1、β-內(nèi)酰胺類抗生素是臨床上最主要的抗菌藥物，它能夠作用于細菌細胞壁的青霉素結(jié)合蛋白（penicillin binding proteins,PBPs），阻礙細胞壁的主要成分肽聚糖的合成，由于缺乏完整的細胞壁，在滲透壓的作用下，細菌不能維持正常的形態(tài)，最終導致細胞破裂死亡，而達到殺菌的目的。但是，自從青霉素在臨床上運用以來，迫于生存壓力，細菌對抗生素產(chǎn)生了耐藥性，其中最主要的耐藥機制就是產(chǎn)生能夠水解β-內(nèi)酰胺類抗生素的β-內(nèi)酰胺酶（β-l

2、actamase enzymes）。隨著β-內(nèi)酰胺類抗生素的種類增加，β-內(nèi)酰胺酶的種類也在不斷增多，并且在新的抗生素上市不久后就會出現(xiàn)能夠水解該類抗生素的酶。
　　根據(jù)Ambler分類法，β-內(nèi)酰胺酶被分為A、B、C、D四類，其中，由于A、C、D類酶的活性位點都有活性絲氨酸殘基，又將它們稱為絲氨酸酶。而B類酶的活性位點含有一個或兩個金屬鋅離子，故也稱為金屬β-內(nèi)酰胺酶。目前，擁有多種耐藥機制和能夠表達多種β-內(nèi)酰酶的多重耐藥菌（

3、multiple resistance bacteria，MDR）是臨床上最具威脅性的致病菌。
　　為了克服β-內(nèi)酰胺酶的耐藥性問題，人們將β-內(nèi)酰胺類抗生素與β-內(nèi)酰胺酶抑制劑組成復方制劑使用，極大地提高了β-內(nèi)酰胺類抗生素的抗菌活性。β-內(nèi)酰胺酶抑制劑與β-內(nèi)酰胺酶作用時，首先形成Michaelis復合物，然后酶活性位點處的絲氨酸殘基對β-內(nèi)酰環(huán)上的羰基進行親核進攻，使內(nèi)酰胺環(huán)的酰胺鍵斷裂，形成酶-底物共價化合物，使酶處于抑制

4、狀態(tài)。目前，市場上的β-內(nèi)酰胺酶抑制劑主要有克拉維酸、舒巴坦和他唑巴坦，它們都含有與β-內(nèi)酰胺類抗生素相似的β-內(nèi)酰胺環(huán)結(jié)構(gòu)。但是，克拉維酸、舒巴坦和他唑巴坦只對 A類絲氨酸酶有效，對B、C、D類酶基本沒有抑制效果，面對種類不斷增多的廣譜酶和多重耐藥菌，現(xiàn)有的β-內(nèi)酰胺酶抑制劑根本無法滿足臨床的需求。
　　阿維巴坦（Avibactam），屬于二氮雜二環(huán)辛烷類化合物。2015年2月，美國FDA批準由阿特維斯（Actavis）與阿斯利

5、康（AZN）聯(lián)合研發(fā)的新型復方制劑抗生素藥Avycaz（ceftazidime-avibactam，頭孢他啶-阿維巴坦）在美國上市，主要用于治療成人復雜性腹腔內(nèi)感染(cIAI)及復雜性尿路感染(cUTI)，同時也適用于治療方案有限或無替代治療方案的腎臟感染(腎盂腎炎)患者。與經(jīng)典的“自殺式酶抑制劑”相比，阿維巴坦與酶的作用機制有其獨特的優(yōu)越性：在絲氨酸酶的親核進攻下，阿維巴坦酰胺鍵斷裂，開環(huán)形成酶-抑制劑共價化合物，使酶處于抑制狀態(tài)，且

6、不發(fā)生水解，再經(jīng)環(huán)化恢復β-內(nèi)酰胺環(huán)，重新得到具有抑酶活性的阿維巴坦。開環(huán)速率遠遠大于合環(huán)速率，使酶基本處于抑制狀態(tài)。由于阿維巴坦的結(jié)構(gòu)能恢復，故具有長效性。阿維巴坦的出現(xiàn)，打破了30多年來無新的β-內(nèi)酰胺酶抑制劑可用的局面，由于阿維巴坦對 A、C類酶和部分 D類酶都具有抑制作用，對未來研發(fā)具有更廣譜的β-內(nèi)酰胺酶抑制劑開辟了新的道路，但是到目前為止仍然沒有對B類金屬β-內(nèi)酰胺酶和大部分D類酶起作用的β-內(nèi)酰胺酶抑制劑。
　　本文

7、以阿維巴坦作為先導化合物，基于初步建立的構(gòu)效關(guān)系以及對酶-抑制劑晶體復合物的空間構(gòu)象和作用機制分析，設(shè)計了兩類具有二氮雜二環(huán)辛烷結(jié)構(gòu)并且保持陽性化合物原有構(gòu)型的β-內(nèi)酰胺酶抑制劑，期望得到抑酶活性更好并且更具廣譜性的新型β-內(nèi)酰胺酶抑制劑。
　　本文對文獻報道的阿維巴坦合成工藝進行了改造和優(yōu)化。以(S)-1-(芐氧羰基)-5-氧代吡咯烷-2-羧酸為起始原料，經(jīng)過13步反應得到阿維巴坦的鈉鹽。將文獻中的反應從15步縮短為13步；文獻

8、中所有反應產(chǎn)物采用硅膠柱層析法分離純化，本文大部分采用重結(jié)晶方法替代；本文還對反應過程中的參數(shù)進行優(yōu)化和確定，使反應具備可控性和可重復性。阿維巴坦的光學純度和化學純度經(jīng)過HPLC檢測，而Na+含量還經(jīng)過Agilent ICP-MS測定，并且建立了有效的阿維巴坦化學純度和光學純度的檢測方法。改進后的工藝具有合成路線相對較短、操作簡單等優(yōu)點，并且收率比原文獻提高了兩倍，為進一步研發(fā)適合工業(yè)生產(chǎn)阿維巴坦的工藝路線奠定了重要基礎(chǔ)。
　　參

9、照阿維巴坦的合成工藝路線，本文合成了目標化合物的關(guān)鍵中間體（2S，5R）-6-（芐氧基）-7-氧代-1，6-二氮雜環(huán)[3.2.1]辛烷-2-羧酸，在關(guān)鍵中間體的基礎(chǔ)上設(shè)計合成了兩類目標化合物，總共合成19個新結(jié)構(gòu)目標化合物，所有合成的中間體和目標化合物結(jié)構(gòu)都經(jīng)過ESI-MS和1H-NMR確認。
　　目前，已經(jīng)對包括陽性化合物阿維巴坦在內(nèi)的20個化合物進行了初步的生物活性評價。首先對酶進行了滴定實驗，然后將待檢測目標化合物配成12個

10、濃度梯度，分別與Class A類TEM-1、Class C類AmpC和Class D類OXA-23酶發(fā)生作用。以頭孢硝噻為底物，加入到酶與目標化合物的混合物中，通過檢測混合物的吸光度，確定底物的含量，從而得出目標化合物對酶的抑制率，以目標化合物的IC50值來表示抑酶活性大小。
　　通過生物活性評價結(jié)果顯示，R2基為芐氧基取代的第Ⅰ類目標化合物 IC50值普遍較高（>10000nM）；而保留先導化合物中的磺酸酯基，對R1進行改造得到

11、的第Ⅱ類目標化合物IC50值較低，具有較好的抑酶活性，特別是R1基為飽和脂肪鏈烴取代的目標化合物。其中化合物L13、L14、L15和L19，同時對Class A類酶TEM-1和Class C類酶AmpC的IC50值都小于10nM，優(yōu)于陽性化合物阿維巴坦，具有進一步研究的價值。
　　根據(jù)活性篩選結(jié)果，本文對所合成的新目標化合物進行了初步的構(gòu)效關(guān)系分析：當R1為4～5個C的飽和脂肪鏈烷烴，R2為磺酸酯基時，對A、C類酶的抑制活性較好；