一步的优化和改良，以提高其生物利用度、药代动力学性质和药效学活性。
先导化合物的发现和开发通常需要经历多个阶段，包括药物设计、化合物合成、生物活性测试、细胞和动物实验等。
这个过程可能会持续数年甚至更长时间，直到找到具有足够药效学活性和药物物性的候选物。
一旦一种化合物被确定为先导化合物，研究人员将会进一步研究其药效学特性和药代动力学性质，以确定其在体内的有效性和安全性。
如果先导化合物在进一步的研究中展现出良好的药效学活性和药代动力学性质，那么它可能成为开发新药的候选物，并进入临床试验阶段。
总之，先导化合物是药物研究和开发的重要组成部分，它是在
大量化合物中筛选和评估的潜在药物分子。
通过对这些化合物的优化和改良，研究人员可以发现并开发出新的治疗药物，为疾病的治疗提供希望。
2-2,3 先导化合物
常用的生物电子等排体
• 组胺H2受体拮抗剂中环内等价电子等排体的应用较为成功， 例如以呋喃和噻唑置换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米替丁强。
2、前药设计
• 药物经过化学结构修饰后得到的化合物，在体外没有或很少有 活性，但在生物体或人体内通过酶的作用又转化为原来的药物 而发挥药效时，则称原来的药物为母体药物(Parent Drug)，修 饰后得到的化合物为前体药物，简称前药(Prodrug)。 • 概括起来前药设计的目的主要有以下四个方面：
H H N
O
S
NH2
O 硫霉素
OH
克拉维酸 Clavulanic Acid
2、以现有的药物作为先导物
• 已有的药物中有些可被选作先导物，进一步优化得到新药。 这可有以下的几种类型。
– (1)由药物副作用发现先导化合物：在某些情况下，一药物的 毒副作用可能对另一种疾病有治疗作用。例如吩噻嗪类抗精神 失常药氯丙嗪及其类似物，是由结构类似的抗组胺药异丙嗪的 镇静副作用发展而来的。
• 于是内源性的神经递质，内源性的受体激动剂就顺理成章的 成了药物研究的先导化合物。 • 例如氟脲嘧啶的研究以DNA或RNA合成的核苷酸尿嘧啶作 为先导化合物，将5位的氢换成氟，使之成为生物体的正常 代谢物的代谢拮抗剂，用做抗肿瘤药。
O HN O N H 氟尿嘧啶 F HN O N H 尿嘧啶 O H
4、改善药物水溶性、稳定性、克服不良气味或 理化性质以适应制剂的需要
• 如羧苄青霉素口服时对胃酸不稳定，易被分解失效。将其侧链 上的羧基酯化为茚满酯则对酸稳定，可供口服，吸收得以改善。
O NH COOH O S N COOH O
O NH O N O 茚满酯 S COOH
先导化合物
先导化合物(lead compound)是指具有某种生物活性的化学结构，由于其活性不强，选择性低，吸收性差，或毒性较大等缺点，不能直接药用。
前药是指一些在体外活性较小或者无活性的化合物，在体内经过酶的催化或者非酶作用，释放出活性物质从而发挥其药理作用的化合物，其常常指将活性药物（原药）与某种无毒性化合物以共价键相连接而生成的新化学实体。
即前体药物。
指用化学方法合成原有药物的衍生物，这种衍生物在机体内能转化成原来药物而发挥作用。
因此，前体药物又可称为生物可逆性衍生物。
生物电子等排体：具有相似的物理及化学性质的基团或分子会产生大致相似或相关的或相反的生物活性。
分子或基团的外电子层相似，或电子密度有相似分布，而且分子的形状或大小相似时，都可以认为是生物电子等排体。
钙通道阻滞剂是在通道水平上选择性地阻滞Ca2＋经细胞膜上的钙离子通道进入细胞内，减少细胞内Ca2＋浓度的药物。
烷化剂：是指在体内能形成缺电子活泼中间体或者其他具有活泼的亲电性基团的化合物，进而与生物大分子中含有丰富电子的基团进行亲电反应共价结合，使其丧失活性或使DNA分子发生断裂的一类药物。
构效关系：指的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。
简答题1、乙酰水杨酸中的游离水杨酸是怎样引入的?应如何检查答：乙酰水杨酸中的游离水杨酸主要有两条途经引入：原料水杨酸反应不完全；产品乙酰水杨酸贮存不当水解。
检查方法：依据《中国药典》，取适理乙酰水杨酸于试管中，加入三氯化铁试液2滴，看是否显兰紫色。
若显色，则表明产品中有水杨酸。
2、抗肿瘤药物主要分为哪几类？各举一典型药物。
抗代谢抗肿瘤药按作用原理分为嘧啶拮抗剂、嘌呤拮抗剂、叶酸拮抗剂。
1、嘧啶拮抗剂如：氟尿嘧啶2、嘌呤拮抗剂如：巯嘌呤3、叶酸拮抗剂如：甲氨喋呤喹诺酮类药物的构效关系？答：1、N-1位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。
从先导化合物出发通过改造或发成药物的成功事例
从先导化合物出发通过改造或发成药物的成功事例
先导化合物（Lead compound）是指在化学类似物中具有一定生物活性的化合物，通常是在高通量筛选（HTS）中用于筛选活性化合物的起点化合物。
发现先导化合物后，需要对其进行优化，以改善其生物活性、药物代谢动力学、毒理学和药效学等性质，最终转化为一种有效的药物。
以下是一些通过改造或转化先导化合物成功发展成药物的典型案例：
1. 阿司匹林（Aspirin）：最初发现的先导化合物是水杨酸，是一种神经毒性较强的化合物。
通过将水杨酸与乙酰化剂反应，得到了阿司匹林，这种化合物具有明显的镇痛和抗炎作用，已被广泛应用于临床治疗。
2. 奥美拉唑（Omeprazole）：奥美拉唑是一种质子泵抑制剂，可用于治疗胃溃疡和食道反流病等疾病。
该药物的先导化合物是一种硫酰基异脲酸酯，通过对该化合物进行改造和优化，最终得到了奥美拉唑。
3. 奈非普利（Nafarelin）：奈非普利是一种口服的激素类药物，可用于治疗女性病因性闭经和男性前列腺癌等疾病。
该药物的先导化合物是一种富含芳香族氨基酸的肽，通过对该化合物进行化学修饰，最终得到了奈非普利。
4. 阿立哌唑（Alprazolam）：阿立哌唑是一种苯二氮䓬类药物，可用于治疗焦
虑症和抑郁症等疾病。
该药物的先导化合物是一种三环类化合物，通过对该化合物进行结构优化和化学修饰，最终得到了阿立哌唑。
这些药物的成功开发，不仅证明了先导化合物的重要性，也彰显了药物研发的复杂性和艰辛性。
只有通过不断的研究和优化，才能得到具有理想药效和安全性的药物。
药物设计学第一章先导化合物
药
代
性
质
潜
在
毒
性
专
利
指
导
受
体
结
构
设
计
库
类药性
Lipinski归纳的“类药5规则”(Rule of Five)，概括了类
药的最低标准，即分子量在500以下；氢键的给体不超过5
个；氢键的接受体不超过10个；计算的分配系数(正辛醇-水
系统)clogP值不超过5。上述原则只限于化合物经被动扩散
机理的吸收。
药物合成的中间体
基于代谢转化
分子的相似性（similarity）在不同的层次上有不同的含义
第一节 筛选途径
筛选平台
天然产物
化学合成
组合化学
化合物库
筛选模型
高通量技术
生物芯片
筛选
结构优化
虚拟筛选
分子生物学
细胞生物学
基因组学
蛋白组学
生物信息学
结构生物学
计算机辅助药物设计
药物化学
药物候选
化合物
高通量药物筛选活性计算方法的选择
对药物活性的筛选在大规模的水平上进行
分子的多样性、互补性和相似性构成了设计方法的策略基础
转运特殊的分子和离子进出细胞
特点：高效、微量、高度自动化
药物生化转化的催化酶系统
这些分子信息数据库中提供了研究所需要的分子结构、分子量以及其它理化数据。
肾上腺素的血管收缩作用：D（-）型较L（+）型强12-15倍；
现提供极有价值的信息。
利用分子反应活性的互补性/分子识别技术（CMR/R）平行合成具有除草活性的取代杂环酰胺化合物（3 有除草活性）。
固相合成:在芯片或合成珠等固相载体材料表面，通过连接功能基，进行原位合成、筛选。
先导化合物的定义及其产生途径
先导化合物的定义及其产生途径一、引言在化学领域中，先导化合物（Pr od ru g）指的是在体内经过一系列的转化后，形成具有药理活性的物质。
先导化合物常常被设计用来改善药物的溶解性、生物利用度、靶向性以及减少副作用等方面。
本文将介绍先导化合物的定义以及几种常见的产生途径。
二、先导化合物的定义先导化合物是指一种经过合理设计，通过取代、酯化、酰化、缩合等化学反应，将药物原子或基团与辅助原子或基团连接在一起，以提高药物的性能、改善药物的吸收、代谢和排泄性质的化合物。
三、先导化合物的产生途径1.酯化反应酯化反应是一种常见的产生先导化合物的途径。
通过与酸或酸酐反应，药物中的羟基和羧基等官能团可以与酸成酯键，形成具有良好溶解性和稳定性的酯类化合物。
这种化学转化可以提高药物的肝素构效关系和药效持久性。
2.缩合反应缩合反应是先导化合物产生的另一种常用途径。
通过两个或多个药物结构的合并，通过缩合反应得到新的化合物。
这种转化可以增强药物活性、延长药效时间、改变药物的靶向性等。
3.还原反应还原反应是产生先导化合物的一种重要途径。
通过对药物中的功能团进行还原反应，可以改变其药代动力学和药效学性质。
还原反应通常可以增加药物的脂溶性、提高生物利用度和靶向性。
4.掩护反应掩护反应是制备先导化合物的一种常见方法。
药物原子或基团中的某些官能团通过掩护反应转化为稳定的化合物，以降低其反应性或保护不稳定的官能团。
这种转化可以改善药物的稳定性、降低毒性以及增加生物利用度。
5.酰化反应酰化反应是先导化合物产生的一种常用方法。
通过与酸酐反应，药物中的羟基、胺基等官能团可以与酸酐形成酰类化合物。
这种化学转化常用于提高药物的脂溶性、增加药代动力学和药效学的选择性。
6.磷酸化反应磷酸化反应是一种常见的产生先导化合物的方法。
通过与磷酸反应，药物中的羟基、胺基等官能团可以与磷酸形成磷酸酯类化合物。
这种化学转化可以增加药物的亲水性、改善药物的生物利用度。
先导化合物的主要优化方法,并举例
先导化合物的主要优化方法,并举例先导化合物是指在药物研发过程中，通过合成化学方法合成的具有一定生物活性的化合物。
优化先导化合物是为了改善其药物活性、选择性、溶解度、药代动力学性质等，以提高药物的疗效和药物性质。
下面将介绍先导化合物的主要优化方法，并举例说明。
1. 结构修饰结构修饰是指对先导化合物的结构进行改变，以改善其药物活性。
常用的结构修饰方法包括：引入不同基团、改变取代位置、修改官能团等。
例如，对于抗癌药物培美曲塞（Paclitaxel），通过引入新的侧链基团，可以获得更高的抗肿瘤活性。
2. 取代基优化取代基优化是指对先导化合物的取代基进行优化，以改善其药物活性和选择性。
常用的取代基优化方法包括：改变取代基的大小、电子性质、立体构型等。
例如，对于抗菌药物头孢菌素（Cephalosporin），通过在母核上引入不同的侧链取代基，可以调节其抗菌谱和抗菌活性。
3. 构效关系研究构效关系研究是指通过对先导化合物的结构与活性之间的关系进行研究，揭示其结构-活性关系，从而指导优化设计。
常用的构效关系研究方法包括：定量构效关系（QSAR）分析、结构活性关系（SAR）分析等。
例如，通过对一系列类似结构的化合物进行活性测试和结构分析，可以发现影响药物活性的关键结构特征，并据此进行优化设计。
4. 合成路径优化合成路径优化是指对先导化合物的合成路径进行优化，以提高合成效率和产率。
常用的合成路径优化方法包括：改变反应条件、改进反应步骤、优化中间体合成等。
例如，对于抗糖尿病药物二甲双胍（Metformin），通过优化合成路径，可以提高产率和减少副反应产物的生成。
5. 药代动力学性质优化药代动力学性质优化是指对先导化合物的药代动力学性质进行优化，以改善其在体内的吸收、分布、代谢和排泄等性质。
常用的药代动力学性质优化方法包括：改变化合物的脂溶性、酸碱性、稳定性等。
例如，对于抗高血压药物洛活新（Losartan），通过对其药代动力学性质的优化，可以提高其生物利用度和药效持久性。
先导化合物的名词解释
先导化合物的名词解释先导化合物是指在药物研发中，通过对特定疾病靶点进行研究，获得的具有潜在药用价值的化合物。
它们通常是在医学研究中使用的有机或无机物质，具有一定的生物活性，并且可以通过进一步的结构修饰和优化，成为新的药物。
先导化合物在药物研发过程中起着至关重要的作用。
一方面，它们提供了研究特定疾病靶点和药物作用机制的基础。
通过对先导化合物的研究，可以了解它们与靶点的相互作用及作用机制，从而为制备更有效的药物提供了线索。
另一方面，先导化合物也是进行进一步药物优化的核心基础。
通过改变先导化合物的结构，可以调节其生物活性、选择性、溶解度、药代动力学和毒理学特性，使其更适合用作药物。
在药物研发的早期阶段，通过高通量筛选等方法，可以从大量的化合物库中筛选出具有活性的先导化合物。
这些先导化合物经过初步的生物学活性和安全性评估后，会进入进一步研究和优化的阶段。
在这个阶段，研究人员会对先导化合物进行结构修饰，通过合成一系列的类似物和衍生物，以寻找更优异的药物候选物。
这个过程通常需要对化合物进行计算机模拟、生物学评价、药代动力学和毒理学研究等多个方面的综合考虑，以找到最有可能成为药物的化合物。
先导化合物的研究和发现通常需要大量的时间和资源。
在药物研发领域，只有很小一部分先导化合物最终能够成功转化为药物。
然而，尽管存在很高的失败率，但研究人员通常仍然会投入大量的精力和资源，寻找具有独特结构和生物活性的先导化合物。
因为成功找到并优化先导化合物，可以为药物研发提供极大的潜力，并最终帮助患者治疗疾病。
总之，先导化合物是药物研发过程中的一个重要概念，它不仅是对特定疾病靶点的研究基础，也是进行药物优化和开发的起点。
通过对先导化合物的研究和改进，可以帮助我们更好地理解药物的作用机制，并最终为疾病的治疗提供更有效和安全的药物。
先导化合物
先导化合物发现的方法和途径
从天然产物活性成分中发现先导化合物 通过分子生物学途径发现先导化合物 如青霉素,β受体阻断剂 如由偶氮化合物磺胺米柯定发现磺 通过随机机遇发现先导化合物 胺类药物,阿司咪唑进一步发现诺 阿司咪唑 由异丙嗪发现吩噻嗪类抗精神病药 从代谢产物中发现先导化合物 物 从临床药物的副作用或者老药新用途中发现 从药物合成的中间体药物中特殊的一 类,它被设计成易代谢失活,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,从而避免药物的 蓄积毒性.
拼合原理(combination principles)主要是 指将两种具有生物活性的化合物通过共价键 连接起来,进入体内分解成两个有效成分, 以期减小两种药物的毒副作用,求得二者作用 的联合效应.
�
公司及产品
OcuCure Therapeutics, Inc., lead compound OC-10X ,eye disease DiaKine Therapeutics ,Lisofylline,diabetes BiPar Sciences, Inc., BSI-201,cancer therapies Cognetix Inc., CGX-1160 ,chronic intractable pain Targacept, Inc. ,NNR Therapeutics ,smoking cessation program VIA Pharmaceuticals,VIA-2291,cardiovascular disease Lixte Biotechnology,LB-1.2 ,Standard Cancer Chemotherapy Cantab ,LM-CD45, treatment for kidney transplant Pfizer Inc ,PF-03187207,treatment of glaucoma SIMPSON BIOTECH CO., LTD.,HEPASIM ,anti-fibrosis & antiinflammation
先导化合物
Nithiazin NO2
N
N N N NO2
第一代新烟碱类化合物
Imidacloprid
N
NOCl 2
第一代新烟碱类化合物
N HN
O HN CH 3 HN HN 呋 虫 胺 (11)
NO2
NO2
Cl
N
ClS
S
N
N NO2
N
S
ClO
N CH3
S
噻虫嗪(9)
N O
HN CH3 N NO2 N NO2 O Cl S HN 噻虫胺(10) 噻虫嗪 (9)(10) 噻虫胺 N CH3 HN CH3
N-烷基化衍生物的合成
Cl CN R2 Cl N R1
7. R1 = CH(CH3)OCH3, R2 = 3,4-Cl2; 8. R1 = CH2OC2H5, R2 = 4-CF3
所合成的各种N-衍生化产物的活性均得以保留。
当导入由α-甲基组成的烷氧基时如化合物7，不仅杀虫活
性得以保持外，对棉红蜘蛛和西部马铃薯微叶蝉也有良好的活 性，尤其是化合物8，虽然对棉红蜘蛛的活性不高，但它对西 部马铃薯微叶蝉的活性有显著改善，而且对禾本科植物的植物 毒性消除，对阔叶植物依然敏感，同时其小鼠经口LD50为144
Cl
NH
N NO2 N N N CN N NO2 CH3 C2H5 N NH Cl NO2
H3 C CH3 啶 虫 脒 (7)
N
N
Cl
Cl
N CN N C N CH3 NH3 CN Cl
Cl N
N CN
NH
+
NNO2 NH N N NO2 Cl C2H5 Cl NH CH3 N N 吡 虫 啉 (5 ) C2H5 NH