Tak for dit besøg på nature.com. Den browserversion, du bruger, har begrænset CSS-understøttelse. For at få den bedste oplevelse anbefaler vi, at du bruger den nyeste browserversion (eller slår kompatibilitetstilstand fra i Internet Explorer). Derudover vil dette websted ikke indeholde stilarter eller JavaScript for at sikre fortsat understøttelse.
Synthonen 3-(anthracen-9-yl)-2-cyanoacryloylchlorid 4 blev syntetiseret og anvendt til at syntetisere en række meget aktive heterocykliske forbindelser gennem dets reaktion med forskellige nitrogennukleofiler. Strukturen af ​​hver syntetiseret heterocyklisk forbindelse blev grundigt karakteriseret ved hjælp af spektroskopisk og elementær analyse. Ti af de tretten nye heterocykliske forbindelser viste opmuntrende effekt mod multiresistente bakterier (MRSA). Blandt dem viste forbindelserne 6, 7, 10, 13b og 14 den højeste antibakterielle aktivitet med hæmningszoner tæt på 4 cm. Molekylære dockingstudier viste imidlertid, at forbindelserne havde forskellige bindingsaffiniteter til penicillinbindende protein 2a (PBP2a), et nøglemål for MRSA-resistens. Nogle forbindelser såsom 7, 10 og 14 viste højere bindingsaffinitet og interaktionsstabilitet på det aktive sted for PBP2a sammenlignet med den co-krystalliserede quinazolinonligand. I modsætning hertil havde forbindelserne 6 og 13b lavere docking-scorer, men udviste stadig signifikant antibakteriel aktivitet, hvor forbindelse 6 havde de laveste MIC- (9,7 μg/100 μL) og MBC-værdier (78,125 μg/100 μL). Docking-analyse afslørede nøgleinteraktioner, herunder hydrogenbinding og π-stabling, især med rester såsom Lys 273, Lys 316 og Arg 298, som blev identificeret som interaktioner med den co-krystalliserede ligand i krystalstrukturen af ​​PBP2a. Disse rester er essentielle for den enzymatiske aktivitet af PBP2a. Disse resultater tyder på, at de syntetiserede forbindelser kan tjene som lovende anti-MRSA-lægemidler, hvilket understreger vigtigheden af ​​at kombinere molekylær docking med bioassays for at identificere effektive terapeutiske kandidater.
I de første par år af dette århundrede var forskningsindsatsen primært fokuseret på at udvikle nye, enkle procedurer og metoder til syntese af adskillige innovative heterocykliske systemer med antimikrobiel aktivitet ved hjælp af let tilgængelige udgangsmaterialer.
Acrylonitril-enheder betragtes som vigtige udgangsmaterialer til syntesen af ​​mange bemærkelsesværdige heterocykliske systemer, fordi de er meget reaktive forbindelser. Desuden er 2-cyanoacryloylchlorid-derivater blevet anvendt i vid udstrækning i de senere år til udvikling og syntese af produkter af vital betydning inden for farmakologiske anvendelser, såsom lægemiddelmellemprodukter1,2,3, forstadier til anti-HIV, antivirale, anticancer-, antibakterielle, antidepressive og antioxidante midler4,5,6,7,8,9,10. For nylig har den biologiske effekt af anthracen og dets derivater, herunder deres antibiotiske, anticancer-11,12, antibakterielle13,14,15 og insekticide egenskaber16,17, tiltrukket sig stor opmærksomhed18,19,20,21. De antimikrobielle forbindelser, der indeholder acrylonitril- og anthracen-enheder, er vist i figur 1 og 2.
Ifølge Verdenssundhedsorganisationen (WHO) (2021) er antimikrobiel resistens (AMR) en global trussel mod sundhed og udvikling22,23,24,25. Patienter kan ikke helbredes, hvilket resulterer i længere hospitalsophold og behov for dyrere medicin, samt øget dødelighed og invaliditet. Manglen på effektive antimikrobielle midler fører ofte til behandlingssvigt for forskellige infektioner, især under kemoterapi og større operationer.
Ifølge Verdenssundhedsorganisationens rapport fra 2024 er methicillinresistente Staphylococcus aureus (MRSA) og E. coli inkluderet på listen over prioriterede patogener. Begge bakterier er resistente over for mange antibiotika, så de repræsenterer infektioner, der er vanskelige at behandle og kontrollere, og der er et presserende behov for at udvikle nye og effektive antimikrobielle forbindelser til at løse dette problem. Anthracen og dets derivater er velkendte antimikrobielle stoffer, der kan virke på både grampositive og gramnegative bakterier. Formålet med denne undersøgelse er at syntetisere et nyt derivat, der kan bekæmpe disse patogener, der er sundhedsfarlige.
Verdenssundhedsorganisationen (WHO) rapporterer, at mange bakterielle patogener er resistente over for flere antibiotika, herunder methicillinresistente Staphylococcus aureus (MRSA), en almindelig årsag til infektion i samfundet og i sundhedsvæsenet. Patienter med MRSA-infektioner rapporteres at have en 64 % højere dødelighed end dem med lægemiddelfølsomme infektioner. Derudover udgør E. coli en global risiko, fordi den sidste forsvarslinje mod carbapenemresistente Enterobacteriaceae (dvs. E. coli) er colistin, men colistinresistente bakterier er for nylig blevet rapporteret i flere lande. 22,23,24,25
Ifølge Verdenssundhedsorganisationens globale handlingsplan for antimikrobiel resistens26 er der derfor et presserende behov for opdagelse og syntese af nye antimikrobielle stoffer. Anthracens og acrylonitrils store potentiale som antibakterielle27, svampedræbende28, kræftbekæmpende29 og antioxidante30 midler er blevet fremhævet i adskillige publicerede artikler. I denne henseende kan det siges, at disse derivater er gode kandidater til brug mod methicillinresistente Staphylococcus aureus (MRSA).
Tidligere litteraturgennemgange har motiveret os til at syntetisere nye derivater i disse klasser. Derfor har den foreliggende undersøgelse til formål at udvikle nye heterocykliske systemer indeholdende anthracen- og acrylonitril-enheder, evaluere deres antimikrobielle og antibakterielle effekt og undersøge deres potentielle bindingsinteraktioner med penicillinbindende protein 2a (PBP2a) ved molekylær docking. Med udgangspunkt i de tidligere undersøgelser fortsatte den foreliggende undersøgelse syntesen, den biologiske evaluering og den beregningsmæssige analyse af heterocykliske systemer for at identificere lovende antimethicillinresistente Staphylococcus aureus (MRSA)-midler med potent PBP2a-hæmmende aktivitet31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49.
Vores nuværende forskning fokuserer på syntese og antimikrobiel evaluering af nye heterocykliske forbindelser indeholdende anthracen- og acrylonitril-enheder. 3-(anthracen-9-yl)-2-cyanoacryloylchlorid 4 blev fremstillet og anvendt som byggesten til konstruktionen af ​​nye heterocykliske systemer.
Strukturen af ​​forbindelse 4 blev bestemt ved hjælp af spektraldata. 1H-NMR-spektret viste tilstedeværelsen af ​​CH= ved 9,26 ppm, IR-spektret viste tilstedeværelsen af ​​en carbonylgruppe ved 1737 cm⁻¹ og en cyanogruppe ved 2224 cm⁻¹, og 13CNMR-spektret bekræftede også den foreslåede struktur (se afsnittet Eksperimentelt).
Syntesen af ​​3-(anthracen-9-yl)-2-cyanoacryloylchlorid 4 blev udført ved hydrolyse af de aromatiske grupper 250, 41, 42, 53 med ethanolisk natriumhydroxidopløsning (10%) for at give syrerne 354, 45, 56, som derefter blev behandlet med thionylchlorid på et vandbad for at give acryloylchloridderivat 4 i højt udbytte (88,5%), som vist i figur 3.
For at skabe nye heterocykliske forbindelser med den forventede antibakterielle effekt blev reaktionen af ​​acylchlorid 4 med forskellige dinukleofiler udført.
Syrechloridet 4 blev behandlet med hydrazinhydrat ved 0° i en time. Desværre blev pyrazolon 5 ikke opnået. Produktet var et acrylamidderivat, hvis struktur blev bekræftet af spektrale data. Dets IR-spektrum viste absorptionsbånd af C=O ved 1720 cm−1, C≡N ved 2228 cm−1 og NH3 ved 3424 cm−1. 1H-NMR-spektret viste et udvekslings-singletsignal af olefinprotonerne og NH3-protonerne ved 9,3 ppm (se det eksperimentelle afsnit).
To mol syrechlorid 4 blev reageret med et mol phenylhydrazin for at give N-phenylacryloylhydrazin-derivatet 7 i godt udbytte (77%) (Figur 5). Strukturen af ​​7 blev bekræftet ved infrarødspektroskopidata, som viste absorption af to C=O-grupper ved 1691 og 1671 cm⁻¹, absorption af CN-gruppen ved 2222 cm⁻¹ og absorption af NH-gruppen ved 3245 cm⁻¹, og dets 1H-NMR-spektrum viste CH-gruppen ved 9,15 og 8,81 ppm og NH-protonen ved 10,88 ppm (se afsnittet om eksperimentelt).
I denne undersøgelse blev reaktionen af ​​acylchlorid 4 med 1,3-dinukleofiler undersøgt. Behandling af acylchlorid 4 med 2-aminopyridin i 1,4-dioxan med TEA som base ved stuetemperatur gav acrylamidderivat 8 (Figur 5), hvis struktur blev identificeret ved hjælp af spektraldata. IR-spektre viste absorptionsbånd af cyano, der strakte sig ved 2222 cm⁻¹, NH3 ved 3148 cm⁻¹ og carbonyl ved 1665 cm⁻¹; 1H NMR-spektre bekræftede tilstedeværelsen af ​​olefinprotoner ved 9,14 ppm (se afsnittet om eksperimentelt indhold).
Forbindelse 4 reagerer med thiourea for at give pyrimidinthion 9; forbindelse 4 reagerer med thiosemicarbazid for at give thiopyrazolderivatet 10 (Figur 5). Strukturerne af forbindelse 9 og 10 blev bekræftet ved spektral- og elementaranalyse (se afsnittet Eksperimentelt).
Tetrazin-3-thiol 11 blev fremstillet ved reaktion af forbindelse 4 med thiocarbazid som en 1,4-dinukleofil (figur 5), og dens struktur blev bekræftet ved spektroskopi og elementaranalyse. I det infrarøde spektrum fremkom C=N-bindingen ved 1619 cm−1. Samtidig bevarede dens 1H-NMR-spektrum multipladesignaler af aromatiske protoner ved 7,78-8,66 ppm og SH-protoner ved 3,31 ppm (se afsnittet om eksperimentelt).
Acryloylchlorid 4 reagerer med 1,2-diaminobenzen, 2-aminothiophenol, anthranilsyre, 1,2-diaminoethan og ethanolamin som 1,4-dinukleofiler og danner nye heterocykliske systemer (13-16).
Strukturerne af disse nyligt syntetiserede forbindelser blev bekræftet ved spektral- og elementaranalyse (se afsnittet Eksperimentelt). 2-Hydroxyphenylacrylamidderivatet 17 blev opnået ved reaktion med 2-aminophenol som en dinukleofil (Figur 6), og dets struktur blev bekræftet ved spektral- og elementaranalyse. Det infrarøde spektrum af forbindelse 17 viste, at C=O- og C≡N-signalerne forekom ved henholdsvis 1681 og 2226 cm−1. I mellemtiden bevarede dets 1H-NMR-spektrum singletsignalet fra olefinprotonen ved 9,19 ppm, og OH-protonen forekom ved 9,82 ppm (se afsnittet Eksperimentelt).
Reaktionen af ​​syrechlorid 4 med én nukleofil (f.eks. ethylamin, 4-toluidin og 4-methoxyanilin) ​​i dioxan som opløsningsmiddel og TEA som katalysator ved stuetemperatur gav de grønne krystallinske acrylamidderivater 18, 19a og 19b. Elementar- og spektrale data for forbindelserne 18, 19a og 19b bekræftede strukturerne af disse derivater (se det eksperimentelle afsnit) (figur 7).
Efter screening af den antimikrobielle aktivitet af forskellige syntetiske forbindelser blev der opnået forskellige resultater, som vist i tabel 1 og figur 8 (se figurfil). Alle de testede forbindelser viste forskellige grader af hæmning mod den grampositive bakterie MRSA, mens den gramnegative bakterie Escherichia coli viste fuldstændig resistens over for alle forbindelserne. De testede forbindelser kan opdeles i tre kategorier baseret på diameteren af ​​hæmningszonen mod MRSA. Den første kategori var den mest aktive og bestod af fem forbindelser (6, 7, 10, 13b og 14). Diameteren af ​​hæmningszonen for disse forbindelser var tæt på 4 cm; de mest aktive forbindelser i denne kategori var forbindelserne 6 og 13b. Den anden kategori var moderat aktiv og bestod af yderligere fem forbindelser (11, 13a, 15, 18 og 19a). Hæmningszonen for disse forbindelser varierede fra 3,3 til 3,65 cm, hvor forbindelse 11 viste den største hæmningszone på 3,65 ± 0,1 cm. På den anden side indeholdt den sidste gruppe tre forbindelser (8, 17 og 19b) med den laveste antimikrobielle aktivitet (mindre end 3 cm). Figur 9 viser fordelingen af ​​de forskellige hæmningszoner.
Yderligere undersøgelse af den antimikrobielle aktivitet af de testede forbindelser involverede bestemmelse af MIC og MBC for hver forbindelse. Resultaterne varierede en smule (som vist i tabel 2, 3 og figur 10 (se figurfil)), hvor forbindelserne 7, 11, 13a og 15 tilsyneladende blev omklassificeret som de bedste forbindelser. De havde de samme laveste MIC- og MBC-værdier (39,06 μg/100 μL). Selvom forbindelserne 7 og 8 havde lavere MIC-værdier (9,7 μg/100 μL), var deres MBC-værdier højere (78,125 μg/100 μL). Derfor blev de betragtet som svagere end de tidligere nævnte forbindelser. Disse seks forbindelser var dog de mest effektive af de testede, da deres MBC-værdier var under 100 μg/100 μL.
Forbindelserne (10, 14, 18 og 19b) var mindre aktive sammenlignet med andre testede forbindelser, da deres MBC-værdier varierede fra 156 til 312 μg/100 μL. På den anden side var forbindelserne (8, 17 og 19a) de mindst lovende, da de havde de højeste MBC-værdier (henholdsvis 625, 625 og 1250 μg/100 μL).
Endelig kan de testede forbindelser, i henhold til toleranceniveauerne vist i tabel 3, opdeles i to kategorier baseret på deres virkningsmekanisme: forbindelser med bakteriedræbende virkning (7, 8, 10, 11, 13a, 15, 18, 19b) og forbindelser med antibakteriel virkning (6, 13b, 14, 17, 19a). Blandt disse foretrækkes forbindelserne 7, 11, 13a og 15, som udviser dræbende aktivitet ved en meget lav koncentration (39,06 μg/100 μL).
Ti af de tretten testede forbindelser viste potentiale mod antibiotikaresistente methicillinresistente Staphylococcus aureus (MRSA). Derfor anbefales yderligere screening med flere antibiotikaresistente patogener (især lokale isolater, der dækker patogene grampositive og gramnegative bakterier) og patogene gærsvampe, samt cytotoksisk testning af hver forbindelse for at vurdere dens sikkerhed.
Molekylære dockingstudier blev udført for at evaluere potentialet af de syntetiserede forbindelser som hæmmere af penicillinbindende protein 2a (PBP2a) i methicillinresistent Staphylococcus aureus (MRSA). PBP2a er et nøgleenzym involveret i bakteriel cellevægsbiosyntese, og hæmning af dette enzym interfererer med cellevægsdannelsen, hvilket i sidste ende fører til bakteriel lyse og celledød1. Dockingresultaterne er anført i tabel 4 og beskrevet mere detaljeret i den supplerende datafil, og resultaterne viser, at flere forbindelser udviste stærk bindingsaffinitet for PBP2a, især vigtige aktive stedrester såsom Lys 273, Lys 316 og Arg 298. Interaktionerne, herunder hydrogenbinding og π-stabling, var meget lig dem for den co-krystalliserede quinazolinonligand (CCL), hvilket indikerer potentialet af disse forbindelser som potente hæmmere.
De molekylære dockingdata, sammen med andre beregningsparametre, tydede stærkt på, at PBP2a-hæmning var den vigtigste mekanisme, der var ansvarlig for den observerede antibakterielle aktivitet af disse forbindelser. Dockingscorerne og root mean square deviation (RMSD)-værdierne afslørede yderligere bindingsaffiniteten og stabiliteten, hvilket understøtter denne hypotese. Som vist i tabel 4, havde nogle forbindelser (f.eks. 7, 9, 10 og 14) højere dockingscorer end den co-krystalliserede ligand, mens flere forbindelser udviste god bindingsaffinitet, hvilket indikerer, at de kan have stærkere interaktioner med de aktive rester af PBP2a. De mest bioaktive forbindelser 6 og 13b viste dog lidt lavere dockingscorer (henholdsvis -5,98 og -5,63) sammenlignet med de andre ligander. Dette tyder på, at selvom dockingscorer kan bruges til at forudsige bindingsaffinitet, spiller andre faktorer (f.eks. ligandstabilitet og molekylære interaktioner i det biologiske miljø) også en nøglerolle i bestemmelsen af ​​antibakteriel aktivitet. Det er værd at bemærke, at RMSD-værdierne for alle syntetiserede forbindelser var under 2 Å, hvilket bekræfter, at deres dockingpositioner er strukturelt konsistente med bindingskonformationen af ​​den co-krystalliserede ligand, hvilket yderligere understøtter deres potentiale som potente PBP2a-hæmmere.
Selvom docking-scorer og RMS-værdier giver værdifulde forudsigelser, er korrelationen mellem disse docking-resultater og antimikrobiel aktivitet ikke altid klar ved første øjekast. Selvom PBP2a-hæmning er stærkt understøttet som en nøglefaktor, der påvirker antimikrobiel aktivitet, tyder flere forskelle på, at andre biologiske egenskaber også spiller en vigtig rolle. Forbindelserne 6 og 13b viste den højeste antimikrobielle aktivitet, med både en hæmningszonediameter på 4 cm og de laveste MIC- (9,7 μg/100 μL) og MBC-værdier (78,125 μg/100 μL), på trods af deres lavere docking-scorer sammenlignet med forbindelserne 7, 9, 10 og 14. Dette tyder på, at selvom PBP2a-hæmning bidrager til antimikrobiel aktivitet, påvirker faktorer som opløselighed, biotilgængelighed og interaktionsdynamik i det bakterielle miljø også den samlede aktivitet. Figur 11 viser deres docking-positioner, hvilket indikerer, at begge forbindelser, selv med relativt lave bindingsscorer, stadig er i stand til at interagere med nøglerester af PBP2a og potentielt stabilisere hæmningskomplekset. Dette fremhæver, at selvom molekylær docking giver vigtig indsigt i PBP2a-hæmning, skal andre biologiske faktorer tages i betragtning for fuldt ud at forstå de antimikrobielle virkninger af disse forbindelser i den virkelige verden.
Ved hjælp af krystalstrukturen af ​​PBP2a (PDB ID: 4CJN) blev der konstrueret 2D- og 3D-interaktionskort over de mest aktive forbindelser 6 og 13b, der er koblet til penicillinbindende protein 2a (PBP2a) fra methicillinresistent Staphylococcus aureus (MRSA). Disse kort sammenligner interaktionsmønstrene for disse forbindelser med den gen-koppede co-krystalliserede quinazolinonligand (CCL) og fremhæver nøgleinteraktioner såsom hydrogenbinding, π-stabling og ioniske interaktioner.
Et lignende mønster blev observeret for forbindelse 7, som viste en relativt høj docking-score (-6,32) og en lignende hæmningszonediameter (3,9 cm) som forbindelse 10. Imidlertid var dens MIC (39,08 μg/100 μL) og MBC (39,06 μg/100 μL) signifikant højere, hvilket indikerer, at den krævede højere koncentrationer for at udvise antibakteriel effekt. Dette tyder på, at selvom forbindelse 7 udviste stærk bindingsevne i docking-studier, kan faktorer som biotilgængelighed, cellulær optagelse eller andre fysisk-kemiske egenskaber begrænse dens biologiske effekt. Selvom forbindelse 7 udviste bakteriedræbende egenskaber, var den mindre effektiv til at hæmme bakterievækst sammenlignet med forbindelse 6 og 13b.
Forbindelse 10 viste en mere dramatisk forskel med den højeste docking-score (-6,40), hvilket indikerer en stærk bindingsevne til PBP2a. Dens hæmningszonediameter (3,9 cm) var dog sammenlignelig med forbindelse 7, og dens MBC (312 μg/100 μL) var signifikant højere end forbindelse 6, 7 og 13b, hvilket indikerer svagere bakteriedræbende aktivitet. Dette tyder på, at forbindelse 10 på trods af gode docking-forudsigelser var mindre effektiv til at dræbe MRSA på grund af andre begrænsende faktorer såsom opløselighed, stabilitet eller dårlig permeabilitet af bakteriemembranen. Disse resultater understøtter forståelsen af, at selvom PBP2a-hæmning spiller en nøglerolle i antibakteriel aktivitet, forklarer den ikke fuldt ud forskellene i biologisk aktivitet observeret blandt de testede forbindelser. Disse forskelle tyder på, at yderligere eksperimentelle analyser og dybdegående biologiske evalueringer er nødvendige for fuldt ud at belyse de involverede antibakterielle mekanismer.
De molekylære dockingresultater i tabel 4 og den supplerende datafil fremhæver det komplekse forhold mellem docking-scorer og antimikrobiel aktivitet. Selvom forbindelserne 6 og 13b har lavere docking-scorer end forbindelserne 7, 9, 10 og 14, udviser de den højeste antimikrobielle aktivitet. Deres interaktionskort (vist i figur 11) indikerer, at de på trods af deres lavere bindingsscorer stadig danner betydelige hydrogenbindinger og π-stablingsinteraktioner med nøglerester af PBP2a, der kan stabilisere enzym-inhibitor-komplekset på en biologisk gavnlig måde. På trods af de relativt lave docking-scorer for 6 og 13b antyder deres forbedrede antimikrobielle aktivitet, at andre egenskaber såsom opløselighed, stabilitet og cellulær optagelse bør overvejes i forbindelse med docking-dataene, når inhibitorpotentialet vurderes. Dette understreger vigtigheden af ​​at kombinere docking-studier med eksperimentel antimikrobiel analyse for nøjagtigt at vurdere det terapeutiske potentiale af nye forbindelser.
Disse resultater fremhæver, at selvom molekylær docking er et effektivt værktøj til at forudsige bindingsevne og identificere potentielle hæmningsmekanismer, bør det ikke alene anvendes til at bestemme antimikrobiel effekt. De molekylære data tyder på, at PBP2a-hæmning er en nøglefaktor, der påvirker antimikrobiel aktivitet, men ændringer i biologisk aktivitet tyder på, at andre fysisk-kemiske og farmakokinetiske egenskaber skal optimeres for at forbedre den terapeutiske effekt. Fremtidige undersøgelser bør fokusere på at optimere den kemiske struktur af forbindelse 7 og 10 for at forbedre biotilgængelighed og cellulær optagelse, hvilket sikrer, at stærke docking-interaktioner omsættes til faktisk antimikrobiel aktivitet. Yderligere undersøgelser, herunder yderligere bioassays og struktur-aktivitetsforholdsanalyse (SAR), vil være afgørende for at fremme vores forståelse af, hvordan disse forbindelser fungerer som PBP2a-hæmmere, og for at udvikle mere effektive antimikrobielle midler.
Forbindelser syntetiseret fra 3-(anthracen-9-yl)-2-cyanoacryloylchlorid 4 udviste varierende grader af antimikrobiel aktivitet, hvor flere forbindelser udviste signifikant hæmning af methicillinresistente Staphylococcus aureus (MRSA). Analyse af struktur-aktivitetsforholdet (SAR) afslørede centrale strukturelle træk, der ligger til grund for disse forbindelsers antimikrobielle virkning.
Tilstedeværelsen af ​​både acrylonitril- og anthracengrupper viste sig at være afgørende for at forbedre den antimikrobielle aktivitet. Den meget reaktive nitrilgruppe i acrylonitril er nødvendig for at lette interaktioner med bakterielle proteiner og bidrager dermed til forbindelsens antimikrobielle egenskaber. Forbindelser, der indeholder både acrylonitril og anthracen, udviste konsekvent stærkere antimikrobielle effekter. Anthracengruppens aromaticitet stabiliserede disse forbindelser yderligere, hvilket potentielt forbedrede deres biologiske aktivitet.
Introduktionen af ​​heterocykliske ringe forbedrede den antibakterielle effekt af adskillige derivater betydeligt. Især benzothiazolderivat 13b og acrylhydrazidderivat 6 viste den højeste antibakterielle aktivitet med en hæmningszone på ca. 4 cm. Disse heterocykliske derivater viste mere signifikante biologiske effekter, hvilket indikerer, at den heterocykliske struktur spiller en nøglerolle i de antibakterielle effekter. Ligeledes bidrog pyrimidinethion i forbindelse 9, thiopyrazol i forbindelse 10 og tetrazinringen i forbindelse 11 til forbindelsernes antibakterielle egenskaber, hvilket yderligere understreger vigtigheden af ​​heterocyklisk modifikation.
Blandt de syntetiserede forbindelser skilte 6 og 13b sig ud på grund af deres fremragende antibakterielle aktiviteter. Den minimale hæmmende koncentration (MIC) af forbindelse 6 var 9,7 μg/100 μL, og den minimale bakteriedræbende koncentration (MBC) var 78,125 μg/100 μL, hvilket fremhæver dens fremragende evne til at fjerne methicillinresistente Staphylococcus aureus (MRSA). Tilsvarende havde forbindelse 13b en hæmningszone på 4 cm og lave MIC- og MBC-værdier, hvilket bekræfter dens potente antibakterielle aktivitet. Disse resultater fremhæver de centrale roller for acrylohydrazid- og benzothiazol-funktionelle grupper i bestemmelsen af ​​disse forbindelsers bioeffektivitet.
I modsætning hertil udviste forbindelserne 7, 10 og 14 moderat antibakteriel aktivitet med hæmningszoner fra 3,65 til 3,9 cm⁻¹. Disse forbindelser krævede højere koncentrationer for fuldstændigt at dræbe bakterierne, hvilket afspejles i deres relativt høje MIC- og MBC-værdier. Selvom disse forbindelser var mindre aktive end forbindelserne 6 og 13b, udviste de stadig et betydeligt antibakterielt potentiale, hvilket tyder på, at inkorporeringen af ​​acrylonitril- og anthracen-enheder i den heterocykliske ring bidrager til deres antibakterielle effekt.
Forbindelserne har forskellige virkningsmekanismer, nogle udviser bakteriedræbende egenskaber og andre udviser bakteriostatiske effekter. Forbindelserne 7, 11, 13a og 15 er bakteriedræbende og kræver lavere koncentrationer for fuldstændigt at dræbe bakterier. I modsætning hertil er forbindelserne 6, 13b og 14 bakteriostatiske og kan hæmme bakterievækst ved lavere koncentrationer, men kræver højere koncentrationer for fuldstændigt at dræbe bakterier.
Samlet set fremhæver struktur-aktivitetsforholdsanalysen vigtigheden af ​​at introducere acrylonitril- og anthracen-enheder samt heterocykliske strukturer for at opnå betydelig antibakteriel aktivitet. Disse resultater tyder på, at optimering af disse strukturelle komponenter og udforskning af yderligere modifikationer for at forbedre opløselighed og membranpermeabilitet kan føre til udvikling af mere effektive anti-MRSA-lægemidler.
Alle reagenser og opløsningsmidler blev renset og tørret ved hjælp af standardprocedurer (El Gomhouria, Egypten). Smeltepunkter blev bestemt ved hjælp af et elektronisk GallenKamp-smeltepunktsapparat og er rapporteret uden korrektion. Infrarøde (IR) spektre (cm⁻1) blev optaget på Institut for Kemi, Det Naturvidenskabelige Fakultet, Ain Shams Universitet ved hjælp af kaliumbromid (KBr) pellets på et Thermo Electron Nicolet iS10 FTIR spektrometer (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA).
1H NMR-spektre blev opnået ved 300 MHz ved hjælp af et GEMINI NMR-spektrometer (GEMINI Manufacturing & Engineering, Anaheim, CA, USA) og et BRUKER 300 MHz NMR-spektrometer (BRUKER Manufacturing & Engineering, Inc.). Tetramethylsilan (TMS) blev anvendt som intern standard med deutereret dimethylsulfoxid (DMSO-d₆). NMR-målinger blev udført på Det Naturvidenskabelige Fakultet ved Cairo Universitet i Giza, Egypten. Elementaranalyse (CHN) blev udført ved hjælp af en Perkin-Elmer 2400 Elemental Analyzer, og de opnåede resultater er i god overensstemmelse med de beregnede værdier.
En blanding af syre 3 (5 mmol) og thionylchlorid (5 ml) blev opvarmet i et vandbad ved 65 °C i 4 timer. Overskydende thionylchlorid blev fjernet ved destillation under reduceret tryk. Det resulterende røde faste stof blev opsamlet og anvendt uden yderligere rensning. Smeltepunkt: 200-202 °C, udbytte: 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, heteroaromatisering). 13C NMR (75 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 115,11 (C≡N), 124,82–130,53 (CH₃anthracen), 155,34, 114,93 (CH₃=C–C=O), 162,22 (C=O); HRMS (ESI) m/z [M + H]+: 291,73111. Analytiker. Beregnet for C18H10ClNO₃ (291,73): C, 74,11; H, 3,46; N, 4,80. Fundet: C, 74,41; H, 3,34; N, 4,66%.
Ved 0°C blev 4 (2 mmol, 0,7 g) opløst i vandfri dioxan (20 ml), og hydrazinhydrat (2 mmol, 0,16 ml, 80%) blev tilsat dråbevis og omrørt i 1 time. Det udfældede faste stof blev opsamlet ved filtrering og omkrystalliseret fra ethanol for at give forbindelse 6.
Grønne krystaller, smeltepunkt 190-192 ℃, udbytte 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, udskiftelig), 7,69-8,51 (m, 18H, heteroaromatisk), 9,16 (s, 1H, CH=), 8,54 (s, 1H, CH=); Beregnet værdi for C33H21N3O (475,53): C, 83,35; H, 4,45; N, 8,84. Fundet: C, 84,01; H, 4,38; N, 8,05%.
Opløs 4 (2 mmol, 0,7 g) i 20 ml vandfri dioxanopløsning (indeholdende et par dråber triethylamin), tilsæt phenylhydrazin/2-aminopyridin (2 mmol) og omrør ved stuetemperatur i henholdsvis 1 og 2 timer. Hæld reaktionsblandingen i is eller vand og syrn med fortyndet saltsyre. Filtrer det separerede faste stof fra og omkrystalliser fra ethanol for at opnå 7 og omkrystalliser fra benzen for at opnå 8.
Grønne krystaller, smeltepunkt 160-162 ℃, udbytte 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, udskiftelig), 9,15 (s, 1H, CH=), 8,81 (s, 1H, CH=), 6,78-8,58 (m, 23H, heteroaromatisk); Beregnet værdi for C42H26N4O2 (618,68): C, 81,54; H, 4,24; N, 9,06. Fundet: C, 81,96; H, 3,91; N, 8,91%.
4 (2 mmol, 0,7 g) blev opløst i 20 ml vandfri dioxanopløsning (indeholdende et par dråber triethylamin), 2-aminopyridin (2 mmol, 0,25 g) blev tilsat, og blandingen blev omrørt ved stuetemperatur i 2 timer. Reaktionsblandingen blev hældt i isvand og forsurt med fortyndet saltsyre. Det dannede bundfald blev filtreret fra og omkrystalliseret fra benzen, hvilket gav grønne krystaller af 8 med et smeltepunkt på 146-148 °C og et udbytte på 82,5%; infrarødt spektrum (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, udskiftelig), 9,14 (s, 1H, CH=), 7,36-8,55 (m, 13H, heteroaromatisering); Beregnet for C23H15N3O (348,38): C, 79,07; H, 4,33; N, 12,03. Fundet: C, 78,93; H, 3,97; N, 12,36%.
Forbindelse 4 (2 mmol, 0,7 g) blev opløst i 20 ml tør dioxan (indeholdende et par dråber triethylamin og 2 mmol thiourea/semicarbazid) og opvarmet under tilbagesvaling i 2 timer. Opløsningsmidlet blev afdampet i vakuum. Resten blev omkrystalliseret fra dioxan til dannelse af en blanding.