CN110062760A - 抗d,d-转肽酶和l,d-转肽酶的抗细菌剂 - Google Patents

Abstract

公开了抗D,D‑转肽酶和L,D‑转肽酶的抗细菌剂。也公开了药物组合物和使用其的方法。

Description

抗D,D-转肽酶和L,D-转肽酶的抗细菌剂

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年10月10日提交的美国临时申请第62/406,095号的权益，其内容通过引用以其整体并入本文。

联邦资助的研究或开发

本发明是根据由美国国立卫生研究院(the National Institutes of Health)(NIH)授予的RO1AI121072和R56AI01937在政府支持下进行的。政府在本发明中具有某些权利。

背景

几十年前的药物包含了目前可用的用于治疗结核病(TB)的标准方案，结核病(TB)是由结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis)感染引起的疾病。尽管二十年多年前被世界卫生组织宣布为全球卫生优先事项，TB目前在世界范围内引起比任何其他传染病多的死亡(WHO,2015)。TB治疗的复杂性和时间长度，涉及持续至少六个月的每日施用多种药物，妨碍了TB治疗在世界许多地区的成功实施。这个失败助长了药物耐受TB的发展，进一步加剧了这个已经严重的全球公共卫生问题。可以降低治疗的复杂性和持续时间且也具有抗药物耐受结核分枝杆菌(M.tuberculosis)的活性的药物方案可以显著地影响TB的控制并且减轻具有该疾病的患者的痛苦。因此，开发新的抗TB药物，包括重新利用和/或改进现有药物，是至关重要的。

β-内酰胺抗细菌剂，其靶向肽聚糖生物合成并且总体上是用于治疗感染的最广泛使用的抗细菌剂类别，传统上在TB治疗中尚不是有效的(Walsh,2003)。这种抗结核-分枝杆菌活性的缺乏主要被归因于染色体编码的β-内酰胺酶BlaC的存在，β-内酰胺酶BlaC水解核心β-内酰胺环(coreβ-lactam ring)以使药物失活(Hugonnet,等人,2009)，并且也归因于限制穿透厚的分枝菌酸酯芽孢衣(mycolate coat)的潜力(Wivagg,等人,2014)。然而，近期一些研究已经表明，β-内酰胺类的子集，特别是碳青霉烯类，以及青霉烯法罗培南(penemfaropenem)，可以具有抗TB活性(Cordillot,等人,2013；Dhar,等人,2015；Kaushik,等人,2015；Rullas,等人,2015)。除了是对β-内酰胺酶活性相对地更耐受之外，这些类型的β-内酰胺类是独特的，因为它们靶向参与细菌肽聚糖合成的多于一种的酶。

大多数β-内酰胺类抑制通常被称为青霉素结合蛋白的D,D-转肽酶。这些酶催化肽聚糖网络中4→3转肽键(transpeptide linkage)的形成。新出现的证据表明碳青霉烯类不仅靶向D,D-转肽酶，而且也靶向非典型的L,D-转肽酶，其催化3→3转肽键的形成(Cordillot,等人,2013；Gupta,等人,2010；Erdemli,等人,2012)。这后一种功能可能是用法罗培南和碳青霉烯类观察到的抗TB活性的关键，因为结核分枝杆菌主要使用L,D-转肽酶交联其肽聚糖(Lavollay,等人,2008；Kumar,等人,2012)并且缺乏L,D-转肽酶Ldt_Mt1和Ldt_Mt2的突变体在毒力方面是减弱的，具有修饰的肽聚糖和改变的细胞生理和形态(Gupta,等人,2010；Schoonmaker,等人,2014)。因此，更好地理解这些类型的β-内酰胺抗细菌剂如何对结核分枝杆菌起作用可以引起其作为抗TB药物使用的结构改进。

概述

本公开的主题提供了新的内酰胺抗细菌剂，该新的内酰胺抗细菌剂包含在C-2和C-6位置具有取代基的双环青霉烯核。动力学和x-射线结构研究证实，本公开的化合物与几种对人类健康重要的细菌病原体的L,D-转肽酶(参与肽聚糖层的生物合成的酶，其不同于经典的D,D-转肽酶)结合。此类病原体包括革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌和耐酸细菌。本公开的化合物表现出有效的抗微生物活性。

在一些方面，本公开的主题提供了式(I)的化合物以及其立体异构体和药学上可接受的盐：

其中：

X选自由CR’R”和S组成的组；R’和R”各自独立地选自由氢和C₁-C₆烷基组成的组；

R选自由以下组成的组：

a是选自由0、1、2、3、4、5和6组成的组的整数；b是选自由0、1、2和3组成的组的整数；R₁选自由氢和C₁-C₆烷基组成的组；Q选自由氢、羟基、烷氧基、胺、羰基(carbonyl)、羧基(carboxyl)、酯、醚、硫醇、硫化物、亚磺酰基、磺酰基和杂环烷基组成的组；

P选自由胺、硫化物、磺酰基和亚磺酰基组成的组。

在某些方面，本公开的主题提供了治疗细菌感染的方法，所述方法包括向有相应需要的受试者施用治疗有效量的式(I)的化合物。

在其他方面，本公开的主题提供了药物组合物，所述药物组合物包含式(I)的化合物和一种或更多种另外的成分。

上文已经说明了本公开的主题的某些方面，其全部或部分通过本公开的主题所呈送，当结合本文下文作为最佳描述所附的实施例和附图考虑时，其他方面随着描述进行将变得明显。

附图简述

因此已经以一般术语描述了本公开的主题，现在将参考附图，附图不必按比例绘制，并且其中：

图1A、图1B、图1C、图1D、图1E、图1F、图1G、图1H、图1I、图1J、和图1K示出了TB的小鼠模型中β-内酰胺类与分枝杆菌L,D-转肽酶的相互作用以及比阿培南和法罗培南的活性：(图1A)法罗培南与结核分枝杆菌酶Ldt_Mt1和Ldt_Mt2、以及脓肿分枝杆菌(M.abscessus)酶Ldt_Mab1和Ldt_Mab2的结合。在每个图中，上面的曲线图显示法罗培南对酶的滴定，并且下面的曲线图显示跨递增的配体：酶摩尔比率的热交换的非线性拟合；(图1B)在与多种β-内酰胺类一起孵育后Ldt_Mt2的头孢硝噻吩(nitrocefin)水解活性；(图1C)在用单独的或与利福平组合的比阿培南和法罗培南以及对照方案治疗前、期间和后，在BALB/c小鼠的肺中的结核分枝杆菌的Log₁₀菌落形成单位。数据代表平均值(n＝5只小鼠/组/时间点)，并且误差线代表标准差；(图1D、图1E、图1F、图1G、图1H、图1I、图1J、和图1K)是在治疗结束时结核分枝杆菌感染的小鼠的肺的大体病理学(gross pathology)。示出了来自每个治疗组的一个代表性的肺：(图1D)未治疗、(图1E)异烟肼、(图1F)利福平、(图1G)异烟肼+利福平、(图1H)比阿培南、(图1I)比阿培南+利福平、(图1J)法罗培南、(图1K)法罗培南+利福平。比例尺，1cm；

图2A、图2B、图2C、和图2D示出了结核分枝杆菌L,D-转肽酶与(碳)青霉烯类的相互作用的分子细节：(图2A)被法罗培南结合的Ldt_Mt2在的晶体结构；(图2B)被法罗培南结合的Ldt_Mt1在的晶体结构；和(图2C)被多利培南(doripenem)结合的Ldt_Mt2在的晶体结构。产生显著的相互作用的残基以绿色示出，并且加合物以青色示出。2Fo-2Fc差分傅里叶映射(difference Fourier map)(灰色)的轮廓在1.0σ。距离以计；和(图2D)通过多利培南、比阿培南、法罗培南和替比培南(tebipenem)抑制Ldt_Mt2的动力学。动力学常数k_inact和K_app通过分光光度法来确定。数据代表三个独立的实验的平均值，并且误差线代表标准差；

图3A、图3B和图3C示出了演进的碳青霉烯类的设计和活性：(图3A)碳青霉烯与Ldt_Mt2的催化核心(catalytic core)结合的模型。虽然碳青霉烯核心环(carbapenem corering)与Ldt_Mt2的催化核心(灰色)通过与半胱氨酸354共价键合紧密地结合，碳青霉烯核心环的R1基团突出并且取决于配体结合模式产生与内腔(以紫色着色的口袋、以米色着色的配体)或外腔(以黄色着色的口袋、以绿色着色的配体)的广泛接触；(图3B)演进的碳青霉烯类T123、T206、T208和T210的化学结构；(图3C)通过T208和T210酰化Ldt_Mt2的动力学。动力学常数k_inact和K_app通过分光光度法来确定。数据代表三个独立的实验的平均值，并且误差线代表标准差；

图4A、图4B、图4C、图4D、图4E和图4F示出了具有演进的碳青霉烯类的Ldt_Mt2的晶体结构：(图4A、图4B、和图4C)在Ldt_Mt2的催化位点处有T206的结构。(图4A)构象A1、(图4B)构象A2和(图4C)构象B示出了T206的相互作用。在Ldt_Mt2的催化位点处的(图4D)T208、(图4E)T210和(图4F)T224的加合物(青色)的结构。对于每个图，2Fo-2Fc差分傅里叶映射(灰色)的轮廓在1.0σ。距离以计。

图5A、图5B、和图5C示出了通过(碳)青霉烯类酰化L,D-转肽酶的提出的机制：(图5A)法罗培南与Ldt_Mt1或Ldt_Mt2的反应、以及Ldt_Mt2与多利培南(图5B)和T208(图5C)的反应；和

图6示出了在L,D-转肽酶和β-内酰胺类之间形成的加合物的UPLC-MS分析。β-内酰胺类的分子量(Da)：阿莫西林(A)，365.4；头孢噻吩(C)，396.4；多利培南(D)，420.1；法罗培南(F)，285.3；氨曲南(Z)，435.4；比阿培南(B)，350.4；替比培南(Te)，383.5；T205，337.3；T206，365.4；T208，405.4；T210，279.3。A-C-Z-F和D-B-F-Te代表酶与指定的β-内酰胺类的等摩尔混合物一起的孵育。n.d.，未确定的。

本专利或申请文件包含以彩色制成的至少一幅附图。具有彩色附图的本专利或专利申请公布的副本经请求和支付必要的费用后将通过专利局提供。

详细描述

现在将参考附图在下文中更全面地描述本公开的主题，在附图中示出了本发明的一些但非所有的实施方案。相同的数字自始至终是指相同的要素。本公开的主题可以以许多不同的形式来体现并且不应该被解释为限于本文列出的实施方案；相反，提供这些实施方案使得本公开内容将满足适用的法律要求。事实上，受益于前面的描述和相关的附图中展示的教导，本文列出的本公开的主题的许多修改形式和其他实施方案将被本公开的主题所属领域中的技术人员所想到。因此，应该理解，本公开的主题不限于所公开的具体实施方案并且修改形式和其他实施方案意图于被包括在所附权利要求书的范围内。

I.抗D,D-转肽酶和L,D-转肽酶的抗细菌剂

细菌存活需要完整的肽聚糖层，肽聚糖层是包裹细胞质膜的三维外骨骼。历史上，肽聚糖合成的最后步骤已知是通过D,D-转肽酶进行的，D，D-转肽酶是被β-内酰胺类抑制的酶类，β-内酰胺类占临床使用中的所有抗细菌剂的>50％。本公开的主题证明，β-内酰胺类的碳青霉烯子类是明显有效的，不仅因为它们抑制D,D-转肽酶并且是β-内酰胺酶的不良底物，而且主要因为它们还抑制非经典的转肽酶，即L,D-转肽酶，L,D-转肽酶产生分枝杆菌属(mycobacteria)的肽聚糖中的大多数键。本公开的主题部分阐明了负责抑制结核分枝杆菌和一系列细菌(包括ESKAPE病原体)的L,D-转肽酶的分子机制。这个信息被用于设计、合成和测试表现出有效的抗细菌活性的简化的碳青霉烯类。

更具体地，本公开的主题使用生物化学和生物物理方法(包括解析多种晶体结构)表征了法罗培南和碳青霉烯类与结核分枝杆菌L,D-转肽酶Ldt_Mt1和Ldt_Mt2的抑制性相互作用，并且在TB治疗的临床前小鼠模型中验证了碳青霉烯体内抗TB活性。基于这些数据，结构-活性关系可以被分析并且被用于指导表现出有效的抗结核分枝杆菌活性的演进的碳青霉烯类的合成。此外，鉴定出来自其他细菌(包括ESKAPE病原体(与严重、难以治疗的医院感染(nosocomial infection)相关的生物体)的推定的L,D-转肽酶，并且表征了法罗培南和碳青霉烯类(包括演进的碳青霉烯类的测试系列)与这些酶的抑制性相互作用。因此，现在公开的数据不仅为最大化碳青霉烯类的抗TB活性提供了关键的见解，而且也为改进其作为抗细菌剂的治疗潜力提供了更广泛地用途。

A.式(I)的化合物

因此，在一些实施方案中，本公开的主题提供了式(I)的化合物以及其立体异构体和药学上可接受的盐：

其中：

X选自由CR’R”和S组成的组；R’和R”各自独立地选自由氢和C₁-C₆烷基组成的组；

R选自由以下组成的组：

a是选自由1、2、3、4、5和6组成的组的整数；b是选自由0、1、2和3组成的组的整数；R₁选自由氢、和C₁-C₆烷基组成的组；Q选自由氢、羟基、烷氧基、胺、羰基、羧基、酯、醚、硫醇、硫化物、亚磺酰基、磺酰基和杂环烷基组成的组；且

P选自由胺、硫化物、磺酰基和亚磺酰基组成的组。

在一些实施方案中，Q选自由吡咯烷基、吗啉基、和N-甲基哌嗪基组成的组。

在具体实施方案中，Q选自由H、-OR₂、-NR₃R₄、-C(＝O)-NR₃R₄、-C(＝O)-OR₅、和-NH-SO₂-NR’R”组成的组；P选自由-N(R₆)-、和-SO₂-组成的组；R₂选自由氢和C₁-C₆烷基、C₆-C₁₂芳基、和C₄-C₁₆烷基芳基组成的组；R₃和R₄各自独立地选自由氢、C₁-C₆烷基、和-SO₂NR₃R₄组成的组；R₅选自由氢、和C₁-C₆烷基、C₃-C₁₂环烷基、C₆-C₁₂芳基、和C₄-C₁₆烷基芳基组成的组；R₆选自由以下组成的组： 代表单键或双键；X₁和X₂各自独立地选自由C、O、N、和S组成的组。

在另外的实施方案中，式(I)的化合物是式(Ia)的化合物：

其中：(i)Q是H；且a是2或3；或(ii)Q是-OR₂；a是2；且R₂是H；或(iii)Q是-C(＝O)-OR₅；a是2；且R₅是C₁-C₆烷基。

在某些实施方案中，式(Ia)的化合物选自由以下组成的组：

在其他实施方案中，式(I)的化合物是式(Ib)的化合物：

其中：(i)Q是-NR₃R₄；R₁是H；b是1；R₃是H；和R₄是H或-SO₂NR₃R₄；或(ii)Q是-C(＝O)-NR₃R₄；R₁是H；b是0；R₃是C₁-C₆烷基；且R₄是C₁-C₆烷基。

在某些实施方案中，式(Ia)的化合物选自由以下组成的组：

在另外的实施方案中，式(I)的化合物是式(Ic)的化合物：

其中P是-N(R₆)-；且R₆是

在某些实施方案中，式(Ic)的化合物是：

B.使用式(I)的化合物的方法

在一些实施方案中，本公开的主题提供了治疗或预防受试者中的细菌感染的方法，所述方法包括向受试者施用治疗有效量的式(I)化合物、其立体异构体、或药学上可接受的盐。

如本文使用的，术语“治疗”可以包括逆转、减轻、抑制此类术语适用的疾病(disease)、障碍(disorder)、或状况(condition)的进展，预防或降低此类术语适用的疾病、障碍、或状况的可能性，或预防或降低此类疾病、障碍或状况的一种或更多种症状或表现，包括杀死或消除感染原(infectious agent)，诸如结核分枝杆菌、脓肿分枝杆菌、鲍氏不动杆菌(A.baumannii)、金黄色葡萄球菌(S.aureus)、肺炎克雷伯菌(K.pneumoniae)、阴沟肠杆菌(E.cloacae)、铜绿假单胞菌(P.aeruginosa)和粪肠球菌(E.faecalis)或其组合。在某些实施方案中，细菌感染是对针对无活性的D,D-转肽酶的抗微生物剂耐受的细菌的一种或更多种菌株。

预防是指引起疾病、障碍、状况、或症状或疾病、障碍、状况、或症状的表现、或者使疾病、障碍、状况、或症状的严重程度恶化，不发生。因此，本公开的化合物可以被预防性地施用，以预防或降低疾病、障碍或状况的发生或复发。

通过本公开的方法在其许多实施方案中治疗的“受试者”合意地是人类受试者，尽管应该理解，本文描述的方法关于所有脊椎动物物种是有效的，所述所有脊椎动物物种意图被包括在术语“受试者”中。因此，“受试者”可以包括用于医学目的，诸如用于现存状况或疾病的治疗或用于预防状况或疾病的发作的预防性治疗的人类受试者，或用于医学目的、兽医学目的、或发育目的的动物受试者。合适的动物受试者包括哺乳动物，哺乳动物包括但不限于，灵长类动物(primates)，例如，人类、猴、猿等；牛科动物(bovines)，例如，家牛(cattle)、公牛(oxen)等；绵羊类(ovines)，例如，绵羊(sheep)等；羊亚科动物(caprines)，例如，山羊(goat)等；猪类(porcines)，例如，猪、畜牧猪(hogs)等；马科动物(equines)，例如，马、驴、斑马等；猫科动物(felines)，包括野生猫和家养猫；犬科动物(canines)，包括犬；兔类动物(lagomorph)，包括兔、野兔等；和啮齿类动物(rodents)，包括小鼠、大鼠等。动物可以是转基因动物。在一些实施方案中，受试者是人类，包括但不限于，胎儿、新生儿、婴儿、少年和成年受试者。此外，“受试者”可以包括罹患或疑似罹患状况或疾病的患者。因此，术语“受试者”和“患者”在本文可互换地使用。术语“受试者”也是指来自受试者的有机体(organism)、组织、细胞或细胞的集合。

通常地，活性剂或药物递送装置的“有效量”是指引发期望的生物学响应必需的量。如本领域普通技术人员将理解的，剂或装置的有效量可以取决于此类因素如期望的生物学终点、待递送的剂、药物组合物的组成(makeup)、靶组织等而变化。

术语“组合”是以其最广泛的意义被使用的，并且意指受试者被施用至少两种剂，更具体地，式(I)的化合物和一种或更多种抗细菌剂。更具体地，术语“与…组合(incombination)”是指同时施用用于治疗，例如，单一疾病状态，的两种(或更多种)活性剂。如本文使用的，活性剂可以以单一剂型被组合和被施用，可以作为单独的剂型在同一时间被施用，或可以作为单独的剂型被施用，所述单独的剂型在同一或单独的日子交替地或顺序地被施用。在本公开的主题的一个实施方案中，活性剂以单一剂型被组合和被施用。在另一个实施方案中，活性剂以单独的剂型被施用(例如，其中改变一种的量而不改变另一种的量是期望的)。单一剂型可以包括用于治疗疾病状态的另外的活性剂。

此外，本文描述的式(I)的化合物可以单独地或与佐剂组合地(包括其他活性成分)被施用，所述佐剂增强单独的与一种或更多种抗细菌剂组合的式(I)的化合物的稳定性、在某些实施方案中促进包含它们的药物组合物的施用、提供增加的溶解度或分散度、增加抑制性活性、提供辅助疗法等。有利地，此类组合疗法使用较低剂量的常规治疗剂，因此避免了当这些剂被用作单一疗法(monotherapies)时引起的可能的毒性和不良副作用。

式(I)的化合物和至少一种另外的治疗剂的施用时间可以改变，只要实现这些剂的组合的有益作用即可。因此，词语“与…组合(in combination with)”是指同时地、顺序地施用式(I)的化合物和至少一种另外的治疗剂、或其组合。因此，施用式(I)的化合物和至少一种另外的治疗剂的组合的受试者可以在同一时间(即，同时地)或在不同的时间(即，以任一顺序、在同一日子或在不同日子顺序地)接受式(I)的化合物和至少一种另外的治疗剂，只要在受试者中实现两种剂的组合的作用即可。

当顺序地施用时，剂可以在彼此的1分钟、5分钟、10分钟、30分钟、60分钟、120分钟、180分钟、240分钟或更长时间内被施用。在其他实施方案中，顺序地施用的剂可以在彼此的1天、5天、10天、15天、20天或更多天内被施用。当式(I)的化合物和至少一种另外的治疗剂同时地施用时，它们可以作为各自包含式(I)的化合物或至少一种另外的治疗剂的单独的药物组合物被施用至受试者，或它们可以作为包含两种剂的单一药物组合物被施用至受试者。

当以组合被施用时，引发特定生物学响应的每种剂的有效浓度可以少于当单独被施用时每种剂的有效浓度，从而允许一种或更多种剂的剂量相对于如果该剂作为单一剂被施用将被需要的剂量的降低。多种剂的作用可以，但不一定是，加性的(additive)或协同的。剂可以被多次施用。

在一些实施方案中，当以组合被施用时，两种或更多种药物可以具有协同作用。如本文使用的，术语“协同作用(synergy)”、“协同的(synergistic)”、“协同地(synergistically)”和其派生词(derivation)，诸如以“协同作用(synergistic effect)”或“协同组合(synergistic combination)”的方式或呈“协同组合物(synergisticcomposition)”的方式是指这样的情形，即，在式(I)的化合物和至少一种另外的治疗剂的组合的生物学活性大于当单独地被施用时各剂的生物学活性的总和的情况。

协同作用可以用“协同作用指数(SI)”表示，所述“协同作用指数(SI)”通常地可以通过由F.C.Kull等人,Applied Microbiology 9,538(1961)描述的方法，由通过以下确定的比值来确定：

Q_a/Q_A+Q_b/Q_B＝协同作用指数(SI)

其中：

Q_A是单独起作用的组分A的浓度，其产生与组分A相关的终点；

Q_a是混合物中的组分A的浓度，其产生终点；

Q_B是单独起作用的组分B的浓度，其产生与组分B相关的终点；

Q_b是混合物中的组分B的浓度，其产生终点；

通常地，当Q_a/Q_A和Q_b/Q_B的总和大于1时，指示拮抗作用。当总和等于1时，指示加性作用(additivity)。当总和少于1时，表示协同作用。SI越低，通过特定混合物显示出的协同作用越大。因此，“协同组合”具有比基于当单独使用时观察到的单独的组分的活性可以预期的活性更高的活性。此外，组分的“协同有效量”是指在，例如，组合物中存在的另一种治疗剂引发协同作用所需的组分的量。

在其他实施方案中，本公开的主题提供了体外抑制细菌的生长的方法，所述方法包括使细菌与有效量的式(I)的化合物、其立体异构体、或药学上可接受的盐接触。

如本文使用的，术语“抑制”或“降低”和其语法派生词，是指剂阻断、部分阻断、干扰、减少、降低生物分子、作用的途径或机制或使生物分子、作用的途径或机制失去活性的能力。因此，本领域普通技术人员将理解，术语“抑制”包括活性的完全和/或部分损失，例如，活性损失了至少10％，在一些实施方案中，活性损失了至少20％、至少30％、至少50％、至少75％、至少95％、至少98％，和多达并包括100％。

在一些其他实施方案中，本公开的主题提供了抑制具有细菌感染的受试者中的L,D-转肽酶活性的方法，所述方法包括向受试者施用有效量的式(I)的化合物、其立体异构体或药学上可接受的盐。

C.药物组合物和施用

在另一方面，本公开内容提供了药物组合物，所述药物组合物包含与药学上可接受的赋形剂一起混合的单独的或与一种或更多种另外的治疗剂组合的一种式(I)的化合物。本领域技术人员将认识到，药物组合物包含以上描述的化合物的药学上可接受的盐。药学上可接受的盐通常地是本领域普通技术人员众所周知的，并且取决于本文描述的化合物上发现的特定取代基部分，包含用相对地无毒性的酸或碱制备的活性化合物的盐。当本公开内容的化合物包含相对地酸性的官能团时，碱加成盐可以通过使此类化合物的中性形式与足够量的期望的碱(纯的或在合适的惰性溶剂中或通过离子交换)接触来获得，其中离子络合物中的一种碱性抗衡离子(碱)被另一种取代。药学上可接受的碱加成盐的实例包括钠、钾、钙、铵、有机氨基、或镁盐、或类似的盐。

当本公开内容的化合物包含相对地碱性的官能团时，酸加成盐可以通过使此类化合物的中性形式与足够量的期望的酸(纯的或在合适的惰性溶剂中或通过离子交换)接触来获得，其中离子络合物中的一种酸性抗衡离子(酸)被另一种取代。药学上可接受的酸加成盐的实例包括来源于如下无机酸的那些：如盐酸、氢溴酸、硝酸、碳酸、一氢碳酸(monohydrogencarbonic)、磷酸、一氢磷酸(monohydrogenphosphoric)、二氢磷酸(dihydrogenphosphoric)、硫酸、一氢硫酸(monohydrogensulfuric)、氢碘酸或亚磷酸等，以及来源于如下相对地无毒性的有机酸的盐：如乙酸、丙酸、异丁酸、马来酸、丙二酸、苯甲酸、琥珀酸、辛二酸、富马酸、乳酸、扁桃酸、邻苯二甲酸、苯磺酸、对甲苯磺酸、柠檬酸、酒石酸、甲基磺酸等。还包括了氨基酸诸如精氨酸等的盐，和有机酸如葡糖醛酸或半乳糖醛酸等的盐(见，例如，Berge等人,“Pharmaceutical Salts”,Journal of PharmaceuticalScience,1977,66,1-19)。本公开内容的某些特定的化合物包含碱性官能团和酸性官能团二者，其允许化合物被转化为碱加成盐或酸加成盐。

因此，适于与本公开的主题一起使用的药学上可接受的盐包括，通过举例的方式但不限于，乙酸盐、苯磺酸盐(benzenesulfonate)、苯甲酸盐、碳酸氢盐、酒石酸氢盐、溴化物、依地酸钙、carnsylate、碳酸盐、柠檬酸盐、依地酸盐、乙二磺酸盐(edisylate)、依托酸盐(estolate)、乙磺酸盐(esylate)、富马酸盐、葡庚糖酸盐、葡糖酸盐、谷氨酸盐、乙醇酰对氨基苯基胂酸盐(glycollylarsanilate)、己基间苯二酚盐(hexylresorcinate)、海巴明、氢溴酸盐、盐酸盐、羟基萘甲酸盐、碘化物、羟乙基磺酸盐、乳酸盐、乳糖醛酸盐、苹果酸盐、马来酸盐、扁桃酸盐、甲磺酸盐、粘酸盐、萘磺酸盐、硝酸盐、扑酸盐(pamoate)(双羟萘酸盐(embonate))、泛酸盐、磷酸盐/二磷酸盐、聚半乳糖醛酸盐、水杨酸盐、硬脂酸盐、碱式乙酸盐、琥珀酸盐、硫酸盐、鞣酸盐、酒石酸盐、或茶氯酸盐(teoclate)。其他药学上可接受的盐可以见于，例如，Remington:The Science and Practice of Pharmacy(第20版)Lippincott,Williams&Wilkins(2000)中。

在治疗和/或诊断应用中，本公开内容的化合物可以被配制成用于多种施用的模式，包括全身的和局部的(topical)或局部的(localized)施用。技术和制剂通常地可以见于Remington:The Science and Practice of Pharmacy(第20版)Lippincott,Williams&Wilkins(2000)中。

取决于被治疗的特定状况，此类剂可以被配制成液体或固体剂型，并且全身地或局部地被施用。如本领域技术人员已知的，剂可以，例如，以定时的或持续缓慢释放的形式被递送。用于制剂和施用的技术可以见于Remington:The Science and Practice ofPharmacy(第20版)Lippincott,Williams&Wilkins(2000)中。合适的途径可以包括口服、含服(buccal)、通过吸入喷雾、舌下、直肠、透皮、阴道、经粘膜、鼻或肠施用；胃肠外递送，包括肌内、皮下、髓内注射，以及鞘内、直接心室内(intraventricular)、静脉内、关节内、胸内、滑膜内、肝内、病灶内(intralesional)、颅内、腹膜内、鼻内、或眼内注射或其他递送的方式。

对于注射，本公开内容的剂可以在水性溶液中，诸如在生理学上相容的缓冲液，诸如Hank氏溶液(Hank’s solution)、林格氏溶液(Ringer’s solution)或生理盐水缓冲液中配制和稀释。对于此类经粘膜施用，在制剂中使用适于待渗透的屏障的渗透剂。通常地，此类渗透剂是本领域中已知的。

使用药学上可接受的惰性载体以将本文公开的用于实践本公开内容的化合物配制成适于全身的施用的剂量是在本公开内容的范围内的。通过载体的适当选择和合适的制造实践，本公开内容的组合物，特别地，配制成溶液的那些组合物，可以被肠胃外施用，诸如通过静脉内注射。化合物可以使用本领域众所周知的药学上可接受的载体容易地配制成适于口服施用的剂量。此类载体使本公开内容的化合物能够被配制成片剂、丸剂、胶囊、液体、凝胶、糖浆、浆液、悬浮液等，用于被待治疗的受试者(例如，患者)的口服摄入。

对于鼻或吸入递送，本公开内容的剂还可以通过本领域技术人员已知的方法配制，并且可以包括，例如，但不限于以下实例：增溶、稀释或分散物质，诸如盐水；防腐剂，诸如苄醇；吸收促进剂；和碳氟化合物。

适于本公开内容中使用的药物组合物包括其中活性成分以实现其预期目的的有效量被包含的组合物。有效量的确定完全在本领域技术人员的能力内，特别是根据本文提供的详细公开内容。通常地，根据本公开内容的化合物在广泛的剂量范围内是有效的。例如，在治疗成年人中，每天从0.01mg至1000mg、从0.5mg至100mg、从1mg至50mg、和每天从5mg至40mg的剂量是可以被使用的剂量的实例。非限制性的剂量是每天10mg至30mg。确切的剂量将取决于施用的途径、化合物的被施用的形式、待治疗的受试者、待治疗的受试者的体重、一种或更多种化合物的生物可利用度、一种或更多种化合物的吸收、分布、代谢和排泄(ADME)毒性、和主治医生的偏好和经验。

除了活性成分之外，这些药物组合物可以包含合适的药学上可接受的载体，所述合适的药学上可接受的载体包括赋形剂和助剂，所述赋形剂和助剂促进将活性化合物加工成可以在药学上被使用的制剂。用于口服施用配制的制剂可以呈片剂、糖衣丸(dragees)、胶囊、或溶液的形式。

用于口服使用的药物制剂可以通过以下来获得：使活性化合物与固体赋形剂组合，任选地研磨所得混合物，和如果需要，在添加合适的助剂后加工颗粒的混合物，以获得片剂或糖衣丸芯。合适的赋形剂特别地是填充剂诸如糖，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、大米淀粉、马铃薯淀粉、明胶、黄蓍胶、甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠(CMC)、和/或聚乙烯吡咯烷酮(PVP：聚维酮)。如果需要，可以添加崩解剂，诸如交联的聚乙烯吡咯烷酮、琼脂、或海藻酸或其盐诸如藻酸钠。

糖衣丸芯具有合适的包衣。为了该目的，可以使用浓缩的糖溶液，其可以任选地包含阿拉伯树胶、滑石、聚乙烯吡咯烷酮、卡波姆凝胶、聚乙二醇(PEG)、和/或二氧化钛、漆溶液、和合适的有机溶剂或溶剂混合物。可以将染料或颜料添加至片剂或糖衣丸包衣用于辨别或以表征活性化合物剂量的不同组合。

可以被口服使用的药物制剂包括由明胶制成的推入配合(push-fit)胶囊，以及由明胶、和增塑剂，诸如甘油或山梨醇制成的软的、密封的胶囊。推入配合胶囊可以包含与填充剂诸如乳糖、粘合剂诸如淀粉、和/或润滑剂诸如滑石或硬脂酸镁和任选地稳定剂混合的活性成分。在软胶囊中，活性化合物可以被溶解或被悬浮在合适的液体，诸如脂肪油、液体石蜡、或液体聚乙二醇(PEG)中。此外，可以添加稳定剂。

II.定义

尽管本文中使用了特定术语，但它们仅被用于一般的和描述性的意义，而非用于限制的目的。除非另有定义，本文使用的所有技术术语和科学术语具有与由本描述的主题所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。

尽管关于式(I)的化合物的以下术语被认为是本领域普通技术人员充分理解的，阐述以下定义以便于解释本公开的主题。这些定义意图于补充和说明，而非排除对于本领域普通技术人员在阅读本公开内容后将是明显的定义。

如本文使用的，无论是否前面加上术语“任选地”，术语被取代的(substituted)和取代基(substituent)是指如本领域技术人员理解的，将分子上的一个官能基团改变为另一个官能基团的能力，条件是维持所有原子的化合价。当任何给定结构中的多于一个位置可以被选自指定组的多于一个取代基取代时，取代基在每个位置处可以是相同的或不同的。取代基还可以被进一步取代(例如，芳基基团取代基可以被另一个取代基，诸如另一个芳基基团取代，该另一个芳基基团在一个或更多个位置处被进一步取代)。

当取代基基团或连接基团由其从左至右书写的常规化学式指定时，它们同样地包括由从右至左书写结构而产生的化学上相同的取代基，例如，-CH₂O-等同于-OCH₂-；-C(＝O)O-等同于-OC(＝O)-；-OC(＝O)NR-等同于-NRC(＝O)O-，等。

当使用术语“独立地选择的”时，被提及的取代基(例如，R基团，诸如基团R₁、R₂等，或变量，诸如“m”和“n”)，可以是相同的或不同的。例如，R₁和R₂二者可以是被取代的烷基，或R₁可以是氢，并且R₂可以是被取代的烷基，等。

当提及本文的取代基的组使用时，术语“一(a)”、“一(an)”或“一(一)(a(n))”意指至少一个。例如，当化合物被“一个”烷基或芳基取代时，该化合物任选地被至少一个烷基和/或至少一个芳基取代。此外，当部分被R取代基取代时，该基团可以被称为“R-取代的”。当部分是R-取代的时，该部分被至少一个R取代基取代，并且每个R取代基任选地是不同的。

命名的“R”或基团将通常地具有在本领域中公认为对应于具有该名称的基团的结构，除非本文另有指定。出于说明的目的，如以上列出的某些代表性的“R”基团在下文被定义。

本公开内容的化合物的描述受本领域技术人员已知的化学键合原理限制。因此，当基团可以被许多取代基的一个或更多个取代时，选择此类取代以符合化学键合的原理，并且以得到非固有地不稳定的和/或对于本领域普通技术人员将已知的在环境条件，诸如水性、中性和几种已知的生理条件下可能不稳定的化合物。例如，遵从本领域技术人员已知的化学键合原理，杂环烷基或杂芳基通过环杂原子附接至分子的剩余部分，从而避免固有地不稳定的化合物。

除非另有明确定义，如本文使用的，“取代基基团”包括选自本文定义的以下部分的一个或更多个的官能基团：

如本文使用的，术语烃是指包含氢和碳的任何化学基团。烃可以是被取代的或未被取代的。如本领域技术人员将已知的，在进行任何取代时必须满足所有化合价。烃可以是不饱和的、饱和的、支链的、无支链的、环状的、多环的或杂环的。说明性的烃在本文下文进一步被定义并且包括，例如，甲基、乙基、正丙基、异丙基、环丙基、烯丙基、乙烯基、正丁基、叔丁基、乙炔基、环己基等。

除非另有说明，术语“烷基”本身或作为另一个取代基的一部分，意指直链(即，无支链)或支链、无环或环状烃基团、或其组合，其可以是完全饱和的、单不饱和的或多不饱和的，并且可以包括具有指定碳原子数目(即，C₁-C₁₀意指1个至10个碳，包括1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、和10个碳)的二价基团和多价基团。在特定的实施方案中，术语“烷基”是指包含C_1-20(包括1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、11个、12个、13个、14个、15个、16个、17个、18个、19个、和20个碳)、线性(linear)(即，“直链”)、支链、或环状的、饱和或至少部分不饱和的且在一些情况下完全不饱和的(即，烯基和炔基)烃基，其通过去除单个氢原子来源于包含1个和20个之间碳原子的烃部分。

代表性的饱和烃基团包括，但不限于，甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、仲戊基、异戊基、新戊基、正己基、仲己基、正庚基、正辛基、正癸基、正十一烷基、十二烷基、环己基、(环己基)甲基、环丙基甲基、及其同系物和异构体。

“支链的”是指其中低级烷基基团，诸如甲基、乙基或丙基被附接至线性烷基链的烷基基团。“低级烷基”是指具有1个至约8个碳原子(即，C_1-8烷基)，例如，1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、或8个碳原子的烷基基团。“高级烷基”是指具有约10个至约20个碳原子，例如，10个、11个、12个、13个、14个、15个、16个、17个、18个、19个、或20个碳原子的烷基基团。在某些实施方案中，“烷基”特别地是指，C_1-8直链烷基。在其他实施方案中，“烷基”特别地是指，C_1-8支链烷基。

烷基基团可以任选地被一个或更多个烷基基团取代基取代(“取代的烷基”)，所述烷基基团取代基可以是相同的或不同的。术语“烷基基团取代基”包括但不限于烷基、被取代的烷基、卤代、芳基氨基、酰基、羟基、芳氧基、烷氧基、烷基硫代、芳基硫代、芳基烷基氧基、芳基烷基硫代、羧基、烷氧基羰基、氧代和环烷基。可以沿着烷基链任选地插入一个或更多个氧、硫、或被取代或未被取代的氮原子，其中氮取代基是氢、低级烷基(本文中也被称为“烷基氨基烷基”)、或芳基。

因此，如本文使用的，术语“被取代的烷基”包括如本文定义的烷基基团，其中烷基基团的一个或更多个原子或官能基团被另一个原子或官能基团代替，所述另一个原子或官能基团包括例如，烷基、被取代的烷基、卤代、芳基、被取代的芳基、烷氧基、羟基、硝基、氨基、烷基氨基、二烷基氨基、硫酸酯基(sulfate)和巯基。

除非另有说明，术语“杂烷基”本身或与另一术语组合，意指由至少一个碳原子和选自由O、N、P、Si和S组成的组的至少一个杂原子组成的稳定的直链或支链、或环状烃基团、或其组合，并且其中氮、磷和硫原子可以任选地被氧化并且氮杂原子可以任选地被季铵化。一个或更多个杂原子O、N、P及S和Si可以被放置在杂烷基基团的任何内部位置处或在烷基基团被附接至分子的剩余部分的位置。实例包括，但不限于，-CH₂-CH₂-O-CH₃、-CH₂-CH₂-NH-CH₃、-CH₂-CH₂-N(CH₃)-CH₃、-CH₂-S-CH₂-CH₃、-CH₂-CH₂₅-S(O)-CH₃、-CH₂-CH₂-S(O)₂-CH₃、-CH＝CH-O-CH₃、-Si(CH₃)₃、-CH₂-CH＝N-OCH₃、-CH＝CH-N(CH₃)-CH₃、O-CH₃、-O-CH₂-CH₃、和-CN。多至两个或三个杂原子可以是连续的，诸如，例如，-CH₂-NH-OCH₃和-CH₂-O-Si(CH₃)₃。

如以上描述的，如本文使用的，杂烷基基团包括通过杂原子附接至分子剩余部分的那些基团，诸如-C(O)NR’、-NR’R”、-OR’、-SR、-S(O)R、和/或-S(O₂)R’。当叙述“杂烷基”，随后叙述具体的杂烷基基团(诸如-NR’R等)时，应当理解，术语杂烷基和-NR’R”不是冗余的或相互排斥的。而是，叙述具体的杂烷基基团以增加清楚性。因此，术语“杂烷基”在本文中不应该被解释为排除具体的杂烷基基团，诸如-NR’R”等。

“环状的”和“环烷基”是指约3个至约10个碳原子，例如，3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、或10个碳原子的非芳族单环或多环的环体系。环烷基基团可以任选地是部分不饱和的。环烷基基团还可以任选地被如本文定义的烷基基团、氧代和/或亚烷基取代。可以沿着环状烷基链任选地插入一个或更多个氧、硫或被取代的或未被取代的氮原子，其中氮取代基是氢、未被取代的烷基、被取代的烷基、芳基、或被取代芳基，如此提供杂环基团。代表性的单环状环烷基环包括环戊基、环己基、1-环己烯基、3-环己烯基、环庚基等。多环状环烷基环包括金刚烷基、八氢萘基(octahydronaphthyl)、十氢萘(decalin)、樟脑(camphor)、莰烷(camphane)和正金刚烷基(noradamantyl)、以及稠环体系，诸如二氢萘和四氢萘(tetrahydronaphthalene)等。

如本文使用的，术语“环烷基烷基”是指如上文定义的环烷基基团，其通过也如以上定义的烷基基团附接至母体分子部分。环烷基烷基基团的实例包括环丙基甲基和环戊基乙基。术语“环杂烷基”或“杂环烷基”是指包括一个或更多个杂原子的非芳族环体系、不饱和或部分不饱和的环体系，诸如3元至10元被取代的或未被取代的环烷基环体系，并且任选地可以包括一个或更多个双键，所述杂原子可以是相同的或不同的并且选自由氮(N)、氧(O)、硫(S)、磷(P)、和硅(Si)组成的组。

环杂烷基环可以任选地被稠合至或以其他方式附接至其他环杂烷基环和/或非芳族烃环。杂环状环包括具有从1个至3个独立地选自氧、硫、和氮的杂原子的那些环，其中氮和硫杂原子可以任选地被氧化并且氮杂原子可以任选地被季铵化。在某些实施方案中，术语杂环是指非芳族5-元、6-元、或7-元环或多环状基团，其中至少一个环原子是选自O、S、和N的杂原子(其中氮和硫杂原子可以任选地被氧化)，包括，但不限于，双环状或三环状基团，包括具有一个和三个之间独立地选自氧、硫、和氮的杂原子的稠合六元环，其中(i)每个5-元环具有0个至2个双键，每个6-元环具有0个至2个双键，并且每个7-元环具有0个至3个双键，(ii)氮和硫杂原子可以任选地被氧化，(iii)氮杂原子可以任选地被季铵化，和(iv)任何以上杂环状环可以被稠合至芳基或杂芳基环。代表性的环杂烷基环体系包括，但不限于吡咯烷基、吡咯啉基、咪唑烷基、咪唑啉基、吡唑烷基、吡唑啉基、哌啶基、哌嗪基、二氢吲哚基、奎宁环基、吗啉基、硫代吗啉基(thiomorpholinyl)、噻二嗪基(thiadiazinanyl)、四氢呋喃基(tetrahydrofuranyl)等。杂环烷基环体系的其他实例包括，但不限于，1-(1,2,5,6-四氢吡啶基)、1-哌啶基、2-哌啶基、3-哌啶基、4-吗啉基、3-吗啉基、四氢呋喃-2-基、四氢呋喃-3-基、四氢噻吩-2-基、四氢噻吩-3-基、1-哌嗪基、2-哌嗪基等。

术语“亚环烷基”和“杂亚环烷基”分别是指环烷基和杂环烷基的二价衍生物。

不饱和烷基基团是具有一个或更多个双键或三键的烷基基团。不饱和烷基基团的实例包括，但不限于，乙烯基、2-丙烯基、丁烯基、2-异戊烯基、2-(丁二烯基)、2,4-戊二烯基、3-(1,4-戊二烯基)、乙炔基、1-丙炔基和3-丙炔基、3-丁炔基(3-butynyl)、和更高级同系物和异构体。限于烃基团的烷基基团被称为“同烷基(homoalkyl)”。

更具体地，如本文使用的，术语“烯基”是指通过去除单个氢分子具有至少一个碳-碳双键的来源于包含C_1-20的直链或支链烃部分的单价基团。烯基基团包括，例如，乙烯基(ethenyl)(即，乙烯基(vinyl))、丙烯基、丁烯基、1-甲基-2-丁烯-1-基、戊烯基、己烯基、辛烯基、丙二烯基、和丁二烯基。

如本文使用的，术语“环烯基”是指包含至少一个碳-碳双键的环状烃。环烯基基团的实例包括环丙烯基、环丁烯基、环戊烯基、环戊二烯、环己烯基、1,3-环己二烯、环庚烯基、环庚三烯基、和环辛烯基。

如本文使用的，术语“炔基”是指包含至少一个碳-碳三键的指定碳原子数目的来源于直链或支链C_1-20烃的一价基团。“炔基”的实例包括乙炔基、2-丙炔基(2-propynyl)(炔丙基(propargyl))、1-丙炔基、戊炔基(pentynyl)、己炔基(hexynyl)、和庚炔基(heptynyl)基团等。

术语“亚烷基”本身或作为另一个取代基的一部分是指来源于具有从1个至约20个碳原子，例如，1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、11个、12个、13个、14个、15个、16个、17个、18个、19或20个碳原子，的烷基基团的直链或支链二价脂族烃基团。亚烷基基团可以是直链、支链或环状的。亚烷基基团还可以任选地是不饱和的和/或被一个或更多个“烷基基团取代基”取代的。可以沿着亚烷基基团任选地插入一个或更多个氧、硫或被取代的或未被取代的氮原子(本文中也被称为“烷基氨基烷基”)，其中氮取代基是如先前描述的烷基。示例性的亚烷基基团包括亚甲基(–CH₂–)；亚乙基(–CH₂–CH₂–)；亚丙基(–(CH₂)₃–)；亚环己基(-C₆H₁₀-)；-CH＝CH-CH＝CH–；-CH＝CH-CH₂-；-CH₂CH₂CH₂CH₂-、-CH₂CH＝CHCH₂-、-CH₂CsCCH₂-、-CH₂CH₂CH(CH₂CH₂CH₃)CH₂-、-(CH₂)_q-N(R)-(CH₂)_r-，其中q和r各自独立地是从0至约20的整数，例如，0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、或20，并且R是氢或低级烷基；亚甲基二氧基(methylenedioxyl)(-O-CH₂-O-)；和亚乙基二氧基(ethylenedioxyl)(-O-(CH₂)₂-O-)。亚烷基基团可以具有约2个至约3个碳原子并且还可以具有6-20个碳。通常地，烷基(或亚烷基)基团将具有从1个至24个碳原子，其中具有10个或更少碳原子的那些基团是本公开内容的一些实施方案。“低级烷基”或“低级亚烷基”是较短链的烷基或亚烷基基团，通常地具有8个或更少的碳原子。

术语“杂亚烷基”本身或作为另一个取代基的一部分意指来源于杂烷基的二价基团，如示例的，但不限于，-CH₂-CH₂-S-CH₂-CH₂-和-CH₂-S-CH₂-CH₂-NH-CH₂-。对于杂亚烷基基团，杂原子也可以占据链末端的任一个或两个(例如，亚烷基氧代、亚烷基二氧代、亚烷基氨基、亚烷基二氨基等)。更进一步，对于亚烷基和杂亚烷基连接基团，连接基团的定向不暗示其连接基团的式被书写的方向。例如，式-C(O)OR’-代表-C(O)OR’-和-R’OC(O)-二者。

除非另有说明，术语“芳基”意指芳族烃取代基，其可以是单环或稠合在一起或共价地连接的多环(诸如从1个至3个环)。术语“杂芳基”是指包含从1个至4个选自N、O、和S的杂原子(在多个环的情况下在每个单独的环中)的芳基基团(或环)，其中氮和硫原子任选地被氧化，并且一个或更多个氮原子任选地被季铵化。杂芳基基团可以通过碳或杂原子附接至分子的剩余部分。芳基和杂芳基基团的非限制性实例包括苯基、1-萘基、2-萘基、4-联苯基、1-吡咯基、2-吡咯基、3-吡咯基、3-吡唑基、2-咪唑基、4-咪唑基、吡嗪基、2-噁唑基、4-噁唑基、2-苯基-4-噁唑基、5-噁唑基、3-异噁唑基、4-异噁唑基、5-异噁唑基、2-噻唑基、4-噻唑基、5-噻唑基、2-呋喃基、3-呋喃基、2-噻吩基、3-噻吩基、2-吡啶基、3-吡啶基、4-吡啶基、2-嘧啶基、4-嘧啶基、5-苯并噻唑基、嘌呤基、2-苯并咪唑基、5-吲哚基、1-异喹啉基、5-异喹啉基、2-喹喔啉基、5-喹喔啉基、3-喹啉基和6-喹啉基。用于以上提到的芳基和杂芳基环体系的每一种的取代基选自下文描述的可接受的取代基的组。术语“亚芳基”和“杂亚芳基”分别是指芳基和杂芳基的二价形式。

为简洁起见，当与其他术语组合使用时(例如，芳氧基、芳基硫基氧基(arylthioxy)、芳基烷基)，术语“芳基”包括如以上定义的芳基和杂芳基环二者。因此，术语“芳基烷基”和“杂芳基烷基”意指包括其中芳基或杂芳基基团被附接至烷基基团的那些基团(例如，苄基、苯乙基、吡啶基甲基、呋喃基甲基等)，包括其中碳原子(例如，亚甲基基团)已经被，例如，氧原子(例如，苯氧基甲基、2-吡啶基氧基甲基、3-(1-萘氧基)丙基等)代替的那些烷基基团。然而，如本文使用的，术语“卤代芳基”意指仅包括被一个或更多个卤素取代的芳基。

当杂烷基、杂环烷基或杂芳基包括指定数目的成员(例如“3元至7元”)时，术语“成员”是指碳或杂原子。

此外，如本文使用的，通常通过下式表示的结构：

是指环结构，例如，但不限于3-碳、4-碳、5-碳、6-碳、7-碳等，脂族和/或芳族环状化合物，包括饱和环结构、部分饱和环结构、和不饱和环结构，包含取代基R基团，其中R基团可以存在或不存在，并且当存在时，一个或更多个R基团可以各自在环结构的一个或更多个可用的碳原子上被取代。R基团的存在或不存在和R基团的数目通过变量“n”的值确定，变量“n”是通常地具有范围从0至环上可用于取代的碳原子数目的值的整数。如果R基团多于一个，每个R基团，在环结构的可用碳上而不在另一个R基团上被取代。例如，其中n为0至2的以上结构将包含化合物基团，所述化合物基团包括但不限于：

等。

代表环状环结构中的键的虚线指示，该键可以存在或不存在于环中。即，代表环状环结构中的键的虚线指示，该环结构选自由饱和环结构、部分饱和环结构、和不饱和环结构组成的组。

符号指示部分与分子的剩余部分的附接点。

当芳族环或杂环芳族环的命名原子被定义为是“不存在”时，命名原子被直接键代替。

以上术语(例如，“烷基”、“杂烷基”、“环烷基”、和“杂环烷基”、“芳基”、“杂芳基”、“膦酸酯基(phosphonate)”和“磺酸酯基(sulfonate)”以及其二价衍生物)的每一个意指包括指示基团的被取代的和未被取代的两种形式。下文提供了每种类型的基团的任选的取代基。

用于烷基、杂烷基、环烷基、杂环烷基单价和二价衍生物基团(包括通常被称为亚烷基、烯基、杂亚烷基、杂烯基、炔基、环烷基、杂环烷基、环烯基、和杂环烯基的那些基团)的取代基可以是以数目范围为从零至(2m’+l)的选自，但不限于以下的多种基团的一种或更多种：-OR’、＝O、＝NR’、＝N-OR’、-NR’R”、-SR’、-卤素、-SiR’R”R’”、-OC(O)R’、-C(O)R’、-CO₂R’、-C(O)NR’R”、-OC(O)NR’R”、-NR”C(O)R’、-NR’-C(O)NR”R’”、-NR”C(O)OR’、-NR-C(NR’R”)＝NR’”、-S(O)R’、-S(O)₂R’、-S(O)₂NR’R”、-NRSO₂R’、-CN和-NO₂，其中m’是在此类基团中的碳原子的总数。R’、R”、R’”和R””各自可以独立地是指氢、被取代的或未被取代的杂烷基、被取代的或未被取代的环烷基、被取代的或未被取代的杂环烷基、被取代的或未被取代的芳基(例如，被1-3个卤素取代的芳基)、被取代的或未被取代的烷基、烷氧基或硫代烷氧基基团、或芳基烷基基团。如本文使用的，“烷氧基”基团是通过二价氧与分子的剩余部分附接的烷基。当本公开内容的化合物包括多于一个R基团时，例如，当存在多于一个这些基团时，每个R基团对每个R’、R”、R’”和R””基团独立地选择。当R’和R”被附接至同一氮原子时，它们可以与氮原子组合以形成4-元、5-元、6-元或7-元环。例如，-NR’R”意指包括，但不限于，1-吡咯烷基和4-吗啉基。从取代基的以上讨论中，本领域技术人员将理解，术语“烷基”意指包括包含与除了氢基团之外的基团键合的碳原子的基团，诸如卤代烷基(例如，-CF₃和-CH₂CF₃)和酰基(例如，-C(O)CH₃、-C(O)CF₃、-C(O)CH₂OCH₃等)。

类似于对于以上烷基基团描述的取代基，用于芳基和杂芳基基团(以及它们的二价衍生物)的示例性的取代基是变化的，并且以数目范围为从零至芳族环系统上开发化合价的总数目选自，例如：卤素、-OR’、-NR’R”、-SR’、-SiR’R”R’”、-OC(O)R’、-C(O)R’、-CO₂R’、-C(O)NR’R”、-OC(O)NR’R”、-NR”C(O)R’、-NR’-C(O)NR”R’”、-NR”C(O)OR’、-NR-C(NR’R”R’”)＝NR””、-NR-C(NR’R”)＝NR””、-S(O)R’、-S(O)₂R’、-S(O)₂NR’R”、-NRSO₂R’、-CN和-NO₂、-R’、-N₃、-CH(Ph)₂、氟代(C₁-C₄)烷氧代和氟代(C₁-C₄)烷基；并且其中R’、R”、R’”和R””可以独立地选自氢、被取代的或未被取代的烷基、被取代的或未被取代的杂烷基、被取代的或未被取代的环烷基、被取代的或未被取代的杂环烷基、被取代的或未被取代的芳基和被取代的或未被取代的杂芳基。当本公开内容的化合物包括多于一个R基团时，例如，当存在多于一个这些基团时，每个R基团对每个R’、R”、R’”和R””基团独立地选择。

芳基或杂芳基环的相邻原子上的两个取代基可以任选地形成式-T-C(O)-(CRR’)_q-U-的环，其中T和U独立地是-NR-、-O-、-CRR’-或单键，并且q是从0至3的整数。可选地，芳基或杂芳基环的相邻原子上的两个取代基可以任选地被式-A-(CH2)_r-B-的取代基代替，其中A和B独立地是-CRR’-、-O-、-NR-、-S-、-S(O)-、-S(O)₂-、-S(O)₂NR’-或单键，并且r是从1至4的整数。

如此形成的新环的单键之一可以任选地被双键代替。可选地，芳基或杂芳基环的相邻原子上的两个取代基可以任选地被式-(CRR’)_s-X’-(C”R’”)_d-的取代基代替，其中s和d独立地是从0至3的整数，并且X’是-O-、-NR’-、-S-、-S(O)-、-S(O)₂-或-S(O)₂NR’-。取代基R、R’、R”和R’”可以独立地选自氢、被取代的或未被取代的烷基、被取代的或未被取代的环烷基、被取代的或未被取代的杂环烷基、被取代的或未被取代的芳基、和被取代的或未被取代的杂芳基。

如本文使用的，术语“酰基”是指有机酸基团，其中羧基基团的-OH已经被另一个取代基代替并且具有通式RC(＝O)-，其中R是如以上定义的烷基、烯基、炔基、芳基、碳环、杂环、或芳族杂环基团。因此，术语“酰基”特别地包括芳基酰基基团，诸如2-(呋喃-2-基)乙酰基和2-苯乙酰基基团。酰基基团的特定实例包括乙酰基和苯甲酰基。酰基基团也意图于包括酰胺类，-RC(＝O)NR’，酯类，-RC(＝O)OR’，酮类，-RC(＝O)R’，和醛类，-RC(＝O)H。

术语“烷氧基(alkoxyl)”或“烷氧基(alkoxy)”在本文中可互换地使用，并且是指通过氧原子被附接至母体分子部分的饱和(即，烷基-O-)或不饱和(即，烯基-O-和炔基-O-)的基团，其中术语“烷基”、“烯基”、和“炔基”是如先前描述的并且可以包括包含C_1-20的线性、支链或环状的、饱和或不饱和的氧代烃链，包括，例如，甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、仲丁氧基、叔丁氧基和正戊氧基、新戊氧基、正己氧基等。

如本文使用的，术语“烷氧基烷基”是指烷基-O-烷基醚，例如，甲氧基乙基或乙氧基甲基基团。

“芳氧基”是指芳基-O-基团，其中芳基基团是如先前描述的，包括被取代的芳基。如本文使用的，术语“芳氧基”可以是指苯基氧基或己基氧基及烷基、被取代的烷基、卤代、或烷氧基取代的苯基氧基或己基氧基。

“芳烷基”是指芳基-烷基-基团，其中芳基和烷基是如先前描述的，并且包括被取代的芳基和被取代的烷基。示例性的芳烷基基团包括苄基、苯基乙基和萘基甲基。

“芳烷基氧基”是指芳烷基-O-基团，其中芳烷基基团是如先前描述的。示例性的芳烷基氧基基团是苄氧基，即，C₆H₅-CH₂-O-。芳烷基氧基基团可以任选地被取代。

“烷氧基羰基”是指烷基-O-C(＝O)-基团。示例性的烷氧基羰基基团包括甲氧基羰基、乙氧基羰基、丁氧基羰基、和叔丁氧基羰基。

“芳氧基羰基”是指芳基-O-C(＝O)-基团。示例性的芳氧基羰基基团包括苯氧基-羰基和萘氧基-羰基。

“芳烷氧基羰基”是指芳烷基-O-C(＝O)-基团。示例性的芳烷氧基羰基是苄氧基羰基。

“氨基甲酰基”是指式-C(＝O)NH₂的酰胺基团。“烷基氨基甲酰基”是指R’RN-C(＝O)-基团，其中R和R’的一个是氢，且R和R’的另一个是如先前描述的烷基和/或被取代的烷基。“二烷基氨基甲酰基”指R’RN-C(＝O)-基团，其中R和R’各自独立地是如先前描述的烷基和/或被取代的烷基。

如本文使用的，术语羰基二氧基是指式-O-C(＝O)-OR的碳酸酯基团。

“酰基氧基”是指酰基-O-基团，其中酰基是如先前描述的。

术语“氨基”是指-NH₂基团，并且还是指通过用有机基代替一个或更多个氢基的来源于氨的如本领域已知的含氮基团。例如，术语“酰基氨基”和“烷基氨基”分别是指具有酰基和烷基取代基基团的特定的N-取代的有机基。

如本文使用的，“氨基烷基”是指与亚烷基连接基共价地键合的氨基基团。更具体地，如本文使用的，术语烷基氨基、二烷基氨基和三烷基氨基分别是指通过氮原子附接至母体分子部分的一个、两个、或三个如先前定义的烷基基团。术语烷基氨基是指具有结构-NHR’的基团，其中R’是如先前定义的烷基基团；而术语二烷基氨基是指具有结构-NR’R”的基团，其中R’和R”各自独立地选自由烷基基团组成的组。术语三烷基氨基是指具有结构-NR’R”R’”的基团，其中R’、R”和R’”各自独立地选自由烷基基团组成的组。另外地，R’、R”和/或R’”一起可以任选地是-(CH2)_k-，其中k是从2至6的整数。实例包括，但不限于，甲基氨基、二甲基氨基、乙基氨基、二乙基氨基、二乙基氨基羰基、甲基乙基氨基、异丙基氨基、哌啶子基(piperidino)、三甲基氨基和丙基氨基。

氨基基团是-NR’R”，其中R’和R”通常地选自氢、被取代的或未被取代的烷基、被取代的或未被取代的杂烷基、被取代的或未被取代的环烷基、被取代的或未被取代的杂环烷基、被取代的或未被取代的芳基、或者被取代的或未被取代的杂芳基。

术语烷基硫醚和硫代烷氧基是指通过硫原子附接至母体分子部分的饱和(即，烷基-S-)或不饱和(即，烯基-S-和炔基-S-)基团。硫代烷氧基部分的实例包括，但不限于，甲基硫代、乙基硫代、丙基硫代、异丙基硫代、正丁基硫代等。

“酰基氨基”是指酰基-NH-基团，其中酰基是如先前描述的。“芳酰基氨基”是指芳酰基-NH-基团，其中芳酰基是如先前描述的。

术语“羰基”是指-C(＝O)-基团，并且可以包括由通式R-C(＝O)H代表的醛基基团。

术语“羧基”是指-COOH基团。此类基团在本文中也被称为“羧酸”部分。

如本文使用的，术语“卤代”、“卤化物”或“卤素”是指氟代、氯代、溴代、和碘代基团。另外地，术语诸如“卤代烷基”意指包括单卤代烷基和多卤代烷基。例如，术语“卤代(C₁-C₄)烷基”意指包括，但不限于，三氟甲基、2,2,2-三氟乙基、4-氯丁基、3-溴丙基等。

术语“羟基”是指-OH基团。

术语“羟基烷基”是指被-OH基团取代的烷基基团。

术语“巯基”是指-SH基团。

如本文使用的，术语“氧代”意指与碳原子或另一种元素双键键合的氧原子。

术语“硝基”是指-NO₂基团。

术语“硫代”是指本文先前描述的化合物，其中碳或氧原子被硫原子代替。

术语“硫酸酯基”是指-SO₄基团。

如本文使用的，术语硫代羟基或硫醇是指式-SH的基团。

更具体地，术语“硫化物”是指具有式-SR的基团的化合物。

术语“砜”是指具有磺酰基基团-S(O₂)R的化合物。

术语“亚砜”是指具有亚磺酰基基团-S(O)R的化合物。

术语脲基是指式-NH-CO-NH₂的脲基团。

在整个说明书和权利要求书中，给定的化学式或名称应该包括所有互变异构体、同类物(congener)、及光学异构体和立体异构体、以及其中此类异构体和混合物存在的外消旋混合物。

本公开内容的某些化合物可以拥有不对称碳原子(光学或手性中心)或双键；可以在绝对立体化学方面定义的对映异构体、外消旋体、非对映异构体、互变异构体、几何异构体、立体异构体形式，如(R)-异构体或(S)-异构体，如对于氨基酸的D-异构体或L-异构体，和单独的异构体被包括在本公开内容的范围内。本公开内容的化合物不包括本领域已知的太不稳定以至于不能合成和/或分离的那些化合物。本公开内容意指包括呈外消旋的、部分消旋的(scalemic)、和光学纯形式的化合物。光学活性(R)-异构体和(S)-异构体、或者D-异构体和L-异构体可以使用手性合成子或手性试剂制备，或者使用常规技术拆分。当本文描述的化合物包含烯键或其他几何不对称中心时，并且除非另外指明，意图是化合物包括E和Z几何异构体二者。

除非另有说明，本文描述的结构也意指包括该结构的所有立体化学形式；即，对于每个不对称中心的R和S构型。因此，本发明化合物的单个立体化学异构体以及对映异构体和非对映异构体混合物在本公开内容的范围内。

对本领域技术人员将明显的是，本公开内容的某些化合物可以以互变异构形式存在，所述化合物的所有此类互变异构形式在本公开内容的范围内。如本文使用的，术语“互变异构体”是指两种或更多种结构异构体之一，其以平衡状态存在并且容易地从一种异构体形式转化为另一种异构体形式。

除非另有说明，本文描述的结构也意指包括仅在一个或更多个同位素富集原子的存在方面不同的化合物。例如，具有用氘或氚代替氢、或用¹³C-或¹⁴C-富集的碳代替碳的本发明结构的化合物在本公开内容的范围内。

本公开内容的化合物也可以在构成此类化合物的一个或更多个原子处包含非天然比例的原子同位素。例如，化合物可以用放射性同位素放射性标记，放射性同位素诸如例如氚(³H)、碘-125(¹²⁵I)或碳-14(¹⁴C)。本公开内容的化合物的所有同位素变体，无论是否是放射性的，都被包括在本公开内容的范围内。

本公开内容的化合物可以作为盐存在。本公开包括此类盐。适用的盐形式的实例包括盐酸盐、氢溴酸盐、硫酸盐、甲磺酸盐、硝酸盐、马来酸盐、乙酸盐、柠檬酸盐、富马酸盐、酒石酸盐(例如(+)-酒石酸盐、(-)-酒石酸盐或其混合物包括外消旋混合物)、琥珀酸盐、苯甲酸盐和具有氨基酸诸如谷氨酸的盐。这些盐可以通过本领域技术人员已知的方法制备。还包括碱加成盐，诸如钠、钾、钙、铵、有机氨基、或镁盐、或类似的盐。当本公开内容的化合物包含相对地碱性的官能团时，酸加成盐可以通过使此类化合物的中性形式与足够量的期望的酸(纯的或在合适的惰性溶剂中或通过离子交换)接触来获得。可接受的酸加成盐的实例包括来源于如下无机酸的那些：如盐酸、氢溴酸、硝酸、碳酸、一氢碳酸、磷酸、一氢磷酸、二氢磷酸、硫酸、一氢硫酸、氢碘酸或亚磷酸等，以及来源于如下有机酸的盐：如乙酸、丙酸、异丁酸、马来酸、丙二酸、苯甲酸、琥珀酸、辛二酸、富马酸、乳酸、扁桃酸、邻苯二甲酸、苯磺酸、对甲苯磺酸(p-tolylsulfonic)、柠檬酸、酒石酸、甲基磺酸等。还包括了氨基酸诸如精氨酸等的盐，和有机酸如葡糖醛酸或半乳糖醛酸等的盐。本公开内容的某些特定的化合物包含碱性官能团和酸性官能团二者，其允许化合物被转化为碱加成盐或酸加成盐。

化合物的中性形式可以通过使盐与碱或酸接触并以常规方式分离母体化合物来再生。化合物的母体形式在某些物理性质(诸如在极性溶剂中的溶解度)中不同于多种盐形式。

本公开内容的某些化合物可以以非溶剂化形式以及溶剂化形式(包括水合形式)存在。通常地，溶剂化形式等价于非溶剂化形式，并且被包括在本公开内容的范围内。本公开内容的某些化合物可以以多晶形或无定形形式存在。通常地，所有物理形式对于本发明所预期的用途是等同的并且被意图在本发明的范围内的。

除了盐形式之外，本公开内容提供了呈前药形式的化合物。本文描述的化合物的前药是在生理条件下容易发生化学变化以提供本公开内容的化合物的那些化合物。另外地，前药可以在离体环境中通过化学或生物化学方法转化为本公开内容的化合物。例如，当将前药放置在具有合适的酶或化学试剂的透皮贴剂贮库(transdermal patch reservoir)中时，前药可以缓慢地被转化成本公开内容的化合物。

根据长期以来的专利法惯例，在该申请包括权利要求书中当使用术语“一(a)”、“一(an)”和“该(the)”时，是指“一个或更多个”。因此，例如，提及“一个受试者(asubject)”包括多于一个的受试者，除非上下文清楚地是意思相反的(例如，多于一个的受试者)等等。

贯穿该说明书和权利要求书，术语“包含(comprise)”、“包含(comprises)”和“包含(comprising)”被用于非排他性含义，除了上下文另有要求的情况。同样地，术语“包括(include)”和其语法变体意图于是非限制性的，使得列表中项目的列举不排除可以被取代的或被添加至所列项目的其他类似的项目。

为了该说明书和所附的权利要求书的目的，除非另有指示，否则在所有的实例中，在说明书和权利要求书中使用的所有表示量、尺寸、维度、比例、形状、制剂、参数、百分比、数量、特征、和其他数值的数字被理解为由术语“约”修饰，即使术语“约”可能未明确地与该值、量或范围一起出现。因此，除非相反地指示，在以下说明书和所附的权利要求书中列出的数值参数不是精确的并且不需要是精确的，但是如所期望的可以是接近的和/或更大或更小，反映了公差、转换因子、四舍五入、测量误差等，以及本领域技术人员已知的其他因素，取决于旨在通过本公开的主题获得的期望特性。例如，当术语“约”是指值时，术语“约”能够意指于包括与特定的量在一些实施方案中±100％、在一些实施方案中±50％、在一些实施方案中±20％、在一些实施方案中±10％、在一些实施方案中±5％、在一些实施方案中±1％、在一些实施方案中±0.5％、和在一些实施方案中±0.1％的差异，因为此类差异对进行所公开的方法或使用所公开的组合物是适当的。

此外，当与一个或更多个数值或数值范围关联使用时，术语“约”应该被理解为是指所有此类数值，包括范围内的所有数值以及通过将边界延伸至高于和低于所列出的数值修改该范围。通过端点叙述的数值范围包括归入该范围内的所有数值，例如，全部的整数，包括其分数(例如，1至5的叙述包括1、2、3、4和5，以及其分数，例如，1.5、2.25、3.75、4.1等)和在该范围内的任何范围。

实施例

以下实施例已经被包括以向本领域普通技术人员提供用于实践本公开的主题的代表性实施方案的指导。根据本公开内容和本领域技术人员的一般水平，本领域技术人员可以理解，以下实施例意图于仅是示例性的，并且可以使用许多变化、修改和改变而不偏离本公开的主题的范围。以下合成的描述和具体实施例仅意图于用于说明的目的，并且不被解释为以任何方式限制通过其他方法制造本公开内容的化合物。

实施例1

综述

已经开发了新的β-内酰胺抗细菌剂，其包含在C-2和C-6具有取代基的双环青霉烯核。使用动力学和x-射线结构研究，证实了这些化合物与几种对人类健康重要的细菌病原体的L,D-转肽酶(参与肽聚糖层生物合成的酶，其不同于经典的D,D-转肽酶)结合。病原体包括革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌和耐酸细菌。已经观察到有效的抗微生物活性。

本公开的主题提供了合成的小分子，其结构被L,D-转肽酶的活性位点且在许多情况下也被D,D-转肽酶的活性位点识别，以与参与细菌细胞壁生物合成的正常细胞底物竞争并且使这些关键细胞壁交联酶失活。抑制剂分子的化学特性使得它们与转肽酶的催化氨基酸残基反应，以使它们酰化，并且从而使它们失活。该反应的结果是，原始分子的一些参与进一步的分子裂解和重排，原始分子的所有或一部分保持与酶共价地键合并且阻断其功能且抑制细菌生长。

已经开发了针对对人类健康重要的一系列细菌病原体有活性的一系列青霉烯类。因此，这些强有力地有活性的物质组合物具有被许可用于商业化开发为抗生素以治疗人类(和动物)中的细菌感染的高潜力。

实施例2

材料和方法

以下分子是为研究耐受性出现&抗微生物开发技术(TREAT)的工作组开发的。它们的化学描述和抗微生物特性如下文描述。

抗微生物活性。使用最广泛地被用于确定化合物的最低抑制浓度(MIC)的标准肉汤稀释测定，其是由临床和实验室标准协会(the Clinical and Laboratory StandardsInstitute)推荐的(Gavan,等人,1970；Rotilie,等人,1975；Desmond,2011)。在该方法中，细菌菌株的无菌培养物在合适的培养肉汤中生长至确定的生长阶段。该原代培养物被用于制备具有10⁶个活杆菌或菌落形成单位/mL的悬浮液。同时地，在无菌的96孔板中，以使得连续的孔(跨行或列)包含2倍稀释的测试化合物的方式添加100μL培养肉汤和测试化合物。接下来，100μL细菌悬浮液被添加至每个孔，将板在适当的条件下孵育，并且在确定的时间点评价其生长或缺乏。对于结核分枝杆菌，终点读数是在2周时取得的。根据临床和实验室标准协会的建议(Desmond,2011)，对于脓肿分枝杆菌，终点读数是在3天时取得的，并且对于其余病原体，终点读数是在过夜孵育后获得的。细菌生长被抑制的最低浓度被报告为化合物的MIC。见表1。

表1：青霉烯类的结构，以及总结的抗微生物MIC90数据。

L,D-转肽酶(Ldt)/青霉烯加合物的UPLC-HRMS分析：将青霉烯类与Ldt以4mM浓度为2μM在400μL的25mM Tris,pH 8中在室温一起孵育5h，用8μL新鲜制备的5％TFA猝灭，并且通过0.2μm无菌膜过滤。将3μL的每种样品注射至配备有多波长紫外可见光二极管阵列检测器的Waters Aquity H-Class UPLC系统，该多波长紫外可见光二极管阵列检测器与装有C4固定相的Waters Aquity BEH-300UPLC柱(2.1×50mm,1.7μm)连接，UPLC系统与WatersXevo-G2Q-ToF ESI质谱仪的HRMS分析协作(in tandem with)进行。溶剂A＝在水中的0.1％甲酸，溶剂B＝在乙腈中的0.1％甲酸。流动相(A:B)＝0-1min(90:10)、1-7.5min(20:80)、7.5-8.4min(20:80)、8.4-8.5min(90:10)、8.5-10min(90:10)。流速＝0.3mL min^-1。T＝60℃。见表2。

表2：Ldt/青霉烯加合物的UPLC-HRMS衍生质量数据。质量下方括号中指示相对丰度。

用于青霉烯类的全合成方法：

方案1：青霉烯类的合成路线

烯丙基2-((3R,4S)-3-((R)-1-((叔丁基二甲基硅烷基)氧基)乙基)-2-氧代-4-(((丙基硫代)硫羰基)硫基)氮杂环丁烷-1-基)-2-氧代乙酸酯(1)。1的制备遵循Brenek等人的程序(Brenek,等人,2012)。将在甲基叔丁基醚(100mL)中的1-丙硫醇(20.7mL,223mmol)缓慢地添加至氢化钠(14g,350mmol)在甲基叔丁基醚(500mL)中的悬浮液中，并且将混合物搅拌1h，此时添加二硫化碳(20.93mL，348mmol)，并且将所得黄色浆液搅拌1h。添加硫酸镁(3g)并且在氮气下通过硅藻土(Celite)真空过滤浆液以去除多余的氢化钠，并且用甲基叔丁基醚冲洗滤饼。(警告！硅藻土过滤垫除了含有大量的残留氢化钠之外，还含有痕量的甲基叔丁基醚。该滤饼将自发地燃烧，并且在这种情况下可以产生明显的火焰。必须非常小心地去除尽可能多的醚。过滤后，将固体保持在氮气下，将滤饼悬浮在二氯甲烷中，冷却至0℃，并且在不存在氧时用异丙醇猝灭)。将滤液转移至干净的烧瓶，并且在快速地搅拌溶液的同时分批添加(3R,4R)-4-乙酰氧基-3-[(R)-1-(叔丁基二甲基硅烷氧基)乙基)氮杂环丁烷-2-酮(50g,174mmol)。1h后，通过硅胶垫过滤浆液。用甲基叔丁基醚(200mL)洗涤固体。将滤液在盐水/冰浴中冷却至-10℃，并且添加烯丙基草酰氯(50mL,400mmol)，然后添加三乙胺(56mL,400mmol)在甲基叔丁基醚(100mL)中的溶液。将反应混合物加热至室温并且搅拌1h，然后将其用水(100mL)猝灭。将有机层分离，并且用碳酸氢钠(100mL)洗涤两次，用无水硫酸钠干燥，过滤，用庚烷(250mL)稀释，并且在真空中浓缩。将大部分溶剂去除后，添加另外的庚烷(250mL)并且在真空中浓缩至完成(concentrated in vacuo tocompletion)，以确保没有甲基叔丁基醚残留。将粗油状物溶解在400mL异辛烷中，并且在4℃结晶16-24h，以提供作为黄色针状物的1(45.8g,53％)。

1：TLC(己烷：乙酸乙酯，7:3)＝0.4。MP＝65℃-67℃。¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ＝6.76(dd,J＝0.4,3.5Hz,1H),5.94(tdd,J＝6.1,10.6,17.0Hz,1H),5.39(qd,J＝1.4,17.0Hz,1H),5.31(qd,J＝1.0,10.4Hz,1H),4.78(qd,J＝1.2,6.1Hz,2H),4.39(dq,J＝2.5,6.3Hz,1H),3.56(dd,J＝2.5,3.5Hz,1H),3.39(dt,J＝3.7,7.2Hz,2H),1.76(sxt,J＝7.4Hz,3H),1.24(d,J＝6.5Hz,3H),1.03(t,J＝7.4Hz,3H),0.86(s,9H),0.09(s,3H),0.06(s,3H)。¹³C NMR(101MHz,CDCl₃)＝218.3,163.5,159.1,154.4,130.4,120.2,67.4,66.0,64.5,58.9,38.9,26.9,25.6,21.9,21.3,17.8,13.4,-4.3,-5.3。HRMS(FAB),C₁₂H₃₄NO₅S₃Si[M+H⁺]计算：492.1368；实测：492.1370；Δ-0.3ppm。

烯丙基(5S,6R)-6-((R)-1-((叔丁基二甲基硅烷基)氧基)乙基)-7-氧代-3-(丙基硫代)-4-硫杂-1-氮杂双环[3.2.0]庚-2-烯-2-羧酸酯(2)。2的制备遵循Brenek等人的程序(4)。，将亚磷酸三乙酯(38.7mL,233mmol)在无水无乙醇氯仿(450mL)中的溶液在24小时内添加至使用配备有Claisen适配器(adapter)、回流冷凝器和加料漏斗的2L圆底烧瓶的1(45.8g,93mmol)在氯仿(1L)中的回流、搅拌溶液。完成添加后，将溶液搅拌另外的24h，此时一次性添加另外的亚磷酸三乙酯(15mL)。将混合物以回流搅拌16h，冷却至室温，并且用水性HCl(0.1N,250mL)、饱和水性碳酸氢钠(250mL)和盐水洗涤。将有机级分在真空中浓缩，并且通过硅胶色谱(己烷)纯化，以确保去除亚磷酸三乙酯。将产物油状物从异辛烷中结晶，以产生作为白色针状物的2(18.57g,45％)。

2：TLC(己烷：乙酸乙酯，7:3)＝0.5。m.p.＝104℃-105℃。¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ＝5.93(tdd,J＝5.4,10.7,17.2Hz,1H),5.59(d,J＝1.4Hz,1H),5.40(qd,J＝1.6,17.2Hz,1H),5.22(qd,J＝1.4,10.4Hz,1H),4.70(tddd,J＝1.6,5.5,13.5,28.2Hz,2H),4.23(td,J＝6.1,11.5Hz,1H),3.66(dd,J＝1.6,4.9Hz,1H),2.91(tdd,J＝7.4,12.5,32.3Hz,2H),1.74(sxt,J＝7.4Hz,2H),1.25(d,J＝6.3Hz,3H),1.03(t,J＝7.3Hz,3H),0.88(s,9H),0.07(s,3H),0.07(s,3H)。¹³C NMR(101MHz,CDCl₃)δ＝172.1,159.8,131.9,118.1,117.0,71.4,65.3,63.7,37.9,25.7,23.3,22.5,17.9,13.2,-4.3,-5.1。HRMS(FAB)，C₂₀H₃₃NO₄S₂Si[M⁺]计算：443.1620；实测：443.1624；Δ-0.7ppm。

烯丙基(5S,6R)-6-((R)-1-羟乙基)-7-氧代-3-(丙基硫代)-4-硫杂-1-氮杂双环[3.2.0]庚-2-烯-2-羧酸酯(3)。将2(10.2g,22.99mmol)在四氢呋喃(64mL)中的溶液添加至四正丁基氟化铵(34.5mmol)和乙酸(12.5mL,218mmol)在四氢呋喃(64mL)的混合物中。将反应混合物搅拌24h，然后将其用饱和水性碳酸氢钠洗涤。将水性层用二氯甲烷反提取并且将合并的有机层用盐水洗涤，用无水硫酸钠干燥，过滤并且在真空中浓缩。将粗产物通过硅胶色谱(己烷∶乙酸乙酯，1:1)纯化，并且所得油状物从乙酸乙酯/异辛烷中结晶以提供3(5.5g,73％)。

3:TLC(己烷：乙酸乙酯，7:3)＝0.2。m.p.＝85℃-86℃。¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ＝5.95(tdd,J＝5.4,10.6,17.2Hz,1H),5.63(d,J＝1.6Hz,1H),5.41(qd,J＝1.5,17.2Hz,1H),5.23(qd,J＝1.4,10.6Hz,1H),4.78(tdd,J＝1.5,5.4,13.5Hz,1H),4.66(tdd,J＝1.4,5.6,13.5Hz,1H),4.24(quin,J＝6.5Hz,1H),3.70(dd,J＝1.4,6.8Hz,1H),2.98(td,J＝7.4,12.7Hz,1H),2.88(td,J＝7.2,12.5Hz,1H),1.74(sxt,J＝7.4Hz,2H),1.35(d,J＝6.3Hz,3H),1.03(t,J＝7.3Hz,3H)。¹³C NMR(101MHz,CDCl₃)δ＝172.1,159.8,156.2,131.9,118.2,116.7,70.9,65.5,65.5,64.0,37.9,23.3,21.9,13.2。HRMS(FAB),C₁₄H₁₉NO₄S₂[M⁺]计算：329.0756；实测：329.0753；Δ0.8ppm。

烯丙基(5S,6R)-6-((R)-1-羟乙基)-7-氧代-3-(丙基亚磺酰基)-4-硫杂-1-氮杂双环[3.2.0]庚-2-烯-2-羧酸酯(4)。将尿素·过氧化氢(1.62g,16.7mmol)溶解在1,1,1,3,3,3-六氟异丙醇(16mL)中，并且一次性添加至3(5.0g,15.2mmol)在1,1,1,3,3,3,3-六氟异丙醇(20mL)的溶液中，并且将该溶液搅拌24h。将庚烷(50mL)添加至产物混合物并且在真空中浓缩。根据需要，重复该过程，以去除所有痕量的氟化溶剂，然后通过硅胶色谱(己烷∶乙酸乙酯，1:1)纯化。将所得油状物从乙酸乙酯/异辛烷中重结晶，以提供作为黄色针状物的呈非对映异构体亚砜混合物的4(4.63g,88％)。

4：TLC(己烷：乙酸乙酯，1:1)＝0.2。m.p.＝90℃-93℃。¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ＝5.98-5.87(m,1H),5.86(d,J＝1.8Hz,0.33H),5.71(d,J＝1.8Hz,0.67H),5.41(qd,J＝1.6,17.0Hz,0.33H),5.43(qd,J＝1.4,17.2Hz,0.66H),5.29(qd,J＝1.2,10.6Hz,1H),4.77(qdd,J＝1.6,5.5,13.3Hz,1H),4.67(qdd,J＝1.6,5.7,13.3Hz,1H),4.27-4.14(m,1H),3.92(dd,J＝1.6,6.8Hz,0.66H),3.88(dd,J＝2.0,7.0Hz,0.33H),3.21-3.04(m,1H),2.99(ddt,J＝7.0,9.2,13.3Hz,1H),2.04-1.77(m,2H),1.35(d,J＝6.3Hz,3H),1.11(t,J＝7.4Hz,3H)。¹³C NMR(101MHz,CDCl₃)δ＝172.7,171.5,164.4,164.0,158.2,158.1,130.8,121.6,121.4,119.5,119.5,73.2,73.2,66.7,66.7,65.6,65.4,65.4,63.4,57.5,57.0,21.8,16.5,16.1,13.0。

用于将C-2硫醇侧链添加至2-乙基亚磺酰基青霉烯的一般程序：

烯丙基(5S,6R)-3-((1-(4,5-二氢噻唑-2-基)氮杂环丁烷-3-基)硫代)-6-((R)-1-羟乙基)-7-氧代-4-硫杂-1-氮杂双环[3.2.0]庚-2-烯-2-羧酸酯(5b)。将1-(4,5-二氢-2-噻唑基)-3-氮杂环丁烷硫醇盐酸盐(3.10g,14.74mmol)在乙腈(50mL)中的溶液，随后是二异丙基乙胺(3.70mL,20.77mmol)添加至4(4.63g,13.4mmol)在乙腈(100mL)中的搅拌溶液，并且将混合物在0℃搅拌2h。用盐水稀释溶液并且将水性层用乙酸乙酯反提取三次。将合并的有机层用无水硫酸镁干燥，过滤并且在真空中浓缩。将粗油状物通过硅胶色谱(甲醇∶二氯甲烷，1:40)纯化，以提供在高真空下变成玻璃状物的作为黄色油状物的5b(2.85g,50％)。

5b：TLC(甲醇：二氯甲烷，1:19)＝0.3。¹H NMR(400MHz,CDCl₃)＝5.94(tdd,J＝5.4,10.7,17.2Hz,1H),5.69(d,J＝1.4Hz,1H),5.41(qd,J＝1.5,17.1Hz,1H),5.24(qd,J＝1.2,10.5Hz,1H),4.77(tdd,J＝1.4,5.5,13.4Hz,1H),4.67(tdd,J＝1.4,5.6,13.4Hz,1H),4.40(td,J＝8.4,23.9Hz,3H),4.19(sxt,J＝6.5Hz,1H),4.25-4.10(m,1H),4.00(t,J＝7.4Hz,2H),4.06-3.90(m,2H),3.72(dd,J＝1.5,6.9Hz,1H),3.36(t,J＝7.4Hz,2H),1.33(d,J＝6.5Hz,3H)。¹³C NMR(101MHz,CDCl₃)δ＝172.2,164.4,159.5,152.1,131.6,118.5,117.6,71.5,65.8,65.2,65.0,60.4,59.3,58.7,36.2,36.1,21.9。HRMS(FAB),C₁₇H₂₂N₃O₄S₃[M+H⁺]计算：428.0773；实测：428.0765；Δ1.8ppm。

烯丙基(5R,6S)-6-((R)-1-羟乙基-3-(乙基硫代)-7-氧代-4-硫杂-1-氮杂双环[3.2.0]庚-2-烯-2-羧酸酯(5a)：TLC(甲醇：乙酸乙酯，3:17)＝0.9。¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ＝5.96(tdd,J＝5.4,10.7,17.2Hz,1H),5.64(d,J＝1.6Hz,1H),5.42(qd,J＝1.6,17.2Hz,1H),5.24(qd,J＝1.6,10.4Hz,1H),4.79(tdd,J＝1.4,5.4,13.4Hz,1H),4.67(tdd,J＝1.5,5.5,13.5Hz,1H),4.25(quin,J＝6.5Hz,1H),3.71(dd,J＝1.4,6.8Hz,1H),3.01(qd,J＝7.2,12.3Hz,1H),2.94(qd,J＝7.2,12.5Hz,1H),1.37(t,J＝7.2Hz,3H),1.36(d,J＝6.3Hz,3H)。

烯丙基(5R,6S)-6-((R)-1-羟乙基)-3-((2-羟乙基)硫代)-7-氧代-4-硫杂-1-氮杂双环[3.2.0]庚-2-烯-2-羧酸酯(5c)：¹H NMR(400MHz,CHCl₃)δ＝5.95(ddt,J＝5.4,10.5,17.2,1H),5.65(d,J＝1.4Hz,1H),5.41(qd,J＝1.5,17.2Hz,1H),5.24(qd,J＝1.3,9.0Hz,1H),4.78(tdd,J＝1.4,5.4,13.4Hz,1H),4.66(tdd,J＝1.3,5.6,13.4Hz,1H),4.23(quin,J＝6.5Hz,1H),3.86(t,J＝6.2Hz,2H),3.71(dd,J＝1.5,6.8Hz,1H),3.14(tq,J＝6.3,14.0Hz,1H),1.35(d,J＝6.3Hz,3H)。¹³C NMR(101MHz,CHCl₃)δ＝172.2,159.8,156.3,131.8,118.2,116.7,70.95,65.4,64.0,37.8,23.2,21.7,13.1。

烯丙基(5R,6S)-6-((R)-1-羟乙基)-3-((3-甲氧基-3-氧代丙基)硫代)-7-氧代-4-硫杂-1-氮杂双环[3.2.0]庚-2-烯-2-羧酸酯(5d)：¹H NMR(400MHz,CHCl₃)δ＝5.97(ddt,J＝5.3,11.7,17.2,1H),5.66(d,J＝1.4Hz,1H),5.40(qd,J＝1.5,17.2Hz,1H),5.23(qd,J＝1.3,10.5Hz,1H),4.77(tdd,J＝1.4,5.4,13.4Hz,1H),4.65(tdd,J＝1.4,5.5,13.4Hz,1H),4.23(quin,J＝6.4Hz,1H),3.72(m,1H),3.71(s,3H),3.21(tq,J＝4.7,11.7,2H),2.75(m,2H),1.34(d,J＝6.4Hz,3H)。¹³C NMR(101MHz,CHCl₃)δ＝171.9,171.2,159.6,154.1,131.8,118.3,117.6,71.2,65.6,64.3,52.1,34.6,30.6,21.9,21.1。

烯丙基(5R,6S)-6-((R)-1-羟乙基)-3-(((3R,5R)-1-(((4-硝基苄基)氧基)羰基)-5-((氨磺酰基氨基)甲基)吡咯烷-3-基)硫代)-7-氧代-4-硫杂-1-氮杂双环[3.2.0]庚-2-烯-2-羧酸酯(5e)：TLC(己烷：乙酸乙酯，1:1)＝0.15。¹H NMR(400MHz,MeOD)δ＝8.21(d,J＝8.6Hz,2H),7.56(d,J＝6.1Hz,2H),6.00-5.79(m,1H),5.67(d,J＝2.3Hz,1H),5.37(qd,J＝1.6,17.0Hz,2H),5.21(qd,J＝1.0,7.8Hz,1H),5.27-5.15(m,2H),4.28-4.15(m,1H),3.85-3.72(m,1H),3.70(dd,J＝0.8,7.0Hz,1H),3.48-3.32(m,2H),2.69-2.54(m,2H),1.28(d,J＝6.3Hz,3H)。¹³C NMR(101MHz,1:1CHCl₃:MeOD)δ＝172.48,159.3,156.6,146.8,131.2,127.6,127.4,122.9,117.0,115.6,70.4,65.0,64.6,64.4,63.8,57.2,37.0,33.5,22.6,20.4,12.1。

烯丙基(5R,6S)-3-(((3R,5R)-5-(二甲基氨基甲酰基)-1-(((4-硝基苄基)氧基)羰基)吡咯烷-3-基)硫代)-6-((R)-1-羟乙基)-7-氧代-4-硫杂-1-氮杂双环[3.2.0]庚-2-烯-2-羧酸酯(5f)：TLC(己烷：乙酸乙酯，1:1)＝0.15。¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ＝8.17(d,J＝9.6Hz,2H),7.50(d,J＝8.8Hz,2H),5.91(tdd,J＝5.7,10.4,17.0Hz,1H),5.66(d,J＝1.4Hz,1H),5.46-5.32(m,1H),5.31-5.24(m,1H),5.12-4.96(m,1H),4.83-4.72(m,2H),4.65(td,J＝13.5,17.2Hz,2H),4.36-4.22(m,1H),4.22-4.13(m,1H),4.13-3.98(m,1H),3.69(dd,J＝1.5,7.1Hz,1H),3.60-3.31(m,3H),3.08(s,3H),2.96(s,3H),2.83-2.68(m,1H),2.64(d,J＝11.9Hz,1H),2.05-1.79(m,2H),1.31(d,J＝6.5Hz,3H)。¹³C NMR(101MHz,1:1CHCl₃:MeOD)δ＝172.5,171.4,171.2,156.5,153.4,152.9,146.9,143.4,131.3,127.4,123.0,117.2,65.2,56.4,56.2,55.6,55.3,40.2,39.4,36.2,35.3,34.4,33.8,12.3。

用于用乙酸钯(II)进行烯丙基脱保护的一般程序：

(5R,6S)-3-(乙基亚磺酰基)-6-((R)-1-羟乙基)-7-氧代-4-硫杂-1-氮杂双环[3.2.0]庚-2-烯-2-羧酸酯(T400)。将乙酸钯(II)(1mg,0.003mmol)和亚磷酸三乙酯(3.8μL,0.022mmol)顺序地添加至碳酸氢钠(5.9mg,0.07mmol)、5,5-二甲基-环己烷-1,3-二酮(5.9mg,0.042mmol)、水(168μL)和四氢呋喃(422μL)的混合物中，并且剧烈地搅拌5min。添加5a(20mg,0.063mmol)在四氢呋喃(85μL)中的溶液，并且搅拌反应混合物，同时加热至35℃持续45min。将溶液用水(500μL)和二氯甲烷(400μL)稀释，用二氯甲烷(5mL)洗涤三次，并且将水性层直接地添加至Diaion聚苯乙烯树脂(5mL)的柱，并且用水洗脱，并且将含有产物的级分冻干，以提供作为白色粉末的T400。

T400：¹H NMR(400MHz,D₂O)δ＝5.72(d,J＝1.4Hz,1H),4.25(quin,J＝6.3Hz,1H),3.95(dd,J＝1.4,5.9Hz,1H),3.14-2.90(m,2H),1.34(t,J＝7.3Hz,3H),1.31(d,J＝6.5Hz,3H)。HRMS(FAB),C₁₀H₁₂NO₄S₂[M-H⁺]计算：274.0208；实测：274.0211；Δ1.1ppm。

用于用四钯脱烯丙基化的一般程序：

(5S,6R)-3-((1-(4,5-二氢噻唑-2-基)氮杂环丁烷-3-基)硫代)-6-((R)-1-羟乙基)-7-氧代-4-硫杂-1-氮杂双环[3.2.0]庚-2-烯-2-羧酸钾(T405)。将四钯(43mg,0.21mmol)添加至5b(1.8g,4.21mmol)在新蒸馏的四氢呋喃(84mL)中的溶液中，此时混合物变浑浊。添加2-乙基己酸钾(873mg,4.0mmol)在四氢呋喃(16.8mL)中的溶液，引起反应混合物开始变澄清。搅拌30min后，溶液变浑浊，形成黄色结晶叶状物。将反应混合物冷却至4℃，并且搅拌另外2h。将沉淀物过滤，并且用冷的四氢呋喃洗涤，以提供作为灰白色粉末的T405(1.2g,66％)。可以将沉淀物重新溶解在水中，并且用二氯甲烷洗涤以去除痕量的5b和三苯基膦；反应的主要杂质。通过HRMS没有发现钯污染的证据。

T405:¹H NMR(400MHz,D₂O)δ＝5.71(d,J＝1.0Hz,1H),4.50(td,J＝8.4,20.9Hz,2H),4.24(quin,J＝6.5Hz,1H),4.32-4.18(m,1H),4.02(ddd,J＝4.8,9.0,19.1Hz,2H),3.93(t,J＝8.0Hz,2H),3.96-3.84(m,1H),3.45(t,J＝7.4Hz,2H),1.30(d,J＝6.5Hz,3H)。¹³C NMR(101MHz,D₂O)δ＝175.4,166.4,143.6,124.1,69.4,64.7,63.8,59.4,59.0,57.7,51.1,35.6,35.1,20.1。HRMS(UPLC)，C₁₄H₁₈N₃O₄S₃[M+H⁺]计算：388.0456；实测：388.0457；Δ0.3ppm。

(5R,6S)-6-((R)-1-羟乙基)-3-丙基硫代-7-氧代-4-硫杂-1-氮杂双环[3.2.0]庚-2-烯-2-羧酸钾(T406)：从3开始；¹H NMR(400MHz,D₂O)＝5.66(d,J＝1.2Hz,1H),4.25(quin,J＝6.3Hz,1H),3.89(dd,J＝1.3,6.0Hz,1H),3.05-2.92(m,1H),2.85(td,J＝7.4,13.0Hz,1H),1.71(dqd,J＝2.6,7.3,14.5Hz,2H),1.31(d,J＝6.5Hz,3H),0.99(t,J＝7.4Hz,3H)。¹³C NMR(101MHz,D₂O)δ＝175.6,166.8,147.1,123.3,69.1,64.7,62.9,37.2,23.2,20.1,12.3。HRMS(UPLC)，C₁₁H₁₅NO₄S₂Na[M+Na⁺]计算：312.0340；实测：312.0341；Δ0.3ppm。

(5R,6S)-6-((R)-1-羟乙基)-3-((2-羟乙基)硫代)-7-氧代-4-硫杂-1-氮杂双环[3.2.0]庚-2-烯-2-羧酸钾(T407)：从5c开始；¹H NMR(400MHz,D₂O)δ＝5.67(d,J＝1.4Hz,1H),4.25(quin,J＝6.3Hz,1H),3.91(dd,J＝1.5,6.0Hz,1H),3.82(dt,J＝0.6,6.5Hz,2H),3.16(td,J＝6.0,14.1Hz,1H),3.03(td,J＝6.6,14.1Hz,1H),1.30(d,J＝6.5Hz,3H)。HRMS(UPLC)，C₁₀H₁₄NO₅S₂[M+H⁺]计算：292.0308；实测：292.0297；Δ3.1ppm。

(5R,6S)-6-((R)-1-羟乙基)-3-((3-甲氧基-3-氧代丙基)硫代)-7-氧代-4-硫杂-1-氮杂双环[3.2.0]庚-2-烯-2-羧酸钾(T408)：从5d开始；¹H NMR(400MHz,D₂O)δ＝5.69(d,J＝1.8Hz,1H),4.25(quin,J＝6.3Hz,1H),3.92(dd,J＝1.5,6.0Hz,1H),3.72(s,3H),3.25(td,J＝6.9,14.0Hz,1H),3.10(td,J＝7.1,14.1Hz,1H),2.83(dt,J＝1.8,6.7Hz,2H),1.31(d,J＝6.5Hz,3H)。HRMS(UPLC)，C₁₂H₁₆NO₆S₂[M+H⁺]计算：334.0414；实测：334.0410；Δ1.2ppm。

(5R,6S)-6-((R)-1-羟乙基)-7-氧代-3-(((3R,5R)-5-((氨磺酰基氨基)甲基)吡咯烷-3-基)硫代)-4-硫杂-1-氮杂双环[3.2.0]庚-2-烯-2-羧酸钾(T409)：从5e开始；¹HNMR(400MHz,D₂O)δ＝5.71(d,J＝1.4Hz,1H),4.25(quin,J＝6.4Hz,1H),4.15-4.03(m,1H),3.95(dd,J＝1.5,6.0Hz,1H),3.81-3.70(m,2H),3.64(dd,J＝3.7,11.7Hz,1H),3.70-3.60(m,1H),3.51(dd,J＝7.0,11.5Hz,1H),3.49(dd,J＝5.5,7.4Hz,1H),3.38(dd,J＝8.6,15.5Hz,1H),2.76-2.64(m,1H),1.30(d,J＝6.5Hz,3H)。HRMS(UPLC),C₁₃H₂₁N₄O₆S₃[M+H⁺]计算：425.0618；实测：425.0617；Δ0.2ppm。

(5R,6S)-3-(((3R,5R)-5-(二甲基氨基甲酰基)吡咯烷-3-基)硫代)-6-((R)-1-羟乙基)-7-氧代-4-硫杂-1-氮杂双环[3.2.0]庚-2-烯-2-羧酸钾(T410)：从5f开始；¹H NMR(400MHz,D₂O)δ＝5.69(d,J＝1.4Hz,1H),4.25(quin,J＝6.3Hz,1H),4.10(q,J＝7.0Hz,1H),3.91(dd,J＝1.4,6.3Hz,1H),3.74(dd,J＝3.9,5.3Hz,2H),3.64(dd,J＝4.3,5.1Hz,2H),3.06(s,3H),2.96(s,3H),1.32(d,J＝6.8Hz,3H)。HRMS(UPLC)，C₁₅H₂₂N₃O₅S₂[M+H⁺]计算：388.0995；实测：388.0994；Δ0.3ppm。

实施例3

结果

L,D-转肽酶和β-内酰胺类之间的相互作用。先前已经证明了，即使没有将细菌共暴露于β-内酰胺酶抑制剂，法罗培南和碳青霉烯类多利培南、比阿培南和替比培南表现出抗结核分枝杆菌的体外杀菌活性(Dhar,等人,2015；Kaushik,等人,2015)。为了鉴定与L,D-转肽酶反应最强的β-内酰胺，结核分枝杆菌Ldt_Mt1和Ldt_Mt2酶与法罗培南、多利培南、比阿培南和替比培南的等摩尔混合物一起孵育，并且使用超高效液相色谱-质谱(UPLC-MS)评价酰基酶加合物(当β-内酰胺环与活性位点半胱氨酸反应时产生)的身份和丰度。虽然每种碳青霉烯在与L,D-转肽酶单独地反应时产生独特的加合物，但通过法罗培南的酰化是在用碳青霉烯混合物的竞争测定中检测到的唯一加合物，指示相比于其他测试的碳青霉烯类，Ldt_Mt1和Ldt_Mt2酶优先地结合法罗培南(图6)。

作为对照，这些酶还与法罗培南和非碳青霉烯β-内酰胺类阿莫西林、头孢噻吩和氨曲南的等摩尔混合物反应。在对照混合物中，法罗培南加合物(+86Da)是被检测到的唯一酰基加合物，确认相比于非碳青霉烯β-内酰胺类，结核分枝杆菌L,D-转肽酶优先地结合法罗培南(图6)。最后，当苯唑西林、头孢氨苄和法罗培南的等摩尔混合物与Ldt_Mt2或青霉素结合蛋白DacB2反应时，法罗培南加合物也是被检测到的唯一物质(结果未示出)。另外地，尽管羧苄青霉素未能够与Ldt_Mt2结合，但它与DacB2形成+379Da加合物。这些L,D-转肽酶/β-内酰胺相互作用还通过等温滴定量热法(ITC)进行评价。尽管在这些情况下酶失活是不可逆的，但ITC响应的不存在已经被视为无可检测的结合和失活的证据，而阳性响应将反映结合和后续化学步骤的总和。使用该方法，尽管替比培南和法罗培南表现出以高亲和力与Ldt_Mt1或Ldt_Mt2单一模态结合(single-modality binding)，但非-(碳)青霉烯β-内酰胺类完全不与酶结合或以降低的亲和力与酶相互作用(图1A)。

因为结核分枝杆菌L,D-转肽酶清楚地显示出与(碳)青霉烯类优先结合，因此研究了该药物类别是否也可以靶向来自其他细菌病原体的L,D-转肽酶，从而潜在地具有作为抗细菌剂的更广泛用途。使用比较基因组学方法，耐酸杆菌脓肿分枝杆菌中的两个L,D-转肽酶直系同源物(orthologues)(Ldt_Mab1、Ldt_Mab2)和以下革兰氏阴性ESKAPE病原体中的每一个的一个直系同源物：肺炎克雷伯菌(Ldt_Kp)、阴沟肠杆菌(Ldt_Cl)和铜绿假单胞菌(Ldt_Pa)被鉴定出并且被后续克隆(结果未示出)。通过β-内酰胺类与这些酶的每一种的相互作用诱导的酰基加合物形成的UPLC-MS评价揭示了，与测试的非碳青霉烯类和碳青霉烯类二者相比，这些L,D-转肽酶也与法罗培南优先地反应(表1)。还通过ITC确认了脓肿分枝杆菌中的L,D-转肽酶直系同源物Ldt_Mab1和Ldt_Mab2与法罗培南和替比培南的结合，以及与非碳青霉烯类结合的不存在(图1A)。因此，数据表明，来自不同细菌物种(包括ESKAPE病原体)的L,D-转肽酶可以被选择的(碳)青霉烯类靶向。

作为另外的验证，已经评价了Ldt_Mt2在与青霉素类(阿莫西林和氨苄青霉素)、头孢菌素类(头孢西丁、头孢噻肟、头孢氨苄、头孢噻吩和头孢地尼)和碳青霉烯类(多利培南和比阿培南)和青霉烯法罗培南孵育后的活性。尽管多利培南、比阿培南和法罗培南稳健地抑制Ldt_Mt2水解头孢硝噻吩的能力，但仅一种头孢菌素，即头孢噻吩，显示出相当的抑制活性，并且剩余的头孢菌素类和青霉素类表现出对酶很少或没有影响(图1B)。接下来，已经检验了如下假设，即如果碳青霉烯类通过抑制L,D-转肽酶获得它们的效力，那么与野生型菌株相比，缺乏Ldt_Mt2的结核分枝杆菌突变体的敏感性将不会显著地受到影响。尽管羧苄青霉素、甲氧西林、苯唑西林、头孢地尼、头孢噻肟和头孢氨苄对于野生型结核分枝杆菌的最低抑制浓度(MIC₉₀)是高16–>32倍，美罗培南、多利培南、替比培南和法罗培南的MIC₉₀在两种菌株之间仅相差2–8倍(结果未示出)。

法罗培南和比阿培南的体内抗TB活性。体外观察到的法罗培南的抗TB活性，包括抗结核分枝杆菌的有效杀细菌活性(Kaushik,等人,2015)和与Ldt_Mt1和Ldt_Mt2酶的特异性抑制性相互作用，促使我们在TB治疗的临床前小鼠模型中评价该药物的体内活性。还评价了比阿培南的体内抗TB活性，比阿培南具有抗结核分枝杆菌的非常好的体外杀细菌活性(Kaushik,等人,2015)。评价法罗培南和比阿培南在结核分枝杆菌感染的BALB/c小鼠中的抗微生物活性，并且这些药物被单独地施用或与利福平(关键的一线抗TB药物)组合地施用。通过具有结核分枝杆菌H37Rv的气溶胶感染小鼠，在肺中植入3.7log₁₀菌落形成单位(CFU)；治疗在感染后两天开始，并且持续三周被每天施用。如预期的，未治疗的对照小鼠发展出严重的疾病，并在感染后18天死亡或是濒死。也如预期的，接受含有异烟肼的对照方案的小鼠的肺部中细菌载量(bacterial load)在治疗的第一周期间显著地减少(图1C)。施用单独的比阿培南产生抑菌活性，因为与未治疗的对照小鼠的肺相比，肺中的细菌增殖被抑制。在用法罗培南-利福平方案治疗的小鼠的肺中也观察到抑菌活性。然而，在接受比阿培南-利福平方案的小鼠的肺中观察到了有效的杀菌活性，其导致肺CFU的下降比用异烟肼-利福平阳性对照方案获得的肺CFU下降更大。此外，法罗培南和比阿培南二者的单独的施用或与利福平组合的施用，防止感染小鼠中发展出严重肺病变(图1D-1K)。

L,D-转肽酶与(碳)青霉烯类的结构。体外和体内数据指示出，青霉烯类和碳青霉烯类具有高的用于在TB治疗中使用的潜力。理解负责这些β-内酰胺类的抗TB活性的特定分子相互作用对于最大化其治疗能力是至关重要的。为了辨别结核分枝杆菌L,D-转肽酶相比于其他β-内酰胺类对(碳)青霉烯类的优先结合的基础，解析了(solved)与法罗培南和多利培南复合的Ldt_Mt2以及与法罗培南复合的Ldt_Mt1的晶体结构(图2A-2C)。Ldt_Mt2的催化核心侧翼为两个腔，内腔和外腔。法罗培南加合物被结合在Ldt_Mt2活性位点的内腔中；该加合物缺乏药物中起初存在的β-内酰胺环、相邻的5元环和R1基团(图2A)。基于这些数据和在UPLC-MS中检测到的86Da加合物(表1)，法罗培南的4-碳衍生片段被构建到电子密度中。最初是C7的羰基碳与Cys354的硫共价地键合，并且羰基氧具有与His352的主链酰胺氮的静电相互作用。羟乙基取代基(R2)建立了与Tyr318的侧链(直接的和水介导的二者)以及与Ser331的主链羰基氢键相互作用。与羟乙基取代基相邻的碳也显示出与His352的β-碳的疏水堆积(hydrophobic packing)。在Ldt_Mt1与法罗培南的晶体结构中，以110°角度共价地附接至催化Cys226(等同于Ldt_Mt2中的Cys354)的86Da加合物可以被建模到密度中(图2B)。与Ldt_Mt2不同，相同的加合物在Ldt_Mt1的活性位点中建立了不同的相互作用。His208(等同于Ldt_Mt2的His336)不与Cys226的硫相互作用，而是通过静电相互作用接合(engage)法罗培南加合物中的羰基C7氧。加合物的羟乙基侧链和相邻碳通过与Met175侧链的两个亚甲基和与His224(等同于Ldt_Mt2的His352)的β-碳的疏水堆积来稳定。此外，加合物的羟基基团与Tyr190(等同于Ldt_Mt2的Tyr318)的苯酚侧链形成氢键。

与Ldt_Mt2结合的多利培南的取向不同于与Cys354共价地键合的123Da的法罗培南：多利培南加合物(表1)的取向，但延伸到外腔并且与Trp340相互作用(图2C)。多利培南被高度地重排，缺乏其R1和R2取代基，并且其β-内酰胺环被打开(C7与Cys354结合)，并且可以被建模到电子密度中。在外腔中，吡咯烷环上的C2甲基和加合物该环中的相邻的碳显示出与Trp340的范德瓦尔斯相互作用(van der Waals interactions)。Tyr318的侧链和Cys354的主链酰胺氮与羰基C7氧形成氢键。吡咯烷环的氨基N4与His352的侧链形成氢键。

Ldt_Mt2与(碳)青霉烯类结合的验证。基于晶体结构数据，以及在已知的L,D-转肽酶中的序列保守性，鉴定了直接地参与与(碳)青霉烯类分子相互作用的氨基酸。为了构建(build upon)这项工作并且进一步评价这些酶残基的作用，产生一系列Ldt_Mt2构建体(每个构建体在预测的关键残基(Tyr318、His336、His352和Cys354)中具有单个氨基酸突变)，并且使用UPLC-MS评价这些突变体中的每一个与法罗培南以及碳青霉烯类比阿培南和替比培南的相互作用(结果未示出)。对于比阿培南与野生型Ldt_Mt2，可以检测到稳定的加合物，但是对于任何突变蛋白，未能够检测到加合物，这指示所有四个氨基酸都参与结合比阿培南。法罗培南和替比培南未能够与突变体H336N、H336A、C354S或C354A产生加合物，但与Y318F、Y318A和H352A产生稳定的加合物(H352N仅与法罗培南产生)。通过ITC的进一步评价指示法罗培南和替比培南二者与C354S、H336N、H352N和Y318F的结合丧失(结果未示出)，因此确认了这些残基中的每一个都参与Ldt_Mt2与(碳)青霉烯类的结合。

由于UPLC-MS研究指示Ldt_Mt2被(碳)青霉烯类不可逆的酰化，因此进行基于光谱学的测定以计算该不可逆的抑制的速率。k_inact(酶抑制剂复合物发生不可逆的转化的最大速率)和K_app(实现半最大速率需要的抑制剂浓度)是通过非线性回归确定的。这些参数证明了法罗培南和每一种碳青霉烯类的酰化动力学的变化(图2D)。这些反应的效率通过多利培南(0.22μM^-1min^-1)、比阿培南(0.23μM^-1min^-1)、法罗培南(0.10μM^-1min^-1)和替比培南(0.12μM^{- 1}min^-1)的k_inact/K_app比率来评价。尽管所有的这些β-内酰胺类通过酰化使Ldt_Mt2失活，但k_inact和K_app值存在差异，这可能归因于这些碳青霉烯类的硫醚侧链的变化；这些变化可能引起药物结合和后续酰化二者的速率的变化。

演进的碳青霉烯类的设计、合成和评价。关于L,D-转肽酶和法罗培南/碳青霉烯类之间的相互作用的结构-活性和机制数据，以及先前描述的与Ldt_Mt2结合的美罗培南(一种碳青霉烯)的晶体结构(Kim,等人,2013)，为指导具有作为抗TB化合物的改进的潜力的新的碳青霉烯类的设计提供了重要信息。来自共晶体结构(co-crystal structure)的重要观察结果是蛋白和C2处吡咯烷-2-甲酰胺硫醚之间不存在广泛接触。不希望受限于任何一种特定的理论，认为R1取代基吡咯烷主要与外腔和溶剂相互作用(在图3A中说明)，并且因此可以被用于改变理化特性以增强诸如渗透性和药代动力学谱的属性。R1链被多种基团代替，所述多种基团通过朴素贝叶斯机器学习模型(naive Bayesian machine-learningmodels)被鉴定为结核分枝杆菌生长抑制剂中最常见的硫取代基(Ekins,等人,2013)，并且起初集中在现存的碳青霉烯类的2-取代的类似物，重点是破坏L,D-转肽酶催化位点中的关键残基的R1取代基。最终碳青霉烯类的合成遵循两阶段过程(未示出)，其中使烯醇磷酸酯和硫醇(或直接前体)反应以得到期望的硫醚。然后裂解4-硝基苄基酯保护基团，以得到期望的碳青霉烯。

在图3B中说明的全合成碳青霉烯类中，12种表现出抗结核分枝杆菌的体外活性，具有在低或亚μg/mL水平的最低抑制浓度(MIC)值(结果未示出)；其中大多数低于美罗培南、多利培南、比阿培南、法罗培南和替比培南抗结核分枝杆菌的MIC值(Kaushik,等人,2015)。对于具有针对结核分枝杆菌最低的MIC的四种合成的碳青霉烯类，即T205、T206、T208(MIC都为1-2μg/mL)和T210(MIC为0.25-0.5μg/mL)，通过UPLC-MS评价它们与Ldt_Mt1和Ldt_Mt2的特异性结合相互作用(表1)。这些演进的碳青霉烯类的每一种与这些酶反应并且形成共价加合物，指示酶对碳青霉烯骨架/框架的保留。接下来，为了评价演进的碳青霉烯类的稳定性，使T208和T210与Ldt_Mt2反应并且在1小时和24小时定量加合物。甚至在24小时时也未发现可观察的加合物降解(结果未示出)。Ldt_Mt2与T208和T210相互作用的k_inact/K_app比率分别是0.56min^-1μM^-1和0.07min^-1μM^-1(图3C)，这指示这些实验性碳青霉烯类是Ldt_Mt2的有效酰化剂，并且在使酶失活中至少与美罗培南(Kim,等人,2013)、多利培南、比阿培南、法罗培南和替比培南一样有效(图2D)。Ldt_Mt2突变体Y318F、H336N、H352N和C354S全部表现出与T210弱结合(结果未示出)，再次指示这些残基是与碳青霉烯类有成效的结合(productivebinding)的关键。

为了检查这些实验性碳青霉烯类潜在的更广泛的抗细菌活性，还表征了它们抗脓肿分枝杆菌和以下一整组的ESKAPE病原体的活性(即确定MIC)：粪肠球菌、金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯菌、鲍氏不动杆菌、铜绿假单胞菌和阴沟肠杆菌(结果未示出)。虽然没有一种实验性碳青霉烯类抑制脓肿分枝杆菌的生长，但是几种化合物(T221、T222、T223和T224)抑制除了铜绿假单胞菌之外的所有病原体的生长，铜绿假单胞菌被T123抑制。此外，化合物T205、T206、T208和T210与来自脓肿分枝杆菌(仅Ldt_Mab1)、肺炎克雷伯菌、阴沟肠杆菌和铜绿假单胞菌的L,D-转肽酶反应并且形成酰基加合物(表1)，并且形成的酰基加合物与用Ldt_Mt2观察到的酰基加合物相似，指示这些演进的碳青霉烯类酰化物通过相似的机制改变来自不相关的细菌的L,D-转肽酶(Ldt_Pa是一个例外，因为用T208形成了较小的+56Da加合物)。因此，尽管实验性碳青霉烯类被设计用于改进与结核分枝杆菌L,D-转肽酶的结合，但几种实验性碳青霉烯类显示出用于作为更广谱抗细菌剂使用的潜力。

与演进的碳青霉烯类复合的Ldt_Mt2的结构。演进的碳青霉烯类还提供了改进该类药物最大化抗微生物并且特别是抗TB活性的能力的见解。因此解析了与T206、T208、T210和T224复合的Ldt_Mt2的晶体结构(图4)。T206通过来自两种不同的晶体结构形式Ldt_Mt2-T206-A和Ldt_Mt2-T206-B的外腔(构象A1)或内腔(构象A2和B)以三种不同取向结合在酶的活性位点中。在Ldt_Mt2-T206-A中，在链A中在构象A1中T206的电子密度图显示出该碳青霉烯与外腔相互作用并且共价地附接至催化Cys354(图4A)。碳青霉烯T206的电子密度显示出它与Cys354的S^γ原子相邻，但是除了硫醚硫之外，对于大部分R1基团它是缺失的。R2基团的羟基与Tyr318的侧链氢键合，并且显示出与Gly332的主链羰基直接的和水介导的氢键二者。在吡咯烷环的C3处的羧基基团与Trp340的侧链和与His352的骨架酰胺形成氢键。Trp340还与T206的R1基团的烷基尾部具有疏水相互作用。在构象A2中，在Ldt_Mt2-T206-A的链B中T206结合在内腔中，类似于美罗培南结合的结构(PDB ID 3VYP)(Li,等人,2013)，但是R2基团尾部与Ala288、Tyr292、Leu385和Pro386产生另外的广泛静电和疏水相互作用(图4B)。C3羧基基团接受来自Tyr318的氢键，并且Met303具有与C6羟乙基侧链的末端碳的疏水相互作用。从晶体结构形式Ldt_Mt2-T206-B来看，在链A的构象B中，羰基C7(其是β-内酰胺环的)与Cys354共价地键合，分子的剩余部分延伸到活性位点的内腔中(图4C)，类似于美罗培南：Ldt_Mt2复合物的先前晶体结构(Kim,等人,2013)。吡咯烷环和其羧酸基取代基(carboxylatesubstituent)具有类似于在链A(PDB ID:4GSU)(Kim,等人,2013)中和在链A的构象A(PDBID:3VYP)中的美罗培南的对应亚结构的构象，但该环相对于在4GSU和3VYP的其他链中观察到的取向旋转。有趣的是，T206在构象B中是完全地有序的，其R1基团尾部通过与残基Thr285的疏水相互作用以及通过T206的羧酸基和Ser331的侧链、Ala288的骨架酰胺氮、和Pro286的主链羰基氧之间的水介导的氢键的网络来稳定。

在Ldt_Mt2与T208、T210和T224的晶体结构中，图谱示出了在与C354共价键合所需的距离内各个抑制剂(并且特别地其是β-内酰胺部分的羰基碳)的电子密度(图4D、图4E、和图4F)。T208、T210和T224以类似于T206的构象A和亚胺培南与Ldt_Mt1的构象A(PDB ID:4JMX)(Correale,等人,2013)的方式延伸到外腔中。T208、T210和T224的保守区与Ldt_Mt2的外腔形成相同的四元相互作用(quaternary interaction)，并且它们的C3羧基接受来自Trp340和Asn356侧链的氢键，从而模仿T206构象A1中发现的那些。在所有结合在外腔中的演进的碳青霉烯类中，吡咯烷环在C1位置处的甲基基团和除了硫醚硫之外的R1基团尾部的电子密度是缺失的。

实施例4

讨论

β-内酰胺类的传统上理解的靶是D,D-转肽酶。同样地，对β-内酰胺类的耐受性已经传统上被归因于β-内酰胺酶，其中大多数已经从其膜结合的D,D-转肽酶祖先演进为可溶性β-内酰胺水解酶(Meroueh,等人,2003)。然而，L,D-转肽酶在生物化学上和结构上不用于D,D-转肽酶，并且使用半胱氨酸来催化肽聚糖中非经典3→3键的形成，并且从而提供可选的机制，通过该可选的机制细菌可以在传统的靶向D,D-转肽酶的β-内酰胺类的存在下存活(Mainardi,等人,2005)。因此，也可以靶向L,D-转肽酶的分子具有作为针对当引起人类疾病时使用经典的和非经典的转肽酶的生物体具有杀菌活性的剂的显著潜力物体。

在此，已经使用TB治疗的临床前小鼠模型证明了青霉烯和碳青霉烯β-内酰胺抗细菌剂具有有效的抗TB活性。许多碳青霉烯类的生物可利用度由于在肾近端小管中被脱氢肽酶-1(DHP-1)代谢是次优的(Hikida等人，1992)。法罗培南和早期的碳青霉烯类美罗培南和亚胺培南在感染结核分枝杆菌的小鼠中表现出有限的活性(Dhar,等人,2015；Chambers,等人,2005；Veziris,等人,2011；England,等人,2012)。近期的临床试验(NCT02349841)证明了美罗培南在TB患者中的有希望的早期杀菌活性(Diacon,等人,2016)。与美罗培南相比，比阿培南抗结核分枝杆菌更有效(Kaushik,等人,2015)，并且对通过DHP-1的失活耐受(Hikida,等人,1992)。该工作中在小鼠模型中观察到的抗结核活性表明，新的且演进的(碳)青霉烯类在TB的治疗方面具有希望。为了开发新的碳青霉烯类，对(碳)青霉烯与结核分枝杆菌L,D-转肽酶的相互作用进行了深入的生物化学和结构分析，允许具有改进的抗TB活性的演进的碳青霉烯类的开发。本公开的演进的化合物对其他细菌病原体(包括难以治疗的ESKAPE病原体)的活性也被表征，从而证明了它们的广谱抗细菌潜力。

表征法罗培南和碳青霉烯类与结核分枝杆菌L,D-转肽酶Ldt_Mt1和Ldt_Mt2之间的相互作用的实验，包括药物-酶相互作用的共晶体结构的分析，已经提供了允许我们提出负责酶抑制的分子机制的数据。图5A中提出的法罗培南与Ldt_Mt2和Ldt_Mt1的反应是快速的(图2D)，并且产生仅具有共价地连接至活性位点半胱氨酸(Ldt_Mt2中的Cys354(图2A)和Ldt_Mt1中的Cys226(图2B)的(R)-3-羟基丁酰基的失活的酶。提出了通过该半胱氨酸对反应性β-内酰胺的亲核攻击打开4元环，随后是切断剩余的噻唑啉环。此类切割过程在克拉维酸对丝氨酰β-内酰胺酶的类似掩蔽的烯醇开口(masked enol opening)中是已知的(Charnas,等人,1978)。提出所得的亚胺(imine)/亚胺鎓(iminium)物质(同样平行于克拉维酸盐裂解)水合成缩醛胺，其容易的逆向醛醇缩合裂解(retro-aldol scission)得到观察到的失活酶加合物。

相比之下，碳青霉烯多利培南在Ldt_Mt2催化中心的反应(在图5B中提出)采取不同的路线，但不是预期的通过形成未改变的氧化态的稳定(芳族)吡咯环驱动的路线。而是，观察到与邻近His352氢键合的净双电子还原的吡咯鎓加合物的形成。具体地，提出活性位点半胱氨酸对碳青霉烯羰基的攻击形成亚胺/亚胺鎓物质，其可以脱羧成稳定的叶立德(ylid)，类似于辅因子硫胺素的活性形式。质子化后，所得的吡咯鎓可以通过亲核剂的攻击或通过烯胺的可逆释放和锍离子的清除被相邻的硫醚和所得的桥连的锍物质捕获，实现晶体结构中需要的双电子还原和明显的C1和C5立体中心的保留。在这些事件之后，或者更早，先前的逆向醛醇缩合反应可以随后将羟乙基侧链以乙醛的形式排出(Hugonnet,等人,2009；Drawz,等人,2010)。虽然这些提议与来源于理论上的自由能研究的碳青霉烯诱导的Ldt_Mt2抑制的机制一致(Silva,等人,2015)，但数据提供除了对碳青霉烯类常见的C6羟甲基基团丢失以外的另外的裂解和重排机制的直接证据(Kim,等人,2013)。该信息扩展了具有转肽酶失活的可选模式的碳青霉烯类的设计选择。多利培南和法罗培南的这些断裂途径如何隐含在它们抗结核分枝杆菌的全细胞效力中，还有待观察。

评价(碳)青霉烯类与L,D-转肽酶的分子相互作用有助于开发演进的碳青霉烯类。尽管先前已经合成了这些化合物中的一些(Fung-Tomc,等人,1995；Natsugari,等人,1983；Abe,等人,1996；Seki,等人,1996)，还没有描述它们靶向结核分枝杆菌转肽酶的能力。值得注意的是具有-SCH₂CO₂R(R＝CH₃、CH₂CH₃、(CH₂)₂CH₃、CH(CH₃)₂、C(CH₃)₃、(CH₂)₃CH₃、c-C₆H₁₂)、以及-S(2-吡啶基)部分的活性分子(图3B)的普遍存在。对与来自五种不同生物体的酶结合的整个药物分子的一致性检测(表1)表明，酰化通过对每种碳青霉烯(T205、T206、T208和T210)类似的失活的机制发生，这被T206、T208、T210和T224与Ldt_Mt2的晶体结构数据进一步支持(图4、图5C)。在Ldt_Mt2活性位点处的所有构象中现有碳青霉烯类和T206的叠加(未示出)显示出T206的R1侧链建立了与外腔和内腔中的残基的另外的相互作用。在内腔中，R1侧链被Pro386或Thr285稳定，解释了为什么R1尾部在晶体结构中是有序的(图4B和图4C)。在外腔中，R1尾部产生与Trp340的弱相互作用，如通过部分电子密度证明的(图4A)。

理解(碳)青霉烯类如何靶向L,D-转肽酶对于最大化它们用于在TB治疗中使用的潜力是至关重要，因为这些酶不被其他抗TB药物靶向，并且因此可以在非常需要新治疗选择的药物耐受TB的治疗中发挥显著作用。关于美罗培南与β-内酰胺酶抑制剂克拉维酸盐组合在具有多药-/广泛药物耐受TB的患者中的使用存在一些临床报告(Palmero,等人,2015；Payen,等人,2012；De Lorenzo,等人,2013)，但碳青霉烯对治疗结果的直接影响不能够从这些报告中清楚地评价。最后，该研究已经显示出碳青霉烯类抗每一类ESKAPE生物体的有希望的活性，ESKAPE生物体代表了难以治疗的、通常是医院传播的细菌病原体，对于其也立即地需要新的治疗选择。因此，基于(碳)青霉烯的抑制细菌转肽酶的深入了解不仅影响TB治疗，而且也提供有效抗演进为在其细胞壁中使用3→3交联的耐受生物体的新抗细菌剂的丰富来源。生物信息学/比较基因组学显示出，结核分枝杆菌中五个L,D-转肽酶基因的直系同源物广泛地分布在细菌病原体中，并且因此构成对现在可以被认识和被钝化(blunted)的抗生素耐受性遗传贮库(genetic reservoir)的威胁。结核分枝杆菌基因组中编码D,D-转肽酶、L,D-转肽酶和β-内酰胺酶的多个基因的存在强调了它们在该生物体中肽聚糖代谢中的重要性。每一类别中的酶虽然在序列中相似，但具有不同的结构。因此，围绕相似的功能/主题存在一系列结构变化。这直接地反映在每个子类中不同β-内酰胺结构的不同亲和力中。同样，不受限于任何一种特定的理论，认为有效抗每种酶类别的β-内酰胺类的组合将对引起同时抑制酶且后续地完全抑制肽聚糖代谢是必要的。

参考文献

在说明书中提及的所有出版物、专利申请、专利和其他参考文献指示本公开的主题所属领域的技术人员的水平。所有出版物、专利申请、专利和其他参考文献通过引用被并入本文，其程度如同每个单独出版物、专利申请、专利和其他参考文献被具体地和单独地指示通过引用被并入的相同程度。将理解，尽管一些专利申请、专利和其他参考文献在本文中被提及，此类参考文献并不构成任何这些文件形成本领域公知常识的部分的承认。如果本说明书与任何被并入的参考文献之间有冲突，应当以本说明书(包括其任何修改，该修改可能基于被并入的参考文献)为准。本文中使用了术语的标准的领域接受的含义，除非另有说明。本文中使用了各种术语的标准缩写。

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尽管为了清楚理解的目的，已经通过说明和实例的方式对前述主题进行了一些详细描述，但是本领域技术人员将理解，在所附权利要求的范围内可以实践某些改变和修改。

Claims (19)

1.一种式(I)的化合物以及其立体异构体和药学上可接受的盐：

其中：

X选自由CR’R”和S组成的组；

R’和”各自独立地选自由氢和C₁-C₆烷基组成的组；

R选自由以下组成的组：

a是选自由0、1、2、3、4、5和6组成的组的整数；

b是选自由0、1、2、和3组成的组的整数；

R₁选自由氢、和C₁-C₆烷基、C₆-C₁₂芳基、和C₄-C₁₆烷基芳基组成的组；

Q选自由氢、羟基、烷氧基、胺、羰基、羧基、酯、醚、硫醇、硫化物、亚磺酰基、磺酰基、和杂环烷基组成的组；

P选自由胺、硫化物、磺酰基、和亚磺酰基组成的组。

2.根据权利要求1所述的化合物，其中X是S。

3.根据权利要求1所述的化合物，其中X是CR’R”。

4.根据权利要求1所述的化合物，其中Q选自由吡咯烷基、吗啉基、和N-甲基哌嗪基组成的组。

5.根据权利要求1所述的化合物，其中：

Q选自由H、-OR₂、-NR₃R₄、-C(＝O)-NR₃R₄、-C(＝O)-OR₅、和-NH-SO₂-NR’R”组成的组；

P选自由-N(R₆)-和-SO₂-组成的组；

R₂选自由氢和C₁-C₆烷基、C₆-C₁₂芳基、和C₄-C₁₆烷基芳基组成的组；

R₃和R₄各自独立地选自由氢、C₁-C₆烷基、和-SO₂NR₃R₄组成的组；

R₅选自由氢和C₁-C₆烷基、C₃-C₁₂环烷基、C₆-C₁₂芳基、和C₄-C₁₆烷基芳基组成的组；

R₆选自由以下组成的组：和

代表单键或双键；

X₁和X₂各自独立地选自由C、O、N、和S组成的组。

6.根据权利要求1所述的化合物，其中所述式(I)的化合物是式(Ia)的化合物：

其中：

(i)Q是H；且

a是2或3；或

(ii)Q是-OR₂；

a是2；且

R₂是H；或

(iii)Q是-C(＝O)-OR₅；

a是2；且

R₅是C₁-C₆烷基。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述式(Ia)的化合物选自由以下组成的组：

8.根据权利要求1所述的化合物，其中所述式(I)的化合物是式(Ib)的化合物：

其中：

(i)Q是-NR₃R₄；

R₁是H；

b是1；

R₃是H；且

R₄是H或-SO₂NR₃R₄；或

(ii)Q是-C(＝O)-NR₃R₄；

R₁是H；

b是0；

R₃是C₁-C₆烷基；和

R₄是C₁-C₆烷基。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述式(Ib)的化合物选自由以下组成的组：

10.根据权利要求1所述的化合物，其中所述式(I)的化合物是式(Ic)的化合物：

其中

P是-N(R₆)-；且

R₆是

11.根据权利要求10所述的化合物，其中所述式(Ic)的化合物是：

12.一种治疗、或预防受试者中的细菌感染的方法，所述方法包括向所述受试者施用治疗有效量的式(I)的化合物、其立体异构体、或药学上可接受的盐。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述细菌感染选自由以下组成的组：结核分枝杆菌(M.tuberculosis)、脓肿分枝杆菌(M.abscessus)、鲍氏不动杆菌(A.baumannii)、金黄色葡萄球菌(S.aureus)、肺炎克雷伯菌(K.pneumoniae)、阴沟肠杆菌(E.cloacae)、铜绿假单胞菌(P.aeruginosa)和粪肠球菌(E.faecalis)或其组合。

14.根据权利要求12所述的方法，其中所述细菌感染是对针对无活性的D,D-转肽酶的抗微生物剂耐受的细菌的一种或更多种菌株。

15.一种体外抑制细菌的生长的方法，所述方法包括使所述细菌与有效量的式(I)的化合物、其立体异构体、或药学上可接受的盐接触。

16.一种抑制具有细菌感染的受试者中的L,D-转肽酶活性的方法，所述方法包括向所述受试者施用有效量的式(I)的化合物、其立体异构体、或药学上可接受的盐。

17.根据权利要求12或16中任一项所述的方法，其中所述受试者是人类。

18.一种药物组合物，所述药物组合物包含式(I)的化合物和药学上可接受的载体。

19.根据权利要求18所述的药物组合物，其中所述药物组合物包含一种或更多种其他抗微生物化合物。