CN105899511B - 三环促旋酶抑制剂 - Google Patents

Abstract

本文公开了具有式I结构的化合物及其药学上合适的盐、酯和前体药物，其可用作抗菌有效的三环促旋酶抑制剂。还涉及相关的药物组合物、用途和制备所述化合物的方法。

Description

三环促旋酶抑制剂

背景

领域

本公开涉及药物化学领域，且特别涉及可用作抗生素的化合物及其药物组合物。具体地，三环促旋酶化合物抑制DNA促旋酶 B (GyrB)和拓扑异构酶IV (ParE)酶。还涉及治疗细菌感染的相关方法和使用新颖的中间体制造所述化合物的方法。

相关技术描述

细菌感染造成持续的医学问题，这是因为抗菌药物最终引起它们所用于的细菌中的耐药性。因此，存在对于用于细菌感染的治疗和预防中的具有抗病原细菌效力的新药物的需求。

抗菌药物的开发的一个靶标是DNA复制所必需的DNA 促旋酶 B (GyrB)和拓扑异构酶 IV (ParE)酶。促旋酶抑制剂已经公开于 RE40,245中，特此通过引用将其全部内容并入。

一些促旋酶抑制剂具有抑制编码被称作hERG通道的离子通道蛋白的果蝇相关基因(ether-à-go-go-related gene)(hERG)的趋势，且可导致由心肌细胞动作电位的复极化紊乱造成的潜在致命的心律失常的较大风险(作为副作用)。

已经在Wigley, D.B.等, Nature, 351(6328), 624-629, 1991中详细表征了GyrB酶促口袋(enzymatic pocket)。还参见Tsai FT, 等, The high-resolution crystal structure of a 24-kDa gyraseB fragment from E. colicomplexed with one of the most potent coumarin inhibitors, clorobiocin, Proteins. 1997 年5月; 28(1):41-52。

已经在Bellon, S.等，Crystal structures of Escherichia colitopoisomerase IV ParE subunit (24 and 43 kilodaltons): a single residue dictates differences in novobiocin potency againsttopoisomerase IV and DNA gyrase, Antimicrob. Agents Chemother. 48: 1856-1864 (2004)中详细表征ParE酶促口袋。特此将这些参考文献通过引用以其全部内容并入。

相比之下，冠名Hurley等人作为发明人的专利出版物涉及蛋白激酶抑制剂，其可用于蛋白激酶介导的疾病和病状，例如癌症。参见例如US 2008/0051414、US 2009/0143399和US 2009/0099165。

PCT/US2012/029104、US Prov. Pat. Appl. 61/700,159和要求US Prov. Pat.Appl. 61/700,159 的优先权的PCT申请(WO 2014/043272)(其被许可或指定给与本申请相同的受让人)公开了三环促旋酶抑制剂，且通过引用将其全部内容并入本文中。

发明概述

式I的三环促旋酶化合物抑制DNA促旋酶B(GyrB)和拓扑异构酶 IV (ParE)酶。

也涉及了使用所述化合物治疗抗菌感染的方法和制造所述化合物的方法。

在下文中更为详细地阐述这些和其它的相关方面。

发明详述

PCT/US2012/029104、US Prov. Pat. Appl. 61/700,159和要求其优先权的PCT申请(WO 2014/043272)中的化合物有效地抑制GyrB和ParE受体，且具有强革兰氏阴性活性(Gram-negative activity)。在一些方面中，在本文中不包括任何之前在PCT/US2012/029104或US Prov. Pat. Appl. 61/700,159或要求US Prov. Pat. Appl. 61/700,159的优先权的PCT申请(WO 2014/043272)中公开的种类的三环促旋酶抑制剂化合物。革兰氏阴性抗菌活性的一个方面是化合物渗入革兰氏阴性细胞壁并然后避免快速流出的能力。在PCT/US2012/029104、US 61/700,159 和要求其优先权的PCT申请(WO 2014/043272)中，最有效力和活性的化合物含有碱性胺，例如式I的R⁴位置处的带电二胺，并因此被认为对于革兰氏阴性活性而言是特别有利的。这些R⁴二胺化合物具有在生理pH下通常带电的碱性胺。该带电的分子是小的且为极性的，且不被理论所束缚，认为该分子能够通过经由孔蛋白(porin)进入来渗入革兰氏阴性细胞。所述分子还以与小(2-5%)部分的中性物质平衡的形式存在，不被理论所束缚，认为所述中性物质渗入内膜。一旦在胞液中，所述化合物主要作为极性带电分子存在且与中性分子（例如在R⁴位置处具有非碱性醇的化合物）相比不大可能受排出泵的影响。例如，在要求US Prov. Pat. Appl. 61/700,159的优先权的PCT申请(WO 2014/043272)中公开的化合物种类，例如

在R⁴位置处具有非碱性醇，但相比于最为活性的碱性胺化合物其具有相对低的革兰氏阴性活性。上文鉴定的三种化合物的Ec(大肠杆菌（E. coli）)MIC分别为>64 μg/mL；8μg/mL;和>32 μg/mL。不被理论所束缚，据信a)硫L连接基(linker)和b)具有R² 基团的两个稠环的10元杂芳基可能使得所述化合物难以通过革兰氏阴性细胞壁中的孔蛋白。

如果具有革兰氏阴性活性的有效力的化合物还避免由脱靶结合(off-targetbinding)造成的严重的副作用，则是有利的。心血管副作用是药物失效的主要原因。对hERG(人类果蝇相关基因)的抑制被用作预见性的体外酶促筛选(enzymatic screen)以剔除具有心血管副作用（尤其是QTc间期的延长）的化合物(Valentin, J. British Journal of Pharmacology 2010, 159, 5-11)。如果化合物避免了不希望的hERG通道抑制的副作用，则对技术而言是有益的。在要求US Prov. Pat. Appl. 61/700,159的优先权的PCT申请(WO2014/043272)中，发现在R⁴位置处具有二胺的特定的化合物预料不到地和显著地在hERG测定中比许多其它所测试的在R⁴位置处具有二胺的化合物更具选择性，同时保留了革兰氏阴性活性。这些种类的化合物，即和在Y和Z位置两者均具有CF且在R²上具有羟乙基取代基。然而，对于这些具有阳性hERG结果的种类而言，发现在某种程度上类似的化合物(CF在Y和Z位置上，且羟乙基取代基在R²上)中在R⁴位置用中性醇代替碱性胺导致类似的阳性hERG结果，但革兰氏阴性活性减弱。如果化合物可以具有阳性hERG值和保留革兰氏阴性活性的话，将会是有利的。

此外，除了上述的具有革兰氏阴性活性并避免不希望的hERG通道抑制的副作用之外，如果化合物可以口服给药的话，在技术中还将是有利的。然而，许多抗生素限于静脉内给药，这是因为它们缺乏促进口服吸收的穿过小肠粘膜的能力。许多因素影响口服吸收，以及因此影响口服生物利用度。一些因素与分子特性，例如溶解度、溶出和渗透性有关，这是公知的。然而，其它分子特性，例如分子柔顺性、可旋转键的数目或极性表面积则不太被充分了解。不被理论所束缚，据信这些分子特性的组合赋予化合物口服生物利用度。难以预测分子特性的哪种组合将产生具有口服生物利用度的化合物，因此实证检验(empiricaltesting)对于确定生物利用度是有用的。

为了实现这些目标，在ABC环上的各个R基团处探索化学多样性。溶剂暴露的R基团，即R²和R⁴为化学多样性提供了最佳机会，使得当处于结合构象(bound conformation)以与GyrB和PyrE活性位点口袋相互作用时其余基团位于蛋白质的内部。

完全预料不到的是，在一些方面，本文的化合物可同时地：1）有效地抑制 GyrB和ParE并保留革兰氏阴性活性；和2）避免不希望的hERG通道抑制的副作用；和进一步地，在一些方面，提供优异的口服生物利用度。

可通过各种方法评估口服生物利用度，所述方法例如为测量Caco-2细胞单层渗透性，和通过计算来自口服给药的AUC与来自静脉内给药的AUC的比率来测量药代动力学特性。两种方法均用于评估本文的如在实施例8-9中所例示的化合物。在一些方面，本文的化合物在所测试的全部化合物中显示出最高的膜(Caco-2细胞单层)渗透性。Caco-2细胞系是异质人上皮结肠直肠腺癌细胞的传代细胞，当在特定条件下培养时所述细胞变为经分化和极化的，使得它们的表型在形态上和功能上类似于作为小肠内衬的肠细胞。因此，在整个制药工业中Caco-2单层被广泛地用作人小肠粘膜的体外模型，以预测口服给药的药物的吸收。

下文详细说明式I的化合物的某些方面。在上面的式I中，ABC环上的变量，即L、R²、R⁴、R⁸、X、Y和Z的方面已经在 PCT/US2012/029104和US Prov. Pat. Appl. 61/700,159或在要求US Prov. Pat. Appl. 61/700,159的优先权的PCT申请(WO 2014/043272)中详细讨论过了，且将相关的方面，例如化合物与GryB 和ParE的相互作用通过引用并入本文。

如本文使用的，术语“芳基”是指任选取代的单环和稠合双环烃基基团。在该定义中包括具有在整个环体系内的电子分布方面的芳香性特征的任何单环或稠环双环体系。通常，环体系包含5-12个环成员原子。“杂芳基”是指任选取代的芳族单环和稠合双环杂环，其包含选自N、O 和S的一个或多个杂原子。对杂原子的包含允许包括5元环以及6元环。

如本文使用的，术语“烷基”包括直链和支链和环状一价取代基。实例包括甲基、乙基、丙基、异丙基和环丙基。当指明时，烷基取代基可包含1-10C（1至10个碳原子），例如1-3C、1-6C或1-8C。

如本文使用的，“烃基残基”是指仅包含碳和氢的残基。烃基残基可为饱和或不饱和、脂族或芳族、直链、支链或环状烃基（包括单环、稠环体系、桥环体系或螺环体系）或烃基的组合。然而当这样陈述时，烃基残基可包含除取代基残基的碳和氢成员之外的杂原子。因此，当具体指出包含此类杂原子时，烃基残基也可在烃基残基的“骨架”内包含杂原子例如O、S或N。烃基可包括烃基的组合，其包含基团例如杂环基团，所述杂环基团连接至包含支链烷基和环烷基的组合的杂烷基。

如本文使用的，“环状残基”是指环状烃基残基，其仅包含碳和氢。然而当如此陈述时，环状残基可包含除取代基残基的碳和氢成员以外的杂原子。因此，当具体指出包含此类杂原子时，杂环残基也可在环状残基的“骨架”内包含杂原子例如O、S 或N。在一些方面，当如此陈述时，环状残基是脂环族或杂脂环族残基。饱和脂环族或饱和杂脂环族残基是指在每个环成员之间包含饱和键的环。

如本文使用的，“不饱和环状残基”是指至少部分不饱和的或芳族环状烃基残基，其仅包含碳和氢。然而当这样陈述时，不饱和环状残基可包含除取代基残基的碳和氢成员之外的杂原子。因此，当具体指出包含此类杂原子时，不饱和杂环残基也可在不饱和环状残基的“骨架”内包含杂原子例如O、S 或N。

术语“成员”或“元”在杂环基团和杂芳基的语境中是指成环的总的原子-碳和杂原子N、O和/或S。因此，6元饱和环杂脂族环的实例是哌啶，且6元杂芳环的实例吡啶。当然，“成员”或“元”也指不含杂原子或不含环的基团中的碳原子数目。

结合构象是指三环促旋酶化合物在其结合至酶内部的GyrB/ParE活性位点口袋时将会采取的构象（即原子的空间排列）。在使用时，所述化合物可与活性位点口袋相互作用并抑制ATP酶活性。当化合物结合至GyrB/ParE活性位点口袋时，一些取代基与某些氨基酸相互作用并因此取代基围绕键自由旋转的能力受到限制。因此，可进行更有用的测量以确定与确定合适的取代基的尺寸相关的距离。当指明时，测量是基于在假设结合至GyrB/ParE活性位点口袋时取代基在化合物上的相对位置。关于化合物提及结合构象不应按照字面解释为涵盖与所述化合物组合的GyrB/ParE活性位点口袋。结合构象经由对源自三维结构的测量来表征，所述三维结构来自与蛋白质构建体络合的抑制剂的X射线晶体学数据，所述蛋白质构建体通常涵盖一种或多种代表性的细菌的GyrB或ParE同源体的24或46 kDa ATP结合结构域。鉴于大部分目标病原生物体中的GyrB 和ParE酶之间的高度的序列一致性，源自来自具有临床相关性的任何病原体的蛋白质同源体的结构信息应当足以描述结合构象。简而言之，使用以下方法生成晶体学结构：在标准的大肠杆菌表达体系中生成目标蛋白质(例如粪肠球菌GyrB，大肠杆菌GyrB，土拉弗朗西斯菌(F. tularensis)ParE或大肠杆菌ParE)。将开放读码框(open reading frame)克隆至表达质粒(例如pET28a)中，并表达在适当的大肠杆菌表达菌株(例如，BL21 (DE3))中。对于晶体学，用C(His)₆标签克隆24 kDa和46 kDa ATP结合结构域以协助通过金属亲和层析来纯化。该稳健的层析步骤通常产生大于80%的纯蛋白质。视需要进行精细纯化(polishing)步骤(包括离子交换和尺寸排阻层析(size exclusion chromatography))，直到达到令人满意的(>95%)纯度。一旦可获得纯化的蛋白质，则通过将化学计量过量的目标抑制剂与重组蛋白质靶标(recombinant proteintarget)在溶液中混合并使用已经建立的结晶方法(典型地为蒸气扩散，如Drenth J.(1999)In Principles of protein x-ray crystallography. 2^nd ed. Springer, NewYork中描述的)结晶络合物来生成GyrB或ParE和目标抑制剂分子的络合物。一旦结晶，则使用由旋转阳极或同步加速器辐射源生成的单色X射线对蛋白质-抑制剂络合物的单晶收集X射线衍射数据。使用已经完善建立的计算方法(在Drenth J. (1999)In Principles ofprotein x-ray crystallography. 2^nd ed. Springer, New York中综述)来进行X射线数据的处理、分析和后续的结构解析和精修。

与GyrB/ParE活性位点口袋相互作用的化合物上的相互作用取代基包括当所述化合物处于结合构象时将位于蛋白质内部的那些取代基。相互作用取代基的相互作用通常包括疏水相互作用(其有利于抑制剂的亲脂表面和活性部位口袋的并置(apposition))和静电相互作用，例如化合物上的原子和GyrB/ParE活性位点口袋中的原子之间的范德华力、偶极-偶极力、库伦相互作用或氢键合。例如，R⁸、R^X、R^Y和R^Z 与蛋白质内部的多个部分相互作用。如果R⁸、R^X、R^Y或R^Z是NH₂或NHR (其中R是例如小的烷基)，则氮上的一个或多个H原子可与最接近地位于所述化合物可与其结合的GyrB/ParE活性位点口袋中的电负性原子（例如氮或氧）相互作用。当R⁸、R^X、R^Y和R^Z为非极性(例如甲基)时，相互作用取代基也可与蛋白质内部的原子经由范德华力相互作用而发生静电相互作用，且使活性位点口袋中的互补亲脂表面去溶化以形成有利的疏水相互作用。此外，在一些方面中，活性部位的形状和尺寸可对化合物的取代基的尺寸加以限制，所述取代基将在空间上与活性位点口袋相容。

当指明时，可提供取代基的尺寸，且所述取代基的尺寸与所述口袋的尺寸相关联，其中所述化合物在处于结合构象时将位于所述口袋中。例如，可基于取代基的从三环骨架上的原子至位于最远离三环骨架处的取代基原子（即末端原子）的距离来给出取代基的长度。基于三环骨架上的第一个原子（例如C）的中心至末端原子的中心来测量距离。以直线点对点地测量该距离，而不论取代基中的键不是成直线对齐的事实，例如乙基或OH取代基。

本文的化合物具有式I的结构：

或其药学上合适的盐、酯和前体药物。

L可为O、S、NH或CH₂；

X可为CH且R⁸可为NHCH₃。

在一些方面中，R⁸可为含有前体药物的取代基，其中所述前体药物被裂解以形成具有对于从三环骨架碳至活性位点口袋的长度而言合适的尺寸（基于上述的晶体学数据）的化合物。在下文更详细地描述这些前体药物，尤其例如式II。

当Z 不与R⁴接合以形成稠环时，Y和Z中的每个可分别独立地为CR^Y或CR^Z或N，其中R^Y和R^Z中的每个各自独立地为H、卤素（例如F、Cl或Br）、CH₃、CF₃、CHF₂、CH₂F或CN。

在一些方面中， Z可为连接至R⁴的C。尽管不被理论所束缚，效能和/或选择性可能增加，这是因为当Z与R⁴接合形成稠环时构象熵被降低了。当Z与R⁴接合形成稠环时，Y可为N或CR^Y，其中R^Y 是H、卤素（例如F、Cl或Br）、CH₃、CF₃、CHF₂、CH₂F或CN。

当Z与R⁴接合或不与R⁴接合形成稠环时，CR^Y 可为CH或CF，例如CF。当Z 不与R⁴接合形成稠环时，CR^Z 可为 CF或CH，例如 CH。

在一些方面中，Z可为连接至R⁴的C， 其中化合物具有式VI的结构：

R^4l可为CR¹⁰、CR¹⁰CR¹¹、NR¹²、O或S。R^4m可为CR¹⁰、CR¹⁰CR¹¹或NR¹²。R⁴ⁿ可为 CR¹⁰、CR¹⁰CR¹¹、NR¹²、O或S。R¹⁰、R¹¹和R¹²中的每个独立地为H或无干扰取代基（noninterferingsubstituent），其中R¹⁰、R¹¹和R¹²中的至少一个为含OH的取代基。含OH的取代基可为OH或被至少一个–OH，例如一个或两个–OH取代的C1-C5 烃基残基，其中C1-C5 烃基残基可含有0-2个，例如0-1个选自O或S的杂原子。R¹⁰、R¹¹和R¹² 可为无干扰取代基，例如H、任选被CN或OH取代的C1-C5烷基。当R^4l、R^4m、R⁴ⁿ、R^4o是N，且包含含OH的取代基时，在一些方面中，C1-C5烷基例如C2烷基，将含OH取代基上的N和-OH分开。两个相邻的R^4l、R^4m和R⁴ⁿ一起可形成稠环，例如D环中的C或N可与R¹⁰、R¹¹和R¹²中的两个形成环。在一些方面中，R¹⁰、R¹¹和/或R¹²不包含N，例如伯胺或仲胺。在一些方面中，R^4l、R^4m、R⁴ⁿ 和R^4o均不包含如本文所讨论的碱性胺。

R^4o可为a)键，其中形成了7元D环，其中R⁴ⁿ可为CH、CH₂、S、NH、O、CHF或CF₂；或b)D环骨架中的1元连接基（1 member link），其中形成了8元D环，其中所述1元连接基可为 CH、CH₂、S、NH、O、CHF或CF₂。如之前所讨论的，成员为C、O、S或N环成员，例如 CH、CH₂、CHF或CF₂、NH、O或S。

在一些方面中，R^4l是O、CH₂或CHOH。在一些方面中，R^4m是CHOH、CH(CH₂)₂OH或CHCH(OH)CH₂OH。在一些方面中，R⁴ⁿ 是CH₂。在一些方面中，R^4o是键。

R^4l和R^4m上的两个相邻的无干扰取代基可形成一个或多个稠环。虚线表示当两个相邻的R^4l、R^4m和R⁴ⁿ是CR¹⁰且R^4o是R^4o是CH或N时任选的双键。因此，在一些方面中，式VI 可具有式VIa的结构：

。

点线表示形成稠环E的R^4l和R^4m上的取代基，所述稠环E可任选地被无干扰取代基取代。

在一些方面中，连接R^4l和R^4m的E环的部分为在R^4l和R^4m处连接至D环的包含 0-5个O或S的C1-C10 烃基残基，所述烃基残基任选地被OH、CN、=O、=NOH、=NOCH₃、Br、F、Cl、SO₃H或NO₂取代。CN、=NOH、=NOCH₃和NO₂不是胺，且因此不是碱性胺。

例如，R^4l和R^4m 连同两个无干扰取代基可形成稠合的3、4、5或6 元E环，其包含0-1个O、S或N原子，任选被卤素（例如氯）取代。所述E环可为稠合的、螺环的或桥连的。

此外，-R^4o-R⁴ⁿ-R^4m-R^4l-，即可选自以下基团：

-CH₂CH(CH₂OH)O-、-CH₂CH(CH₂CH₂OH)O-、-CH₂CH((CHOH)CH₂OH)CH(OH)-、-CH₂CH(OH)CH₂-、-CH₂CH(OH)CH(OH)-、、、、、或。

在一些方面中，D环可在骨架中包含O、S或N。

在一些方面中，R^4m和R⁴ⁿ上的两个相邻的无干扰取代基可形成一个或多个稠环。虚线表示当R^4l、R^4m和R⁴ⁿ中的两个是CR¹⁰且R^4o是R^4o是CH或N时任选的双键。因此，在一些方面中，式VI可具有式VIb的结构：

。

在一些方面中，连接R^4m和R⁴ⁿ的F环的部分是在R^4m和R⁴ⁿ处连接至D环的包含0-5个O、S或N杂原子的C1-C15 烃基残基，所述烃基残基任选被OH、CN、=O、=NOH、=NOCH₃、Br、F、Cl、SO₃H或NO₂取代。

尽管不被理论所束缚，当F环避免空间位阻且避免干扰化合物结合至酶的活性位点时是有用的。因此，在一些方面中，如果F环存在，R^4o可不为键。如果R^4o是1元连接基，连接R^4m和R⁴ⁿ的F环的部分（如果存在）可为未被取代的C1 残基，或被小取代基例如F或OH取代基取代的C1，与R^4m和R⁴ⁿ一起形成未被取代的环丙基残基(或被小取代基取代的)。如果R^4o是1元连接基， 连接R^4m和R⁴ⁿ的F环的部分可为包含0-5个O、S或N杂原子的C2-C10 烃基残基，然而，F环上直接邻近R⁴ⁿ的位置可为未被取代的或被小取代基例如F或 OH取代。

例如，R^4m和R⁴ⁿ连同两个无干扰取代基一起可形成包含0-1个O、S 或N原子的稠合的3、4、5或6元F环，其任选被卤素（例如氟）或OH取代。所述F 环可为稠合的、螺环的或桥连的。

尽管不被理论所束缚，当D环避免空间位阻且避免干扰化合物结合至酶的活性位点时是有用的。在一些方面中，在结合构象中所述D环在A、B和C环的平面下朝向GyrB/ParE结合口袋底部（floor）不突出大于约3 Å；且当化合物处于结合构象时D环不在空间上干扰R²。

在一些方面中，式VI 的化合物可为以下化合物之一：

。

上面的化合物也可使用本文描述的R²取代基制得。

不被理论所束缚，R² 对于赋予针对真核ATP结合蛋白（例如激酶和HSP90）的选择性和效能而言可以是有用的。因此，化合物的益处之一包括避免由于脱靶结合（如结合至激酶）造成的毒性，这部分地是由于作为化合物一部分的R²的选择性。通常，在一些方面中，所述化合物不是真核激酶的有效力的抑制剂。

在一些方面中，R²是苯基、噻二唑基（例如 1,3,4-噻二唑基）、吡啶基或嘧啶基，其任选被无干扰取代基取代，其中2个任选的无干扰取代基可接合以形成稠环；或R² 是下文更详细讨论的含前体药物的取代基。

GyrB/ParE活性位点口袋的溶剂暴露面使得在使用中所述化合物的部分暴露于溶剂环境。在一些方面中，无干扰取代基可为水溶性的以赋予与水性溶剂环境的相容性。在潜在溶剂环境方向上的取代基的比例不是关键的，但本领域技术人员将理解空间上不受阻碍的取代基是有用的。因此，溶剂暴露的取代基的比例可为多样的。

与“相互作用取代基”形成对比，分子的某些位置可被描述为允许“无干扰取代基”。使用这一术语是因为在这些位置中的取代基一般而言与作为整体的分子的活性相关性较小。各种各样的取代基可用于这些位置中，并且确定任何特定的任意取代基是否是“无干扰的”完全在普通技能范围内。

如本文使用的，“无干扰取代基” 是使本文的化合物（例如式I的化合物）保留抑制至少一种类型的性质上完整的细菌（例如革兰氏阴性菌）的细菌生长的能力的取代基。例如，无干扰取代基将使化合物保留提供抗菌效力的能力，所述能力基于小于32 µg/ml的最小抑菌浓度(MIC)，或基于小于10 nm的对DNA 促旋酶B(GyrB)或拓扑异构酶 IV (ParE)的ATP酶活性的抑制。因此，取代基可改变基于MIC或ATP酶活性的抑制程度。然而，只要本文的化合物，例如式I的化合物保留抑制细菌/ATP酶活性的能力，该取代基就将被分类为“无干扰的”。许多用于确定MIC 或任何化合物抑制DNA 促旋酶B(GyrB)或拓扑异构酶IV(ParE)的ATP 酶活性的能力的测定法在本领域中可供使用，并且在以下实施例中对一些进行例示。例如，偶联分光光度测定法(其中测量来自ATP 水解的无机磷酸酯的酶依赖性释放)确定任意选择的化合物在与GyrB 或ParE 一起孵育过程中在添加ATP 后的抑制剂活性。

在一些方面中，除了抑制细菌活性的能力之外，无干扰取代基使化合物保留在hERG测定法中比其含胺类似物更具选择性的能力。进一步地，在一些方面中，无干扰取代基将使化合物保留实现比其含胺类似物更好的口服生物利用度（如通过 Caco和/或%F测量的）的能力。

关于分子活性的特征被严格定义。正如本领域中所理解的，被“无干扰取代基”所占据的位置可被常规基团所取代。其与测试此类取代的外部限制无关。化合物的相关特征是特别地在本文中阐述的那些。

在结合构象中可为溶剂暴露的R²环上的无干扰取代基可包括大的取代基，例如前体药物。

R²的无干扰取代基包括C1-C10 烃基残基，所述烃基残基在其骨架中包含0-5个O、S或N原子，所述烃基残基任选被OH、=O或NH₂中的一个或多个取代，其中R²上的两个取代基可形成稠环。无干扰取代基包括COOH、NH₂、OH、CH₃、CH₂CH₃、NH₂、CH₂NH₂、NHCH₃、CH₂CH₂NH₂、CH₂CH₂OH、CH(CH₃)OH、CH(CH₃)OCH₃、COOH、CONHOCH₂CH₂N(CH₃)、CONHOCH₃、CH(CH₃)OCH₂OCH₃、CH₂COOH、CH₂COOCH₃、-、-、、、、、、或。

在一些方面中，R² 可为以下取代基之一：

、、、、、

、、、、

、、、、

、、、、、

、、、、

、、、、

或。

在一些方面中，R²不是。

正如在PCT/US2012/029104、US Prov. Pat. Appl. 61/700,159或要求US Prov.Pat. Appl. 61/700,159的优先权的PCT申请(WO 2014/043272)中讨论的，在结合构象中所述化合物沿着R⁴键轴且以从R⁴键轴0-90^o逆时针旋转（sweep）暴露于溶剂。因此对于R⁴上的前体药物和取代基的选择可以变化。在选择R⁴ 取代基时，在一些方面中，在结合构象中R⁴基团不在空间上干扰R²或Z基团。本领域技术人员将理解为避免空间干扰，R⁴上的原子不应接近R²或R^Z上的原子（在结合构象中），使得最接近的原子的原子间距离小于它们的范德华半径的总和。

此外，在一些方面中，在结合构象中R⁴ 取代基在A、B和C环的平面下朝向GyrB/ParE结合口袋不突出大于约3 Å。“朝向GyrB/ParE结合底部口袋”是指在所述平面下自R⁴与骨架的连接点处约5-6个键之内不突出大于约3 Å。因此，自R⁴与C环的连接点延伸大于约5-6个键的R⁴的部分可在A、B和C环的平面下突出大于约3 Å，因为这些部分不受GyrB/ParE结合口袋的底部的约束。

该距离被定义为结合构象中从与三环骨架的原子中心对齐的平面至R⁴ 取代基上的最远端的原子(从平面)的中心的垂直距离。

当R⁴ 不接合至Z以形成稠环时，R⁴ 可为包含1-6个选自 O、S和N的杂原子的C3-C20脂族烃基残基，其中1-6个杂原子中的一个杂原子是烃基残基骨架中的N，且其中该N链接至C环。在一些方面中，C3-C20脂族烃基残基被至少一个羟基取代基和0-3个无干扰取代基取代。在一些方面中，R⁴可在C3-C20脂族烃基残基上具有任选的取代基，例如 OH、=O、CN、卤素（例如 F）、NOCH₃、CF₃、OCH₃、OCH₂CH₃。R⁴ 不包含碱性胺。在一些方面中，R⁴不包含N，例如伯胺或仲胺 (除连接至C环的N以外)。

关于R⁴的取代基，例如CN、=NOH、=NOCH₃和NO₂不为胺，且因此不被认为是碱性胺。进一步地，当例如吗啉基经由吗啉基中的N连接至C环时，在该情况下不认为吗啉基是碱性胺。然而，被取代的R⁴ ，例如被取代的吗啉基R⁴上的胺取代基可被认为是碱性胺，例如伯胺(如NH₂)或仲胺(NH-烷基)。在一些方面中，在具有带含羟基取代基的R⁴的本文的式I化合物的R⁴位置处不包括碱性胺。

R⁴可为任选取代的C3-C20 脂族烃基残基 ，例如以下之一：

。

例如，R⁴可为以下之一：

。

在一些方面中，R⁴不是：

、或。

化合物可为在实施例中例示的化合物之一。

也可由式I的化合物制备前体药物。如本文使用的术语“前体药物”表示可在体内转化成本文定义的活性母体化合物的化合物。

此外，相比于母体药物，前体药物可具有增加的口服生物利用度。尽管广泛认识到前体药物的益处，但通常前体药物未能实现这些优点。因此，需要大量努力和研究来开发有效的前体药物。

本文的前体药物可能具有比母体抗菌剂更小的抗菌活性，且因此具有对消化道更小的破坏性。由于这些前体药物在血液中转化为活性抗菌剂，因此它们是全身性地活性的。因此，所述前体药物可在保持治愈细菌感染的有益效果的同时避免母体抗菌剂对胃肠道的显著副作用。

此外，相比于母体抗菌剂，前体药物可增加水溶解度，由此实现用于静脉内给药的更好的制剂。

在一些方面中，前体药物可具有式II的结构：

R²、R⁴和R⁹为本文中描述的。

式II的药物可通过血液中的酯酶裂解并转化成具有式I的活性抗菌剂。

R^8b或R^8c可各自独立地为H或C1-C6烷基，例如C1-C4烷基，例如甲基、乙基或叔丁基。例如，R^8b可为甲基，R^8c可为 H；或R^8c可为叔丁基且R^8c可为H。在一些实例中，R^8b或R^8c之一为H，或两者均为H。

在一些方面中，R^8d是、或其药学上可接受的盐。药学上可接受的盐是本领域已知的，且包括金属阳离子，例如钠、镁、钙或钾盐，且还包括胺阳离子，例如NH₄ ⁺或烷基化的胺。

Q可为CH或N，例如 CH。

R^8e可为(CR^8g ₂)_n-碱性胺，其中n是0-2，例如 1，且其中每个R^8g 可独立地为H或C1-C3烷基，例如 H₂、HCH₂或CH₂CH₂。通常，碱性胺是在给药至对象后增加药物或前体药物在水性环境（例如血液）中的溶解度的增溶基团。

碱性胺可为NR^8hR⁸ⁱ，其中R^8h 和R⁸ⁱ独立地选自H，任选取代的C1-C4 烷基，其中任选的取代基可为 OH、NH₂或NHCH₃，其中R^8h和R⁸ⁱ 可接合以形成包含1-3个N或0-3个O或S杂原子的稠环。例如，在前体药物的语境中的碱性胺包括哌嗪基（piperzinyl）、吗啉基、C1-C2 烷基胺（例如甲基胺）、C1-C2二烷基胺（例如二甲基胺）或NH₂。

例如，R^8d可为 。

在一些方面中，R^8f是氢或C1-C6 烷基，例如甲基、乙基、丙基或异丙基或任选被OH或NH₂取代的C1-C6 烷基，例如甲基、乙基、丙基或异丙基。例如，R^8f 可为 CH₂OH、CHOHCH₃或(CH₂)₄NH₂，R^8f 也可为甲基。

此外，R^8e和R^8f可接合以成环；例如，R^8d 可为

或。

R^8c 可为，例如或如本文所描述的其药学上可接受的盐。R^8j 和R^8k 可独立地为H、C1-C8 烃基残基，例如 C1-C8 烷基，例如叔丁基或苄基。

例如，在一些方面中，R^8c可为或。

在一些方面中，前体药物可具有式II’的结构：

其中R基团为如本文所定义的。

通常，化合物上可存在多于一个的前体药物取代基。

前体药物也可具有式IV或V的结构：

或如本文所述的其药学上可接受的盐。

本文中的包含OH基团或被OH取代的任何合适的R² 可允许磷酸化以得到式IV。因此，R^2a包含衍生自R²的氧残基，其中R²具有OH基团，其中在磷酸化后R²的OH被R^2a中的氧残基所替代，且其中氧残基连接至磷酸基团（phosphate group）中的P。

本文中除此之外，合适的R²基团的实例包括以下基团，其以连接至O连接基的形式显示如下（尽管也可使用其它连接基）：

。

本文中的包含OH基团或被OH取代的任何合适的R⁴可允许磷酸化以得到式V。因此，R^4a 包含衍生自非前体药物R⁴的氧残基。因此，如果非前体药物R⁴具有OH基团，在磷酸化后R⁴的OH被R^4a中的氧残基所替代，其中氧残基连接至磷酸基团中的P。

公开于PCT/US2012/029104、US Prov. Pat. Appl. 61/700,159或要求US Prov.Pat. Appl. 61/700,159的优先权的PCT申请中的R²和R⁴ 取代基可进一步被-OH取代，正如本领域中已知的。

式IV 或式V的前体药物可被血液中的磷酸酶裂解，并转化成具有分别含有羟基的R²或R⁴基团的活性抗菌剂。R^2a或R^4a可分别衍生自具有羟基取代的R²或R⁴基团的活性抗菌化合物，其中在前体药物形成后，羟基变为与磷酸酯（phosphate）的连接点。

当前体药物的式（例如式II-V）包含R²、R⁴或R⁸基团时，在本文中可使用任何合适的R^2、R⁴或R⁸基团。

本文还涉及化合物的药学上可接受的盐、酯或前体药物。本领域技术人员将意识到各种前体药物、盐、水合物、溶剂化物和多晶型物可由在此公开的化合物制备，且被称作“同位素异位体”的各种同位素取代的变体（通过例如氘对氢、¹³C对碳、¹⁵N对氮或³²P对磷的取代）也可容易地制备。本公开的范围内涉及全部此类衍生物。

许多化合物可为盐的形式。药物化学中的技术人员将意识到对盐的选择不是关键的，且可通过公知方法制备药学上可接受的盐。Handbook of Pharmaceutical Salts:Properties, Selection and Use. (P. Heinrich Stahl和Camille G. Wermuth, eds.)International Union of Pure and Applied Chemistry, Wiley-VCH 2002 和L.D.Bighley, S.M. Berge, D.C. Monkhouse, “Encyclopedia of PharmaceuticalTechnology’. Eds. J. Swarbrick和J.C. Boylan, 第13卷, Marcel Dekker, Inc., NewYork, Basel, Hong Kong 1995, 第 453-499页详细讨论了此类盐。

本文的化合物包括在全部实施例中阐述的那些结构，及其药学上可接受的盐、酯和前体药物。在一些实施方案中，所述化合物是在药物组合物中或在剂型中，其中所述药物组合物或剂型提供有效抗生素量的化合物以用于治疗或预防感染。

在另一方面，本公开涉及药物组合物，其包含一种或多种生理上可接受的表面活性剂、额外的载体、稀释剂、赋形剂、光滑剂、悬浮剂、成膜物质和包衣助剂（coatingassistant），或其组合；和本文公开的组合物。用于治疗用途的可接受的额外的载体或稀释剂是药物领域公知的，且描述在例如Remington’s Pharmaceutical Sciences, 第18版,Mack Publishing Co., Easton, PA (1990)，通过引用其全部内容将其并入本文。在药物组合物中可提供防腐剂、稳定剂、染料、甜味剂、香料、调味剂等。例如，可添加苯甲酸钠、抗坏血酸和对羟基苯甲酸的酯作为防腐剂。此外，可使用抗氧化剂和悬浮剂。在各种实施方案中，醇、酯、硫酸化的脂族醇等可用作表面活性剂；蔗糖、葡萄糖、乳糖、淀粉、微晶纤维素、结晶纤维素、甘露醇、轻质无水硅酸盐、铝酸镁、偏硅铝酸镁（magnesium metasilicatealuminate）、合成硅酸铝、碳酸钙、碳酸氢钠、磷酸氢钙、羧甲基纤维素钙等可用作赋形剂；硬脂酸镁、滑石、硬化油等可用作光滑剂；椰油、橄榄油、芝麻油、花生油、大豆（soya）可用作悬浮剂或润滑剂；作为碳水化合物（例如纤维素或糖）的衍生物的邻苯二甲酸醋酸纤维素，或作为聚乙烯化合物（polyvinyl）的衍生物的醋酸甲酯-甲基丙烯酸酯共聚物可用作悬浮剂；且塑化剂例如邻苯二甲酸酯等可用作悬浮剂。

术语“药物组合物”是指本文公开的化合物与其它化学组分，例如稀释剂或附加的载体的混合物。药物组合物促进化合物对有机体的给药。在本领域中存在对药物组合物进行给药的多种技术，包括但不限于口服、注射、气雾剂、胃肠外和局部给药。在一些实施方案中，提供本文公开的化合物的药学上可接受的盐。

术语“载体”是指促进化合物进入细胞或组织的化学化合物。

术语“稀释剂”是指将溶解目标组合物以及使化合物的生物学上的活性形式稳定的稀释于水中的化学化合物。本领域中将溶解在缓冲溶液中的盐用作稀释剂。一种常用的缓冲溶液是磷酸盐缓冲的盐水，因为其模拟人血液的盐条件。由于缓冲盐可在低浓度下控制溶液的pH，因此缓冲稀释剂很少改变化合物的生物活性。如本文中使用的，“赋形剂”是指添加到组合物中以为组合物提供（不限于）体积（bulk）、稠度、稳定性、粘合能力、润滑、崩解能力等的惰性物质。“稀释剂”是一种类型的赋形剂。

术语“生理学上可接受的”是指载体或稀释剂不废除化合物的生物活性和特性。

本文描述的药物化合物可以其本身或在药物组合物中给药至人类患者，在所述药物组合物中它们与其它一种或多种活性成分混合（如在联合治疗中），或与合适的一种或多种载体或赋形剂混合。在一些实施方案中，剂型包括其中所述化合物以其本身给药的那些形式。此外，剂型可包括药物组合物。正如本领域技术人员将理解的，在任何情况下，作为特定的给药方案的一部分，剂型可包含足够量的化合物以治疗细菌感染。用于对本申请的化合物进行配制和给药的技术可在“Remington’s Pharmaceutical Sciences,” MackPublishing Co., Easton, PA, 第18版, 1990中找到。

合适的给药途径可例如包括口服、直肠、经粘膜、局部或肠道给药；胃肠外递送，包括肌肉内、皮下、静脉内、髓内注射，以及鞘内、直接心室内、腹膜内、鼻内或眼内注射。也可以缓释或控释剂型来对化合物进行给药，所述剂型包括长效注射剂（depot injections）、渗透泵、丸剂、透皮（包括电转运）贴剂等，以用于以预定的速率长期和/或定时、脉冲给药。

可以本身已知的方式来制造药物组合物，例如通过常规的混合、溶解、造粒、制糖衣丸、磨细、乳化、封装、包载或压片方法。

可以任何常规方式使用一种或多种生理上可接受的载体来配制药物组合物，所述载体包含赋形剂和助剂，其促进将活性化合物加工成可在药学上使用的制剂。合适的制剂取决于选择的给药途径。可使用任何公知的技术、稀释剂、载体和赋形剂，正如合适的且本领域中所了解的那些；例如在上文的Remington’s Pharmaceutical Sciences中。

可以常规形式来制备注射剂（injectable），以液体溶液或悬浮液形式、在注射前适合于形成在液体中的溶液或悬浮液的固体形式或以乳液形式。合适的赋形剂为例如水、盐水、右旋糖、甘露醇、乳糖、卵磷脂、清蛋白、谷氨酸钠、半胱氨酸盐酸盐等。此外，如需要，可注射的药物组合物可包含较小量的非毒性助剂物质，例如润湿剂、pH缓冲剂等。生理学上相容的缓冲剂包括但不限于Hanks氏溶液、Ringer氏溶液或生理盐水缓冲剂。如需要，可使用吸收增强制剂。

对于经粘膜给药，在制剂中可使用对于待渗透的屏障合适的渗透剂。

用于胃肠外给药（例如通过快速浓注或持续输注）的药物制剂包括水溶性形式的活性化合物的水溶液。此外，活性化合物的悬浮液可以合适的油性注射悬浮液的形式制备。水性注射悬浮液可包含增加悬浮液粘度的物质，例如羧甲基纤维素钠、山梨醇或右旋糖酐。任选地，悬浮液还可包含合适的稳定剂或增加化合物溶解度以允许高度浓缩的溶液的制备的试剂。用于注射的制剂可以以单位剂型形式呈现（例如在安瓿中），或以添加有防腐剂的多剂量容器形式呈现。所述组合物可采取这样的形式，例如在油性或水性媒介物中的悬浮液、溶液或乳液，且可包含调配剂（formulatory agent）例如悬浮剂、稳定剂和/或分散剂。或者，活性成分可为粉末形式，以用于在使用前用合适的媒介物（例如无菌的无热原水）构建。

对于口服给药，可通过将目标组合物与本领域公知的药学上可接受的载体组合来容易地配制所述组合物。除了阳离子聚合物载体之外还可使用的此类载体使得能够将组合物配制为用于待治疗的患者的口服摄入的片剂、丸剂、糖衣丸、胶囊、液体、凝胶、糖浆、浆料、悬浮液等。用于口服使用的药物制剂可通过以下步骤来获得：将活性化合物与固体赋形剂组合，任选地研磨得到的混合物，并在添加合适的助剂（如需要）之后加工颗粒混合物以获得片剂或糖衣丸芯。合适的赋形剂特别是填充剂，例如糖，包括乳糖、蔗糖、甘露醇或山梨醇；纤维素制剂例如玉米淀粉、小麦淀粉、米淀粉、马铃薯淀粉、明胶、黄蓍树胶、甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠和/或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，例如聚维酮。如需要，可添加崩解剂，例如交联的聚乙烯吡咯烷酮（例如交聚维酮）、琼脂或藻酸或其盐（例如藻酸钠）。糖衣丸芯可具有合适的包衣。为此，可使用浓缩的糖溶液，其可任选地包含阿拉伯树胶、滑石、聚乙烯吡咯烷酮、卡波普凝胶（carbopol gel）、聚乙二醇和/或二氧化钛、漆溶液和合适的有机溶剂或溶剂混合物。可将染料或颜料添加至片剂或糖衣丸包衣以用于识别或表征活性化合物剂量的不同组合。

可口服使用的药物制剂包括由明胶制成的推入配合式（push-fit）胶囊，以及由明胶和塑化剂（例如甘油或山梨醇）制成的软密封胶囊。推入配合式胶囊可包含与填充剂（例如乳糖）、粘合剂（例如淀粉）和/或润滑剂（例如滑石或硬脂酸镁）和任选的稳定剂混合的活性成分。在软胶囊中，活性化合物可溶解或悬浮在合适的液体中，所述液体例如为脂肪油、液体石蜡或液体聚乙二醇。此外，可添加稳定剂。对于口服给药的全部制剂应当为适合于此类给药的剂量。

对于含服给药而言，组合物可以采取以常规方式配制的片剂或锭剂形式。涉及至颊部粘膜的给药和舌下给药。

对于通过吸入给药而言，可在使用合适的抛射剂（例如二氯二氟甲烷、三氯氟甲烷、二氯四氟乙烷、二氧化碳或其它合适的气体）的情况下以来自加压包装或喷雾器的气雾剂喷雾制剂的形式方便地递送所述组合物。在加压气雾剂的情况下，可通过提供阀来确定剂量单位以递送经计量的量。可配制用于吸入器或吹入器中的例如明胶的胶囊和药筒，其包含所述组合物和合适的粉末基质（例如乳糖或淀粉）的粉末混合物。

本文进一步公开了药物领域公知的用于包括眼内、鼻内和耳内递送的用途的各种药物组合物。用于这些用途的合适的渗透剂通常在本领域是已知的。出于稳定性和舒适，此类合适的药物制剂最经常和优选配制成无菌的、等渗的以及缓冲的。用于鼻内递送的药物组合物也可包括滴剂和喷雾剂，其经常为在许多方面模拟鼻腔分泌物以确保对正常纤毛作用的维持而制备。正如在Remington’s Pharmaceutical Sciences, 第18版, MackPublishing Co., Easton, PA (1990)（通过引用将其全部内容并入本文）中所公开的，且正如本领域技术人员熟知的，合适的制剂最经常和优选是等渗的，略微缓冲以保持5.5至6.5的pH，且最经常和优选包括抗微生物防腐剂和合适的药物稳定剂。用于耳内递送的药物制剂包括在耳中局部施用的悬浮液和软膏。用于此类耳制剂的常规溶剂包括甘油和水。

组合物还可以配制成直肠组合物例如栓剂或保留灌肠剂，其例如包含常规栓剂基质( 如可可脂或其它甘油酯)。

除了之前描述的制剂之外，所述组合物还可被配制为长效制剂。此类长时间作用的制剂可通过植入（例如皮下或肌肉内）或通过肌肉内注射来给药。因此，例如，化合物可与合适的聚合物材料或疏水材料（例如在可接受的油中的乳液）或离子交换树脂一起配制，或配制为微溶衍生物（例如以微溶盐形式）。

对于疏水化合物，合适的药物载体可为包含苯甲醇、非极性表面活性剂、水混溶性有机聚合物和水相的共溶剂体系。所使用的常见的共溶剂体系是VPD共溶剂体系，其为3%w/v苯甲醇、8% w/v非极性表面活性剂Polysorbate 80™和65% w/v 的聚乙二醇300、在无水乙醇中补足体积的溶液。当然，可在不破坏共溶剂体系的溶解度和毒性特征的情况下显著改变共溶剂体系的比例。进一步地，可改变共溶剂组分的种类：例如，可使用其它低毒性非极性表面活性剂代替POLYSORBATE 80™；可以改变聚乙二醇的分数大小；其它生物相容的聚合物可替代聚乙二醇，所述其它生物相容的聚合物例如为聚乙烯吡咯烷酮；且其它糖或多糖可代替右旋糖。

用于治疗细菌感染的方法可包括对治疗上有效的量的如本文中描述的治疗化合物进行给药。治疗细菌感染也可包括预防性地对治疗化合物进行给药以在处于感染的危急的风险下的对象中防止感染或感染的传播，所述对象例如为接受或将要经历手术的对象、免疫受损的对象或如果不对化合物进行给药将以其它方式处于感染风险下的对象。所述化合物显示出对广谱的细菌的抑制活性，所述细菌包括流感嗜血杆菌(H.influenzae)、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌(S.aureus)、粪肠球菌、屎肠球菌(E.facium)、肺炎克雷伯氏菌(K.pneumonia)、鲍氏不动杆菌(A.baumannii)、肺炎链球菌(S.pneumoniae)以及绿脓杆菌(P.aeruginosa)。所述化合物显示出对大多数抗性菌株的活性，所述抗性菌株例如为耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌(MRSA)。此外，所述化合物显示出针对所有A 类、B 类以及C 类细菌生物防御病原体的广谱活性，所述生物防御病原体包括炭疽杆菌(B.anthracis)、类鼻疽伯克氏菌(B.pseudomallei)、鼻疽伯克氏菌(B.mallei)、土拉弗朗西斯菌(F.tularensis)以及鼠疫杆菌(Y.psetis)。参见实施例。所述化合物在相对低的浓度下具有优异的相对抗菌活性。进一步地，所述化合物可发挥出针对各种人类和动物病原体的有效力的抗菌活性，所述病原体包括革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌。在一个实施方案中，可治疗和改善的细菌感染是MRSA。

治疗细菌感染的方法还包括治疗腹内感染、尿道感染或类鼻疽。腹内感染包括各种感染，例如腹膜炎、阑尾炎、脓肿、败血症和胆囊炎，其可为复杂或非复杂的。本文中的化合物还可用于治疗尿道感染，尿道感染可以由大肠杆菌导致。此外，本文中的化合物可用于治疗类鼻疽，类鼻疽可以由类鼻疽伯克氏菌导致。

可通过任何合适的手段来将本文描述的组合物或药物组合物给药至对象。给药方法的非限制的实例尤其包括：（a）经由口服途径给药，所述给药包括以胶囊、片剂、颗粒、喷雾、糖浆或其它此类形式来给药；（b）经由非口服途径给药，例如，如直肠、阴道、尿道内、眼内、鼻内或耳内，所述给药包括以水性悬浮液、油性制剂等形式或以滴剂（drip）、喷雾、栓剂、油膏（salve）、软膏等形式给药；（c）经由皮下、腹膜内、静脉内、肌肉内、皮内、眶内、囊内、椎管内、胸骨内（intrasternally）等注射，包括输注泵递送；以及（d）局部给药；如本领域技术人员认定适于使活性化合物与活组织相接处的。

适合于给药的药物组合物包括其中以有效实现其预期目的的量包含活性成分的组合物。在一些实施方案中，化合物的治疗上有效的量是有效治疗细菌感染的量，例如在哺乳动物对象（例如人）中。作为剂量所要求的本文公开的化合物的治疗上有效的量将取决于给药路径、治疗的动物类型（包括人类）和所考虑的具体动物的身体特征。可定制该剂量以实现所需的效果，但这将取决于此类因素，如体重、饮食、并用药物和医学领域技术人员将认识到的其它因素。更具体地，治疗上有效的量表示有效防止、减轻或改善疾病的症状或延长所治疗的对象的存活时间的化合物的量。治疗上有效的量的确定完全在本领域技术人员的能力之内，尤其是在考虑在本文中提供的详细的公开内容的情况下。

正如本领域技术人员所容易明确的，待给药的有用的体内剂量和给药的具体模式将根据年龄、体重和所治疗的哺乳动物物种、使用的具体化合物和这些化合物所用于的具体用途而改变。有效剂量水平（即对于实现所需的结果而言所必需的剂量水平）的确定可由本领域技术人员使用常规药理学方法来实现。通常，以较低剂量水平开始产品的人类临床应用，并增加剂量水平直到达到所需的效果。或者，可使用可接受的体外研究以使用已确立的药理学方法确立通过本发明的方法鉴定的组合物的有用的给药剂量和路径。

在非人类动物研究中，以较高剂量水平开始潜在产品的应用，并降低剂量直到不再达到所需的效果、不利的副作用消失。该剂量可为宽范围的，取决于所需的效果和治疗适应症。通常，该剂量可为约10微克/kg 至约100 mg/kg体重，优选约100 微克/kg至约10 mg/kg体重。或者，正如本领域技术人员所了解的，可基于患者的表面积并根据患者的表面积计算剂量。

药物组合物的确切制剂、给药途径和剂量可通过个体医师鉴于患者条件来选择。(鉴于例如Fingl等, 1975, “The Pharmacological Basis of Therapeutics”中，在此通过引用将其全部内容并入本文，特别参见第1章第1页)。在一些实施方案中，给药至患者的组合物的剂量范围可为约0.5至约1000 mg/kg患者体重。该剂量可为在一天或更多天过程中按照患者需要所给出的单个剂量或一系列的两个或更多个剂量。在其中已经为在至少一些条件下确立化合物的人类剂量的情况下，可使用那些相同的剂量，或为已确立的人类剂量的约0.1%至约500%，更优选约25%至约250%的剂量。当未确立人类剂量时，如对于新发现的药物组合物将是这种情况，可由ED₅₀或ID₅₀值，或源自体外或体内研究的其它合适的值来推测合适的人类剂量（当通过动物中的毒性研究和功效研究证明合格时）。

应注意的是主治医师将知晓如何且何时由于毒性或器官功能障碍终止、中断或调整给药。反之，主治医师还将知晓当临床反应不够（不包括毒性）时将治疗调整至较高水平。在处置目标病症时，所施用的剂量的量值将随待治疗的病状的严重程度和给药途径而变化。可例如通过标准预后评估方法来部分地评估病状的严重程度。进一步地，剂量和或许剂量频率也将根据年龄、体重和个体患者的反应而改变。与上面讨论的那些具有可比性的方案可用于兽医学。

尽管将基于各种药物（drug-by-drug basis）来确定确切的剂量，在大多数情况下，可关于剂量做出一些概括。成年人类患者的每日剂量方案可为例如约0.1 mg 至2000mg的活性成分的口服剂量，优选约1 mg至约500 mg，例如5至200 mg。在其它实施方案中，使用约0.01 mg 至约100 mg，优选约0.1 mg至约60 mg，例如约1至约40 mg的静脉内、皮下或肌肉内活性成分剂量。在给药药学上可接受的盐的情况下，可按照游离酸来计算剂量。在一些实施方案中，每天给药1至4次组合物。或者，可通过持续的静脉内输注来对组合物进行给药，优选以最高达约1000 mg/天的剂量。正如本领域技术人员将理解的，在某些情况下以超出或甚至远超出上面阐述的优选剂量范围的量来对本文公开的化合物进行给药以有效地和积极地治疗特别有侵袭性的疾病或感染可能是必要的。在一些实施方案中，将在连续治疗的一段时间，例如一周或更长，或数月或数年内对所述化合物进行给药。

可个别地调整剂量的量和间隔以提供足以保持抗菌效果的活性基团的血浆水平（plasma level），或最小有效浓度(MEC)。MEC将针对各种化合物变化但可由体外数据进行估算。对于实现MEC所必需的剂量将取决于个体特征和给药路径。然而，可使用HPLC测定或生物测定以确定血浆浓度。

也可使用MEC值来确定剂量间隔。应当使用保持血浆水平高于MEC达10-90%，优选30-90%且最优选50-90%的时间的方案对组合物给药。

在局部给药或选择性摄入的情况下，药物的有效局部浓度可能不与血浆浓度相关。

给药的组合物的量可取决于治疗的对象、对象的体重、感染的严重程度、给药的方式和处方医师的判断。

可使用已知方法来评估本文公开的组合物的功效和毒性。例如，可通过针对细胞系（例如哺乳动物，且优选人类细胞系）确定体外毒性来确立所述化合物的毒理学。此类研究的结果通常预测动物中，例如哺乳动物中，或更具体地人类中的毒性。或者，可使用已知方法确定特定化合物在动物模型，例如小鼠、大鼠、兔子或猴子中的毒性。可使用若干公认的方法，例如体外方法、动物模型或人类临床试验来确立特定化合物的功效。对于几乎每种类型的病状而言都存在公认的体外模型。类似地，可接受的动物模型可用于确立化学品治疗此类病状的功效。当选择模型来确定功效时，技术人员可在现有技术水平的引导下选择合适的模型、剂量和给药路径和方案。当然，也可使用人类临床试验以确定化合物在人类中的功效。

如需要，所述组合物可存在于包装或分配器装置中，其可包含一种或多种包含活性成分的单位剂型。所述包装例如可包括金属或塑料箔，例如泡罩包装。包装或分配器装置可附随有用于给药的说明书。包装或分配器装置还可附随有与容器相关的通知，该通知呈由政府机构规定的形式，所述政府机构管理药物的制造、使用或销售，所述通知体现由所述机构批准所述药物用于人类或兽医给药的形式。此类通知例如可为由美国食品药品监督管理局(the U.S.Food and Drug Administration)批准用于处方药物的标签或已批准的产品插页。还可以制备包含在相容的药物载体中配制的化合物的组合物，其被置于适当的容器中并且贴上关于治疗所指示的病状的标签。

在一些实施方案中，在制药工业中，当配制药物组合物时提供基本上纯的材料是标准实践。因此，在一些实施方案中，“基本上纯的”是指用于配制药物所要求的纯度量，所述药物可包含例如将不影响对于药物使用的适用性的少量其它材料。在一些实施方案中，基本上纯的化合物含有至少约96wt%的化合物，例如至少约97wt%、98wt%、99wt%或100wt%的化合物。

本文使用的术语“大约”、“约”和“基本上”表示接近于所叙述的量的量，其仍执行所需功能或实现所需结果。例如，术语“大约”、“约”和“基本上”可指比所叙述的量小10%、小5%、小1%、小0.1%和小0.01%之内的量。

实施例

起始材料，例如双砜的合成方法存在于PCT/US2012/029104、US Prov. Pat.Appl. 61/700,159或要求US Prov. Pat. Appl. 61/700,159 的优先权的PCT申请(WO2014/043272)中。合成的通用程序为以下：

首先用R²和K₂CO₃来处理双砜，然后接下来以“一锅煮”的方式添加R⁴。用TFA通过Boc去保护来获得最终产物。

通用实验方法包括以下：

在Bruker Avance III 400 MHz和Bruker Fourier 300 MHz上记录1H NMR波谱并且将TMS用作内标物。

在Agilent LC/MSD 1200系列(柱：ODS 2000 (50 × 4.6 mm, 5 μm)上的四极质谱仪上进行LCMS：以ES (+)或(-)离子化模式操作；T = 30℃，流速= 1.5 mL/min；检测波长：214 nm。

在以下条件下进行制备型HPLC：(闪光：Welchrom C18, 150 x 20 mm)；波长220nm; 流动相：A MeCN (0.1% TFA); B 水(0.1% TFA)；流速：25 mL /min；注射体积：2 mL；运行时间：30 min；平衡：5 min。

实施例1：R⁴片段的合成

3-{[(4-甲基苯基)磺酰基]氨基}丙酸(2)的合成

在70℃下向(1)(45.0 g, 0.51 mol)和NaOH (40.4 g, 1.02 mol)在水(500 mL)中的溶液逐滴添加氯(4-甲基苯基)砜(96 g, 0.51 mol)，然后在70℃下搅拌1 h，然后冷却。用浓HCl将反应混合物酸化至pH=1以产生稠沉淀形式的粗产物。通过过滤分离产物并从乙醇重结晶以产生白色固体形式的90 g的化合物2(Y = 73%)。¹H NMR (400 MHz, DMSO-d ₆): δ 2.33-2.36 (m, 2H), 2.50-2.51 (m, 3H), 2.89-2.91 (d, J = 6 Hz, 2H),7.39-7.41 (d, J = 8 Hz, 2H), 7.59 (s, 1H), 7.67-7.69 (d, J = 8 Hz, 2H)。

3-{[(4-甲基苯基)磺酰基]氨基}-1-吡咯烷基丙-1-酮(3)的合成

向(2)(90.0 g, 0.37 mol)在SOCl₂ (900 mL)中的溶液（在回流下搅拌2.5 h，然后浓缩并将残余物溶解在DCM中）添加在DCM中的吡咯烷(71.1 g, 0.99 mol)，然后在室温下搅拌2 h。用水稀释反应混合物并用DCM (100 mL x 3)萃取，用盐水洗涤，在Na₂SO₄上干燥并过滤，蒸发滤液以去除溶剂。通过在硅胶上 (DCM/MeOH = 80/1)纯化残余物以产生白色固体形式的化合物 3 (97 g, 88%)。¹H NMR (400 MHz, DMSO-d ₆): δ 1.83-1.88 (m, 2H),1.91-1.96 (m, 2H), 2.42 (s, 3H), 2.43-2.49 (t, 2H), 3.17-3.2 (m, 2H), 3.28-3.31 (t, 2H), 3.40-3.43 (t, 2H), 5.67-5.70 (t, 2H), 7.29-7.31 (d, J = 8 Hz,2H), 7.74-7.62 (d, J = 8 Hz, 2H); MS计算值：296; MS实测值：297 ([M+H]⁺)。

3-{[(4-甲基苯基)磺酰基]丙-2-烯基氨基} -1- 吡咯烷基丙-1-酮(4)的合成

在0℃下向(3)(97.0 g, 0.33 mol)和(5)(59.4 g, 0.50 mol)在DMF(500 mL)中的溶液添加氢化钠(在矿物油中60% w/t, 19.8 mg, 0.50 mol)，然后在95℃下搅拌 3.5h。用水稀释反应混合物并用DCM(100 mL x 3)萃取，用盐水洗涤，在Na₂SO₄上干燥并过滤，蒸发滤液以去除溶剂。通过在硅胶(DCM/MeOH = 120/1)上纯化残余物以产生浅黄色油形式的化合物 (6)(35 g, 31%)。¹H NMR (400 MHz, CDCl₃): δ 1.82-1.88 (m, 2H), 1.92-1.99(m, 2H), 2.43 (s, 3H), 2.63-2.67 (t, 2H), 3.39-3.44 (m, 6H), 3.82-3.83 (d, J= 6.4Hz, 2H), 5.12-5.20 (m, 2H), 5.60-5.70 (m, 1H), 7.29-7.32 (d, J = 8Hz,2H), 7.69-7.71 (d, J = 8.4Hz, 2H); MS计算值：336; MS实测值：337 ([M+H]⁺)。

3-[(4-甲基苯基)磺酰基]-3-氮杂双环[3.2.0]庚-6-酮(5)的合成

将6 (35g, 0.10 mol)在1,2-二氯乙烷(250 mL)中的溶液经20min添加至三氟甲磺酸酐(58g, 0.20 mol)在1,2-二氯乙烷(100 mL)中的溶液。然后经30min缓慢添加三甲基吡啶(19g, 0.15 mol)在1,2-二氯乙烷(100 mL)中的溶液。之后在90℃下加热反应混合物2h。在冷却至室温后，将反应混合物浓缩。在两相体系H₂O-CCl₄中水解残余物。在Na₂SO₄上干燥有机层并过滤，蒸发滤液以去除溶剂。通过在硅胶 (PE/EA = 10/1)上纯化残余物以产生白色固体形式的化合物 7 (15 g, 54%)。¹H NMR (400 MHz, CDCl₃): δ 2.45 (s, 3H),2.67-2.72 (m, 1H), 2.85-2.92 (m, 1H), 2.94-3.00 (m, 2H), 3.27-3.35 (m, 1H),3.59-3.66 (m, 2H), 3.17-3.12 (m, 2H), 3.83-3.86 (d, J = 10 Hz, 1H), 7.34-7.36(d, J = 8 Hz, 2H), 7.69-7.71 (d, J = 8.4 Hz, 2H); MS计算值：265; MS实测值：266([M+H]⁺)。

3-[(4-甲基苯基)磺酰基]-3-氮杂双环[3.2.0]庚-6-醇(6)的合成

在冰浴下向(7)(15 g, 0.1 mol)在MeOH(150 mL)中的溶液分批（in portion）添加NaBH₄ (4.29 g, 0.2 mol)，之后在R.T下搅拌反应混合物45min。用水使反应混合物淬灭，用EA (50 mL x 3)萃取，并将合并的有机层在Na₂SO₄上干燥，浓缩并通过柱色谱在硅胶(PE:EA = 8:1-4:1)上纯化以产生白色固体形式的化合物 8 (14 g, 92%)。¹H NMR (400MHz, CDCl₃): δ 1.73-1.79 (m, 1H), 2.12-2.14 (m, 1H), 2.44 (s, 3H), 2.52-2.63(m, 3H), 2.67-2.75 (m, 1H), 2.96-3.01 (m, 1H), 3.42-3.43 (d, J = 4 Hz, 1H),3.86-3.88 (d, J = 10.8 Hz, 1H), 4.23-4.25 (m, 1H), 7.34-7.36 (d, J = 8.4 Hz,2H), 7.72-7.74 (d, J = 8.4 Hz, 1H);

MS计算值：267; MS实测值：268 ([M+H]⁺)。

6-羟基-3-氮杂双环 [3.2.0]庚烷-3-甲酸叔丁酯(7)的合成

向萘(26.8 g, 0.2 mol)在二甲氧基乙烷(100 mL)中的溶液添加钠(4.2 mg, 0.2mmol)，并搅拌得到的深绿色混合物3小时。在-60℃下用萘基钠溶液缓慢处理在二甲氧基乙烷(50 mL)中的化合物8 (14 g, 0.05 mol)直到持续为淡绿色颜色。然后在-78℃下通过添加水使反应混合物淬灭。允许混合物温热至0℃，并添加二碳酸二叔丁酯。3小时后用EA稀释混合物，用EA (50 mL x 3)萃取，用盐水洗涤，将合并的有机层在Na₂SO₄上干燥，浓缩并通过柱色谱在硅胶(PE:EA = 8:1-4:1)上纯化以产生无色油形式的化合物 9 (7 g, 63%)。¹HNMR (400 MHz, CDCl₃): δ 1.48 (s, 9H), 1.59-1.61 (m, 1H), 2.46-2.53 (m, 1H),2.56-2.64 (m, 1H), 3.02-3.23 (m, 3H), 3.45-3.48 (m, 1H), 4.00-4.03 (m, 1H),4.25-4.28 (t, 1H); MS计算值：213; MS实测值：113[M⁺+1-Boc]。

3-氮杂双环[3.2.0]庚-6-醇(8)的合成

在冰浴下向(7)(10 g, 0.1 mol)在DCM(150 mL)中的溶液分批添加TFA (4.29 g,0.2 mol)，之后在R.T.下搅拌反应混合物45min。将反应混合物浓缩并用于反应的下一步骤中。

实施例2:化合物的合成

将双砜9 (11.80 g, 17.23 mmol)溶解在NMP (60 mL)中，随后添加2-甲基嘧啶-5-醇1 (7.59 g, 68.93 mmol)。获得均匀溶液。添加K₂CO₃ (9.53 g, 68.93 mmol)并将得到的悬浮液加热至100℃持续1 hr，然后添加醇胺(7.32 g, 34.46 mmol)并将得到的混合物加热至100℃持续另一小时，冷却至室温并将水(450 mL)在搅拌下倒入混合物中。将混合物冷却至0℃，过滤并用水(2X25 mL)洗涤沉淀，干燥以产生约12 g的白色固体粗产物。将粗固体溶解在二氯甲烷中并添加硅胶。去除溶剂。残余物在硅胶(EtOAc/己烷：20%至50%至90%)上的急骤层析产生白色固体形式的纯的10(7.76 g, 75%)。LC-MS : M+1 : 536.30。

将化合物 10溶解在50 mL的TFA中并在室温下搅拌1分钟。在去除溶剂后，添加水(50 mL)和EtOH (25 mL)。用1N NaOH(约150 mL, PH > 10)来中和均匀溶液。形成了胶粘的固体并将其分离。使胶粘固体悬浮在水(50 mL)中并用药刀将胶粘固体破坏为小块。将沉淀过滤，用水洗涤两次并在空气中干燥以产生4.40克纯的淡白色固体形式的11 (85%，来自1的总产率为63%)。LC-MS : M+1 : 436.24。¹H NMR (300 MHz, DMSO)δ (ppm): 11.66 (s,1H), 8.72 (s, 2H), 7.15 (d, J=11.2, 1H), 6.29 (d, J=9.7, 1H), 5.55(br s, 1H),5.11 (s, 1H), 4.64 (d, J=9.9, 1H), 4.20 (d, J=7.6, 1H), 4.03 (d, J=12.3, 1H),3.60 (m, 2H), 3.12 (b m, 1H), 2.85 (s, 3H), 2.67 (s, 3H), 1.48 (m, 1H)。

方案：

将3-氮杂双环[3.1.0]己-6-醇(10mg, 0.1mmol)、双砜(50mg, 0.1 mmol)和K₂CO₃(40 mg, 0.3 mmol)在NMP(2 mL)中的混合物在室温下搅拌过夜，然后添加2-甲基嘧啶-5-醇(330 mg, 3 mmol)并将得到的混合物加热至80℃过夜。通过HPLC纯化粗产物以产生白色固体形式的化合物 (15g,35%)。LC-MS : M+1 : 540。

将上述的化合物 (10 mg, 0.02 mmol)溶解在1 mL的TFA中并在室温下搅拌1分钟。在去除溶剂后，通过hPLC纯化残余物以提供最终化合物(6 mg, 68%)。LC-MS : M+1 :440。

将SM III (198 mg, 0.419 mmol)和II (95 mg, 1.0当量)溶解在1 mL的NMP中。向其添加Na₂CO₃ (133 mg, 3当量)。在rt下经5 h搅拌得到的混合物。向反应混合物添加水并用乙酸乙酯对其萃取三次。收集有机层，将其合并并浓缩成油。正相ISCO分离了黄色半固体形式的所需产物(71%)。LC-MS : M+1 : 506。

将SM III (50 mg, 0.1 mmol)和I (58 mg, 5.0当量)溶解在0.5 mL的DMF中。向其添加KOtBu (55 mg, 5当量)。在150℃下加热得到的混合物5 h。向反应混合物添加水并用乙酸乙酯对其萃取三次。收集有机层，将其合并并浓缩成油。反相ISCO 分离了灰白色固体形式的所需产物 (40%)。回收了约25 mg的SM III。向来自该反应的经干燥的产物添加在二噁烷(0.5 mL)中的4 N HCl并搅拌30 min。浓缩后，通过反相ISCO纯化残余物以产生白色固体形式的所需产物 (5 mg, 11%)。LC-MS : M+1 : 444。

使用与上述相同的程序合成上述两种化合物。

实施例3：具有N-连接基的化合物的合成

(6-氟-4-(6-羟基-3-氮杂双环[3.2.0]庚-3-基)-2-(甲基磺酰基)-9H-嘧啶并[4,5-b]吲哚-8-基)(甲基)氨基甲酸叔丁酯

将双砜(1.0 g, 2.12 mmol)、胺(448.7 mg, 2.12 mmol)和K₂CO₃ (292.3 mg,2.12 mmol)在NMP (7 mL)中的混合物在室温下搅拌24 小时。LC/MS表明反应完全。将水(200 mL)添加至混合物，并将得到的沉淀过滤，用水(2X 15 mL)洗涤并干燥。获得0.8 g的粉末产物(产率：80%)。MS (ESI)m/z 506 (M + H)⁺。

3-(6-氟-8-(甲基氨基)-2-((2-甲基嘧啶-5-基)氨基)-9H-嘧啶并[4,5-b]吲哚-4-基)-3-氮杂双环[3.2.0]庚-6-醇.

将单砜(50.6 mg, 0.1 mmol)、2-甲基嘧啶-5-胺(109 mg, 1.0 mmol)和K₂CO₃(138.1 mg, 1.0 mmol)在NMP (0.5 mL)中的混合物加热至140 C持续17 h，冷却至室温，并添加TFA (15 mL)且搅拌5分钟。在去除溶剂后，残余物的制备型HPLC给出所需产物。MS(ESI)m/z 435 (M + H)⁺。

实施例4：其中Z和R⁴接合的化合物的合成

一般方案：

将中间体双-甲基磺酰基 1用作起始材料来制备式I化合物。在室温下在碳酸钾的存在下1的R₄ 甲基磺酰基选择性地被2-甲基嘧啶-5-醇替代以产生产物3。然后在40℃下在DMF中通过NBS进行对3的区域选择性的溴化以产生化合物 4，然后通过Stille偶联将其转化为乙烯基化合物 5。对5进行原位双羟化反应之后进行氧化裂解直接提供醛6。然后可在合成的该阶段安装不同的R₂片段。通常，可通过在90℃下在碱的存在下加热反应使OR₂替代化合物 6的R₂ 甲基磺酰基。当R₂与R₄ 2-甲基嘧啶-5-醇不同时，使用多于3个当量的R₂OH以最小化双-甲基嘧啶产物。然后用胺8处理取代的产物7以将其转化成9。取决于胺8的反应性，反应的温度从室温至80℃变化。如下从9经由C-H卡宾插入制备环状化合物 12：9的亚胺化（imination）、形成重氮盐11和插入11以形成12的原位三步序列。然后在室温下通过TFA去除化合物12的Boc保护基团以产生式I化合物。

实施例4a：的合成

化合物3. 向化合物 1 (14.18 g, 30 mmol)和2-甲基嘧啶-5-醇(4.29 g, 39mmol)在无水DMF (30 ml)中的混合物添加K₂CO₃ (10.8 g, 78 mmol)。在rt下搅拌得到的产物7 小时。然后用EtOAc (100 ml)和水(100 ml)对其进行稀释。用EtOAc (100 ml x 2)萃取和反萃取水层。将合并的有机层在Na₂SO₄上干燥并通过在40℃下的旋转蒸发浓缩。通过与二氯甲烷在真空下共蒸发来进一步干燥去除可能的痕量的EtOAc。在不进一步纯化的情况下将粗粘性产物(17.2 g)带至下一步骤。LC-MS : M+1 : 503.5。

化合物 4. 在40℃下向粗化合物 3 在无水DMF (30ml)中的溶液添加NBS (5.34g, 30 mmol)。在40℃下加热混合物2 小时，并添加额外量的NBS (5.34 g, 30 mmol)。在40℃下继续反应过夜。然后通过硅胶柱色谱(己烷中的40-60 % EtOAc)对其进行纯化。通过旋转蒸发来去除合并的级分的总体积的约一半。然后用水(3 x 100 ml)洗涤剩余的溶液，在Na₂SO₄上干燥并通过旋转蒸发在45℃下浓缩以产生黄色固体形式的标题化合物(13.95 g,80 %)。LC-MS : M+1 : 582.3。

化合物 16：在90℃下加热在无水DMF (6 ml)中的化合物 4 (1.16 g, 2 mmol)并将气氛替换为氮气。添加烯丙基三丁基锡 (993 mg, 3 mmol)，随后添加催化量的Pd(PPh₃)₂Cl₂ (140 mg, 0.2 mmol)。在氮气下加热得到的混合物2 小时。将其冷却并通过硅胶柱色谱(在己烷中的60-80 % EtOAc)对其进行纯化。通过旋转蒸发来部分浓缩产物的合并的级分的体积的约一半。然后用水(3 x 70 ml)洗涤，在Na₂SO₄上干燥和并通过旋转蒸发在45℃下浓缩以产生黄色固体形式的标题化合物(998.4 mg, 92 %)。LC-MS : M+1 : 543.6。

化合物 20: 在100℃下加热化合物 16 (813.9 mg, 1.5 mmol)、2-甲基嘧啶-5-醇(330.3 mg, 3 mmol)和K₂CO₃ (967.4 mg, 7 mmol)在无水DMF (2 ml)中的混合物1小时。将反应混合物冷却至rt并通过C18柱色谱纯化以产生黄色固体形式的标题化合物(773 mg,90%)。LC-MS : M+1 : 573.6。

化合物 22：将化合物 20(57 mg, 0.1 mmol)和N-甲基吗啉-N-氧化物(35 mg,0.3 mmol)的混合物溶解在二噁烷：tBuOH (1 ml)的1:1混合物中。然后添加催化量的OsO₄的4 %水溶液(2滴)，并在rt下搅拌得到的混合物30分钟。之后添加水(~0.5 ml)和亚硫酸钠(50 mg)并在rt下搅拌以淬灭过量的氧化试剂，在10% NaOH溶液(1 ml)的存在下将反应混合物在100℃下回流2小时。通过HPLC纯化并用TFA (~0.3 ml)处理产物以产生粉色固体形式的标题化合物 (15.8 mg, 40%)。LC-MS : M+1 : 397.1。

实施例4b：

和具有其它R²的类似物的合成。

中间体4用于制备实施例4b化合物。首先通过Stille偶联将所述化合物转化成相应的烯丙基16。然后在碳酸钾的存在下在100℃下由OR²取代16的R² 甲基磺酰基以产生产物17。

实施例4c：

的合成

上面的中间体17可用于制备实施例4c化合物的核心。17的R⁴基团可被选择性地水解以形成羟基23，在用POCl₃处理后其变成Cl 24。用乙烯基硼酸对24进行Suzuki偶联或用三丁基(乙烯基)锡对24进行Stille偶联提供乙烯基25。然后使该化合物经历闭环复分解反应以形成进一步的中间体26。可经由烯烃的各种反应，例如双羟化反应、Diels-Alder反应、环丙烷化反应等由26产生在D环中具有含OH取代基的化合物。

实施例4d

化合物27：在100℃下回流化合物 20 (1.145 g, 2 mmol)和氢氧化钠(800 mg,20 mmol)在二噁烷 (10 ml)和水(10 ml)中的混合物1天。然后通过C18柱色谱对其进行纯化。用DCM (100 ml)萃取收集的级分，并用DCM (50 ml x 2)反萃取水层。通过旋转蒸发来浓缩合并的有机层以产生黄色固体形式的标题化合物(800 mg, 83.2%)。LC-MS : M+1 :481.6。

化合物 28：向化合物 27 (800 mg, 1.665 mmol)在POCl₃ (6 ml)中的溶液添加二乙基异丙基胺(430 mg, 3.33 mmol)。在70℃下加热得到的溶液1小时，然后在80℃下加热1天。在反应冷却至rt后，将其倒入含有约100 g冰的烧杯中。用DCM (80 ml)溶解沉淀，并然后萃取所述溶液。用DCM (50 ml x 2)反萃取水层。通过旋转蒸发来浓缩合并的有机层并通过C18柱色谱来对其进行纯化。用DCM萃取收集的级分并通过旋转蒸发浓缩以产生桃色的固体形式的标题化合物(525 mg, 79 %)。LC-MS : M+1 : 399.1。

化合物 29：向化合物 28 (525 mg, 1.32 mmol)在无水DMF (2 ml)中的溶液添加三丁基(乙烯基)锡(835 mg, 2.63 mmol)。在用氮气吹扫混合物溶液的气氛后，添加Pd(PPh₃)₂Cl₂ (92.1 mmol, 0.132 mmol)。在90℃下加热反应2小时，并然后添加额外量的Pd(PPh₃)₂Cl₂ (92.1 mmol, 0.132 mmol)。在90℃下继续反应 1.5小时。然后将其冷却至rt并通过C18柱色谱纯化。用DCM萃取收集的级分，并通过旋转蒸发来浓缩有机层以产生红褐色固体形式的标题产物 (421.3 mg, 82%)。LC-MS : M+1 : 391.4。

化合物 30：向化合物 29 (42.1 mg, 0.11 mmol)在DCM (2 ml)中的溶液添加Grubbs催化剂(第一代, 16.5 mg, 0.02 mmol)。在rt下搅拌混合物1天。然后通过旋转蒸发来对其进行浓缩并通过HPLC对其进行纯化以产生黄色固体形式的标题化合物 (21.9 mg,55%)。

实施例5：前体药物的合成

实施例5a：

的合成

一般方案

。

实施例5b：

的合成

(6-氟-4-(6-羟基-3-氮杂双环[3.2.0]庚-3-基)-2-((2-甲基嘧啶-5-基)氧基)-9H-嘧啶并[4,5-b]吲哚-8-基)(甲基)氨基甲酸氯甲酯(2)

在氮气气氛下将1 (0.180 g, 0.413 mmol)和二异丙基乙基胺(0.267 g, 2.07mmol)在CH₂Cl₂ (10 mL)中的混合物冷却至0℃。将溶解在CH₂Cl₂ (0.5 mL)中的氯甲酸氯甲酯(0.061 mL, 0.475 mmol)经由注射器逐滴添加至反应混合物中。搅拌得到的黄色溶液1h并然后在减压下浓缩。通过HPLC纯化粗产物以提供黄色固体形式的2 (0.080 g, 0.152mmol, 37 %)。LC/MS (ESI, M+H⁺)= 528。

(6-氟-4-(6-羟基-3-氮杂双环[3.2.0]庚-3-基)-2-((2-甲基嘧啶-5-基)氧基)-9H-嘧啶并[4,5-b]吲哚-8-基)(甲基)氨基甲酸((二-叔丁氧基磷酰基)氧基)甲酯(3)

在23℃下搅拌2 (0.080 g, 0.152 mmol)、碘化钠(0.037 g, 0.246 mmol)和二叔丁基磷酸四正丁基铵(0.222 g, 0.491 mmol)在无水THF (10.0 mL)中的混合物22 h。在搅拌22 h后，过滤得到的异质混合物并通过HPLC对其进行纯化以提供白色固体形式的3(0.060 g, 0.085 mmol, 56 %)。LC/MS (ESI, M+H⁺)= 702。

(6-氟-4-(6-羟基-3-氮杂双环[3.2.0]庚-3-基)-2-((2-甲基嘧啶-5-基)氧基)-9H-嘧啶并[4,5-b]吲哚-8-基)(甲基)氨基甲酸(膦羧基氧基)甲酯(4)

在23℃下搅拌3 (0.060 g, 0.085 mmol)在三氟乙酸(3.0 mL)中的混合物15min。通过减压蒸发三氟乙酸并通过HPLC纯化粗产物以产生白色固体形式的4 (0.043 g,0.072 mmol, 85 %)。LC/MS (ESI, M+H⁺)= 590。

实施例5c：前体药物的合成

一般方案

前体药物

的合成

。

6-羟基-3-氮杂双环[3.2.0]庚烷-3-甲酸叔丁酯(2)

在氮气气氛下在23℃下向1 (0.525 g, 2.48 mmol)在无水MeOH (5.0 mL)中的溶液添加NaBH₄ (0.093 g, 2.48 mmol)。搅拌反应混合物15 min并通过LC/MS检验。完成后，用冰水(25 mL)处理混合物并用EtOAc (50 mL x 3)萃取混合物。将合并的有机层在MgSO₄上干燥，过滤，并在真空中浓缩。在不进一步纯化的情况下将淡黄色油形式的粗产物2用于下一反应。LC/MS (ESI, M+H⁺)= 214。

6-((二异丙氧基磷酰基)氧基)-3-氮杂双环[3.2.0]庚烷-3-甲酸叔丁酯(3)

在氮气气氛下在23℃下向2 (0.525 g, 2.46 mmol)在无水THF (5.0 mL)中的溶液添加t-BuOK (4.96 mL, 4.96 mmol, 在THF中的1.0 M溶液)。将得到的混合物搅拌15min并然后通过注射器逐滴添加溶解在THF (0.5 mL)中的氯磷酸二异丙酯(1.00 g, 4.96mmol)。在搅拌2 h后，用冰水(50 mL)处理混合物并用EtOAc (100 mL x 3)萃取混合物。将合并的有机层在MgSO₄上干燥，过滤，并在真空中浓缩。在不进一步纯化的情况下将粗产物3用于下一反应。LC/MS (ESI, M+H⁺)= 378。

3-氮杂双环[3.2.0]庚-6-基二异丙基磷酸酯(4)

在23℃下搅拌3在三氟乙酸(1.5 mL)中的混合物15 min。通过减压蒸发三氟乙酸并在不进一步纯化的情况下将橙色油形式的粗产物4用于下一反应。LC/MS (ESI, M+H⁺)=278。

(4-(6-((二异丙氧基磷酰基)氧基)-3-氮杂双环[3.2.0]庚-3-基)-6-氟-2-((2-甲基嘧啶-5-基)氧基)-9H-嘧啶并[4,5-b]吲哚-8-基)(甲基)氨基甲酸叔丁酯 (6)

在100℃下搅拌 5 (0.426 g, 0.800 mmol)、3-氮杂双环[3.2.0]庚-6-基二异丙基磷酸酯4 (0.670 g. 2.40 mmol)和K₂CO₃ (0.553 g, 4.00 mmol)在NMP (3.5 mL)中的混合物2 h。在搅拌2 h后，通过LC/MS来检验反应。将得到的异质混合物冷却至23℃并通过HPLC对其进行纯化以提供白色固体形式的6 (0.265 g, 0.379 mmol, 47 %)。LC/MS (ESI,M+H⁺)= 700。

3-(6-氟-8-(甲基氨基)-2-((2-甲基嘧啶-5-基)氧基)-9H-嘧啶并[4,5-b]吲哚-4-基)-3-氮杂双环[3.2.0]庚-6-基二氢磷酸酯(7)，

3-(6-氟-8-(甲基氨基)-2-((2-甲基嘧啶-5-基)氧基)-9H-嘧啶并[4,5-b]吲哚-4-基)-3-氮杂双环[3.2.0]庚-6-基异丙基氢磷酸酯(8)，和

3-(6-氟-8-(甲基氨基)-2-((2-甲基嘧啶-5-基)氧基)-9H-嘧啶并[4,5-b]吲哚-4-基)-3-氮杂双环[3.2.0]庚-6-基二异丙基磷酸酯 (9)

在氮气气氛下在80℃下搅拌6 (0.265 g, 0.379 mmol)在三氟乙酸(3.5 mL)中的混合物24 h。通过减压蒸发三氟乙酸并通过HPLC纯化粗产物以产生黄色固体形式的3-(6-氟-8-(甲基氨基)-2-((2-甲基嘧啶-5-基)氧基)-9H-嘧啶并[4,5-b]吲哚-4-基)-3-氮杂双环[3.2.0]庚-6-基二氢磷酸酯7 (0.055 g, 0.107 mmol, 28 %)(LC/MS (ESI, M+H⁺)=516)、淡黄色固体形式的3-(6-氟-8-(甲基氨基)-2-((2-甲基嘧啶-5-基)氧基)-9H-嘧啶并[4,5-b]吲哚-4-基)-3-氮杂双环[3.2.0]庚-6-基异丙基氢磷酸酯 8 (0.055 g, 0.099mmol, 26 %)(LC/MS (ESI, M+H⁺)= 558)和白色固体形式的3-(6-氟-8-(甲基氨基)-2-((2-甲基嘧啶-5-基)氧基)-9H-嘧啶并[4,5-b]吲哚-4-基)-3-氮杂双环[3.2.0]庚-6-基二异丙基磷酸酯9 (0.040 g, 0.067 mmol, 18 %) (LC/MS (ESI, M+H⁺)= 600)。

实施例5d：

的合成

使用类似于上文实施例5c中描述的程序来制备上面的前体药物 (LC/MS (ESI, M+H⁺)= 476)。

实施例5e：

的合成

一般方案

N-(6-氟-4-(6-羟基-3-氮杂双环[3.2.0]庚-3-基)-2-((2-甲基嘧啶-5-基)氧基)-9H-嘧啶并[4,5-b]吲哚-8-基)-N-甲基甲酰胺 (2)

在氮气气氛下在60℃下搅拌1 (0.170 g, 0.390 mmol)在甲酸(1.5 mL)中的混合物45 min。通过减压蒸发过量的甲酸并通过HPLC纯化粗产物以产生二-甲酰基加合物。缓慢水解该二-甲酰基加合物以提供在具有5 % TFA的MeCN和H₂O 中的单-甲酰基产物。在减压下去除溶剂并通过HPLC纯化粗产物以产生白色固体形式的N-(6-氟-4-(6-羟基-3-氮杂双环[3.2.0]庚-3-基)-2-((2-甲基嘧啶-5-基)氧基)-9H-嘧啶并[4,5-b]吲哚-8-基)-N-甲基甲酰胺 2 (0.075 g, 0.162 mmol, 42 %) (LC/MS (ESI, M+H⁺)= 464)。

实施例6：抗菌功效的确定

从过夜的板挑选流感嗜血杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、鲍氏不动杆菌、肺炎链球菌、绿脓杆菌以及泰国伯克霍尔德氏菌的菌落，并且再悬浮于3mL DPBS 溶液中。在600nM 下读取吸光度，并且将悬浮液稀释至0.1的OD。

将接种物添加至适当的生长培养基中，并且将98μL 混合物接种至96 孔平底细胞培养板的第1 至第11 列中。第12 列仅用培养基接种。

表1

		再悬浮的细胞	培养基	孵育
					<i>金黄色葡萄球菌</i>	ATCC 13709	50uL	20mL Mueller Hinton阳离子调整的	环境18h
<i>SA </i>+ 血清	ATCC 13709	50uL	16mL MHCA + 4mL 小鼠血清	环境 18h
					<i>肺炎链球菌</i>	ATCC 51916	100uL	20mL MHCA + 3% 裂解马血	5% CO<sub>2</sub> 18h
<i>大肠杆菌</i>	ATCC 25922	100uL	20mL MHCA	环境 18h
					<i>EC </i>+ 血清	ATCC 25922	100uL	16mL MHCA + 4mL 小鼠血清	环境 18h
<i>大肠杆菌</i>	MX1313	100uL	20mL MHCA	环境 18h
					<i>大肠杆菌imp</i>	Benson BAS849	100uL	20mL MHCA	环境 18h
<i>大肠杆菌Δtolc</i>	BW25113 <i>Δtolc</i>	100uL	20mL MHCA	环境 18h
					<i>绿脓杆菌</i>	ATCC 15692	100uL	20mL MHCA	环境 18h
<i>鲍氏不动杆菌</i>	ATCC 19606	100uL	20mL MHCA	环境 18h
					<i>鲍氏不动杆菌</i>	MX2585	100uL	20mL MHCA	环境 18h
<i>肺炎克雷伯氏菌</i>	ATCC 700603	100uL	20mL MHCA	环境 18h
					<i>肠炎沙门氏菌</i>	ATCC 53000	100uL	20mL MHCA	环境 18h
<i>伤寒沙门氏菌</i>	ATCC 33459	100uL	20mL MHCA	环境 18h
					<i>鼠伤寒沙门氏菌</i>	ATCC 14028	100uL	20mL MHCA	环境 18h
<i>痢疾志贺氏菌</i>	ATCC 13313	100uL	20mL MHCA	环境 18h
					<i>鼠疫耶尔森氏菌</i>	CO92 <i>pgm-</i>	100uL	20mL MHCA	环境 42h
<i>泰国伯克霍尔德氏菌</i>	ATCC E264	100uL	20mL MHCA	环境 18h
					<i>空肠弯曲菌</i>	ATCC 33560	100uL	20mL MHCA	GasPak EZ Campy 容器系统42h
<i>土拉弗朗西斯菌</i>	<i>holarctica </i>LVS	100uL	20mL MHCA 与Isovitalex	环境 42h
					<i>土拉弗朗西斯菌</i>	<i>novicida </i>Utah 112	100uL	20mL MHCA与Isovitalex	环境 42h

将在100％ DMSO 中的2μL化合物稀释系列添加至第1至第10列。将板在板振荡器中摇动1 min。

将细胞与培养基的混合物在DPBS 中按1000 倍稀释，并且将100μL 接种至适当的培养基上并且孵育过夜，以便对CFU 进行计数。

将板在35℃下孵育过夜。用5％CO₂孵育流感嗜血杆菌和肺炎链球菌板。

将10μL 阿拉马蓝(Alamar Blue)(Invitrogen)添加至各板，并且将板在板振荡器中摇动1 min。将板在35℃下孵育1 h。目测读取各板，将颜色从蓝色发生任何变化读作存活。

实施例7：hERG 抑制的确定

将使用中国仓鼠卵巢K1细胞的Cerep 自动化膜片钳测定 用于测量hERG IC50值。通过测量尾电流幅值来获得抑制的程度(%)，所述尾电流通过在两秒的至+ 20 mV的脉冲之后的一秒的至– 40 mV的测试脉冲来引发(在药物孵育之前和之后)(将电流之差归一化至对照并乘以100以获得%抑制)。

将浓度(log)响应曲线拟合成逻辑斯谛方程 (假设在非常高的测试化合物浓度下的电流的完全阻断的三个参数)以产生对50% 抑制浓度(IC50)的估计。通过连续浓度由电流幅值的百分比降低来构建各种化合物的浓度-响应关系。测试的化合物的MIC和hERGIC50值提供于下表2中。

对于含-OH的类似物，对比显示出的更好的hERG值，同时保留了革兰氏阴性活性（例如在大肠杆菌中）。

实施例8：Caco-2 细胞单层渗透性

将Caco-2人结肠癌细胞系(Caco-2)用作用于肠上皮细胞渗透性的模型系统。在该细胞系统和小肠上皮细胞层之间存在摄取和屏障性质方面的相似性。参见, Hidalgo IJ,等, Gastroenterology. 1989 Mar;96(3):736-49. Characterization of the human colon carcinoma cell line (Caco-2) as a model system for intestinal epithelial permeability。潜在的口服/IV候选物的概况示于表3中。

实施例9：体内小鼠PK (平行采样)

典型的方案是单剂量的静脉内和口服（管饲法）给药，在选择的（6-8个）时间点 (n=3只小鼠/时间点)通过心脏穿刺从每只动物收集血液至含有合适的抗凝剂的管中。将血液离心并将得到的血浆移除以用于后续分析。在适当的样品制备后，通过LC-MS/MS来确定测试化合物的血浆浓度并将来自口服给药的浓度-时间曲线的药代动力学(即，曲线下面积或AUC)与来自静脉内给药的相应的药代动力学进行比较。来自口服给药的AUC与来自静脉内给药的AUC的比率给出口服生物利用度(%F)，如以下在表3中针对所选择的化合物所显示的那样。此外，显示了Caco值。

在要求US Prov. Pat. Appl. 61/700,159的优先权的PCT申请中，将表3中的前两种含胺的类似物报道为具有预料不到的有利的hERG值的两种含胺化合物，然而，与含-OH的化合物相比，其口服生物利用度值显著较低。

。

Claims (8)

1.一种化合物，其中所述化合物选自

2.根据权利要求1所述的化合物，其中所述化合物为

3.根据权利要求1所述的化合物，其中所述化合物为

4.根据权利要求1所述的化合物，其中所述化合物为

5.根据权利要求1所述的化合物，其中所述化合物为

6.根据权利要求1所述的化合物，其中所述化合物为

7.一种组合物，其包含有效量的权利要求1至6中任一项的化合物和药学上可接受的载体。

8.权利要求1至6中任一项的化合物在制备用于在对其需要的患者中治疗细菌感染的药物中的用途。