973标书 XXXXCB833200-具有重要生物活性的天然产物的化学合成10337.docx
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1、项目名称:具有重要生生物活性的的天然产物物的化学合合成首席科学家家:马大为 中中国科学院院上海有机机化学研究究所起止年限:2010年年1月-22014年年8月依托部门:上海市科委委一、研究内内容本项目的关关键科学问问题是针对对具有重要要生物活性性的复杂天天然产物,发发展高效和和实用的合合成路线,以以及阐明它们的的结构活活性关系和和作用机制制。本项目的将将选择一批批具有抗癌癌、抗炎、抗抗病毒和免免疫等活性性的生物碱碱、环酯肽肽、皂甙和和萜类天然然产物为研研究对象,在综合运用化学各学科新概念、新知识和新技术的基础上,根据目标分子的结构进行巧妙设计,发展高效、高选择性的合成策略,实现一系列具有生物活
2、性复杂天然产物的化学合成。在合成方式上将重点发展基于串联反应、多组分反应、无保护基合成、原子经济性、催化反应的应用和仿生合成等新合成策略。通过合成建立天然产物和其类似物的化合物库,与生物学家合作进行活性测试,总结相关天然产物的结构-活性关系。在此基础上发展用于化学生物学研究的天然产物分子探针,以发现相应天然产物的作用靶点。对于所发现的活性和选择性更好的化合物,我们将深入探索其成为治疗重要疾病药物的可能性。在进行目标分子的合成和相关生物学研究的同时,也将关注合成中的反应方法学问题,发展一些高效、选择性好、具有普适性的新合成方法。本项目具体体的研究内内容的如下:1. 开展一些具具有具有抗抗癌、抗炎
3、炎、抗菌、抗抗病毒等活活性,结果果新颖,目目前还没有有全合成的的报道,有有一定的合合成挑战性性的天然产产物进行全全合成研究究,争取实实现它们的的第一次全全合成。这这样的工作作也为加快快后续的构构效关系研研究和结构构优化打下下基础。所所涉及的目目标分子包包括具有抗抗癌、抗炎炎、抗菌、抗抗病毒等活活性的生物物碱类化合合物PF11270AA/ B/C, Lonngeraacinpphylllin AA, Sieeboldiine AA和 Haoouamiine AA/B;环环肽类化合合物Pipperazzimyccin AA, Chhlopttosinn 和Cellogenntin C;皂甙和萜类化
4、合合物Sepposittosidde A, Sollanoeecleppin AA, Miccranddilacctonee A, MMaoeccrysttal VV 和Ainnsliaatrimmer AA/B等。2. 以天然产物物全合成为为目标,发发展和运用用有机合成成的新概念念、新方法法和新技术术,从而巧巧妙设计、发发展具有普普适性的高高效、高选选择性的天天然产物合合成策略和和全新全合合成方法。重重点研究基基于计算化化学、自由由基反应、碳碳正离子中中间体、烯烯酮中间体体,包含串串联反应、多多组分反应应、无保护护基合成、原原子经济性性、有机小小分子催化化反应等的的新合成策策略,成功功实现一
5、系系列具有生生物活性复复杂天然产产物的化学学合成。所所涉及的对对象包括:发展全新新的基于不对称称(5+2)+11反应构构建八元碳碳环骨架的的天然产物物全合成方方法学,完完成天然产产物Astterisscanoolidee和截短侧侧耳素(PPleurromuttilinn)的全合合成;发展展自然启发发的、基于于合成砌块块含哌啶环环天然产物物全合成方方法学,建建立生物碱碱Chaeetomiininee,Haoouamiines A和B,以以及steemocuurtissin类百百部生物碱碱如Steemocuurtissine和和Sesssiliffoliaamidee J的全全新合成路路线;发展展
6、分子内自自由基偶联联和环合反反应策略,实实现多聚吲吲哚类生物物碱如Chhimonnanthhine和和吲哚类生生物碱如LLapiddilecctinee B的全全合成;发发展基于碳碳正离子重重排反应,完完成海洋天天然产物SSpiniiferiin-1,CCortiistattin AA和Isoocycllocittrinool A的的合成等。3. 在现有有机机化学理论论的指导下下,结合相相关生物合合成研究的的成果,通通过非酶催催化,仿酶酶催化和酶酶催化三种种不同类型型反应的应应用,实现现若干具有有重要生理理(生物)活活性复杂天天然产物的的仿生合成成,并探索索和解决仿仿生合成中中存在的化化学选择
7、性性、区域选选择型和立立体选择性性等关键问问题。同时时,通过对对基因克隆隆、基因功功能以及相相关酶学机机制等关键键科学问题题的研究,探探索几类复复杂天然产产物的生物物合成途径径和机理,及及其组合生生物合成的的可行性,为为仿生合成成和未来的的新药研发发研究提供供必要的理理论支持和和试验方法法。同时揭揭示相关天天然产物的的生源合成成机制。所所研究的对对象包括具具有调控神神经作用的的麦角生物物碱、强抗抗菌作用的的平板霉素素、强抗肿肿瘤作用的的双四氢异异喹啉生物物碱Et743和和吲哚生物物碱Commmuneesin A,以及及具有强抗抗肿瘤或抗抗菌等活性性的阿进霉霉素(Azzinommycinn)、谷
8、田田霉素(YYatakkemyccin)、KKosinnostaatin、SSangllifehhrin A、硫肽肽类抗生素素、TettrocaarcinnA (TTC-A)和和Chloorothhriciin(CHHL)等天天然产物。4. 在以上三个个工作的的的基础上,利利用自己发发展的合成成策略和合合成方法,开开展上述天天然产物的的多样性和和生物活性性导向的合合成研究。为研研究天然产产物的活性性机制以及及结构活活性关系提提供结构多多样性和高高内涵的类类天然产物物化合物库库。5. 在以上四个个工作的的的基础上,研究一些具有抗癌、抗炎、抗病毒等活性天然产物的结构活性关系。在此基础上通过在分子中
9、引入生物素,荧光片段等方法,发展一些寻找其可能靶分子的的“分子探针”,以了解这些高活性天然产物的可能作用机制,在揭示自然界生物活性规律的同时为新药研究提供先导化合物和药物筛选靶标。6. 利用现代天天然产物全全合成以及及相关方法法学研究的的良好基础础,针对某某些资源稀稀缺的药用用天然产物物资源消耗耗过大,环环境成本较较高和日益益增长的需需求等问题题,以化学学合成途径径为研究切切入点,发发展高效,简简洁的化学学全(半)合合成方法与与路线,从从而提供对对于某些资资源稀缺的的药用天然然产物的更更经济性的的获取途径径,同时为为基于这些些天然产物物的结构-活性关系系研究和创创新药物开开发研究奠奠定基础。高
10、产率、易操作、绿色环保的合成路线是这个课题追求的目标。所选择的一些资源有限但是具有药用前景的对象包括具有抗肿瘤活性的喜树碱(Camptothecin)、长春藤碱 (Vinbrastine)和小檗胺(berbamine)、云南白药中的主要活性成分喷脑皂甙(Pennogenin)、具有免疫抑制作用的雷公藤内酯醇(Triptonide)、具有镇痛作用的帽柱木碱等。二、预期目目标总体目标:围绕具有重重要生物活性天然然产物的化化学合成研研究中需要要解决的关关键科学问问题,开展展多方位多多层次的深深入研究,建建立富有我我国特色的的天然产物物研究和开开发的关键键技术和学学术体系。旨在国际上率先完成一批具有重
11、要生物活性的复杂天然产物的全合成;发展一批对于资源短缺而药物前景明朗的天然产物的高效、实用的合成路线,为我国的新药研究和先进药物制造提供技术储备;发展一些基于活性天然产物结构的“分子探针”,研究对应天然产物的结构活性关系和作用机制,在揭示自然界生物活性规律的同时为新药研究提供先导化合物和药物筛选靶标;同时带动一些有机合成新方法的发现,促进我国有机化学的发展。五年预期目目标:1) 完成1520个复复杂天然产产物的第一一次全合成成。2) 完成355类具有抗抗癌、抗炎炎、抗病毒毒等活性的的天然产物物的作用机机制的研究究,争取发发现12个新的的药物筛选选靶点。3) 通过多样性性导向的化化学合成,仿生合
12、成和生物合成等方式,得到20003000个天然产物的衍生物和类似物,并进行结构活性关系研究,以期筛选出35个可以进入有临床前研究的药物先导化合物。4) 完成5110个资源源稀缺的药药用天然产产物分子的的合成路线线;争取得得到2条以以上适合工工业放大生生产的合成成工艺。5) 发展5110种有机合成成的新方法法。5年内计计划在国际际专业核心心刊物上发发表学术论论文1500 篇。其其中争取在在 J. Am. Chemm. Sooc. 和 Angeww. Chhem. Int. Ed. 这两个个化学类顶顶尖期刊上上发表论文文20篇以以上。同时时申请发明明专利 220 项。培培养 800 名博士士研究生
13、,培培训一批专专业技术人人员,形成成34个个具有国际际先进水平平的从事天天然产物化化学合成研研究的科研研团队。三、研究方方案1)总体思思路在目标分子子的选择方方面,我们们将主要考考虑那些具具有强的生生物活性(如抗癌、抗抗炎、抗病病毒,免疫疫抑制和对对中枢神经经作用)的的天然产物物,特别是是那些来源源困难但是是有明确药药用前景的的天然产物物。同时也也考虑其结结构特征是是否可以使使得化学合合成的方法法和策略研研究方面有有所突破的的天然产物物。这一方方面不仅可以促促进化学合合成本身的的进步,同同时所得到到的成果也也可以为天然产物物的生物学学研究以及及进一步的的药物开发发研究提供供物质基础础。在目标分
14、子子的合成设设计方面,将将充分利用用“反合成成分析”的的概念,参参考生物合合成的途径径,结合现现代有机合合成方法学学的进展,如如运用金属或或有机小分分子催化的的反应、串联反应应和多组分反反应等设计计尽可能短短的合成路路线。在此此过程中要要重点考虑虑易得的原原料,转化过程程中应该尽尽可能利用用价廉、易易得和环境境友好的试试剂,设计的路路线应该尽尽可能会聚聚,使最终终完成的合合成路线简简单、高效效并适合规规模化制备备甚至工业业化生产。同同时也应该该考虑设计计的路线应应满足合多多样性合成成的需要。2)技术途途径及可行行性在天然产物物的合成路路线设计和和具体的合合成探索中中,我们将将根据设计计的合成路
15、路线进行具具体的研究究,在实践践过程中根根据需要不不断改进和和完善合成成路线,力力争尽快得得到目标分分子。同时时,根据目目标分子的的结构特点点,发展一一些新的、比较通用用的合成反反应和方法法。如通过过串联反应应、多组分反反应、金属或有有机小分子子催化的反反应来构建建天然产物物中常见的的并环结构构和杂环单元元等。所发发展的新合合成反应和和方法也要要进一步用用于“多样样性导向合合成”以验验证合成反反应或方法法的普适性性,并得到到一批天然然产物的类类似物以供供生物学研研究。对于有进行行生物学方方面深入研研究价值的的天然产物物,将结合合第一次全全合成和参考其他仿仿生合成和和高效合成成的研究结结果,利用
16、用“多样性性导向合成成”的概念念,设计并并合成一些些天然产物物类似物或或者衍生物物,通过生生物活性测测试阐明结构活性关系系。综合其其活性、选择性、毒性和生生物利用度度等性质,最最后确定一一些化合物物进行进一一步的成药药性探索。另外,根据结构活性关系的结果,在分子中引入适当的标记单元如荧光素,生物素等,以得到活性保持并带有标记的天然产物类似物。通过和生物学家合作,用这些分子探针来寻找对应的天然产物的可能作用靶点或者信号转导的可能通路,有助于我们理解天然产物的生物活性的成因,并利用相应的过程建立适当的药物筛选模型。在针对有明明确药用前前景的天然然产物发展展出高效的的合成路线线以后,结结合工业放放大
17、实验的的要求,进进一步改进进合成路线线,优化合合成试剂和和操作步骤骤,争取得得到可以进进行工业化化生产的药药用天然产产物的合成成工艺。项目组成员员都有从事事多年天然然产物合成成研究的经经历并取得得过具有国国际先进水水平的成绩绩。所选择择的目标分分子大部分分都具有重重要的生物物活性,特特殊的结构构特征。设设计的合成成路线有比比较大的合合理性和可可行性。同同时,本项项目的启动动将会促进进项目组具具有不同专专业和不同同特长的成成员之间相相互启发,相相互借鉴,共共同进步。因因此,我们们有信心55年以后可可以在以下下的相关领领域取得突突破:1)在在国际上率率先完成一一批具有重重要生理活活性的复杂杂天然产
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