Embed Size (px)
Citation preview
适用于药学、药剂学、药物分析、化学生物学、生物制药专业
中南民族大学药学院药学教研室
药物化学实验讲义（2018）
1
目录 实验要求 ..........................................................................................................................................2
第一部分 药物合成实验 ................................................................................................................3
实验一 苯佐卡因的合成（一） ................................................................................................4
实验二 苯佐卡因的合成（二） ................................................................................................6
实验三 苯妥英的合成 .................................................................................................................7
实验四 磺胺醋酰钠的合成 ........................................................................................................9
实验五 香豆素-3-羧酸的合成 ................................................................................................. 13
第二部分 虚拟仿真实验 ............................................................................................................. 15
实验六 血管紧张素转化酶抑制剂构效关系分析 .................................................................. 16
实验七 雌激素受体调节剂分子对接 ...................................................................................... 25
第三部分 综合一体化实验 ......................................................................................................... 44
实验八 伊马替尼的合成与作用机制分析 .............................................................................. 45
附件（Autodock 软件教程） .................................................................................................. 53
2
实验要求 1. 安全第一，且行且珍惜！！！！！！！
2. 环保第二，所有废液倒入废液桶！！！
3. 每次实验完毕均要上交当次实验产物，小袋封装，标签注明姓名（包括同组搭
档）及产品质量（g）！
实验报告要求：
一、实验目的（简写）： 1. 2.
二、实验原理（简写）： 方程式（配平）
三、实验材料（简写）： 注明主要实验材料的厂家批号及纯度规格。
四、实验方法： 举例：
步骤 方法（简写） 现象（重点） 分析（重点）
1 干燥的 100 mL 圆底瓶中加入对硝基苯甲酸 6 g，无水
乙醇 24 mL，缓慢加入浓硫酸 3 mL，沸石 2 粒，混匀
对硝基苯甲酸溶
解，溶液呈黄色
硝基苯类化合
物多为黄色
2 … … … … … … …
五、实验装置： 需要画出主要实验装置图并标记各部分名称：
六、计算收率（重点）： 按方程式列出各原料摩尔当量，按最小当量起始原料计算理论产
量，得出收率。
七、分析讨论（重点）： 主要针对实验中出现的问题：产率比较低，原因可能是？颜色比较深，原因可能是？
油状产物难成固体，原因可能是？…
八、思考题（重点）： 1. 2.
注意：
1. 实验前请到实验员处领用仪器柜钥匙，签字；
2. 全部实验完成后请到实验员处清查实验仪器，上交仪器柜钥匙，签字；
3. 实验中途有任何损耗请到实验员处登记赔偿并更换领用新仪器！！
4. 实验员办公室：13-605（6楼西北角，走廊尽头，厕所旁边）。
3
第一部分 药物合成实验
（13号楼 6楼）
4
实验一 苯佐卡因的合成（一）
一、实验目的
1. 通过苯佐卡因的合成，了解药物合成的基本过程。
2. 掌握氧化、酯化和还原反应的原理及基本操作。
二、实验原理
苯佐卡因为局部麻醉药，外用为撒布剂，用于手术后创伤止痛，溃疡痛，一般
性痒等。苯佐卡因化学名为对氨基苯甲酸乙酯，化学结构式为：
COOC2H5
NH2
苯佐卡因为白色结晶性粉末，味微苦而麻；mp.88~90℃；易溶于乙醇，极微
溶于水。
合成路线如下：
COOH
NO2
C2H5OHH2SO4
COOC2H5
NO2
H2O+ +
COOC2H5
NO2
H2O Fe
COOC2H5
NH2
Fe3O4+ +
三、实验方法
（一）对硝基苯甲酸乙酯的制备（酯化）
在干燥的 100 mL圆底瓶中加入对硝基苯甲酸 6 g，无水乙醇 24 mL，缓慢加入
浓硫酸 3-4 mL，沸石 2 粒，慢慢振摇使混合均匀，装上附有氯化钙干燥管的球型冷
凝器，加热回流 80 min；稍冷，将反应液倾入到 100 mL 水中，抽滤；滤渣移至乳
5
钵中，研细，加入 5% 碳酸钠溶液 10 mL（由 0.5 g 碳酸钠和 10 mL 水配成），研磨
5 min，测 pH 值（检查反应物是否呈碱性），抽滤，用少量水洗涤，干燥，计算收
率。
注意：
1. 酯化反应须在无水条件下进行，如有水进入反应系统中，收率将降低。无水
操作的要点是：原料干燥无水；所用仪器、量具干燥无水；反应期间避免水进入反
应瓶。
2. 对硝基苯甲酸乙酯及少量未反应的对硝基苯甲酸均溶于乙醇，但均不溶于
水。反应完毕，将反应液倾入水中，乙醇的浓度降低，对硝基苯甲酸乙酯及对硝基
苯甲酸便会析出。这种分离产物的方法称为稀释法。
思考题：
1. 酯化反应为什么需要无水操作？ 2. 请画出用分水器做酯化反应的装置图。
6
实验二 苯佐卡因的合成（二）
（一）对氨基苯甲酸乙酯的制备（还原）
在装有搅拌棒及球型冷凝器的 250 mL三颈瓶中，加入 35 mL水，2.5 mL冰醋
酸和已经处理过的铁粉，开动搅拌，加热反应 5 min，稍冷，加入对硝基苯甲酸乙
酯 6 g 和 95% 乙醇 35 mL，在激烈搅拌下，回流反应 90 min。稍冷，在搅拌下，分
次加入温热的碳酸钠饱和溶液（由碳酸钠 3 g 和水 30 mL配成），搅拌片刻，立即
抽滤（布氏漏斗需预热），冷却后析出结晶，抽滤，用稀乙醇洗涤，干燥得粗品。
（二）精制
将粗品置于装有球形冷凝器的 100 mL 圆底瓶中，加入 10~15 倍（mL/g）50% 乙醇，在水浴上加热溶解。稍冷，加活性碳脱色（活性碳用量视粗品颜色而定），
加热回流 20 min，趁热抽滤（布氏漏斗、抽滤瓶应预热）。将滤液趁热转移至烧杯
中，自然冷却，待结晶完全析出后，抽滤，用少量 50% 乙醇洗涤两次，压干，干
燥，计算收率。
注意：
1. 还原反应中，因铁粉比重大，沉于瓶底，必须将其搅拌起来，才能使反应顺
利进行，故充分激烈搅拌是铁酸还原反应的重要因素。所用的铁粉需预处理，方法
为：称取铁粉 10 g 置于烧杯中，加入 2% 盐酸 25 mL，加热至微沸，抽滤，水洗至
pH 5~6，备用。
2. 最后一步抽滤时，铁粉还原后比较致密，容易堵塞滤纸，按实际情况注意随
时更换布氏漏斗或滤纸，也不宜将待滤液一次性全部倒入布氏漏斗过滤。
思考题：
1. 铁酸还原反应的机理是什么？ 2. 重结晶操作的注意事项有哪些？
7
实验三 苯妥英的合成
一、实验目的
1. 学习二苯羟乙酸重排反应机理。
2. 掌握用三氯化铁氧化的实验方法。
二、实验原理
苯妥英可作为抗癫痫药，用于治疗癫痫大发作，也可用于三叉神经痛。苯妥英
化学结构式为：
N
HN
OOH
苯妥英为白色粉末，mp. 293-295°C，合成路线如下：
C CHO OH
[O] C CO O
C CO O
+ C OH2N
H2N NaOH
N
HN
OONa
N
HN
OOH
HCl
三、实验方法
（一）联苯甲酰的制备
在装有球形冷凝器的 250 mL圆底烧瓶中，依次加入 FeCl3.6H2O 14 g，冰醋酸
15 mL，水 6 mL 及沸石 2 粒，加热沸腾 5 min。稍冷，加入安息香 2.5 g，加热回流
50 min。稍冷，加水 50 mL，再加热至沸腾后，将反应液倾入 250 mL 烧杯中，搅
拌，放冷，析出黄色固体，抽滤。结晶用少量水洗，干燥，得粗品，计算收率。
8
（二）苯妥英的制备
在装有球形冷凝器的 100 mL圆底烧瓶中，依次加入联苯甲酰 2 g，尿素 0.7 g，20% 氢氧化钠 6 mL，50% 乙醇 10 mL及沸石 1 粒，直火加热，回流反应 30 min，然后加入沸水 60 mL，活性碳 0.3 g，煮沸脱色 10 min，放冷过滤。滤液用 10 % 盐酸调 pH 6，析出结晶，抽滤。结晶用少量水洗，干燥得粗品，计算收率。
注意：
1. 制备联苯甲酰时，直火加热至中沸，通过测其熔点控制质量。
2. 第二步回流需不时检查旋转冷凝管与瓶接口防止被碱腐蚀粘连。
思考题：
1. 试述二苯羟乙酸重排的反应机理。
9
实验四 磺胺醋酰钠的合成
一、实验目的
1. 通过磺胺醋酰钠的合成，了解控制 pH、温度等反应条件和纯化产品的方法。
2. 加深对磺胺类药物一般理化性质的认识。
二、实验原理
磺胺醋酰钠用于治疗结膜炎、沙眼及其它眼部感染。磺胺醋酰钠化学名为 N-[(4-氨基苯基)-磺酰基]-乙酰胺钠-水合物，化学结构式为：
NH2
SO2NCOCH3Na
H2O
磺胺醋酰钠为白色结晶性粉末；无臭，微苦，易溶于水，微溶于乙醇、丙酮。
合成路线如下：
NH2
SO2NH2
+ (CH3CO)2ONaOH
pH12-13
NH2
SO2NCOCH3Na
HCl
pH4-5
NH2
SO2NHCOCH3
NaOHpH7-8
NH2
SO2NCOCH3Na
H2O
三、实验方法
（一）磺胺醋酰的制备
在装有搅拌棒及温度计的 100 mL三颈瓶中，加入磺胺 17.2 g，22.5%氢氧化钠
22 mL，开动搅拌，于水浴上加热至 50℃左右。待磺胺溶解后，分次加入醋酐 13.6
10
mL，77% 氢氧化钠 12.5 mL（首先，加入醋酐 3.6 mL，2.5 min 后加入 77% 氢氧化
钠 2.5 mL；随后，每次间隔 2.5 min，将剩余的 77% 氢氧化钠和醋酐分 5 次交替加
入）。加料期间反应温度维持在 50~55℃；加料完毕继续保持此温度反应 30 min。反应完毕，停止搅拌，将反应液倾入 250 mL 烧杯中，加水 20 mL 稀释，于冷水浴
中用 36% 盐酸调至 pH 7，放置 20 min，并不时搅拌析出固体，抽滤除去。滤液用
36% 盐酸调至 pH 4~5，抽滤，得白色粉末。
11
用 10% 盐酸溶解得到的白色粉末（pH 值小于 1 即可，尽量少用），不时搅
拌，尽量使单乙酰物成盐酸盐溶解，抽滤除不溶物。滤液加少量活性碳室温脱色
10 min，抽滤。滤液用 40% 氢氧化钠调至 pH 5，析出磺胺醋酰，抽滤，压干。干
燥（mp.179~184℃）。若产品不和格，可用热水（1:5）精制。
（二）磺胺醋酰钠的制备
将磺胺醋酰置于 50 mL 烧杯中，于 90℃热水浴上滴加计算量的 20%氢氧化钠
至固体恰好溶解，放冷，析出结晶，抽滤（用少量丙酮转移），压干，干燥，计算
收率。
注意:
1. 在反应过程中交替加料很重要，以使反应液始终保持一定的 pH 值（pH 12~13），按实验步骤严格控制每步反应的 pH 值，以利于除去杂质。
3. 将磺胺醋酰制成钠盐时应严格控制 20% NaOH 溶液用量，按计算量滴加。
12
由计算可知需 2.3 g NaOH，即滴加 20% NaOH 11.5 mL便可。因磺胺醋酰钠水
溶性大，由磺胺醋酰制备其钠盐时若 20% NaOH 的量多于计算量，则损失很大。
必要时可加少量丙酮，以使磺胺醋酰钠析出。
思考题：
1. 酰化液处理的过程中，pH 7 时析出的固体是什么？pH 5 时析出的固体是什
么？10% 盐酸中的不溶物是什么？
2. 反应碱性过强其结果磺胺较多，磺胺醋酰次之，双乙酰物较少；碱性过弱其
结果双乙酰物较多，磺胺醋酰次之，磺胺较少，为什么？
NH2
SO2NHCOCH3
NaOH
NH2
SO2NCOCH3Na
+ + H2O
214 4012.5 X
X=2.3 gX12.540214 : :=
13
实验五 香豆素-3-羧酸的合成
一、实验目的
1. 学习诺文葛耳（Knoevenagel）缩合反应；
2. 了解酯水解法制羧酸。
二、实验原理
水杨醛和丙二酸二乙酯在六氢吡啶存在下发生诺文葛耳缩合反应制得香豆素-3-
羧酸酯，然后在碱性下水解成酸。
CHO
OH+ CH2(COOC2H5)2
HN
O O
COOC2H5
+ H2O + C2H5OH
O O
COOC2H5KOH
O O
COOKH
O O
COOH
三、实验方法
（一）香豆素-3-羧酸酯的制备
100mL圆底烧瓶中加入 4.2 mL (5 g, 0.041 mol)水杨醛和 6.8 mL (0.045 mol)丙二
酸二乙酯和 25 mL无水乙醇和 0.5 mL六氢吡啶和 10 d 冰乙酸．装上带有无水氯化
钙干燥管的冷凝管。回流搅拌 1.5 h，稍冷后拿掉干燥管，从冷凝管顶端加入约 30
mL 冷水，待结晶析出后抽滤并用 4 mL 冰水浴冷却过的 50％乙醇洗 2 次，粗产品
可用 25％乙醇重结晶，干燥后得纯香豆素-3-羧酸乙酯的熔点为 93℃。
14
（二）香豆索-3-羧酸的制备
在 10 mL圆底烧瓶中加入 4 g 香豆素-3-羧酸乙酯，3 g 氢氧化钾，20 mL乙醇和
10 mL水，装上冷凝管加热回流约 15 min。得到皂化产物。趋热将皂化产物加入到
100 mL 浓盐酸和 50 mL 水混合物，立即有白色结晶析出，冰浴冷却后过滤，用少
量冰水洗涤滤饼，抽干，干燥。粗产品可用水重结晶。纯香豆素-3-羧酸熔点 190℃
(分解)。
注意:
1．实验中除加入有机碱六氢吡啶外，还加入少量冰乙酸。反应很可能是水杨
醛与六氢吡啶在酸催化下形成亚胺基化合物，然后再与丙二酸二乙酯的碳负离子发
生反应。
2．用 50％乙醇洗涤可减少酯在乙醇中的溶解。
思考题：
1．试写出用水杨醛制备香豆素-3-羧酸的反应机理。
2．按酸盐在酸化得羧醉沉淀析出的操作中应如何避免酸的损失？如何提高酸
的纯度？
15
第二部分 虚拟仿真实验
（16号楼 2楼）
16
实验六 血管紧张素转化酶抑制剂构效关系分析
一．实验目的：
1. 了解 PDB（Protein Data Bank）数据库的基本信息和用途，掌握生物大分子 3D
数据的搜索和获取；
2. 了解 Discovery Studio 4.1 Visualizer 软件，学习使用软件观察分析药物-靶点相互
作用模式；
3. 了解氢键、疏水性相互作用等常见药物-靶点相互作用力。
二．实验原理：
血管紧张素转化酶抑制剂（ACEI）是一种抑制血管紧张素转化酶活性的化合
物。血管紧张素转化酶催化血管紧张素 I 生成血管紧张素 II，后者是强烈的血管收
缩剂和肾上腺皮质类醛固酮释放的激活剂。此外，ACEI 还可以减少缓激肽的失活。
因此，ACEI在临床可用于治疗高血压、心力衰竭和肾小球疾病。ACEI类药物的构
效关系如下所示：
图 1. ACEI类药物的构效关系（教材图 6-15）
根据相应药物-靶点共结晶的 3D 数据，结合药物-靶点实际结合后的相互作用
模式，可以对 ACEI类药物的构效关系进行深入讨论和理解。
OHO
HS
H CH3
O
N
L-构型活性高，D-构型活性低，为丙氨酸或苯丙氨酸，活性可能更高
换成-PO
3H2.-CONHOH
等基团，活性有所减弱，酯化后脂溶性增强，有利于吸收
引入亲脂取代基，增强
活性，延长作用时间
引入双键后，成平
面环，保持活性
酯化后活性更高，
减少不良反应，也可用羧基替代
17
三．实验材料：
1. PDB（Protein Data Bank）数据库：www.rcsb.org；
2. Discovery Studio 4.1 Visualizer 软件：http://accelrys.com；
3. PowerPoint 或其他常见图片编辑软件。
四．实验方法：
1. 打开 PDB 数据库网页（www.rcsb.org），搜索并下载 ACE 的晶体结构数据，要
求如下：以“Captopril”为关键词进行搜索，在结果中选择符合以下要求的晶体结
构：人源性（Homo sapiens），与之结合蛋白是血管紧张素转化酶Ⅰ（angiotensin-
converting-enzyme Ⅰ），分辨率（Resolution）不超过 2.5 Å，没有氨基酸突变
（mutant），链长（Residue Count）589 个氨基酸，找到符合要求的晶体数据后从
Download Files 下拉列表中下载 PDB Format 文件备用，下载后的文件后缀为
“.pdb”。
2. 打开 Discovery Studio 4.1 Visualizer 软件，用软件打开已下载的晶体数据文件，
掌握基本操作：
获取帮助：工具栏>Help>Tutorials；
打开文件：工具栏>File>Open>选中目标.pdb 文件>打开；
移动分子：按住鼠标中间滚珠不动，可以平行移动分子；
翻转分子：按住鼠标右键不动，可以任意角度翻转分子；
选择对象：左键双击目标分子或是按住左键不动圈定对象，可以选中任意对象，选
中后的对象默认以黄色显示；
放大与缩小分子：向上滚动鼠标中间滚珠可放大显示分子，反之可缩小显示分子；
删除对象：选择待删除对象>Edit>Delete；（注意需要删除溶剂分子）
改变背景颜色及显示质量：
18
方法一：工具栏>Scripts>Visualization>Publication Quality；
方法二：右键单击空白处调出右键菜单>Display Style…>调出 Display Style 工具栏：
图 2. Display Style 工具栏
Graphics >Background Color（设定背景颜色），Quality（设定显示质量）>OK；
保存图片：工具栏>File>Save as…>调出 Save as 工具栏，保存类型下拉列表选择
Image Files>保存。
3. 药物-靶点相互作用图：
工具栏>Tools>Receptor-Ligand Interactions>View interactions>调出相应工具栏（位
于页面左侧）；
左侧工具栏>Ligand Interactions>显示药物-靶点相互作用图（点中后按钮显示下陷
效果）；
上方工具栏>Chemistry>Hydrogens>Show Poar>隐藏非极性 H 原子，只显示极性 H
原子（有利于简化页面显示）；
上方工具栏>Structure>Labels>Add…>调出 Label 工具栏：
19
>
图 3. Label 工具栏
Label 工具栏>Object>下拉列表选择 AminoAcid，更改字体颜色（考虑到后期打印
以深色大号字体为好）>OK，被标记出来的氨基酸以相应字体字号字色显示，前面
是氨基酸名称缩写，后面是其在蛋白质氨基酸序列中的位置编号；
选中 Zn2+>右键单击调出右键菜单>Display Style…>调出 Display Style 工具栏；
Atom>Ball and Stick>OK，Zn2+将以球棍模型显示；
左侧工具栏>Ligand Interactions，显示药物-靶点相互作用，以不同颜色虚线显示；
左侧工具栏>Show Types，显示药物-靶点相互作用类型，见下表说明；
左侧工具栏>Show Distances，显示药物-靶点相互作用距离，单位为 Å。
图 4. 药物-靶点相互作用图
20
保存图片，格式选用.png 或.bmp。
表 1. Discovery Studio 4.1 Visualizer 软件中药物-靶点相互作用类型
Favorable Interactions
Category Help
Hydrogen Bonds Classical Hydrogen-bond perception based on earlier DS releases (prior to 4.1) between strong donor and acceptor atoms.
Non Classical Interactions between a carbon donor atom and an acceptor, or a Pi group and a donor atom.
Water Hydrogen bonds formed with water molecules.
Salt Bridge Hydrogen bonds between charged groups.
Electrostatic Charge Interactions between pairs of oppositely charged groups.
Pi-Charge Interactions between a positively charged atom and the electrons of a delocalized Pi system.
Hydrophobic Pi-Hydrophobic Hydrophobic interactions with delocalized Pi systems (such as Pi-Pi).
Alkyl Hydrophobic Hydrophobic interactions with alkyl groups.
Mixed Pi/Alkyl Hydrophobic
Weak Pi-Sigma interactions between a C-H and a Pi ring system, or interactions of other alkyl groups and Pi rings.
Halogen Fluorine Interactions with fluorine atoms.
Cl, Br, I Interactions with chlorine, bromine, or iodine atoms.
Miscellaneous Metal Metal interactions between metal cations and hydrogen bond acceptors.
Sulfur Interaction with sulfur atoms.
Lone Pairs Lone pair interaction with positively polarized Pi rings.
4. 活性位点腔道表面图：
左侧工具栏>H-Bond，显示以氢键供受体为特征的活性位点腔道表面；
左侧工具栏>Hydrophobic，显示以疏水性强弱为特征的活性位点腔道表面；
左侧工具栏>取消选择 Pocket Atoms，不显示周围氨基酸原子；
保存图片，格式选用.png 或.bmp。
21
举例见图 5，说明见表 1。
五．实验结果：
1. 药物-靶点相互作用图：药物分子清晰少重叠，名称标记清晰少重叠，不显示作
用类型，用其他图片编辑工具（如 PPT）标示出氨基酸名称编号和氢键长度并加单
位（Å），标示出 Zn2+，背景设为白色；举例：
图 5. 药物-靶点相互作用图（PowerPoint 中编辑后）
2. 活性位点腔道表面图：保留标尺，不显示周围氨基酸残基，只显示活性位点腔道
效果图。举例：
图 5. 药物-靶点相互作用活性位点腔道表面图
22
六．结果讨论：
要求如下：
根据药物-靶点相互作用，请充分利用相关软件，结合理论课相关知识点（如
脂溶性对该类药物吸收性能和作用时间的影响，-SH 基团与 Zn2+形成螯合配位，其
他普利类药物与卡托普利比较结构与活性上的异同见人民卫生出版社第八版《药物
化学》表 6-6），在此基础上充分发挥想象，试深入讨论 ACEI类药物构效关系：
举例：
1. 图 1 构效关系中“引入亲脂性取代基，增强活性，延长作用时间”，这是因
为（从药物-靶点相互作用图和活性位点腔道表面图中的疏水性相互作用可
以看到，卡托普利的五元环主要与周围的 TYR523，HIS83 等氨基酸的残基
存在疏水性相互作用，所以在活性位点空间大小允许的情况下引入亲脂性取
代基可以增强这种作用，从而增强活性，另一方面脂溶性增强也增大了药物
体内代谢的难度，延长了药物代谢时间，从而延长了其作用时间）；
请完成下列内容：
2. 图 1 构效关系中“换成-PO3H2，-CONHOH 等基团，活性有所减弱，酯化
后脂溶性增强，有利于吸收”，这是因为
（ ）；
3. 图 1 构效关系中“L-构型活性高，D-构型活性低，为丙氨酸或苯丙氨酸，活
性可能更高”，这是因为
（ ）；
4. 图 1 构效关系中“巯基酯化后活性更高，也可用羧基取代”，这是因为
（ ）；
5. 图 1 构效关系中“五元环上引入双键后，成平面环，保持活性”，这是因为
（ ）。
23
七．参考文献：
[1]. Akif M, Masuyer G, Schwager S L, et al. Structural characterization of angiotensin I-converting enzyme in complex with a selenium analogue of captopril[J]. Febs Journal, 2011, 278(19):3644-3650.
[2]. Natesh R, Schwager S L, Evans H R, et al. Structural details on the binding of antihypertensive drugs captopril and enalaprilat to human testicular angiotensin I-converting enzyme.[J]. Biochemistry, 2004, 43(27):8718.
八．附录说明：
1. 20 种氨基酸缩写：丙氨酸（ALA）、精氨酸（ARG）、天冬氨酸（ASP）、半
胱氨酸（CYS）、谷氨酰胺 （GLN）、谷氨酸（GLU）、组氨酸（HIS）、异亮氨
酸（ILE）、甘氨酸（GLY）、天冬酰胺（ASN）、亮氨酸（LEU）、赖氨酸
（LYS）、甲硫氨酸（MET）、苯丙氨酸（PHE）、脯氨酸（PRO）、丝氨酸
（SER）、苏氨酸（THR）、色氨酸（TRP）、酪氨酸 （TYR）、缬氨酸（VAL）；
2. 5 种 碱基缩写：胞嘧啶（C）、鸟嘌呤（G）、腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T，
DNA 专有）和尿嘧啶（U，RNA 专有）；
3. Discovery Studio Visualizer 和 ActiveX Control 免 费 下 载 地 址 ：
http://accelrys.com/products/collaborative-science/biovia-discovery-studio/visualization-
download.php，需要先按要求注册（推荐用学校 edu 类邮箱），两个都需要安装；
4. 自备空白 U 盘用于存取个人数据。
九．思考题（3，4题任选一题）：
1. 查到的 ACE 晶体数据在 PDB 数据库中的 ID 编号是？
2. 与卡托普利羧基（-COOH）可以形成盐桥作用（Salt Bridge）的氨基酸是哪一个
氨基酸？在一级序列中的编号是？
3. 从 PDB 数据库中查找下载 PDB ID 为 2AW1 或 1OQ5 的 COX-2 与塞来昔布共结
晶数据，试结合相关理论知识讨论分析 COX 抑制剂类药物-靶点相互作用及选择性。
4. 从 PDB 数据库中查找下载 PDB ID 为 2XCT 的金黄色葡萄球菌 DNA 螺旋酶与环
丙沙星的共结晶数据，试结合相关理论分析讨论奎诺酮类药物的构效关系。
24
十．报告要求：
1. 报告内容：一实验目的、二实验原理、三实验材料（包括最后用过什么图片编辑
软件都列出）、四实验方法（不需要详细记录操作，不超过 200 字），五实验结果
（主要是图片），六结果讨论（参考举例详细讨论，完成 2-5，这部分是重点，详
细讨论），七思考题（1、2 题必做，3、4 题任选一题做）；
2. 图片编辑注意固定长宽比例，以免图片在调整大小过程中变形，实验报告中的图
片可集中在一页编号标注，打印（建议用 B5 纸）后粘入报告本，请注意图片的标
注，大小，排版；
3. 发现雷同图片或结果讨论按抄袭处理。
25
实验七 雌激素受体调节剂分子对接
一．实验目的：
1. 掌握分子对接技术的基本原理和用途；
2. 掌握 PubChem 数据库等常用查询网页；
3. 了解 SYBYL 软件，学习使用该软件进行简单的分子对接。
二．实验原理：
分子对接就是两个或多个分子之间通过几何匹配和能量匹配而相互识别的过程。
分子对接计算是把配体分子放在受体活性位点的位置，然后按照几何互补、能量互
补化学环境互补的原则来实时评价配体与受体相互作用的好坏，并找到两个分子之
间最佳的结合模式。分子对接最初思想起源于 Fisher E.的“锁和钥匙模型”（图
1 ），认为“锁”和“钥匙”的相识别的首要条件是他们在空间形状上要互相匹配。
图 1. 锁钥模型（Hermann Emil Fischer, 1894）
然而，配体和受体分子之间的识别要比“锁和钥匙”模型复杂的多。首先，配
体和受体分子的构象是变化的，而不是刚性的，配体和受体在对接过程中互相适应
对方，从而达到更完美的匹配。其次，分子对接不但要满足空间形状的匹配，还要
满足能量的匹配。配体和受体之间的通过底物分子与靶酶分子能否结合以及结合的
强度最终是由形成此复合物过程的结合自由能变化ΔGbind所决定的。 表 1. 代表性分子对接软件
名称 优化方法 评价函数
DOCK 片断生长 分子力场、表面匹配得分、化学环境匹
配得分
AutoDock 遗传算法 半经验自由能评价函数
26
ICM-Docking 随机全局优化 半经验自由能评价函数
GOLD 遗传算法 半经验自由能评价函数
FlexX 片断生长 半经验自由能评价函数
Affinity 蒙特卡罗/分子力学/分子动
力学 分子力场
ZDock&RDock 几何匹配/分子动力学 相互作用预测临界评价/分子力场
FlexiDock 遗传算法 分子力场
eHiTS 系统搜索 半经验自由能评价函数
Hex 几何匹配 相互作用预测临界评价
三．实验方法：
1. 配体文件准备： 以下是雌二醇、己烯雌酚和他莫昔芬 B 三种雌激素受体调节剂的结构式：
表 2. 三种雌激素受体调节剂
名称 结构式 雌激素受体 药理作用
PubChem CID
雌二醇 Estradiol
H
OH
H HHO
激动剂 5757
己烯雌酚 Diethylstilbestrol
HO
OH
激动剂 448537
他莫昔芬 B Afimoxifene
OH
ON
抑制剂 449459
打开 PubChem 数据库网页：https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/，通过 PubChem CID 或是英文名查找表 2 中三种雌激素受体调节剂，在 3D Conformer 栏目下下载
27
sdf 格式文件： 3D Conformer >Download>SDF: Save 在桌面上建立“docking”文件夹，将上述三个分子的 sdf 文件存入备用。
图 2. 化合物 3D sdf 格式文件获取
打开 ChemBio3D 软件，读入编号“Structure3D_CID_5757.sdf”文件： File > Open > Structure3D_CID_5757.sdf > 打开 另存为 docking 文件夹下的“mol2”格式文件： File > Save As … > 选择 docking 文件夹 > 文件名“Estradiol.mol2”> 文件类
型：SYBYL2 (*.mol2) > 保存
28
图 3. 化合物 3D sdf 格式转换成 mol2 格式 双击打开 SYBYL 软件，将默认存放路径改为“docking”文件夹： Options > Set > Default Directory… Selection > docking（选中后蓝色背景）> OK
图 4. SYBYL 中默认文件路径设置
导入 Estradiol.mol2 文件：
点击工具栏第二行 按钮 > 选择“Estradiol.mol2”文件 > OK 给分子加电荷，能量优化，命名并保存： Compute > Minimize > Molecule … > 调出 Minimize 对话框：
图 5. 调出化合物优化对话框
29
进行如下设置： Max Iterations: 100000 Modify … > 调出 Energy对话框 Force Field: Tripos Charges: Gasteiger-Huckel > OK 返回 Minimize 对话框 > OK
图 6. 化合物优化
命名分子，使分子名称与文件名称保持一致： 双击分子上任意原子选中分子，选中分子原子以绿色光点显示； Edit > Molecule > Name … > 调出“Name Molecule”对话框，输入
“Estradiol”，OK 保存处理过的文件：
点击工具栏第二行 按钮，调出 Save Molecule 对话框，确认分子名称与文
件名称一致，格式为 mol2，点击 Save 保存：
30
图 7. 化合物保存（化合物名与文件名保持一致）
同样的办法，依次完成“Diethylstilbestrol.mol2”和“Afimoxifene.mol2”两个
分子文件的准备。
点击工具栏第二行 下拉选择 Delete Everything 清空工作区。 建立配体文件数据库： 点击工具栏第二行按钮，导入“Estradiol.mol2”、“Diethylstilbestrol.mol2”
和“Afimoxifene.mol2”三个分子文件。
图 8. 建立 mdb 格式化合物数据库
31
点击工具栏第二行 下拉选择 Delete Everything 清空工作区。 2. 受体文件准备：
登录 PDB 数据库，下载编号 3ERT 的人雌激素受体文件备用：
图 9. 靶点 pdb 格式数据获取
3. 分子对接： Applicaions > Docking Suite > Dock Ligands … ，打开分子对接“Docking”对
话框：
图 10. 调出分子对接对话框
Filename: 输入“3ERT”；
点击“Define …”按钮，弹出“Surflex-Dock-Define SFXC File”对话框：
>
32
图 11. 调出定义 SFXC 文件对话框
下拉列表选择 PDB 格式，点击“...”浏览按钮，找到已下载的 3ERT.pdb 文
件，OK：
图 12. 选中相应靶点文件
点击“Prepare …”按钮，弹出“Prepare Protein Structure”对话框：
>
图 13. 点出蛋白质准备对话框
33
在“Prepare Protein Structure”对话框下，处理准备受体文件：
第一步，删除水分子：
点击“Remove Substructures …”按钮，弹出“Select Substructures”对话框，
最右侧点击全选按钮，选中所有 HOH 水分子，选中分子以蓝底白字显示，OK，
即可删除所有水分子同时返回“Prepare Protein Structure”对话框：
图 14. 删除水分子
第二步，分析大分子结构，点击“Analyze Selected Structure”按钮分析大分子
结构：
>
图 15. 分析大分子结构
第三步，加氢：
Add Hydrogens > 点击 Add > 弹出“Add Hydrogens”对话框，均采用默认参
数 > OK
34
>
图 16. 加氢
第四步，加电荷：
Add Charges > 点击 Add > 弹出“Load Charges”对话框，相关参数设置如下
（其中配体 Ligand 的电荷应与前期小分子保持一致）：
>
35
>
图 17. 加电荷
第五步，提取复合物晶体中的配体小分子：
Extract Ligand Substructures … >弹出“Select Substructures”对话框，选择中间
Other 栏目（通常非氨基酸残基和水分子以外的所有分子均在此目录下，包括配体
分子和溶剂分子）下的“A/OHT600”分子， OK，弹出提示信息框，OK，即可提
原晶体复合物中的取配体分子同时返回“Prepare Protein Structure”对话框（提取
出的配体分子被自动命名为“3ERT_ligand.mol2”并保存）：
36
图 18. 提取复合物晶体中的配体小分子
注意：对大分子的预处理准备工作上述五步是必须完成的，在“Prepare Protein Structure”对话框下还有修改骨架，修改侧链，修改末端等其他操作，在本
初级教程中不涉及，有兴趣的同学可以通过 Help 菜单下的软件手册 Tripos Bookshelf 自学，在其他各种操作不明白的地方也可以随时通过该菜单求助：
图 19. 调取教程寻求帮助
完成大分子预处理，点击 Return > 返回“Surflex-Dock-Define SFXC File”对
话框。点击 Generate 按钮，定义活性位点，生成 Protomol，完成后工作区活性位
点以灰白色填充，点击 OK，返回“Docking”对话框：
37
图 20. 定义活性位点生成 Protomol
注意：因所选 3ERT 晶体文件中已有配体小分子，前面已经提取出了该配体分
子，所以在这一步“Surflex-Dock-Define SFXC File”对话框下的对接模式 Mode 后默认采用“Ligand”模式对接，即已有配体结合位点，基于原有配体结合位点进行
对接。根据实际情况不同，比如不知具体结合位点，文献中只给出关键作用氨基
酸，也可以选用第三种“Residues”模式进行对接。
选择配体文件来源：
Ligand Source > 下拉列表选择 SYBYL Database > 浏览按钮，找到并选择
“docking”文件夹下的前期准备好的“ligand3.mdb”数据库文件；
Jobname > 输入“DockingRun_3ERT_ligand3”, 其他参数采用默认值，如下所
示：
图 21. 选择配体文件来源
点击 OK，即可开始分子对接运算。
4. 结果文件生成： 分子对接运算完成后，会弹出“Results Browser”对话框，重新打开软件设定
好相同的默认文件夹后也可以从工具菜单中打开该对话框： Applicaions > Docking Suite > Analyze Results …
38
图 22. 调出分析结果对话框
打开“Results Browser”对话框，选中“DockingRun_3ERT_ligand3”打开即可。 View > 下拉列表中选择“1:3ERT_H2.mol2”显示整个大分子； 选择“Estradiol”分子（选中后蓝底白字显示）显示 Estradiol 小分子：
图 23. 分子对接结果显示
双击配体分子上任一原子，选中配体小分子，选中后以绿色小点显示； 选中后 > Edit > Merge > 弹出“Molecule Area”对话框，选中受体分子 3ERT
所在工作区间，此处位于 M2 区（选中后蓝底白字显示）> OK； 三击受体分子上任一原子，选中受体大分子和合并进来的配体小分子复合物，
选中后以绿色小点显示； 选中后 > Edit > Molecule > Name … > 打开“Name Molecule”对话框，输入
“3ERT_Estradiol”> OK，保存获得“3ERT_Estradiol.pdb”文件待用。
39
> 图 24. 合并保存药物-靶点文件
点击工具栏第二行 下拉选择 Delete Everything 清空工作区； 重新选择“ 1:3ERT_H2.mol2 ”显示整个大分子，依次合并保存获得
“3ERT_Diethylstilbestrol.pdb”和“3ERT_Afimoxifene.pdb”两个文件待用。 五．实验结果：
1. 分子对接打分：
表 3. 分子对接打分
药物分子 雌激素受体 药理作用
对接打分
（Total_score）
雌二醇 Estradiol
激动剂 4.2747
己烯雌酚 Diethylstilbestrol
激动剂 7.9950
他莫昔芬 B Afimoxifene
抑制剂 10.1853
请将自己实验过程中的实际对接打分填入上述表格。 药物（Drug）-靶点（Target）结合形成复合物可用以下公式表示：
[D] + [T] ↔ [DT] [D]:游离态药物量；[T]:游离态靶点量；[DT]:结合态药物-靶点量。
𝐾𝐾𝑑𝑑 =[𝐷𝐷][𝑇𝑇][𝐷𝐷𝑇𝑇]
解离常数 Kd大小可以直观反映药物-靶点亲和力大小，Kd值越小，药物-靶点
亲和力越强，结合越紧密。
40
Total_score = lg1𝐾𝐾𝑑𝑑
因此，对接打分 Total_score 越大，药物-靶点亲和力可能越强。
注意：此处仅为计算参考值，实际亲和力大小必须通过实验确认。
从对接打分可以看出，雌激素受体的抑制剂 Afimoxifene 的对接打分明显高于
两个激动剂 Estradiol 和 Diethylstilbestrol。
2. 药物-靶点相互作用图：请参考实验五，通过 Discovery Studio 4.1 Visualizer 软件
作出药物-靶点相互作用图，举例：
图 25. 药物-靶点相互作用图（依次为 Estradiol、Diethylstilbestrol 和 Afimoxifene）
2. 活性位点腔道表面图：请参考实验五，通过 Discovery Studio 4.1 Visualizer 软件
作出活性位点腔道表面图，举例：
图 26. 活性位点腔道表面图（依次为 Estradiol、Diethylstilbestrol 和 Afimoxifene）
注意：不同组实验数据取图可能存在较大差异，请自行完成实验。
六．结果讨论：
请结合对接打分、药物-靶点相互作用图和活性位点腔道表面图分析讨论
Estradiol、Diethylstilbestrol 和 Afimoxifene 三个药物在与雌激素受体相互作用过程
中的异同点（比如氢键的数目与距离，疏水性作用的强弱，立体效应等），主要是
41
哪些差别导致它们与雌激素受体结合的亲和力大小差异？从中可以得到哪些启示？ 举例：
药物-靶点相互作用亲和力的大小是受各种影响因素综合作用的结果，仅从单
一因素分析判断犹如管中窥豹，或似一叶障目。 从药物-靶点相互作用图可以总结出氢键的数目与距离如下：
表 4. 氢键作用
Drug Target
GLU353 ARG394 GLY420 HIS524 Estradiol 1.85Å 1.65Å - 2.46Å
Diethylstilbestrol 1.96Å 2.01Å 1.98Å 2.56Å
Afimoxifene 1.96Å 1.98Å - - New
如果仅从氢键角度考虑，都是雌激素受体激动剂，Diethylstilbestrol 比 Estradiol多一个氢键，亲和力更强，这与对接打分是一致的，但如果再与 Afimoxifene 比较，
又与打分结果相悖，显然仅靠氢键数目与距离难以解释这一现象，说明影响药物与
雌激素受体的主要因素可能是别的因素。 从疏水性作用强弱角度考虑，活性位点腔道表面图显示雌激素受体活性位点口
袋主要由疏水性氨基酸为主，完成以下表格，列出各自参与作用的氨基酸： 表 5. 疏水作用
Drug Target Estradiol
Diethylstilbestrol
Afimoxifene MET343 MET388
New
注意：如果单元格不够可以自行添加 从立体效应的角度考虑，雌激素受体抑制剂 Afimoxifene 与雌激素受体激动剂
Estradiol 和 Diethylstilbestrol 的主要区别在于下图中红色显示基团与 S 口袋的结
合，Estradiol 和 Diethylstilbestrol 在这里均无相应的取代基与之结合，这可能是导
致它们与雌激素受体结合亲和力差异较大的主要原因。试比较这部分的相互作用的
不同，从表 3 中指出哪些氨基酸参与 S 口袋的形成和作用。
42
H
OH
H HHO HO
OH
HO
O
N
请灵活运用 SYBYL 和 Discovery Studio 4.1 Visualizer 软件，仔细观察分析药物
-靶点相互作用，完成结果讨论中相关内容。 七．参考文献：
[1] N. Scoring noncovalent protein-ligand interactions: A continuous differentiable function tuned to compute binding affinities[J]. Journal of Computer-Aided Molecular Design, 1996, 10(5):427-440.
[2] Shiau A K, Barstad D, Loria P M, et al. The Structural Basis of Estrogen Receptor/Coactivator Recognition and the Antagonism of This Interaction by Tamoxifen[J]. Cell, 1998, 95(7):927-37.
八．附录说明：
1. 每次重新启动 SYBYL 都需要重新设置默认文件目录；
2. 完成一项任务后都可以点击工具栏第二行 下拉选择 Delete Everything 清空
工作区以避免干扰下一步操作。
九．思考题：
43
根据上述雌激素受体调节剂的分子对接结果，为了设计心新的雌激素受体抑制
剂分子，参考 Diethylstilbestrol 和 Afimoxifene 的结构式设计了新的结构：
新化合物命名为“New”，为了考查新化合物 New 是否具有更好的雌激素受体亲
和力，请完成以下操作：
1. 通过 ChemBioDraw 软件画出化合物 New 的结构式，再通过 ChemBio3D 软件将
其转换成 New.mol2 文件；
2. 通过 SYBYL 软件对 New.mol2 文件进行加电荷、能量优化和重命名等操作，最
后将处理后的化合物 New 加入到“ligand3.mdb”数据库文件中（注意此处不是
简单的粘贴复制操作）；
3. 重新完成新化合物库与 3ERT的分子对接，将结果信息中的相关内容填入表 4和
表 5，完成化合物 New 的药物-靶点相互作用图和活性位点腔道表面图并在此基
础上加以讨论。
4. 通过上述实验，你觉得新化合物 New 是否达到设计目的？能否进行实体实验？
5. 请参考附件中 Autodock 软件教程重新完成该分子对接实验（选做）。
十．报告要求：
与实验六相同。
44
第三部分 综合一体化实验
（13号楼 1、4、6楼/16号楼 2楼）
45
实验八 伊马替尼的合成与作用机制分析
一．实验背景：
由真实事件改编电影《我不是药神》于 2018 年 7 月 5 日上映，探讨了种种现
实中的矛盾与困境。李克强总理也就电影引发舆论热议作出批示，要求有关部门加
快落实抗癌药降价保供等相关措施。
图 1. 电影《我不是药神》海报
片中神药“格列宁”即为现实中诺华公司生产的慢性粒细胞白血病治疗靶向治
疗药物“格列卫”，有关格列卫的前世今生在此不作详细介绍，其详细发现历程可
以搜索网文“射杀狼人的银弹：格列卫诞生背后的故事精彩到你头皮发麻（作者：
魔都囡，发表日期：2018 年 7 月 8 日）”，文中详细介绍了该药从理论基础到成药
的详细过程，文章后面留言中点赞最多的一条评论写道： “问：为什么一片成本
才 5 美分的药要卖 500 美元？答：因为那是第二片。第一片的成本是 50 亿美元和
足足 130 年。”
图 2. 甲磺酸伊马替尼片
46
希望各位同学通过本实验了解药物研发过程中的艰辛和重大现实意义，再次领
会我们所从事的是“健康所系，性命相托”的医药卫生行业，夯实基础，砥砺前行，
为我国的医药发展作出自已应有的贡献。
二．实验目的：
1. 了解药物开发的前期基本过程和成本分析；
2. 了解替尼类靶向药物的作用机理。
三．实验原理：
本综合一体化实验主要包括伊马替尼的合成与结构确认和替尼类药物虚拟仿真
分子模拟两大部分组成。
1. 伊马替尼的合成：
HNN
HOOC
Cl+
HOOC
NN
或者
HOOC
NN
HON
OH +
COOH
H2N
Ni
HOOC
NN
SOCl2 NNCl
O
N
NHN
N
NH2
+N
NN
NHN
N
HN
O
NN
Cl
O
图 3. 伊马替尼的合成 2. 伊马替尼的作用机制：
BCR-ABL1融合基因是慢性髓系细胞白血病发病机制的必要条件。在高达 95%的病例中，t（9；22）（q34；q11）染色体易位会导致 BCR-ABL1 融合基因。该易
位发生在费城染色体（Ph）上。
47
图 4. 费城染色体突变（来源于维基百科）
ABL1 是一种酪氨酸激酶；在正常细胞中，它在细胞分化和细胞周期调控方面
发挥重要作用。BCR-ABL1 融合基因导致酪氨酸激酶的组成性激活，从而导致不受
控制的细胞增殖。
伊马替尼是第一代 ABL酪氨酸激酶抑制剂，2001 年被 FDA 批准用于慢性粒细
胞白血病患者，在体内外均可在细胞水平上抑制 Bcr-Ab1 酪氨酸激酶，能选择性抑
制 Bcr-Ab1阳性细胞系细胞、费城染色体阳性(Ph+)的慢性髓性白血病(CML)和急性
淋巴细胞白血病患者的新鲜细胞的增殖和诱导其凋亡。
本实验将参照前面的实验方法，通过虚拟仿真分子模拟的手段分析比较伊马替
尼类药物的作用机制。
四．实验方法：
1. 伊马替尼的合成：
48
本实验采用图 3 所示合成路线进行伊马替尼的合成，主要用到的原料试剂如表
1 所示：
表 1. 可能用到的试剂
编
号
名称 结构式 CAS 编号 分子
量
规格成本
（参考）
A N-(5-氨基-2-
甲基苯基)-4-
(3-吡啶基)-2-
氨基嘧啶
N
NHN
N
NH2
152460-10-1 277.32 200/1g
B 4-氯甲基苯
甲酸 HOOC
Cl
1642-81-5 170.59 140/25g
C N-甲基哌嗪 HN
N
109-01-3 100.16 128/100mL
D 吡啶
N
110-86-1 79.10 100/500mL
E 三乙胺 N
121-44-8 101.19 100/500mL
F 二氯甲烷 CH2Cl2 75-09-2 84.93
G 4-(4-甲基哌
嗪-1-基甲基)
苯甲酸
HOOC
NN
106261-48-7 234.29 236/1g
H N-甲基二乙
醇胺 HO
NOH
105-59-9 119.16 193/1000g
49
I COOH
H2N
56-91-7 151.16
第一步，中间体 4-(4-甲基哌嗪-1-基甲基)苯甲酸的合成：将 4-氯甲基苯甲酸
(8.5 g，49.8 mmol)和 4-甲基哌嗪(22.5 g，225 mmol)溶解于乙醇(100 mL)中，加热
回流 16 h，冷至室温，浓缩，残留物中加入乙酸乙酯(100 mL)，用 3 mol/L NaOH 溶液(100 mL)洗涤，水层用乙酸乙酯(50 mL)萃取，合并有机层，饱和食盐水(50 mL)洗涤，有机层搅拌下加浓盐酸至 pH 为 1，有白色固体析出，过滤，烘干得白
色固体 14.4 g，计算收率。
第二步，中间体4-(4-甲基哌嗪-1-基甲基)苯甲酰氯的合成：4-(4-甲基哌嗪-1-基甲基)苯甲酸(9.2 g，30 mmol)的四氢呋喃(THF)(50 mL)悬浮液中，加入二氯亚砜
(2.8 mL，39 mmol)及吡啶(1 滴)，加热回流0.5 h，浓缩，得白色固体粉末，无需纯
化，可直接投入下一步反应。
第三步，伊马替尼的合成：N-(5-氨基-2-甲基苯基)-4-(3-吡啶基)-2-氨基嘧啶的
二氯甲烷(250 mL)溶液中，加入三乙胺(18 mL，125 mmol)，于 5~10 ℃下慢慢滴加
3(9.9 g，30 mmol)的 THF(50 mL)溶液，自然升至室温，继续反应 5 h，反应液依次
用水(100 mL)、10% NaOH 溶液(50 mL×2)及饱和 NaCl 溶液(100 mL)洗涤，二氯甲
烷层用无水硫酸钠干燥，过滤、浓缩，残留物中加入乙醇(100 mL)，室温下搅拌
0.5 h，继续在 5 ℃下搅拌 0.5 h，过滤，乙醇洗涤，所得粗品溶解于 DMSO(20 mL)中，于 50 ℃下经活性碳脱色 0.5 h，趁热过滤，滤液中慢慢加入乙醇(200 mL)，冷
却至 5 ℃搅拌 0.5 h，过滤，少量乙醇洗涤，40 ℃真空干燥得白色固体。
2. 结构确认：
称取合成得到的样品 1 mg，，用流动相定量稀释制成每 1 mL中约含 0.1 mg 的
溶液，作为 HPLC 供试品溶液。另取样品 5 mg，以标准核磁管盛装，d-DMSO 溶
解，作为核磁共振供试品溶液。
以 HPLC、核磁共振分析供试品，参考数据：
HPLC：色谱柱 Kiomnsil C18 柱(4.6 mm×250 mm，5 μm)，流动相为甲醇-0.1 mol·L 1 乙酸铵
(65∶35)，流速 1 mL·min 1，检测波长 252 nm，柱温 25 ℃]；ESI-MS m/z：499.4[M+H]+；
1H-NMR(DMSO-d6)：δ=2.19(s，3H，ArCH3)，2.35(s，3H，NCH3)，2.51~2.56(m，8H，
piperazine-H)，3.56 (s，2H，ArCH2N)，6.90(s，1H，thiazole-H)，7.24~7.30(m，2H，Ar-H)，7.37~7.40(m，2H，Ar-H)，7.46~7.49(m，2H，Ar-H)，7.80~7.84(m，2H，Ar-H)，8.01~8.03(m，
1H，Ar-H)，8.17~8.24(m，2H，Ar-H)，8.55(br，1H，CONH)，9.12(s，1H，pyridine-H)；Anal. Calcd for C28H30N6OS(%)：C 67.44，H 6.06，N 16.85；found：C 67.31，H 6.27，N 16.92。
3. 替尼类药物作用模式比较：
50
表 2. 替尼类药物作用模式比较
药物 结构式 PDB
形成氢
键氨基
酸及距
离（Å）
氢
键
个
数
Imatinib N
NHN
N
HN
O
NN
2HYY
Dasatinib N N
HN N
NOH
S
NNH
O
Cl
2GQG
Nilotinib NH
O
CF3
N
N
HNN
N
N
3CS9
Bosutinib N
OO N
N
HN
NCO
Cl
Cl
3UE4
Ponatinib NH
O
CF3N
NN
NN
3OY3
Bafetinib NH
O
CF3
HNN
N
N
NN N
2E2B
从 PDB 数据库下载对应晶体复合物结构数据，通过 Discovery Studio 4.1 Visualizer 软件处理观察各自作用模式，分析统计各自氢键数目与距离，分别填入
51
表 2 中，再通过查找文献了解替尼类药物的发展历史，在此基础上分析比较后期替
尼类药物作用模式与初代 Imatinib的差异。
五．实验结果：
1. 计算收率：
请根据实际产量计算收率，并根据表 1 中所列价格以及实际原料用料比例和用
量计算每克伊马替尼原料药的小试合成成本；按标准格式整理液相和核磁数据。
3. 作用机制：
请通过 Discovery Studio 4.1 Visualizer 软件分析处理各自药物-靶点共结晶复合
物数据，根据自己讨论需要作图，比较六种药物与靶点结合模式的异同。
六．结果讨论：
举例：
图 5. Imatinib 与 Ponatinib作用机制简图
52
七．参考文献：
[1] Deininger MW, Druker BJ: Specific targeted therapy of chronic myelogenous leukemia with imatinib. Pharmacol Rev. 2003 Sep;55(3):401-23. [2] Vigneri P, Wang JY: Induction of apoptosis in chronic myelogenous leukemia cells through nuclear entrapment of BCR-ABL tyrosine kinase. Nat Med. 2001 Feb;7(2):228-34. [3] Droogendijk HJ, Kluin-Nelemans HJ, van Doormaal JJ, Oranje AP, van de Loosdrecht AA, van Daele PL: Imatinib mesylate in the treatment of systemic mastocytosis: a phase II trial. Cancer. 2006 Jul 15;107(2):345-51. [4] Lassila M, Allen TJ, Cao Z, Thallas V, Jandeleit-Dahm KA, Candido R, Cooper ME: Imatinib attenuates diabetes-associated atherosclerosis. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2004 May;24(5):935-42. Epub 2004 Feb 26. [5] Reeves PM, Bommarius B, Lebeis S, McNulty S, Christensen J, Swimm A, Chahroudi A, Chavan R, Feinberg MB, Veach D, Bornmann W, Sherman M, Kalman D: Disabling poxvirus pathogenesis by inhibition of Abl-family tyrosine kinases. Nat Med. 2005 Jul;11(7):731-9.
八．附录说明：
1. 每个大组 10 人（可以略多但不能少）完成一组完整实验，大组下分小组分工合
作，合成 4 人 ，分析 3 人，作用机制比较 3 人，实验完成后共同完成实验报告。
九．思考题：
1. 伊马替尼合成每步收率和总收率各是多少？合成成本是多少？
2. 什么是“两票制”？
3. 试分析讨论我国抗癌药物药价较高的原因是什么？
53
附件（Autodock 软件教程）
设置默认路径为工作路径
从文件或网络数据库载入受体蛋白文件
54
删除文件中的水分子给受体蛋白加氢加电荷
55
56
将处理好的蛋白文件保存
打开要对接的小分子文件
57
将蛋白质分子隐藏
58
处理小分子
59
将小分子文件保存为 PDBQT 格式 隐藏小分子文件显示蛋白质文件
60
点击 select>select from string 选中蛋白质中的小分子
点击 select>Add selection to Dashboard 改变选中基团的显示方式
61
点击 Grid>Grid Box 将盒子大小和坐标调整到适当为止
保存盒子
62
将受体蛋白中的小分子删掉
63
点击 Grid>Micromolecule>Choose 选择蛋白分子
64
确认盒子坐标后选择 Save GP
65
点击 Docking>Micromolecule>Set Rigid Filename
选择蛋白文件
66
选择 Ligand
67
68
69
