本发明公开了一种支链化2#硝基咪唑类化合物及其在低氧选择性抗肿瘤前药中的应用,该化合物具有通式I所示结构,其中,R1、R2包括但不限于以下结构:氢、甲基。该类化合物能够靶向于肿瘤低氧区域,被低氧肿瘤组织中高表达的特异性酶还原,从而释放出活性药物。本发明所提供的化合物能够与配体、抗肿瘤药物相连接,应用于低氧选择性抗肿瘤前药,改善药物的溶解性,提高靶向性,降低毒副作用,增强抗肿瘤疗效。