乙酰羟酸合成酶(简称AHAS)是植物体内支链氨基酸合成的关键酶,针对该酶成功开发的除草剂往往具有超高效、低毒、低残留以及高选择性等特点,也正因如此,其也成为了除草剂研发领域的重要靶标之一。上世纪七十年代末杜邦公司针对该靶标成功开发出第一类磺酰脲类除草剂,标志着除草剂进入到全新时代。经过近三十年的高速发展,至今已开发的AHAS抑制剂结构类型已达十多类,近百个品种。然而由于长期的不合理使用,针对这一靶标的抑制剂也面临着严重的抗性问题,文献报道已有多个结构类型的该靶标抑制剂表现出严重抗性,其中部分药物甚至对抗性杂草完全失活。这一现象不仅预示着该商品化抑制剂的“死亡”,同时也严重制约了针对该靶标抑制剂的开发。针对这一现象,我们希望能够针对这一靶标,设计和合成结构全新且兼具反抗性的AHAS抑制剂,并且从中能够筛选到同时对野生型和突变型杂草都具有较高防效的抑制剂小分子,为最终解决其抗性问题做出一些贡献。通过文献调研和课题组前期工作,我们发现其抗性产生的主要原因是由于酶活性腔内关键氨基酸残基发生突变,导致小分子与酶结合紧密程度下降,从而活性降低。已出现的抗性杂草其酶活性腔内主要有7个氨基酸位点中的一个或多个被取代,这些位点在拟南芥中的编号分别为Alal22、Pro197、Ala205、Asp376、Trp574、Ser653、Gly654。其中以Pro197和Trp574两个氨基酸残基的突变抗性问题最为严重。同时我们也发现1.该类靶标抑制剂分子结构中两个芳环部分之间如用氧桥相连,其抗性产生相对产生较弱；2.氧桥的邻位具有一个酯基或者羧基能明显提高其活性；3.羧基的邻位连有一个苯环,有利于化合物对W574L突变型AHAS抑制活性的提高。基于以上几点：1.针对Pro197和Trp574突变位点设计合成了三大类六个系列108个含氧桥结构新型AHAS抑制剂,多数化合物在酶水平上同时对野生型和突变型AHAS表现出较好的抑制活性,表现出一定的反抗性。如2-芳氧基-1,2,4-三唑并嘧啶类衍生物(Ⅲ4,Ⅲ-5)中多数化合物能够同时对野生型和W574L突变型AHAS表现出较高抑制活性,其中Y10058对野生型和W574L突变型AHAS的Ki值分别达到3.21±0.98x 10-6 M和3.46+0.52×10-6 M,具有进一步研究价值,这一结果也为其抗性问题的最终解决打下基础。2.合成的2-芳氧基-4,6-二甲氧基嘧啶类衍生物,在酶水平上对拟南芥野生型、W574L突变型以及P197L突变型三种AHAS均表现出较高的活性。同时其对播娘蒿(敏感)、播娘蒿抗性1(K)、播娘蒿抗性2(GK)、耳叶水苋(抗性)、碎米莎草等杂草在活体水平上也表现出优异的除草活性,具有进一步的研究价值。特别是化合物Y11149在1/64 g a.i./亩的超低剂量下对抗性杂草仍能表现出较高的除草活性,大大优于对照商品化药剂阔草清。3.利用微波辅助Suzuki偶联反应来快速高效的构建三类苯甲酸类衍生物前体,它们只需经过简单的一步脱保护便能顺利得到所需的关键中间体6位取代苯甲酸类衍生物。该合成方法的成功应用,不仅使得该类型化合物的合成效率大大提高,同时也为后续快速高效构建结构多样性抑制剂小分子打下基础。4.初步总结了三大类化合物的结构与活性关系,为进一步针对该靶标寻找和发现高活性同时具有反抗性的农药候选分子提供了重要的借鉴。