近日，學院肖書奇教授團隊在國際知名期刊《Journal of the American Chemical Society》發表題為“Targeted Synthesis and Development of Neotype Antiviral Agents with a Radical-Mediated Deoxyphosphoamination Strategy”的研究論文，運用自由基介導脫氧磷酰胺化策略靶向合成并開發了一系列新型抗病毒藥物，在探究脫氧轉化機理的同時闡明了合成化合物N-(2-(二苯基磷酰基)-1H-茚-3-基)-P,P-二苯基次膦酰胺(IDPA)抗PRRSV的具體機制，為抗病毒藥物設計提供了新思路和新工具，也展示了自由基化學在藥物開發中的應用潛力。

病毒感染的持續威脅對全球公共衛生和畜牧業經濟構成嚴峻挑戰。豬繁殖與呼吸綜合征病毒 (PRRSV)、豬流行性腹瀉病毒 (PEDV)、H1N1豬流感病毒 (H1N1)等病原體不僅造成巨大經濟損失，還可能導致人畜共患病風險。傳統抗病毒藥物開發面臨病毒突變、耐藥性以及現有候選化合物化學多樣性有限等瓶頸問題。該團隊在前期篩選中，發現N-(2-(二苯基磷酰基)-1H-茚-3-基)-P,P-二苯基次膦酰胺 (IDPA) 具有潛在抗病毒活性，但傳統合成方法步驟繁瑣、效率低下，嚴重制約了結構優化和生物活性研究。含氧化合物的脫氧功能化為解決這一挑戰提供了新思路，但現有方法通常依賴金屬催化劑或昂貴試劑，在生物體系中的應用受到限制。

基于以上研究現狀及面臨的問題，肖書奇教授課題組報道了一種無金屬、無光、無電的策略，通過簡單的縮合反應結合自由基介導的級聯反應，實現酮類化合物向脫氧磷酰氨基化產物的直接轉化。該反應以由茚酮和羥胺衍生的酮肟為起點，經過一系列氧化、偶聯及與膦氧化物的自由基加成過程，膦氧化物在其中兼具脫氧和雙膦酰化試劑的作用，在溫和條件下以良好至優異的產率獲得 IDPA 及其同系物。

研究內容

肖書奇課題組通過對反應物的當量、氧化劑、溶劑、溫度等做了大量的篩選，最終，在DTBP作為氧化劑，DMF作為溶劑，120℃，醋酸條件以85%的高產率得到預期的化合物IDPA。同時，在堿性條件（DBU）下，以86%的產率選擇性的獲得單磷酰化的產物。接著，在最優條件下，進行了底物適用性研究。結果顯示此反應具有廣泛的適用性：(1)五元至七元苯并環酮肟均適用；(2)耐受吸電子(三氟甲基、氰基、鹵素)和給電子基團(甲氧基)；(3)雜環酮肟如苯并呋喃、吲哚等也能順利轉化；(4)多種膦氧化物(芳基、烷基)兼容。特別重要的是，該方法可放大至克級規模(67%收率)，展示了合成實用性。

反應機理研究

通過控制實驗、自由捕獲實驗、HRMS追蹤實驗以及DFT計算等手段，揭示了反應可能的具體歷程：首先，在自由基引發劑過氧化二叔丁基（DTBP）的作用下，肟酮和膦氧經歷 C–H 和 P–H 的均裂，生成含氧自由基 I 和含磷自由基 RP。這兩個自由基迅速偶聯，形成磷酰化肟酮中間體 1′。在加熱條件下，該中間體 1′ 發生均裂，生成亞胺酰自由基物種（RN1，II），隨后經氫化與異構化生成 1H-茚-3-胺（IV）。接下來，RP 發生自由基加成，繼而經脫氫消除，得到單磷酰化產物 3 和 3′。中間體 3′ 進一步氧化，生成第二個亞胺酰自由基（RN2，VI），該自由基與 RP 偶聯并經異構化，最終得到雙磷酰化產物 2。綜上，這些實驗與計算結果強有力地證明了該反應經歷逐步的自由基驅動機理，涉及單磷酰化和雙磷酰化兩個不同過程，為其轉化路徑提供了重要的機理見解。

機理研究表明，包括對照實驗、自由基抑制實驗、中間體的高分辨質譜（HRMS）檢測以及密度泛函理論（DFT）計算在內的結果，均支持一個涉及氮、氧、磷中心自由基物種的協同自由基機制。此外，所合成的 IDPA 類似物表現出對 PRRSV 的強效抗病毒活性，具有良好的安全性和廣譜潛力。進一步的生物學研究，包括抗病毒評價、基于骨架的功能映射以及蛋白質組學分析，被用于闡明其分子作用機制。

IDPA及其衍生物的抗病毒活性研究

A. 抗PRRSV活性檢測

在抗病毒活性評價中，IDPA及其類似物表現出顯著的抗PRRSV活性并且化合物21、26、28與IDPA的抗PRRSV活性相當。結構-活性關系解析顯示：雙磷酰結構對活性至關重要，電子給體取代增強抗PRRSV效果。

B. 抗PRRSV機制解析

通過Western Blotting實驗、分子對接以及蛋白組學分析等深入解析了IDPA抗PRRSV的具體機制：IDPA通過下調病毒受體蛋白CD163和宿主蛋白HSP70進而抑制PRRSV復制，分子對接顯示其與CD163 (-5.9 kcal/mol)和HSP70 (-5.3 kcal/mol)有良好結合。

C. 細胞耐受性以及廣譜抗病毒活性檢測

通過CCK-8法檢測IDPA的細胞耐受性，同時檢測其抗PRRSV、CSFV、PCV2、PEDV、H1N1等病毒的抑制效果，得知IDPA在10 μM濃度下對多種細胞系無毒性，并展現廣譜抗病毒活性，可有效抑制PRRSV、CSFV、PCV2、PEDV、H1N1等病毒基因表達和蛋白合成。

結論

作者開發了一種自由基介導的酮類脫氧磷酰氨化策略，能夠在溫和且操作簡便的條件下高效合成一類新型抗病毒化合物。代表性化合物IDPA及其類似物表現出強效且廣譜的抗病毒活性，并且細胞毒性極低。機理研究表明，該反應經歷了一條獨特的協同自由基途徑，涉及氮、氧和磷中心物種，實現了選擇性的 N–O 鍵斷裂以及多個化學鍵的形成。蛋白質組學分析、分子對接和生物學驗證進一步闡明了 IDPA 的抗病毒機制，尤其是針對PRRSV，其通過干擾宿主–病毒相互作用并抑制病毒復制發揮作用。本研究不僅提出了一種新穎的脫氧官能化策略，同時建立了一條合理途徑來獲取結構獨特、具有潛在治療前景的抗病毒分子。

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