生物电子等排

生物电子等排是指具有相似的立体形状和电子排列的原子或基团，它们在药物分子结构中互换时能保留原分子相似的或产生代谢拮抗的生物效应。
生物电子等排概念是由电子等排概念发展而来的。鉴于元素周期表中的同族元素有相似的性质。1919年Langmuir把这一概念扩大应用到简单的无机分子化合物，规定为带有相同电子数和电子排列的化合物，例如：N和CO; N₂O和CO₂; N₂-和NCO- 为电子等排体，具有相似的物理性质。
当研究苯、噻吩和吡啶的衍生物时，发现它们的理化性质非常相似，由此认为苯内的—CH=CH—基与噻吩中的—S—基和吡啶的—N=基应是环内等价，也应为电子等排体。1925年Grimm引进了氢化物置换规律，即把氢原子和元素周期表第Ⅳ主族以后的原子结合后形成的基团称为假原子，如—CH2—、—OH、—NH2等，它们的化学性质常和周期表内相邻的较高元素相似，从而扩大了电子等排概念，即带有相同电子数的原子或原子团具有相同的性质，如下表所示：

Grimm的氢化物置换

电子总数	6	7	8	9	10	11
	C	N CH	O NH	F OH	Ne FH	Na+ -
			CH2	NH2 CH3	OH2 NH3 CH4	FH2+ OH3+ NH4+

其后Erlenmeyer提出凡具有相似的立体形状，外围电子数目相等的原子或基团都可称为电子等排体。Fried-man在1950年提出了生物电子等排这个术语，现已扩展到目前的概念。这样，下列各对基团也为生物电子等排体。
羧基—COO—和磺酰胺基—SO₂NH—
酮基—CO—和砜基—SO₂—
氯—Cl和三氟甲基—CF3
生物电子等排可分为经典的和非经典的两类。经典的是指那些符合Erlenmeyer电子等排概念的原子或基团；非经典的是指那些不符合Erlenmeyer电子等排概念的原子或基团。
生物电子等排的应用 采用电子等排基团取代母体化合物中的相应部分时，根据受体对作用物结构的要求，可能得到与原来药物作用相似（或相反）的化合物。举例说明如下：
(1) 得到相似生物活性的药物： 在芳香酯类局部麻醉
药中，中间联接基团 中氧原子可以被其他电子等排体X取代，不同联接基团的效应按
下列顺序降低：
如硫卡因的局部麻醉作用较普鲁卡因大两倍。而普鲁卡因胺仅为普鲁卡因局部麻醉作用的二百分之一，现用于治疗心律不齐。

在改变磺胺分子结构的早期研究工作中，为了增加药效，Mietzsch等合成了磺胺双分子的叠合物，即二磺胺A、B、C:
这些化合物疗效改进不大，后利用电子等排原理把杂环引入磺胺分子中得到了一系列抑菌作用优良的磺胺类药物。如磺胺噻唑、磺胺嘧啶、磺胺甲氧嗪、磺胺甲基异唑。
当两个化合物的结构有较大差别，但其立体形状彼此相似时，也能有相似的药理作用，比较突出的例子是女性激素雌二醇与已烯雌酚。这种构型相似的电子等排体，要求其取代基处于固定的合适位置上，如己烯雌酚分子中与中间双键相联的两个乙基必须处于反式。
(2)得到作用不同的药物： 用电子等排体改变磺胺类药物的结构时，还发现一些抗疟、抗麻风、利尿、降血糖和抗甲状腺的新药。如磺胺分子中的苯环以它的电子等排体噻二唑环取代时，得到的乙酰唑胺具有利尿、降血压的作用，并可治疗青光眼。
(3)得到拮抗作用的药物： 机体内某些正常代谢物用电子等排体取代其中某些基团或原子时，有时可形成竞争性拮抗物。这些化合物一旦掺入机体内生物过程可导致“致死合成”。