生物电子等排原理
生物学术语
生物电子等排原理是将化合物结构中的某些原子或基团，用其外层电子总数相等(同价)或在体积、形状、构象、电子分布、脂水分配系数pKa，化学反应性和氢键形成能力等重要参数上存在相似性的原子或基团进行替换，而所产生的新化合物的一种方法。产生的新化合物具有优于、近于或拮抗原来药物的特点。先导化合物的优化是研究和开发新药的重要途径，生物电子等排原理是对先导化合物进行合理优化的有效策略之一。[1]
中文名
生物电子等排原理
外文名
bioisosterism
分类
分子结构修饰
应用
发展历史
“生物电子等排(bioisostere)”是由早期的“电子等排”发展而来的。1919年Langmuir提出凡是具有相同数目的原子和相同数目的电子，并且电子排列状况也相同的分子、原子或基团(离子)称为电子等排体。其在理化性质方面具有相似性，如O2-、F-和Ne，N2和CO、N2O和CO2，以及N03-与NCO等。1916年Hinsbeng提出“环等价部分”，即当芳香环的等价部分相互替代，不会显著地改变理化性质。
1925年，Grimm总结了Hinsbeng和Huckel有关等价的概念，提出了“氢化物取代规律”，指出从周期表中第Ⅳ主族起，任何一种元素当与一个或几个氢原子结合形成分子或基团时可以称为假原子，即某一元素与一个氢原子结合形成的假原子的性质与比它高一族的元素相似，如CH和N；与两个氢原子结合的假原子性质与较其高两族的元素相似，如CH、NH及O相似。
1932年，Erlenmeyer将电子等排体的概念进一步拓展，即凡原子、离子或分子的外围电子数目相等者为电子等排体，并首先把电子等排概念与生物活性联系起来，应用其解释电子等排体生物活性的相似性。1947年，Hansch提出，凡在同一标准的实验系统中能引起相似生化或药理作用的化合物，均是电子等排体。1951年．Friedman提出了“生物电子等排”及“生物电子等排体”等新概念，把化合物的理化性质与生物活性联系起来。1979年，Thornber将电子等排体的概念总结，综述为凡具有相似理化性质且由其产生广泛的相似生物活性的分子或基团都应是生物电子等排体。[1]
分类
生物电子等排体可分为经典和非经典两大类。经典的生物电子等排体为按Grimm的氢化物取代规律形成的等排体，可分为：一价、二价、三价、四价及环内等价五种类型。例如，一价生物电子等排体在药物先导化合物优化中的例子很多，主要包括F替代H，NH2替代OH，SH替代OH，F、OH、NH2、CH3之间的相互替换和Cl、Br、SH、OH(Erlenmeyer对Grimm的氢化物取代规律的扩展)之间的相互替换；二价原子或基团相互替换经典的代表系列为0、S、NH及CH；三价在经典电子等排体的运用中，最成功的例子即为芳环中CH=被NH=的替代；四价取代中最常用的为季胺盐中氮原子与季碳原子的替换以及C和Si的替换等；环内等价主要有-CH=CH-，-CH=N-，-S-，-O-，-N=，-CH=等相互间的转换。

分类
非经典的电子等排体并不符合经典的电子等排体在电性及立体方面的定义，没有相同原子数和价电子数，甚至是结构相差很大的基团，但只要它们的一些重要性质具有相似性，并能产生相似的生物活性，就可以称它们为电子等排体，即非经典的生物电子等排体。它可进一步分为两类：环与非环取代和具有相似极性效果的基团。如酚羟基官能团，其最常见的替代物为由于吸电子基团的存在而导致的酸性NH基团；羧基官能团通常被变为直系衍生物，如羟肟酸(R—CONHOH)、酰基胺氰(R—CO—NHCN)及酰基磺胺(R—CO—NHSO2R’)，其中酸性NH基团取代酸性OH基团；脲、硫脲、胍基及取代胍基也是此类电子等排体的代表官能团。[1]
分子结构修饰
在发展先导化合物时，通常需要对分子结构进行修饰。生物电子等排原理是分子结构修饰的常用手段。在对先导化合物进行生物等排取代时，通常需要考虑所改变基团的以下参数：大小、形状（键角、杂化）、电子分布（极性、诱导效应、电荷、偶极）、亲油性、水溶性、化学活性（包括新陈代谢的可能性）、氢键能力。当然，任何一种生物等排取代都不可能使上述所有参数都得到协调发展，其有用程度取决于这些参数的重要性及其结构的可改造性。要弄清楚哪些参数是重要的，一般需从物质的结构、与受体间的相互作用、药物动力学以及代谢作用等方面加以分析。[2]
应用
在农药创制中的应用
生物电子等排原理在农药创制中，具有广泛的实用性，比较突出的是其在拟除虫菊酯分子设计中得到了充分的体现。炔呋菊酯1具有较强的触杀作用，是制造电蚊香药片的主要原料。用烯丙基、苄基取代炔呋菊酯1中的炔丙基可分别得到烯呋菊酯（japothrin）2和苄呋菊酯（resmethri）3，其中苄呋菊酯的药效超过烯呋菊酯，而且合成也较烯呋菊酯方便容易。
苯基与吡啶基的交换可以形成七氟菊酯（Tefluthri）4和拟除虫酯5，它们都是高效的土壤杀虫剂。不仅如此，甲基与氯也可以替换，合成新的更稳定的拟除虫菊酯。用氯取代丙烯菊酯6中的甲基，合成拟除虫菊酯7的稳定性比丙烯菊酯好。
除了这些商业化的农药品种外，运用生物电子等排原理来指导新农药的创制和研究，这样的例子是举不胜举。如刘丽等运用该原理设计合成的一系列芳氧苯氧丙酸酯类化合物对本科杂草有很好的除草活性。刘兴平等依据生物电子等排原理，将肟醚结构引入苯甲酰脲中，合成得到的苯甲酰脲类衍生物对粘虫有较好的杀虫活性。随着研究的深入，生物电子等排原理将会指导着更多的新农药品种的发现与应用。
在医药创制中的应用
药物化学研究中，生物电子等排取代法寻找先导化合物一般经历从低级先导化合物、抽出部分结构、等排取代、高级先导化合物的过程。在对先导化合物进行合理生物等排取代时，通常需要考虑和分析所改变基团的各种参数，主要为大小、形状(键角、杂化)、电子分布(极性、诱导效应、电荷、偶极)、亲油性、水溶性、pKa、化学活性(包括新陈代谢的可能性)、氢键能力等。当然，要求所选择的生物等排体与原有部分的所有参数都相似是很难的，所以只要两者在生物性质中起决定性的参数能够匹配即可。
生物电子等排原理在药物设计中的应用实例是相当丰富的，并在药物开发中取得了显著的成效。与生物节律密切相关的激素美乐托宁(melatonin)具有抗肿瘤、抗衰老、免疫调节和清除自由基等生理作用。根据生物电子等排原理，将其结构中的吲哚环替换为萘环得到的类似物S20098，具有很好的抗焦虑和抗抑郁作用。
在湿法冶金中的应用
电子等排原理在新药创制中得到了很好的应用，同时，它也能应用于开发选矿新药剂的优化选择上，尤其在湿法冶金中的应用较为广泛。在湿法冶金中分离相似元素时，人们选择分离试剂(如离子交换剂、萃取剂)大多带有随意性。且多从现有试剂中寻找，然后通过条件试验调整各工艺参数。这种筛选方法工作繁琐，周期冗长，同时也限制了净化分离效果。实践证明，根据电子等排原理设计新型分离试剂用于相似元素的分离，是一种行之有效的方法。一个典型的例子是镍钴分离。有机磷酸类萃取剂是从硫酸体系中分离镍钴的重要试剂，为了改进这种酸性含磷萃取剂，通过研究构效关系，发现酸性磷型萃取剂分子中取代基的极性效应和空间位阻对其分离性能有显著影响，增大取代基的推电子能力和空间位阻均有利于分离。因此，通过改良，合成了多种有机磷酸类化合物物如PC-88A，Cyanex272和苯乙烯磷酸等，虽在一定程度上提高了试剂的选择性，但分离性能的本质没有改变。但作为一种新类型的萃取剂，这些磷酸硫代物的萃取效果更好，如二硫代二(2-乙基己基)磷酸(Cyanex301)在萃取钴和镍时pH值不同，当pH值为1～1．5时，可以只萃取镍而与钴实现分离。虽然Cyanex272的分离效果较好，但Cyanex301和Cyanex302的萃取能力远比Cyanex272的萃取能力强，实际上，Cya-nex272，Cyanex301和Cyanex302分别互为电子等排体详情
生物学术语
生物电子等排原理是将化合物结构中的某些原子或基团，用其外层电子总数相等(同价)或在体积、形状、构象、电子分布、脂水分配系数pKa，化学反应性和氢键形成能力等重要参数上存在相似性的原子或基团进行替换，而所产生的新化合物的一种方法。产生的新化合物具有优于、近于或拮抗原来药物的特点。先导化合物的优化是研究和开发新药的重要途径，生物电子等排原理是对先导化合物进行合理优化的有效策略之一。[1]
中文名
生物电子等排原理
外文名
bioisosterism
分类
分子结构修饰
应用
发展历史
“生物电子等排(bioisostere)”是由早期的“电子等排”发展而来的。1919年Langmuir提出凡是具有相同数目的原子和相同数目的电子，并且电子排列状况也相同的分子、原子或基团(离子)称为电子等排体。其在理化性质方面具有相似性，如O2-、F-和Ne，N2和CO、N2O和CO2，以及N03-与NCO等。1916年Hinsbeng提出“环等价部分”，即当芳香环的等价部分相互替代，不会显著地改变理化性质。
1925年，Grimm总结了Hinsbeng和Huckel有关等价的概念，提出了“氢化物取代规律”，指出从周期表中第Ⅳ主族起，任何一种元素当与一个或几个氢原子结合形成分子或基团时可以称为假原子，即某一元素与一个氢原子结合形成的假原子的性质与比它高一族的元素相似，如CH和N；与两个氢原子结合的假原子性质与较其高两族的元素相似，如CH、NH及O相似。
1932年，Erlenmeyer将电子等排体的概念进一步拓展，即凡原子、离子或分子的外围电子数目相等者为电子等排体，并首先把电子等排概念与生物活性联系起来，应用其解释电子等排体生物活性的相似性。1947年，Hansch提出，凡在同一标准的实验系统中能引起相似生化或药理作用的化合物，均是电子等排体。1951年．Friedman提出了“生物电子等排”及“生物电子等排体”等新概念，把化合物的理化性质与生物活性联系起来。1979年，Thornber将电子等排体的概念总结，综述为凡具有相似理化性质且由其产生广泛的相似生物活性的分子或基团都应是生物电子等排体。[1]
分类
生物电子等排体可分为经典和非经典两大类。经典的生物电子等排体为按Grimm的氢化物取代规律形成的等排体，可分为：一价、二价、三价、四价及环内等价五种类型。例如，一价生物电子等排体在药物先导化合物优化中的例子很多，主要包括F替代H，NH2替代OH，SH替代OH，F、OH、NH2、CH3之间的相互替换和Cl、Br、SH、OH(Erlenmeyer对Grimm的氢化物取代规律的扩展)之间的相互替换；二价原子或基团相互替换经典的代表系列为0、S、NH及CH；三价在经典电子等排体的运用中，最成功的例子即为芳环中CH=被NH=的替代；四价取代中最常用的为季胺盐中氮原子与季碳原子的替换以及C和Si的替换等；环内等价主要有-CH=CH-，-CH=N-，-S-，-O-，-N=，-CH=等相互间的转换。

分类
非经典的电子等排体并不符合经典的电子等排体在电性及立体方面的定义，没有相同原子数和价电子数，甚至是结构相差很大的基团，但只要它们的一些重要性质具有相似性，并能产生相似的生物活性，就可以称它们为电子等排体，即非经典的生物电子等排体。它可进一步分为两类：环与非环取代和具有相似极性效果的基团。如酚羟基官能团，其最常见的替代物为由于吸电子基团的存在而导致的酸性NH基团；羧基官能团通常被变为直系衍生物，如羟肟酸(R—CONHOH)、酰基胺氰(R—CO—NHCN)及酰基磺胺(R—CO—NHSO2R’)，其中酸性NH基团取代酸性OH基团；脲、硫脲、胍基及取代胍基也是此类电子等排体的代表官能团。[1]
分子结构修饰
在发展先导化合物时，通常需要对分子结构进行修饰。生物电子等排原理是分子结构修饰的常用手段。在对先导化合物进行生物等排取代时，通常需要考虑所改变基团的以下参数：大小、形状（键角、杂化）、电子分布（极性、诱导效应、电荷、偶极）、亲油性、水溶性、化学活性（包括新陈代谢的可能性）、氢键能力。当然，任何一种生物等排取代都不可能使上述所有参数都得到协调发展，其有用程度取决于这些参数的重要性及其结构的可改造性。要弄清楚哪些参数是重要的，一般需从物质的结构、与受体间的相互作用、药物动力学以及代谢作用等方面加以分析。[2]
应用
在农药创制中的应用
生物电子等排原理在农药创制中，具有广泛的实用性，比较突出的是其在拟除虫菊酯分子设计中得到了充分的体现。炔呋菊酯1具有较强的触杀作用，是制造电蚊香药片的主要原料。用烯丙基、苄基取代炔呋菊酯1中的炔丙基可分别得到烯呋菊酯（japothrin）2和苄呋菊酯（resmethri）3，其中苄呋菊酯的药效超过烯呋菊酯，而且合成也较烯呋菊酯方便容易。
苯基与吡啶基的交换可以形成七氟菊酯（Tefluthri）4和拟除虫酯5，它们都是高效的土壤杀虫剂。不仅如此，甲基与氯也可以替换，合成新的更稳定的拟除虫菊酯。用氯取代丙烯菊酯6中的甲基，合成拟除虫菊酯7的稳定性比丙烯菊酯好。
除了这些商业化的农药品种外，运用生物电子等排原理来指导新农药的创制和研究，这样的例子是举不胜举。如刘丽等运用该原理设计合成的一系列芳氧苯氧丙酸酯类化合物对本科杂草有很好的除草活性。刘兴平等依据生物电子等排原理，将肟醚结构引入苯甲酰脲中，合成得到的苯甲酰脲类衍生物对粘虫有较好的杀虫活性。随着研究的深入，生物电子等排原理将会指导着更多的新农药品种的发现与应用。
在医药创制中的应用
药物化学研究中，生物电子等排取代法寻找先导化合物一般经历从低级先导化合物、抽出部分结构、等排取代、高级先导化合物的过程。在对先导化合物进行合理生物等排取代时，通常需要考虑和分析所改变基团的各种参数，主要为大小、形状(键角、杂化)、电子分布(极性、诱导效应、电荷、偶极)、亲油性、水溶性、pKa、化学活性(包括新陈代谢的可能性)、氢键能力等。当然，要求所选择的生物等排体与原有部分的所有参数都相似是很难的，所以只要两者在生物性质中起决定性的参数能够匹配即可。
生物电子等排原理在药物设计中的应用实例是相当丰富的，并在药物开发中取得了显著的成效。与生物节律密切相关的激素美乐托宁(melatonin)具有抗肿瘤、抗衰老、免疫调节和清除自由基等生理作用。根据生物电子等排原理，将其结构中的吲哚环替换为萘环得到的类似物S20098，具有很好的抗焦虑和抗抑郁作用。
在湿法冶金中的应用
电子等排原理在新药创制中得到了很好的应用，同时，它也能应用于开发选矿新药剂的优化选择上，尤其在湿法冶金中的应用较为广泛。在湿法冶金中分离相似元素时，人们选择分离试剂(如离子交换剂、萃取剂)大多带有随意性。且多从现有试剂中寻找，然后通过条件试验调整各工艺参数。这种筛选方法工作繁琐，周期冗长，同时也限制了净化分离效果。实践证明，根据电子等排原理设计新型分离试剂用于相似元素的分离，是一种行之有效的方法。一个典型的例子是镍钴分离。有机磷酸类萃取剂是从硫酸体系中分离镍钴的重要试剂，为了改进这种酸性含磷萃取剂，通过研究构效关系，发现酸性磷型萃取剂分子中取代基的极性效应和空间位阻对其分离性能有显著影响，增大取代基的推电子能力和空间位阻均有利于分离。因此，通过改良，合成了多种有机磷酸类化合物物如PC-88A，Cyanex272和苯乙烯磷酸等，虽在一定程度上提高了试剂的选择性，但分离性能的本质没有改变。但作为一种新类型的萃取剂，这些磷酸硫代物的萃取效果更好，如二硫代二(2-乙基己基)磷酸(Cyanex301)在萃取钴和镍时pH值不同，当pH值为1～1．5时，可以只萃取镍而与钴实现分离。虽然Cyanex272的分离效果较好，但Cyanex301和Cyanex302的萃取能力远比Cyanex272的萃取能力强，实际上，Cya-nex272，Cyanex301和Cyanex302分别互为电子等排体详情
大地安隐，从来没有炫耀，却默默承载一切。
花草争芳，总显示比较鲜艳，却很快就会凋零。
凌乱的妄想，就似水中浮萍一样，总是随风摇摆，如花一样，花开花落。
真如本性，如大地一般安隐不动，任凭四季流转，沧海变桑田，自性却永恒不变。
大地以不变随缘，应万物的生灭变迁，虽随万物之缘，而大地却不随之而变。
明了，随缘不变，不变随缘，才能在现前境界起广大妙用。
凡人，随缘随变，造业受报，流浪生死轮回之中，苦痛无量。
圣者，不变随缘，随缘不变，无住无得，妙用无碍，来去自如，清净洒脱。
——慧灯明
花草争芳，总显示比较鲜艳，却很快就会凋零。
凌乱的妄想，就似水中浮萍一样，总是随风摇摆，如花一样，花开花落。
真如本性，如大地一般安隐不动，任凭四季流转，沧海变桑田，自性却永恒不变。
大地以不变随缘，应万物的生灭变迁，虽随万物之缘，而大地却不随之而变。
明了，随缘不变，不变随缘，才能在现前境界起广大妙用。
凡人，随缘随变，造业受报，流浪生死轮回之中，苦痛无量。
圣者，不变随缘，随缘不变，无住无得，妙用无碍，来去自如，清净洒脱。
——慧灯明
大年初四，收到@伯恩山又在嘀嘀咕咕 的过年惊喜大礼包！收到信息以后第一时间跟芳姐、慧姐、豆妈分享喜悦。
今天我们签收了这份来自伯恩山的，重重的，踏实的，比520斤还要重的爱！
如图所示，一共有20件狗粮，每件10小包，每包1.36公斤，20×10×1.36×2=544！
544>520，没错吧？！
非常非常谢谢伯恩山，谢谢嘀嘀咕咕！谢谢伯恩山又在嘀嘀咕咕！@伯恩山又在嘀嘀咕咕
谢谢你：我们亲爱的接食小能手、小伯、中伯、大伯、老伯、伯伯、山宝、伯小山、毛大头、毛毛头、小伯头、毛大腚、伯大脚、伯猪猪、伯兔兔、伯医生、大脚姐、大鞋生、伯恩山腚下、小花狗、黑熊精、笨山、比恩山犬、不认识的狗、黑白站着狗、脚大的神、沉默的熊、清凉王八、大黑塑料袋！
非常非常谢谢伯丝！
我们没有什么能够报答，之后会继续更新状态，狗粮进基地的视频，这批狗粮会安排在最前面吃，全都发微博！
又到了新的一年，我们在新的一年又会遇到新的开心，新的幸福，新的美满，祝福大家新年快乐，过年好啊！希望所有人平安健康，万事如意，所有狗不愁吃喝，开心快乐！！[努力]
今天我们签收了这份来自伯恩山的，重重的，踏实的，比520斤还要重的爱！
如图所示，一共有20件狗粮，每件10小包，每包1.36公斤，20×10×1.36×2=544！
544>520，没错吧？！
非常非常谢谢伯恩山，谢谢嘀嘀咕咕！谢谢伯恩山又在嘀嘀咕咕！@伯恩山又在嘀嘀咕咕
谢谢你：我们亲爱的接食小能手、小伯、中伯、大伯、老伯、伯伯、山宝、伯小山、毛大头、毛毛头、小伯头、毛大腚、伯大脚、伯猪猪、伯兔兔、伯医生、大脚姐、大鞋生、伯恩山腚下、小花狗、黑熊精、笨山、比恩山犬、不认识的狗、黑白站着狗、脚大的神、沉默的熊、清凉王八、大黑塑料袋！
非常非常谢谢伯丝！
我们没有什么能够报答，之后会继续更新状态，狗粮进基地的视频，这批狗粮会安排在最前面吃，全都发微博！
又到了新的一年，我们在新的一年又会遇到新的开心，新的幸福，新的美满，祝福大家新年快乐，过年好啊！希望所有人平安健康，万事如意，所有狗不愁吃喝，开心快乐！！[努力]
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