Hvala, ker ste obiskali nature.com. Različica brskalnika, ki jo uporabljate, ima omejeno podporo za CSS. Za najboljšo izkušnjo priporočamo, da uporabite najnovejšo različico brskalnika (ali izklopite način združljivosti v Internet Explorerju). Poleg tega za zagotovitev nadaljnje podpore to spletno mesto ne bo vključevalo slogov ali JavaScripta.
Sintetiziran je bil sinton 3-(antracen-9-il)-2-cianoakriloil klorid 4, ki je bil uporabljen za sintezo različnih visoko aktivnih heterocikličnih spojin z njegovo reakcijo z različnimi dušikovimi nukleofili. Struktura vsake sintetizirane heterociklične spojine je bila temeljito okarakterizirana s spektroskopsko in elementarno analizo. Deset od trinajstih novih heterocikličnih spojin je pokazalo spodbudno učinkovitost proti bakterijam, odpornim na več zdravil (MRSA). Med njimi so spojine 6, 7, 10, 13b in 14 pokazale najvišjo antibakterijsko aktivnost z inhibicijskimi conami blizu 4 cm. Vendar pa so molekularne študije vezave pokazale, da imajo spojine različno afiniteto vezave na protein 2a, ki veže penicilin (PBP2a), ključno tarčo za odpornost proti MRSA. Nekatere spojine, kot so 7, 10 in 14, so pokazale višjo afiniteto vezave in stabilnost interakcije na aktivnem mestu PBP2a v primerjavi s kokristaliziranim kinazolinonskim ligandom. V nasprotju s tem sta imeli spojini 6 in 13b nižje vrednosti sidrišča, vendar sta še vedno pokazali pomembno antibakterijsko aktivnost, pri čemer je imela spojina 6 najnižje vrednosti MIC (9,7 μg/100 μL) in MBC (78,125 μg/100 μL). Analiza sidrišča je razkrila ključne interakcije, vključno z vodikovimi vezmi in π-zlaganjem, zlasti z ostanki, kot so Lys 273, Lys 316 in Arg 298, za katere je bilo ugotovljeno, da interagirajo s kokristaliziranim ligandom v kristalni strukturi PBP2a. Ti ostanki so bistveni za encimsko aktivnost PBP2a. Ti rezultati kažejo, da bi sintetizirane spojine lahko služile kot obetavna zdravila proti MRSA, kar poudarja pomen kombiniranja molekularnega sidrišča z biološkimi testi za identifikacijo učinkovitih terapevtskih kandidatov.
V prvih nekaj letih tega stoletja so bila raziskovalna prizadevanja osredotočena predvsem na razvoj novih, preprostih postopkov in metod za sintezo več inovativnih heterocikličnih sistemov z antimikrobnim delovanjem z uporabo lahko dostopnih izhodnih snovi.
Akrilonitrilne skupine veljajo za pomembne izhodne snovi za sintezo številnih izjemnih heterocikličnih sistemov, ker so zelo reaktivne spojine. Poleg tega se derivati ​​2-cianoakriloil klorida v zadnjih letih pogosto uporabljajo za razvoj in sintezo produktov, ki so ključnega pomena na področju farmakoloških aplikacij, kot so intermediati zdravil1,2,3, predhodniki zdravil proti HIV, protivirusnih, protirakavih, antibakterijskih, antidepresivnih in antioksidativnih učinkovin4,5,6,7,8,9,10. V zadnjem času je biološka učinkovitost antracena in njegovih derivatov, vključno z njihovimi antibiotičnimi, protirakavimi11,12, antibakterijskimi13,14,15 in insekticidnimi lastnostmi16,17, pritegnila veliko pozornosti18,19,20,21. Antimikrobne spojine, ki vsebujejo akrilonitrilne in antracenske skupine, so prikazane na slikah 1 in 2.
Po podatkih Svetovne zdravstvene organizacije (WHO) (2021) je protimikrobna odpornost (AMR) globalna grožnja zdravju in razvoju22,23,24,25. Bolnikov ni mogoče ozdraviti, kar povzroča daljše bivanje v bolnišnici in potrebo po dražjih zdravilih, pa tudi povečano umrljivost in invalidnost. Pomanjkanje učinkovitih protimikrobnih zdravil pogosto vodi do neuspeha zdravljenja različnih okužb, zlasti med kemoterapijo in večjimi operacijami.
Glede na poročilo Svetovne zdravstvene organizacije za leto 2024 sta na meticilin odporna Staphylococcus aureus (MRSA) in E. coli uvrščena na seznam prednostnih patogenov. Obe bakteriji sta odporni na številne antibiotike, zato predstavljata okužbi, ki ju je težko zdraviti in nadzorovati, zato je nujno treba razviti nove in učinkovite protimikrobne spojine za reševanje te težave. Antracen in njegovi derivati ​​so dobro znana protimikrobna sredstva, ki lahko delujejo tako na grampozitivne kot na gramnegativne bakterije. Cilj te študije je sintetizirati nov derivat, ki se lahko bori proti tem patogenom, ki so nevarni za zdravje.
Svetovna zdravstvena organizacija (WHO) poroča, da so številni bakterijski patogeni odporni na več antibiotikov, vključno z meticilinom odpornim Staphylococcus aureus (MRSA), ki je pogost vzrok okužb v skupnosti in zdravstvenih ustanovah. Poročajo, da je stopnja umrljivosti pri bolnikih z okužbami z MRSA za 64 % višja kot pri tistih z okužbami, občutljivimi na zdravila. Poleg tega E. coli predstavlja globalno tveganje, ker je zadnja obrambna linija proti enterobakterijam, odpornim na karbapenem (tj. E. coli), kolistin, vendar so bile bakterije, odporne na kolistin, nedavno zabeležene v več državah. 22,23,24,25
Zato je v skladu z globalnim akcijskim načrtom Svetovne zdravstvene organizacije o odpornosti proti antimikrobnim sredstvom26 nujno potrebno odkriti in sintetizirati nova protimikrobna sredstva. Velik potencial antracena in akrilonitrila kot antibakterijskih27, protiglivičnih28, protirakavih29 in antioksidativnih30 učinkovin je bil poudarjen v številnih objavljenih člankih. V zvezi s tem lahko rečemo, da so ti derivati ​​dobri kandidati za uporabo proti meticilin-odpornemu Staphylococcus aureusu (MRSA).
Prejšnji pregledi literature so nas spodbudili k sintezi novih derivatov v teh razredih. Zato je bil cilj te študije razviti nove heterociklične sisteme, ki vsebujejo antracenske in akrilonitrilne dele, oceniti njihovo protimikrobno in antibakterijsko učinkovitost ter raziskati njihove potencialne vezavne interakcije s proteinom 2a, ki veže penicilin (PBP2a), z molekularnim sidriščem. Na podlagi prejšnjih študij je ta študija nadaljevala sintezo, biološko vrednotenje in računalniško analizo heterocikličnih sistemov, da bi identificirala obetavne snovi proti meticilinu odpornemu Staphylococcus aureus (MRSA) z močnim zaviralnim delovanjem na PBP2a31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49.
Naše trenutne raziskave se osredotočajo na sintezo in protimikrobno vrednotenje novih heterocikličnih spojin, ki vsebujejo antracenske in akrilonitrilne dele. Pripravljen je bil 3-(antracen-9-il)-2-cianoakriloil klorid 4, ki je bil uporabljen kot gradnik za konstrukcijo novih heterocikličnih sistemov.
Struktura spojine 4 je bila določena z uporabo spektralnih podatkov. 1H-NMR spekter je pokazal prisotnost CH= pri 9,26 ppm, IR spekter prisotnost karbonilne skupine pri 1737 cm−1 in ciano skupine pri 2224 cm−1, 13CNMR spekter pa je prav tako potrdil predlagano strukturo (glej eksperimentalni del).
Sintezo 3-(antracen-9-il)-2-cianoakriloil klorida 4 smo izvedli s hidrolizo aromatskih skupin 250, 41, 42, 53 z etanolno raztopino natrijevega hidroksida (10 %), da smo dobili kisline 354, 45, 56, ki smo jih nato obdelali s tionil kloridom na vodni kopeli, da smo dobili derivat akriloil klorida 4 z visokim izkoristkom (88,5 %), kot je prikazano na sliki 3.
Za ustvarjanje novih heterocikličnih spojin s pričakovano antibakterijsko učinkovitostjo je bila izvedena reakcija acil klorida 4 z različnimi dinukleofili.
Kisli klorid 4 smo eno uro obdelali s hidrazin hidratom pri 0°. Žal pirazolon 5 ni bil pridobljen. Produkt je bil akrilamidni derivat, katerega struktura je bila potrjena s spektralnimi podatki. Njegov IR spekter je pokazal absorpcijske pasove C=O pri 1720 cm−1, C≡N pri 2228 cm−1 in NH pri 3424 cm−1. 1H-NMR spekter je pokazal signal izmenjave singletnih signalov olefinskih protonov in NH protonov pri 9,3 ppm (glej eksperimentalni del).
Dva mola kislinskega klorida 4 sta reagirala z enim molom fenilhidrazina, da je nastal derivat N-fenilakriloilhidrazina 7 z dobrim izkoristkom (77 %) (slika 5). Struktura 7 je bila potrjena s podatki infrardeče spektroskopije, ki so pokazali absorpcijo dveh skupin C=O pri 1691 in 1671 cm−1, absorpcijo skupine CN pri 2222 cm−1 in absorpcijo skupine NH pri 3245 cm−1, njen 1H-NMR spekter pa je pokazal skupino CH pri 9,15 in 8,81 ppm ter proton NH pri 10,88 ppm (glej eksperimentalni del).
V tej študiji je bila raziskana reakcija acil klorida 4 z 1,3-dinukleofili. Obdelava acil klorida 4 z 2-aminopiridinom v 1,4-dioksanu s TEA kot bazo pri sobni temperaturi je dala akrilamidni derivat 8 (slika 5), ​​katerega struktura je bila identificirana z uporabo spektralnih podatkov. IR spektri so pokazali absorpcijske pasove ciano raztezanja pri 2222 cm−1, NH pri 3148 cm−1 in karbonil pri 1665 cm−1; 1H NMR spektri so potrdili prisotnost olefinskih protonov pri 9,14 ppm (glej eksperimentalni del).
Spojina 4 reagira s tioureo in tvori pirimidintion 9; spojina 4 reagira s tiosemikarbazidom in tvori derivat tiopirazola 10 (slika 5). Strukturi spojin 9 in 10 sta bili potrjeni s spektralno in elementarno analizo (glej poglavje Eksperimentalni del).
Tetrazin-3-tiol 11 smo pripravili z reakcijo spojine 4 s tiokarbazidom kot 1,4-dinukleofilom (slika 5), ​​njegovo strukturo pa smo potrdili s spektroskopijo in elementarno analizo. V infrardečem spektru se je vez C=N pojavila pri 1619 cm−1. Hkrati je njegov 1H-NMR spekter ohranil večploščne signale aromatskih protonov pri 7,78–8,66 ppm in SH protonov pri 3,31 ppm (glej eksperimentalni del).
Akriloil klorid 4 reagira z 1,2-diaminobenzenom, 2-aminotiofenolom, antranilno kislino, 1,2-diaminoetanom in etanolaminom kot 1,4-dinukleofili in tvori nove heterociklične sisteme (13–16).
Strukture teh novo sintetiziranih spojin so bile potrjene s spektralno in elementarno analizo (glej eksperimentalni del). Derivat 2-hidroksifenilakrilamida 17 je bil pridobljen z reakcijo z 2-aminofenolom kot dinukleofilom (slika 6), njegova struktura pa je bila potrjena s spektralno in elementarno analizo. Infrardeči spekter spojine 17 je pokazal, da se signala C=O in C≡N pojavljata pri 1681 oziroma 2226 cm−1. Medtem je njen 1H-NMR spekter ohranil singletni signal olefinskega protona pri 9,19 ppm, proton OH pa se je pojavil pri 9,82 ppm (glej eksperimentalni del).
Reakcija kislinskega klorida 4 z enim nukleofilom (npr. etilaminom, 4-toluidinom in 4-metoksianilinom) v dioksanu kot topilu in TEA kot katalizatorju pri sobni temperaturi je dala zelene kristalne akrilamidne derivate 18, 19a in 19b. Elementarni in spektralni podatki spojin 18, 19a in 19b so potrdili strukture teh derivatov (glej eksperimentalni del) (slika 7).
Po pregledu protimikrobne aktivnosti različnih sintetičnih spojin so bili dobljeni različni rezultati, kot je prikazano v tabeli 1 in sliki 8 (glej slikovno datoteko). Vse testirane spojine so pokazale različne stopnje inhibicije proti grampozitivni bakteriji MRSA, medtem ko je gramnegativna bakterija Escherichia coli pokazala popolno odpornost proti vsem spojinam. Testirane spojine lahko razdelimo v tri kategorije glede na premer inhibicijske cone proti MRSA. Prva kategorija je bila najbolj aktivna in je obsegala pet spojin (6, 7, 10, 13b in 14). Premer inhibicijske cone teh spojin je bil blizu 4 cm; najbolj aktivni spojini v tej kategoriji sta bili spojini 6 in 13b. Druga kategorija je bila zmerno aktivna in je obsegala še pet spojin (11, 13a, 15, 18 in 19a). Inhibicijska cona teh spojin se je gibala od 3,3 do 3,65 cm, pri čemer je spojina 11 pokazala največjo inhibicijsko cono 3,65 ± 0,1 cm. Po drugi strani pa je zadnja skupina vsebovala tri spojine (8, 17 in 19b) z najnižjo protimikrobno aktivnostjo (manj kot 3 cm). Slika 9 prikazuje porazdelitev različnih inhibicijskih con.
Nadaljnja preiskava protimikrobne aktivnosti testiranih spojin je vključevala določitev MIC in MBC za vsako spojino. Rezultati so se nekoliko razlikovali (kot je prikazano v preglednicah 2, 3 in na sliki 10 (glej slikovno datoteko)), pri čemer so bile spojine 7, 11, 13a in 15 očitno prerazvrščene kot najboljše spojine. Imele so enake najnižje vrednosti MIC in MBC (39,06 μg/100 μL). Čeprav sta imeli spojini 7 in 8 nižje vrednosti MIC (9,7 μg/100 μL), so bile njune vrednosti MBC višje (78,125 μg/100 μL). Zato so veljale za šibkejše od prej omenjenih spojin. Vendar pa je bilo teh šest spojin najučinkovitejših od testiranih, saj so bile njune vrednosti MBC pod 100 μg/100 μL.
Spojine (10, 14, 18 in 19b) so bile manj aktivne v primerjavi z drugimi testiranimi spojinami, saj so se njihove vrednosti MBC gibale od 156 do 312 μg/100 μL. Po drugi strani pa so bile spojine (8, 17 in 19a) najmanj obetavne, saj so imele najvišje vrednosti MBC (625, 625 oziroma 1250 μg/100 μL).
Končno, glede na tolerančne ravni, prikazane v tabeli 3, lahko testirane spojine razdelimo v dve kategoriji glede na njihov način delovanja: spojine z baktericidnim učinkom (7, 8, 10, 11, 13a, 15, 18, 19b) in spojine z antibakterijskim učinkom (6, 13b, 14, 17, 19a). Med njimi so prednostne spojine 7, 11, 13a in 15, ki kažejo ubijalno aktivnost pri zelo nizki koncentraciji (39,06 μg/100 μL).
Deset od trinajstih testiranih spojin je pokazalo potencial proti meticilin-rezistentnemu Staphylococcus aureus (MRSA), odpornemu na antibiotike. Zato je priporočljivo nadaljnje presejanje z bolj odpornimi patogeni (zlasti lokalnimi izolati, ki zajemajo patogene grampozitivne in gramnegativne bakterije) in patogenimi kvasovkami, pa tudi citotoksično testiranje vsake spojine za oceno njene varnosti.
Študije molekularnega vezanja so bile izvedene za oceno potenciala sintetiziranih spojin kot zaviralcev proteina 2a, ki veže penicilin (PBP2a), pri meticilin-rezistentnem Staphylococcus aureus (MRSA). PBP2a je ključni encim, ki sodeluje pri biosintezi bakterijske celične stene, inhibicija tega encima pa moti tvorbo celične stene, kar na koncu vodi do bakterijske lize in celične smrti1. Rezultati vezanja so navedeni v tabeli 4 in podrobneje opisani v dodatni podatkovni datoteki, rezultati pa kažejo, da je več spojin pokazalo močno vezavno afiniteto za PBP2a, zlasti za ključne ostanke aktivnega mesta, kot so Lys 273, Lys 316 in Arg 298. Interakcije, vključno z vodikovimi vezmi in π-zlaganjem, so bile zelo podobne interakcijam sokristaliziranega kinazolinonskega liganda (CCL), kar kaže na potencial teh spojin kot močnih zaviralcev.
Podatki molekularnega sidrišča so skupaj z drugimi računskimi parametri močno nakazovali, da je bila inhibicija PBP2a ključni mehanizem, odgovoren za opaženo antibakterijsko aktivnost teh spojin. Vrednosti rezultatov sidrišča in povprečnega kvadratnega odklona (RMSD) so dodatno razkrile afiniteto vezave in stabilnost, kar podpira to hipotezo. Kot je prikazano v tabeli 4, je več spojin pokazalo dobro afiniteto vezave, nekatere spojine (npr. 7, 9, 10 in 14) pa so imele višje rezultate sidrišča kot sokristalizirani ligand, kar kaže na to, da imajo morda močnejše interakcije z ostanki aktivnega mesta PBP2a. Vendar pa sta najbolj bioaktivni spojini 6 in 13b pokazali nekoliko nižje rezultate sidrišča (-5,98 oziroma -5,63) v primerjavi z drugimi ligandi. To kaže, da čeprav se rezultati sidrišča lahko uporabijo za napovedovanje afinitete vezave, imajo tudi drugi dejavniki (npr. stabilnost liganda in molekularne interakcije v biološkem okolju) ključno vlogo pri določanju antibakterijske aktivnosti. Omeniti velja, da so bile vrednosti RMSD vseh sintetiziranih spojin pod 2 Å, kar potrjuje, da so njihovi položaji priklopa strukturno skladni z vezavno konformacijo kokristaliziranega liganda, kar dodatno podpira njihov potencial kot močnih zaviralcev PBP2a.
Čeprav rezultati vezave in vrednosti RMS zagotavljajo dragocene napovedi, korelacija med temi rezultati vezave in protimikrobno aktivnostjo na prvi pogled ni vedno jasna. Čeprav je inhibicija PBP2a močno podprta kot ključni dejavnik, ki vpliva na protimikrobno aktivnost, več razlik kaže, da imajo pomembno vlogo tudi druge biološke lastnosti. Spojini 6 in 13b sta pokazali najvišjo protimikrobno aktivnost, s premerom inhibicijske cone 4 cm in najnižjimi vrednostmi MIC (9,7 μg/100 μL) in MBC (78,125 μg/100 μL), kljub nižjim rezultatom vezave v primerjavi s spojinami 7, 9, 10 in 14. To kaže, da čeprav inhibicija PBP2a prispeva k protimikrobni aktivnosti, na celotno aktivnost vplivajo tudi dejavniki, kot so topnost, biološka uporabnost in dinamika interakcij v bakterijskem okolju. Slika 11 prikazuje njune položaje vezave, kar kaže, da obe spojini, tudi z relativno nizkimi rezultati vezave, še vedno lahko interagirata s ključnimi ostanki PBP2a, kar potencialno stabilizira inhibicijski kompleks. To poudarja, da čeprav molekularno spajanje zagotavlja pomemben vpogled v zaviranje PBP2a, je treba za popolno razumevanje protimikrobnih učinkov teh spojin v resničnem svetu upoštevati tudi druge biološke dejavnike.
Z uporabo kristalne strukture PBP2a (PDB ID: 4CJN) so bili izdelani 2D in 3D interakcijski zemljevidi najaktivnejših spojin 6 in 13b, povezanih s penicilin-vezavnim proteinom 2a (PBP2a) meticilin-rezistentnega Staphylococcus aureus (MRSA). Ti zemljevidi primerjajo interakcijske vzorce teh spojin s ponovno vezanim kokristaliziranim kinazolinonskim ligandom (CCL), pri čemer poudarjajo ključne interakcije, kot so vodikove vezi, π-zlaganje in ionske interakcije.
Podoben vzorec so opazili pri spojini 7, ki je pokazala relativno visok rezultat vezave (-6,32) in podoben premer inhibicijske cone (3,9 cm) kot spojina 10. Vendar sta bili njeni MIC (39,08 μg/100 μL) in MBC (39,06 μg/100 μL) bistveno višji, kar kaže na to, da so za doseganje antibakterijskega učinka potrebne višje koncentracije. To kaže, da čeprav je spojina 7 v študijah vezave pokazala močno afiniteto vezave, lahko dejavniki, kot so biološka uporabnost, celični privzem ali druge fizikalno-kemijske lastnosti, omejujejo njeno biološko učinkovitost. Čeprav je spojina 7 pokazala baktericidne lastnosti, je bila manj učinkovita pri zaviranju rasti bakterij v primerjavi s spojinama 6 in 13b.
Spojina 10 je pokazala bolj dramatično razliko z najvišjim rezultatom vezave (-6,40), kar kaže na močno afiniteto vezave na PBP2a. Vendar je bil njen premer cone inhibicije (3,9 cm) primerljiv s spojino 7, njena MBC (312 μg/100 μL) pa je bila bistveno višja kot pri spojinah 6, 7 in 13b, kar kaže na šibkejšo baktericidno aktivnost. To kaže, da je bila spojina 10 kljub dobrim napovedim vezave manj učinkovita pri uničevanju MRSA zaradi drugih omejujočih dejavnikov, kot so topnost, stabilnost ali slaba prepustnost bakterijske membrane. Ti rezultati podpirajo razumevanje, da čeprav ima inhibicija PBP2a ključno vlogo pri antibakterijski aktivnosti, ne pojasni v celoti razlik v biološki aktivnosti, opaženih med testiranimi spojinami. Te razlike kažejo, da so potrebne nadaljnje eksperimentalne analize in poglobljene biološke ocene, da bi v celoti pojasnili vključene antibakterijske mehanizme.
Rezultati molekularnega sidrišča v tabeli 4 in dodatni podatkovni datoteki poudarjajo kompleksno razmerje med rezultati sidrišča in protimikrobno aktivnostjo. Čeprav imata spojini 6 in 13b nižje rezultate sidrišča kot spojine 7, 9, 10 in 14, kažeta najvišjo protimikrobno aktivnost. Njuni interakcijski zemljevidi (prikazani na sliki 11) kažejo, da kljub nižjim rezultatom vezave še vedno tvorita pomembne vodikove vezi in π-zlagalne interakcije s ključnimi ostanki PBP2a, ki lahko stabilizirajo kompleks encim-inhibitor na biološko koristen način. Kljub relativno nizkim rezultatom sidrišča 6 in 13b njuna okrepljena protimikrobna aktivnost kaže, da je treba pri ocenjevanju potenciala inhibitorja upoštevati tudi druge lastnosti, kot so topnost, stabilnost in celična absorpcija. To poudarja pomen kombiniranja študij sidrišča z eksperimentalno analizo protimikrobnih snovi za natančno oceno terapevtskega potenciala novih spojin.
Ti rezultati poudarjajo, da je molekularno spajanje sicer močno orodje za napovedovanje vezavne afinitete in prepoznavanje potencialnih mehanizmov inhibicije, vendar se nanj ne smemo zanašati zgolj pri določanju učinkovitosti protimikrobnih zdravil. Molekularni podatki kažejo, da je inhibicija PBP2a ključni dejavnik, ki vpliva na protimikrobno aktivnost, vendar spremembe v biološki aktivnosti kažejo, da je treba za povečanje terapevtske učinkovitosti optimizirati druge fizikalno-kemijske in farmakokinetične lastnosti. Prihodnje študije bi se morale osredotočiti na optimizacijo kemijske strukture spojin 7 in 10 za izboljšanje biološke uporabnosti in celičnega privzema, s čimer bi zagotovili, da se močne interakcije spajanja pretvorijo v dejansko protimikrobno aktivnost. Nadaljnje študije, vključno z dodatnimi biološkimi testi in analizo razmerja med strukturo in aktivnostjo (SAR), bodo ključne za boljše razumevanje delovanja teh spojin kot zaviralcev PBP2a in za razvoj učinkovitejših protimikrobnih sredstev.
Spojine, sintetizirane iz 3-(antracen-9-il)-2-cianoakriloil klorida 4, so pokazale različne stopnje protimikrobne aktivnosti, pri čemer je več spojin pokazalo znatno zaviranje meticilin-rezistentnega Staphylococcus aureus (MRSA). Analiza razmerja med strukturo in aktivnostjo (SAR) je razkrila ključne strukturne značilnosti, ki so podlaga za protimikrobno učinkovitost teh spojin.
Prisotnost akrilonitrilnih in antracenskih skupin se je izkazala za ključno za povečanje protimikrobne aktivnosti. Visoko reaktivna nitrilna skupina v akrilonitrilu je potrebna za lažje interakcije z bakterijskimi beljakovinami, s čimer prispeva k protimikrobnim lastnostim spojine. Spojine, ki vsebujejo tako akrilonitril kot antracen, so dosledno pokazale močnejše protimikrobne učinke. Aromatičnost antracenske skupine je te spojine dodatno stabilizirala in potencialno povečala njihovo biološko aktivnost.
Uvedba heterocikličnih obročev je znatno izboljšala antibakterijsko učinkovitost več derivatov. Zlasti derivat benzotiazola 13b in derivat akrilhidrazida 6 sta pokazala najvišjo antibakterijsko aktivnost z inhibicijsko cono približno 4 cm. Ti heterociklični derivati ​​so pokazali pomembnejše biološke učinke, kar kaže na to, da ima heterociklična struktura ključno vlogo pri antibakterijskih učinkih. Prav tako so pirimidintion v spojini 9, tiopirazol v spojini 10 in tetrazinov obroč v spojini 11 prispevali k antibakterijskim lastnostim spojin, kar je dodatno poudarilo pomen heterociklične modifikacije.
Med sintetiziranimi spojinami sta 6 in 13b izstopali po svoji odlični antibakterijski aktivnosti. Minimalna inhibitorna koncentracija (MIC) spojine 6 je bila 9,7 μg/100 μL, minimalna baktericidna koncentracija (MBC) pa 78,125 μg/100 μL, kar poudarja njeno odlično sposobnost odstranjevanja meticilin-odpornega Staphylococcus aureus (MRSA). Podobno je imela spojina 13b inhibicijsko cono 4 cm in nizke vrednosti MIC in MBC, kar potrjuje njeno močno antibakterijsko aktivnost. Ti rezultati poudarjajo ključno vlogo akrilohidrazidnih in benzotiazolnih funkcionalnih skupin pri določanju bioučinkovitosti teh spojin.
Nasprotno pa so spojine 7, 10 in 14 pokazale zmerno antibakterijsko aktivnost z inhibicijskimi conami v razponu od 3,65 do 3,9 cm. Te spojine so za popolno uničenje bakterij potrebovale višje koncentracije, kar se odraža v njihovih relativno visokih vrednostih MIC in MBC. Čeprav so bile te spojine manj aktivne kot spojini 6 in 13b, so še vedno pokazale pomemben antibakterijski potencial, kar kaže na to, da vključitev akrilonitrilnih in antracenskih delov v heterociklični obroč prispeva k njihovemu antibakterijskemu učinku.
Spojine imajo različne načine delovanja, nekatere kažejo baktericidne lastnosti, druge pa bakteriostatične učinke. Spojine 7, 11, 13a in 15 so baktericidne in za popolno uničenje bakterij potrebujejo nižje koncentracije. Nasprotno pa so spojine 6, 13b in 14 bakteriostatične in lahko zavirajo rast bakterij pri nižjih koncentracijah, vendar za popolno uničenje bakterij potrebujejo višje koncentracije.
Analiza razmerja med strukturo in aktivnostjo na splošno poudarja pomen uvedbe akrilonitrilnih in antracenskih delov ter heterocikličnih struktur za doseganje pomembne antibakterijske aktivnosti. Ti rezultati kažejo, da bi optimizacija teh strukturnih komponent in raziskovanje nadaljnjih modifikacij za izboljšanje topnosti in prepustnosti membran lahko vodila do razvoja učinkovitejših zdravil proti MRSA.
Vsi reagenti in topila so bili prečiščeni in posušeni po standardnih postopkih (El Gomhouria, Egipt). Tališča so bila določena z elektronskim aparatom za tališče GallenKamp in so navedena brez popravkov. Infrardeči (IR) spektri (cm⁻1) so bili posneti na Oddelku za kemijo Fakultete za naravoslovje Univerze Ain Shams z uporabo pelet kalijevega bromida (KBr) na spektrometru Thermo Electron Nicolet iS10 FTIR (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, ZDA).
1H NMR spektri so bili pridobljeni pri 300 MHz z uporabo NMR spektrometra GEMINI (GEMINI Manufacturing & Engineering, Anaheim, CA, ZDA) in NMR spektrometra BRUKER 300 MHz (BRUKER Manufacturing & Engineering, Inc.). Kot interni standard je bil uporabljen tetrametilsilan (TMS) z devteriranim dimetil sulfoksidom (DMSO-d₆). NMR meritve so bile izvedene na Fakulteti za naravoslovje Univerze v Kairu v Gizi v Egiptu. Elementarna analiza (CHN) je bila izvedena z uporabo elementarnega analizatorja Perkin-Elmer 2400 in dobljeni rezultati se dobro ujemajo z izračunanimi vrednostmi.
Zmes kisline 3 (5 mmol) in tionil klorida (5 ml) smo segrevali v vodni kopeli pri 65 °C 4 ure. Presežek tionil klorida smo odstranili z destilacijo pod znižanim tlakom. Nastalo rdečo trdno snov smo zbrali in uporabili brez nadaljnjega čiščenja. Tališče: 200–202 °C, izkoristek: 88,5 %. IR (KBr, ν, cm−1): 2224 (C≡N), 1737 (C=O). 1H-NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 9,26 (s, 1H, CH=), 7,27–8,57 (m, 9H, heteroaromatizacija). 13C NMR (75 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 115,11 (C≡N), 124,82–130,53 (CH₄antracen), 155,34, 114,93 (CH=C–C=O), 162,22 (C=O); HRMS (ESI) m/z [M + H]+: 291,73111. Analitik. Izračunano za C18H10ClNO (291,73): C, 74,11; H, 3,46; N, 4,80. Ugotovljeno: C, 74,41; H, 3,34; N, 4,66 %.
Pri 0 °C smo 4 (2 mmol, 0,7 g) raztopili v brezvodnem dioksanu (20 ml) in po kapljicah dodali hidrazin hidrat (2 mmol, 0,16 ml, 80 %) ter mešali 1 uro. Oborino trdno snov smo zbrali s filtracijo in rekristalizirali iz etanola, da smo dobili spojino 6.
Zeleni kristali, tališče 190–192 °C, izkoristek 69,36 %; IR (KBr) ν=3424 (NH), 2228 (C≡N), 1720 (C=O), 1621 (C=N) cm−1. 1H-NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 9,3 (br s, H, NH, izmenljiv), 7,69–8,51 (m, 18H, heteroaromatski), 9,16 (s, 1H, CH=), 8,54 (s, 1H, CH=); Izračunana vrednost za C33H21N3O (475,53): C, 83,35; H, 4,45; N, 8,84. Ugotovljeno: C, 84,01; H, 4,38; N, 8,05 %.
Raztopite 4 (2 mmol, 0,7 g) v 20 ml brezvodne raztopine dioksana (ki vsebuje nekaj kapljic trietilamina), dodajte fenilhidrazin/2-aminopiridin (2 mmol) in mešajte pri sobni temperaturi 1 oziroma 2 uri. Reakcijsko zmes vlijte v led ali vodo in nakisajte z razredčeno klorovodikovo kislino. Ločeno trdno snov odfiltrirajte in rekristalizirajte iz etanola, da dobite 7, in rekristalizirajte iz benzena, da dobite 8.
Zeleni kristali, tališče 160–162 °C, izkoristek 77 %; IR (KBr, ν, cm−1): 3245 (NH), 2222 (C≡N), 1691 (C=O), 1671 (C=O) cm−1. 1H-NMR (400 MHz, DMSO-d6): δ (ppm): 10,88 (s, 1H, NH, izmenljiv), 9,15 (s, 1H, CH=), 8,81 (s, 1H, CH=), 6,78–8,58 (m, 23H, heteroaromatski); Izračunana vrednost za C42H26N4O2 (618,68): C, 81,54; H, 4,24; N, 9,06. Ugotovljeno: C, 81,96; H, 3,91; N, 8,91 %.
4 (2 mmol, 0,7 g) smo raztopili v 20 ml brezvodne raztopine dioksana (ki je vsebovala nekaj kapljic trietilamina), dodali 2-aminopiridin (2 mmol, 0,25 g) in zmes mešali pri sobni temperaturi 2 uri. Reakcijsko zmes smo zlili v ledeno vodo in nakisali z razredčeno klorovodikovo kislino. Nastalo oborino smo odfiltrirali in rekristalizirali iz benzena, kar je dalo zelene kristale 8 s tališčem 146–148 °C in izkoristkom 82,5 %; infrardeči spekter (KBr) ν: 3148 (NH), 2222 (C≡N), 1665 (C=O) cm−1. 1H NMR (400 MHz, DMSO-d6): δ (ppm): 8,78 (s, H, NH, izmenljivo), 9,14 (s, 1H, CH=), 7,36–8,55 (m, 13H, heteroaromatizacija); Izračunano za C23H15N3O (348,38): C, 79,07; H, 4,33; N, 12,03. Ugotovljeno: C, 78,93; H, 3,97; N, 12,36 %.
Spojino 4 (2 mmol, 0,7 g) smo raztopili v 20 ml suhega dioksana (ki je vseboval nekaj kapljic trietilamina in 2 mmol tiouree/semikarbazida) in segrevali pod refluksom 2 uri. Topilo smo uparili v vakuumu. Ostanek smo rekristalizirali iz dioksana, da smo dobili zmes.