Takk for at du besøker nature.com. Nettleserversjonen du bruker har begrenset CSS-støtte. For best mulig opplevelse anbefaler vi at du bruker den nyeste nettleserversjonen (eller slår av kompatibilitetsmodus i Internet Explorer). I tillegg, for å sikre fortsatt støtte, vil ikke dette nettstedet inkludere stiler eller JavaScript.
Syntonet 3-(antracen-9-yl)-2-cyanoakryloylklorid 4 ble syntetisert og brukt til å syntetisere en rekke svært aktive heterosykliske forbindelser gjennom reaksjon med forskjellige nitrogennukleofiler. Strukturen til hver syntetiserte heterosykliske forbindelse ble grundig karakterisert ved hjelp av spektroskopisk og elementær analyse. Ti av de tretten nye heterosykliske forbindelsene viste oppmuntrende effekt mot multiresistente bakterier (MRSA). Blant dem viste forbindelsene 6, 7, 10, 13b og 14 den høyeste antibakterielle aktiviteten med inhiberingssoner nær 4 cm. Molekylære dockingstudier viste imidlertid at forbindelsene hadde forskjellige bindingsaffiniteter til penicillinbindende protein 2a (PBP2a), et sentralt mål for MRSA-resistens. Noen forbindelser som 7, 10 og 14 viste høyere bindingsaffinitet og interaksjonsstabilitet på det aktive stedet for PBP2a sammenlignet med den kokrystalliserte kinazolinonliganden. I motsetning til dette hadde forbindelsene 6 og 13b lavere docking-score, men viste fortsatt betydelig antibakteriell aktivitet, der forbindelse 6 hadde de laveste MIC- (9,7 μg/100 μL) og MBC-verdiene (78,125 μg/100 μL). Dokkinganalyse avdekket viktige interaksjoner, inkludert hydrogenbinding og π-stabling, spesielt med rester som Lys 273, Lys 316 og Arg 298, som ble identifisert som interagerende med den samkrystalliserte liganden i krystallstrukturen til PBP2a. Disse restene er essensielle for den enzymatiske aktiviteten til PBP2a. Disse resultatene antyder at de syntetiserte forbindelsene kan tjene som lovende anti-MRSA-legemidler, noe som understreker viktigheten av å kombinere molekylær docking med bioanalyser for å identifisere effektive terapeutiske kandidater.
I de første årene av dette århundret var forskningsinnsatsen hovedsakelig fokusert på å utvikle nye, enkle prosedyrer og metoder for syntese av flere innovative heterosykliske systemer med antimikrobiell aktivitet ved bruk av lett tilgjengelige utgangsmaterialer.
Akrylnitril-enheter regnes som viktige utgangsmaterialer for syntesen av mange bemerkelsesverdige heterosykliske systemer fordi de er svært reaktive forbindelser. Dessuten har 2-cyanoakryloylkloridderivater blitt mye brukt de siste årene for utvikling og syntese av produkter av vital betydning innen farmakologiske anvendelser, som medikamentmellomprodukter1,2,3, forløpere til anti-HIV-, antivirale, kreftbekjempende, antibakterielle, antidepressive og antioksidantmidler4,5,6,7,8,9,10. Nylig har den biologiske effekten av antracen og dets derivater, inkludert deres antibiotiske, kreftbekjempende11,12, antibakterielle13,14,15 og insektdrepende egenskaper16,17, fått mye oppmerksomhet18,19,20,21. De antimikrobielle forbindelsene som inneholder akrylnitril- og antracen-enheter er vist i figur 1 og 2.
Ifølge Verdens helseorganisasjon (WHO) (2021) er antimikrobiell resistens (AMR) en global trussel mot helse og utvikling22,23,24,25. Pasienter kan ikke kureres, noe som resulterer i lengre sykehusopphold og behov for dyrere medisiner, samt økt dødelighet og uførhet. Mangelen på effektive antimikrobielle midler fører ofte til behandlingssvikt for ulike infeksjoner, spesielt under cellegift og større operasjoner.
Ifølge Verdens helseorganisasjons rapport fra 2024 er meticillinresistente Staphylococcus aureus (MRSA) og E. coli inkludert på listen over prioriterte patogener. Begge bakteriene er resistente mot mange antibiotika, så de representerer infeksjoner som er vanskelige å behandle og kontrollere, og det er et presserende behov for å utvikle nye og effektive antimikrobielle forbindelser for å løse dette problemet. Antracen og dets derivater er velkjente antimikrobielle midler som kan virke på både grampositive og gramnegative bakterier. Målet med denne studien er å syntetisere et nytt derivat som kan bekjempe disse helsefarlige patogenene.
Verdens helseorganisasjon (WHO) rapporterer at mange bakterielle patogener er resistente mot flere antibiotika, inkludert meticillinresistente Staphylococcus aureus (MRSA), en vanlig årsak til infeksjon i lokalsamfunnet og helsevesenet. Pasienter med MRSA-infeksjoner er rapportert å ha en 64 % høyere dødelighet enn de med legemiddelfølsomme infeksjoner. I tillegg utgjør E. coli en global risiko fordi den siste forsvarslinjen mot karbapenemresistente Enterobacteriaceae (dvs. E. coli) er kolistin, men kolistinresistente bakterier har nylig blitt rapportert i flere land. 22,23,24,25
I følge Verdens helseorganisasjons globale handlingsplan for antimikrobiell resistens26 er det derfor et presserende behov for oppdagelse og syntese av nye antimikrobielle midler. Det store potensialet til antracen og akrylnitril som antibakterielle27, soppdrepende28, kreftbekjempende29 og antioksidanter30 har blitt fremhevet i en rekke publiserte artikler. I denne forbindelse kan det sies at disse derivatene er gode kandidater for bruk mot meticillinresistente Staphylococcus aureus (MRSA).
Tidligere litteraturgjennomganger motiverte oss til å syntetisere nye derivater i disse klassene. Derfor hadde den foreliggende studien som mål å utvikle nye heterosykliske systemer som inneholder antracen- og akrylnitril-enheter, evaluere deres antimikrobielle og antibakterielle effekt, og undersøke deres potensielle bindingsinteraksjoner med penicillinbindende protein 2a (PBP2a) ved molekylær docking. Byggende på tidligere studiene fortsatte den foreliggende studien syntesen, biologisk evaluering og beregningsanalyse av heterosykliske systemer for å identifisere lovende antimeticillinresistente Staphylococcus aureus (MRSA)-midler med potent PBP2a-hemmende aktivitet31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49.
Vår nåværende forskning fokuserer på syntese og antimikrobiell evaluering av nye heterosykliske forbindelser som inneholder antracen- og akrylnitril-enheter. 3-(antracen-9-yl)-2-cyanoakryloylklorid 4 ble fremstilt og brukt som en byggestein for konstruksjonen av nye heterosykliske systemer.
Strukturen til forbindelse 4 ble bestemt ved hjelp av spektraldata. 1H-NMR-spekteret viste tilstedeværelsen av CH= ved 9,26 ppm, IR-spekteret viste tilstedeværelsen av en karbonylgruppe ved 1737 cm⁻¹ og en cyanogruppe ved 2224 cm⁻¹, og 13CNMR-spekteret bekreftet også den foreslåtte strukturen (se Eksperimentell del).
Syntesen av 3-(antracen-9-yl)-2-cyanoakryloylklorid 4 ble utført ved hydrolyse av aromatiske grupper 250, 41, 42, 53 med etanolisk natriumhydroksidløsning (10 %) for å gi syrene 354, 45, 56, som deretter ble behandlet med tionylklorid på et vannbad for å gi akryloylkloridderivat 4 i høyt utbytte (88,5 %), som vist i figur 3.
For å lage nye heterosykliske forbindelser med den forventede antibakterielle effekten ble reaksjonen av acylklorid 4 med forskjellige dinukleofiler utført.
Syrekloridet 4 ble behandlet med hydrazinhydrat ved 0° i én time. Dessverre ble ikke pyrazolon 5 oppnådd. Produktet var et akrylamidderivat hvis struktur ble bekreftet av spektraldata. IR-spekteret viste absorpsjonsbånd av C=O ved 1720 cm⁻¹, C≡N ved 2228 cm⁻¹ og NH₃ ved 3424 cm⁻¹. 1H-NMR-spekteret viste et utvekslingssignal for olefinprotonene og NH₃-protonene ved 9,3 ppm (se eksperimentell seksjon).
To mol syreklorid 4 ble reagert med ett mol fenylhydrazin for å gi N-fenylakryloylhydrazin-derivatet 7 i godt utbytte (77 %) (figur 5). Strukturen til 7 ble bekreftet ved infrarødspektroskopidata, som viste absorpsjon av to C=O-grupper ved 1691 og 1671 cm⁻¹, absorpsjon av CN-gruppe ved 2222 cm⁻¹ og absorpsjon av NH-gruppe ved 3245 cm⁻¹, og 1H-NMR-spekteret viste CH-gruppe ved 9,15 og 8,81 ppm og NH-proton ved 10,88 ppm (se eksperimentell del).
I denne studien ble reaksjonen mellom acylklorid 4 og 1,3-dinukleofiler undersøkt. Behandling av acylklorid 4 med 2-aminopyridin i 1,4-dioksan med TEA som base ved romtemperatur ga akrylamidderivatet 8 (figur 5), hvis struktur ble identifisert ved hjelp av spektraldata. IR-spektre viste absorpsjonsbånd av cyano som strekk seg ved 2222 cm⁻¹, NH3 ved 3148 cm⁻¹ og karbonyl ved 1665 cm⁻¹; 1H NMR-spektre bekreftet tilstedeværelsen av olefinprotoner ved 9,14 ppm (se eksperimentell seksjon).
Forbindelse 4 reagerer med tiourea for å gi pyrimidintion 9; forbindelse 4 reagerer med tiosemikarbazid for å gi tiopyrazolderivat 10 (figur 5). Strukturene til forbindelse 9 og 10 ble bekreftet ved spektral- og elementanalyse (se eksperimentell del).
Tetrazin-3-tiol 11 ble fremstilt ved reaksjon av forbindelse 4 med tiokarbazid som en 1,4-dinukleofil (figur 5), og strukturen ble bekreftet ved spektroskopi og elementanalyse. I det infrarøde spekteret dukket C=N-bindingen opp ved 1619 cm−1. Samtidig beholdt 1H-NMR-spekteret multiplatesignaler av aromatiske protoner ved 7,78–8,66 ppm og SH-protoner ved 3,31 ppm (se eksperimentell seksjon).
Akryloylklorid 4 reagerer med 1,2-diaminobenzen, 2-aminotiofenol, antranilsyre, 1,2-diaminoetan og etanolamin som 1,4-dinukleofiler for å danne nye heterosykliske systemer (13–16).
Strukturene til disse nylig syntetiserte forbindelsene ble bekreftet ved spektral- og elementanalyse (se Eksperimentell del). 2-hydroksyfenylakrylamidderivatet 17 ble oppnådd ved reaksjon med 2-aminofenol som en dinukleofil (figur 6), og strukturen ble bekreftet ved spektral- og elementanalyse. Det infrarøde spekteret til forbindelse 17 viste at C=O- og C≡N-signalene dukket opp ved henholdsvis 1681 og 2226 cm−1. Samtidig beholdt 1H-NMR-spekteret singlettsignalet til olefinprotonet ved 9,19 ppm, og OH-protonet dukket opp ved 9,82 ppm (se Eksperimentell del).
Reaksjonen av syreklorid 4 med én nukleofil (f.eks. etylamin, 4-toluidin og 4-metoksyanilin) ​​i dioksan som løsningsmiddel og TEA som katalysator ved romtemperatur ga grønne krystallinske akrylamidderivater 18, 19a og 19b. Elementære og spektrale data for forbindelsene 18, 19a og 19b bekreftet strukturene til disse derivatene (se eksperimentell seksjon) (figur 7).
Etter screening av den antimikrobielle aktiviteten til ulike syntetiske forbindelser, ble det oppnådd forskjellige resultater som vist i tabell 1 og figur 8 (se figurfil). Alle de testede forbindelsene viste ulik grad av hemming mot den grampositive bakterien MRSA, mens den gramnegative bakterien Escherichia coli viste fullstendig resistens mot alle forbindelsene. De testede forbindelsene kan deles inn i tre kategorier basert på diameteren til hemmingssonen mot MRSA. Den første kategorien var den mest aktive og besto av fem forbindelser (6, 7, 10, 13b og 14). Diameteren til hemmingssonen til disse forbindelsene var nær 4 cm; de mest aktive forbindelsene i denne kategorien var forbindelsene 6 og 13b. Den andre kategorien var moderat aktiv og besto av ytterligere fem forbindelser (11, 13a, 15, 18 og 19a). Hemmingssonen til disse forbindelsene varierte fra 3,3 til 3,65 cm, hvor forbindelse 11 viste den største hemmingssonen på 3,65 ± 0,1 cm. På den annen side inneholdt den siste gruppen tre forbindelser (8, 17 og 19b) med den laveste antimikrobielle aktiviteten (mindre enn 3 cm). Figur 9 viser fordelingen av de ulike hemmingssonene.
Videre undersøkelse av den antimikrobielle aktiviteten til de testede forbindelsene involverte bestemmelse av MIC og MBC for hver forbindelse. Resultatene varierte noe (som vist i tabell 2, 3 og figur 10 (se figurfil)), hvor forbindelsene 7, 11, 13a og 15 tilsynelatende ble omklassifisert som de beste forbindelsene. De hadde de samme laveste MIC- og MBC-verdiene (39,06 μg/100 μL). Selv om forbindelsene 7 og 8 hadde lavere MIC-verdier (9,7 μg/100 μL), var MBC-verdiene deres høyere (78,125 μg/100 μL). Derfor ble de ansett som svakere enn de tidligere nevnte forbindelsene. Imidlertid var disse seks forbindelsene de mest effektive av de testede, ettersom MBC-verdiene deres var under 100 μg/100 μL.
Forbindelsene (10, 14, 18 og 19b) var mindre aktive sammenlignet med andre testede forbindelser, ettersom MBC-verdiene deres varierte fra 156 til 312 μg/100 μL. Forbindelsene (8, 17 og 19a) var derimot minst lovende, ettersom de hadde de høyeste MBC-verdiene (henholdsvis 625, 625 og 1250 μg/100 μL).
Til slutt, i henhold til toleransenivåene vist i tabell 3, kan de testede forbindelsene deles inn i to kategorier basert på deres virkningsmekanisme: forbindelser med bakteriedrepende effekt (7, 8, 10, 11, 13a, 15, 18, 19b) og forbindelser med antibakteriell effekt (6, 13b, 14, 17, 19a). Blant disse foretrekkes forbindelsene 7, 11, 13a og 15, som viser drepende aktivitet ved en svært lav konsentrasjon (39,06 μg/100 μL).
Ti av de tretten testede forbindelsene viste potensial mot antibiotikaresistente meticillinresistente Staphylococcus aureus (MRSA). Derfor anbefales ytterligere screening med flere antibiotikaresistente patogener (spesielt lokale isolater som dekker patogene grampositive og gramnegative bakterier) og patogene gjærsopp, samt cytotoksisk testing av hver forbindelse for å vurdere dens sikkerhet.
Molekylære dockingstudier ble utført for å evaluere potensialet til de syntetiserte forbindelsene som hemmere av penicillinbindende protein 2a (PBP2a) i meticillinresistente Staphylococcus aureus (MRSA). PBP2a er et nøkkelenzym involvert i biosyntese av bakteriell cellevegg, og hemming av dette enzymet forstyrrer celleveggdannelsen, noe som til slutt fører til bakteriell lyse og celledød1. Dokkingresultatene er listet opp i tabell 4 og beskrevet mer detaljert i den supplerende datafilen, og resultatene viser at flere forbindelser viste sterk bindingsaffinitet for PBP2a, spesielt viktige aktive seterester som Lys 273, Lys 316 og Arg 298. Interaksjonene, inkludert hydrogenbinding og π-stabling, var svært like de for den kokrystalliserte kinazolinonliganden (CCL), noe som indikerer potensialet til disse forbindelsene som potente hemmere.
De molekylære dockingdataene, sammen med andre beregningsparametere, antydet sterkt at PBP2a-hemming var den viktigste mekanismen som var ansvarlig for den observerte antibakterielle aktiviteten til disse forbindelsene. Dokkingspoengene og rotmiddelkvadratavviksverdiene (RMSD) avslørte ytterligere bindingsaffiniteten og stabiliteten, noe som støtter denne hypotesen. Som vist i tabell 4, mens flere forbindelser viste god bindingsaffinitet, hadde noen forbindelser (f.eks. 7, 9, 10 og 14) høyere dockingpoeng enn den samkrystalliserte liganden, noe som indikerer at de kan ha sterkere interaksjoner med de aktive sete-restene til PBP2a. Imidlertid viste de mest bioaktive forbindelsene 6 og 13b litt lavere dockingpoeng (henholdsvis -5,98 og -5,63) sammenlignet med de andre ligandene. Dette antyder at selv om dockingpoeng kan brukes til å forutsi bindingsaffinitet, spiller andre faktorer (f.eks. ligandstabilitet og molekylære interaksjoner i det biologiske miljøet) også en nøkkelrolle i å bestemme antibakteriell aktivitet. Det er verdt å merke seg at RMSD-verdiene for alle syntetiserte forbindelser var under 2 Å, noe som bekrefter at dockingposisjonene deres er strukturelt konsistente med bindingskonformasjonen til den samkrystalliserte liganden, noe som ytterligere støtter deres potensial som potente PBP2a-hemmere.
Selv om docking-score og RMS-verdier gir verdifulle prediksjoner, er ikke korrelasjonen mellom disse docking-resultatene og antimikrobiell aktivitet alltid klar ved første øyekast. Selv om PBP2a-hemming er sterkt støttet som en nøkkelfaktor som påvirker antimikrobiell aktivitet, tyder flere forskjeller på at andre biologiske egenskaper også spiller en viktig rolle. Forbindelsene 6 og 13b viste den høyeste antimikrobielle aktiviteten, med både en hemmingssonediameter på 4 cm og de laveste MIC- (9,7 μg/100 μL) og MBC- (78,125 μg/100 μL) verdiene, til tross for deres lavere docking-score sammenlignet med forbindelsene 7, 9, 10 og 14. Dette antyder at selv om PBP2a-hemming bidrar til antimikrobiell aktivitet, påvirker faktorer som løselighet, biotilgjengelighet og interaksjonsdynamikk i bakteriemiljøet også den totale aktiviteten. Figur 11 viser docking-posisjonene deres, noe som indikerer at begge forbindelsene, selv med relativt lave bindingsscore, fortsatt er i stand til å interagere med viktige rester av PBP2a, og potensielt stabilisere hemmingskomplekset. Dette fremhever at selv om molekylær docking gir viktig innsikt i PBP2a-hemming, må andre biologiske faktorer vurderes for å fullt ut forstå de reelle antimikrobielle effektene av disse forbindelsene.
Ved å bruke krystallstrukturen til PBP2a (PDB ID: 4CJN) ble det konstruert 2D- og 3D-interaksjonskart av de mest aktive forbindelsene 6 og 13b koblet til penicillinbindende protein 2a (PBP2a) fra meticillinresistente Staphylococcus aureus (MRSA). Disse kartene sammenligner interaksjonsmønstrene til disse forbindelsene med den på nytt koblede, kokrystalliserte kinazolinonliganden (CCL), og fremhever viktige interaksjoner som hydrogenbinding, π-stabling og ioniske interaksjoner.
Et lignende mønster ble observert for forbindelse 7, som viste en relativt høy docking-score (-6,32) og en lignende inhiberingssonediameter (3,9 cm) som forbindelse 10. Imidlertid var MIC (39,08 μg/100 μL) og MBC (39,06 μg/100 μL) betydelig høyere, noe som indikerer at den krevde høyere konsentrasjoner for å utvise antibakteriell effekt. Dette antyder at selv om forbindelse 7 viste sterk bindingsaffinitet i docking-studier, kan faktorer som biotilgjengelighet, cellulært opptak eller andre fysisk-kjemiske egenskaper begrense dens biologiske effekt. Selv om forbindelse 7 viste bakteriedrepende egenskaper, var den mindre effektiv til å hemme bakterievekst sammenlignet med forbindelse 6 og 13b.
Forbindelse 10 viste en mer dramatisk forskjell med den høyeste docking-skåren (-6,40), noe som indikerer sterk bindingsaffinitet til PBP2a. Imidlertid var diameteren på hemmingssonen (3,9 cm) sammenlignbar med forbindelse 7, og dens MBC (312 μg/100 μL) var betydelig høyere enn forbindelse 6, 7 og 13b, noe som indikerer svakere bakteriedrepende aktivitet. Dette antyder at til tross for gode docking-spådommer, var forbindelse 10 mindre effektiv til å drepe MRSA på grunn av andre begrensende faktorer som løselighet, stabilitet eller dårlig permeabilitet i bakteriemembranen. Disse resultatene støtter forståelsen av at selv om PBP2a-hemming spiller en nøkkelrolle i antibakteriell aktivitet, forklarer den ikke fullt ut forskjellene i biologisk aktivitet observert blant de testede forbindelsene. Disse forskjellene antyder at ytterligere eksperimentelle analyser og grundige biologiske evalueringer er nødvendig for å fullt ut belyse de involverte antibakterielle mekanismene.
Resultatene fra molekylær docking i tabell 4 og den supplerende datafilen fremhever det komplekse forholdet mellom dockingpoeng og antimikrobiell aktivitet. Selv om forbindelsene 6 og 13b har lavere dockingpoeng enn forbindelsene 7, 9, 10 og 14, viser de den høyeste antimikrobielle aktiviteten. Interaksjonskartene deres (vist i figur 11) indikerer at til tross for deres lavere bindingspoeng, danner de fortsatt betydelige hydrogenbindinger og π-stablingsinteraksjoner med viktige rester av PBP2a som kan stabilisere enzym-inhibitorkomplekset på en biologisk gunstig måte. Til tross for de relativt lave dockingpoengsummene til 6 og 13b, antyder deres forbedrede antimikrobielle aktivitet at andre egenskaper som løselighet, stabilitet og cellulært opptak bør vurderes i forbindelse med dockingdataene når man vurderer inhibitorpotensial. Dette fremhever viktigheten av å kombinere dockingstudier med eksperimentell antimikrobiell analyse for å nøyaktig vurdere det terapeutiske potensialet til nye forbindelser.
Disse resultatene fremhever at selv om molekylær docking er et kraftig verktøy for å forutsi bindingsaffinitet og identifisere potensielle hemmingsmekanismer, bør det ikke alene brukes til å bestemme antimikrobiell effekt. De molekylære dataene tyder på at PBP2a-hemming er en nøkkelfaktor som påvirker antimikrobiell aktivitet, men endringer i biologisk aktivitet tyder på at andre fysisk-kjemiske og farmakokinetiske egenskaper må optimaliseres for å forbedre terapeutisk effekt. Fremtidige studier bør fokusere på å optimalisere den kjemiske strukturen til forbindelsene 7 og 10 for å forbedre biotilgjengelighet og cellulært opptak, og sikre at sterke docking-interaksjoner oversettes til faktisk antimikrobiell aktivitet. Ytterligere studier, inkludert ytterligere bioanalyser og struktur-aktivitetsforhold (SAR)-analyse, vil være avgjørende for å bedre forstå hvordan disse forbindelsene fungerer som PBP2a-hemmere og for å utvikle mer effektive antimikrobielle midler.
Forbindelser syntetisert fra 3-(antracen-9-yl)-2-cyanoakryloylklorid 4 viste varierende grad av antimikrobiell aktivitet, med flere forbindelser som viste signifikant hemming av meticillinresistente Staphylococcus aureus (MRSA). Analyse av struktur-aktivitetsforhold (SAR) avdekket viktige strukturelle trekk som ligger til grunn for den antimikrobielle effekten av disse forbindelsene.
Tilstedeværelsen av både akrylnitril- og antracengrupper viste seg å være kritisk for å forbedre den antimikrobielle aktiviteten. Den svært reaktive nitrilgruppen i akrylnitril er nødvendig for å legge til rette for interaksjoner med bakterielle proteiner, og bidrar dermed til forbindelsens antimikrobielle egenskaper. Forbindelser som inneholder både akrylnitril og antracen viste gjennomgående sterkere antimikrobielle effekter. Antracengruppens aromatisitet stabiliserte disse forbindelsene ytterligere, noe som potensielt forbedret deres biologiske aktivitet.
Innføringen av heterosykliske ringer forbedret den antibakterielle effekten av flere derivater betydelig. Spesielt benzotiazolderivatet 13b og akrylhydrazidderivatet 6 viste den høyeste antibakterielle aktiviteten med en hemmingssone på omtrent 4 cm. Disse heterosykliske derivatene viste mer signifikante biologiske effekter, noe som indikerer at den heterosykliske strukturen spiller en nøkkelrolle i de antibakterielle effektene. På samme måte bidro pyrimidintion i forbindelse 9, tiopyrazol i forbindelse 10 og tetrazinringen i forbindelse 11 til de antibakterielle egenskapene til forbindelsene, noe som ytterligere fremhever viktigheten av heterosyklisk modifikasjon.
Blant de syntetiserte forbindelsene utmerket 6 og 13b seg med sine utmerkede antibakterielle aktiviteter. Den minimale hemmende konsentrasjonen (MIC) av forbindelse 6 var 9,7 μg/100 μL, og den minimale bakteriedrepende konsentrasjonen (MBC) var 78,125 μg/100 μL, noe som fremhever dens utmerkede evne til å fjerne meticillinresistente Staphylococcus aureus (MRSA). Tilsvarende hadde forbindelse 13b en hemmingssone på 4 cm og lave MIC- og MBC-verdier, noe som bekrefter dens potente antibakterielle aktivitet. Disse resultatene fremhever de viktigste rollene til akrylhydrazid- og benzotiazolfunksjonelle grupper i å bestemme bioeffekten av disse forbindelsene.
I motsetning til dette viste forbindelsene 7, 10 og 14 moderat antibakteriell aktivitet med inhiberingssoner fra 3,65 til 3,9 cm⁻¹. Disse forbindelsene krevde høyere konsentrasjoner for å drepe bakteriene fullstendig, noe som gjenspeiles av deres relativt høye MIC- og MBC-verdier. Selv om disse forbindelsene var mindre aktive enn forbindelsene 6 og 13b, viste de fortsatt betydelig antibakterielt potensial, noe som tyder på at inkorporeringen av akrylnitril- og antracen-enheter i den heterosykliske ringen bidrar til deres antibakterielle effekt.
Forbindelsene har forskjellige virkningsmekanismer, noen viser bakteriedrepende egenskaper og andre viser bakteriostatiske effekter. Forbindelsene 7, 11, 13a og 15 er bakteriedrepende og krever lavere konsentrasjoner for å drepe bakterier fullstendig. I motsetning til dette er forbindelsene 6, 13b og 14 bakteriostatiske og kan hemme bakterievekst ved lavere konsentrasjoner, men krever høyere konsentrasjoner for å drepe bakterier fullstendig.
Samlet sett fremhever struktur-aktivitetsforholdsanalysen viktigheten av å introdusere akrylnitril- og antracen-enheter og heterosykliske strukturer for å oppnå betydelig antibakteriell aktivitet. Disse resultatene tyder på at optimalisering av disse strukturelle komponentene og utforskning av ytterligere modifikasjoner for å forbedre løselighet og membranpermeabilitet kan føre til utvikling av mer effektive anti-MRSA-legemidler.
Alle reagenser og løsemidler ble renset og tørket ved hjelp av standardprosedyrer (El Gomhouria, Egypt). Smeltepunkter ble bestemt ved hjelp av et elektronisk smeltepunktapparat fra GallenKamp og er rapportert uten korreksjon. Infrarøde (IR) spektre (cm⁻¹) ble registrert ved Institutt for kjemi, Det naturvitenskapelige fakultet, Ain Shams University ved bruk av kaliumbromid (KBr) pellets på et Thermo Electron Nicolet iS10 FTIR spektrometer (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA).
1H NMR-spektre ble oppnådd ved 300 MHz ved bruk av et GEMINI NMR-spektrometer (GEMINI Manufacturing & Engineering, Anaheim, CA, USA) og et BRUKER 300 MHz NMR-spektrometer (BRUKER Manufacturing & Engineering, Inc.). Tetrametylsilan (TMS) ble brukt som en intern standard med deuterert dimetylsulfoksid (DMSO-d₆). NMR-målinger ble utført ved Det naturvitenskapelige fakultet, Cairo University, Giza, Egypt. Elementanalyse (CHN) ble utført ved bruk av en Perkin-Elmer 2400 Elemental Analyzer, og resultatene som ble oppnådd stemmer godt overens med de beregnede verdiene.
En blanding av syre 3 (5 mmol) og tionylklorid (5 ml) ble varmet opp i et vannbad ved 65 °C i 4 timer. Overskudd av tionylklorid ble fjernet ved destillasjon under redusert trykk. Det resulterende røde faste stoffet ble samlet og brukt uten ytterligere rensing. Smeltepunkt: 200–202 °C, utbytte: 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 (CH₃antracen), 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. Funnet: C, 74,41; H, 3,34; N, 4,66 %.
Ved 0 °C ble 4 (2 mmol, 0,7 g) løst opp i vannfri dioksan (20 ml), og hydrazinhydrat (2 mmol, 0,16 ml, 80 %) ble tilsatt dråpevis og omrørt i 1 time. Det utfelte faste stoffet ble samlet opp ved filtrering og omkrystallisert fra etanol for å gi forbindelse 6.
Grønne krystaller, smeltepunkt 190–192 ℃, utbytte 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 (br₂ s, H, NH, utbyttbar), 7,69–8,51 (m, 18H, heteroaromatisk), 9,16 (s, 1H, CH=), 8,54 (s, 1H, CH=); Beregnet verdi for C33H21N3O (475,53): C, 83,35; H, 4,45; N, 8,84. Funnet: C, 84,01; H, 4,38; N, 8,05 %.
Løs opp 4 (2 mmol, 0,7 g) i 20 ml vannfri dioksanløsning (som inneholder noen få dråper trietylamin), tilsett fenylhydrazin/2-aminopyridin (2 mmol) og rør ved romtemperatur i henholdsvis 1 og 2 timer. Hell reaksjonsblandingen i is eller vann og surgjør med fortynnet saltsyre. Filtrer av det separerte faste stoffet og omkrystalliser fra etanol for å få 7 og omkrystalliser fra benzen for å få 8.
Grønne krystaller, smeltepunkt 160–162 ℃, utbytte 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, utbyttbar), 9,15 (s, 1H, CH=), 8,81 (s, 1H, CH=), 6,78–8,58 (m, 23H, heteroaromatisk); Beregnet verdi for C42H26N4O2 (618,68): C, 81,54; H, 4,24; N, 9,06. Funnet: C, 81,96; H, 3,91; N, 8,91 %.
4 (2 mmol, 0,7 g) ble løst opp i 20 ml vannfri dioksanløsning (inneholdende noen få dråper trietylamin), 2-aminopyridin (2 mmol, 0,25 g) ble tilsatt, og blandingen ble omrørt ved romtemperatur i 2 timer. Reaksjonsblandingen ble helt i isvann og surgjort med fortynnet saltsyre. Det dannede bunnfallet ble filtrert av og omkrystallisert fra benzen, noe som ga grønne krystaller av 8 med et smeltepunkt på 146–148 °C og et utbytte 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, utbyttbar), 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. Funnet: C, 78,93; H, 3,97; N, 12,36 %.
Forbindelse 4 (2 mmol, 0,7 g) ble løst opp i 20 ml tørt dioksan (inneholdende noen få dråper trietylamin og 2 mmol tiourea/semikarbazid) og varmet opp under tilbakeløp i 2 timer. Løsemiddelet ble fordampet i vakuum. Resten ble omkrystallisert fra dioksan for å gi en blanding.