Hvala vam što ste posjetili nature.com. Verzija preglednika koju koristite ima ograničenu podršku za CSS. Za najbolje iskustvo preporučujemo da koristite najnoviju verziju preglednika (ili isključite način kompatibilnosti u Internet Exploreru). Osim toga, kako bismo osigurali kontinuiranu podršku, ova stranica neće uključivati ​​stilove ili JavaScript.
Sintetiziran je sinton 3-(antracen-9-il)-2-cijanoakriloil klorid 4 i korišten je za sintezu raznih visoko aktivnih heterocikličkih spojeva putem njegove reakcije s različitim dušikovim nukleofilima. Struktura svakog sintetiziranog heterocikličkog spoja temeljito je karakterizirana spektroskopskom i elementarnom analizom. Deset od trinaest novih heterocikličkih spojeva pokazalo je ohrabrujuću učinkovitost protiv bakterija otpornih na više lijekova (MRSA). Među njima, spojevi 6, 7, 10, 13b i 14 pokazali su najveću antibakterijsku aktivnost s inhibicijskim zonama blizu 4 cm. Međutim, molekularne studije dokiranja otkrile su da spojevi imaju različit afinitet vezanja za protein 2a koji veže penicilin (PBP2a), ključnu metu za otpornost na MRSA. Neki spojevi poput 7, 10 i 14 pokazali su veći afinitet vezanja i stabilnost interakcije na aktivnom mjestu PBP2a u usporedbi s kokristaliziranim kinazolinonskim ligandom. Nasuprot tome, spojevi 6 i 13b imali su niže rezultate dockinga, ali su i dalje pokazali značajnu antibakterijsku aktivnost, pri čemu je spoj 6 imao najniže vrijednosti MIC (9,7 μg/100 μL) i MBC (78,125 μg/100 μL). Analiza dockinga otkrila je ključne interakcije, uključujući vodikove veze i π-slaganje, posebno s ostacima kao što su Lys 273, Lys 316 i Arg 298, za koje je identificirano da interagiraju s kokristaliziranim ligandom u kristalnoj strukturi PBP2a. Ovi ostaci su bitni za enzimsku aktivnost PBP2a. Ovi rezultati sugeriraju da sintetizirani spojevi mogu poslužiti kao obećavajući lijekovi protiv MRSA, što naglašava važnost kombiniranja molekularnog dockinga s biološkim testovima za identifikaciju učinkovitih terapijskih kandidata.
U prvih nekoliko godina ovog stoljeća, istraživački napori su uglavnom bili usmjereni na razvoj novih, jednostavnih postupaka i metoda za sintezu nekoliko inovativnih heterocikličkih sustava s antimikrobnim djelovanjem korištenjem lako dostupnih početnih materijala.
Akrilonitrilne skupine smatraju se važnim početnim materijalima za sintezu mnogih značajnih heterocikličkih sustava jer su vrlo reaktivni spojevi. Štoviše, derivati ​​2-cijanoakriloil klorida posljednjih se godina široko koriste za razvoj i sintezu produkata od vitalne važnosti u području farmakoloških primjena, kao što su međuprodukti lijekova1,2,3, prekursori anti-HIV, antivirusnih, antikancerogenih, antibakterijskih, antidepresivnih i antioksidativnih sredstava4,5,6,7,8,9,10. Nedavno je biološka učinkovitost antracena i njegovih derivata, uključujući njihova antibiotska, antikancerogena11,12, antibakterijska13,14,15 i insekticidna svojstva16,17, privukla veliku pozornost18,19,20,21. Antimikrobni spojevi koji sadrže akrilonitrilne i antracenske skupine prikazani su na slikama 1 i 2.
Prema Svjetskoj zdravstvenoj organizaciji (WHO) (2021.), antimikrobna rezistencija (AMR) globalna je prijetnja zdravlju i razvoju22,23,24,25. Pacijenti se ne mogu izliječiti, što rezultira duljim boravkom u bolnici i potrebom za skupljim lijekovima, kao i povećanom smrtnošću i invaliditetom. Nedostatak učinkovitih antimikrobnih sredstava često dovodi do neuspjeha liječenja raznih infekcija, posebno tijekom kemoterapije i velikih operacija.
Prema izvješću Svjetske zdravstvene organizacije za 2024. godinu, meticilin-rezistentni Staphylococcus aureus (MRSA) i E. coli uvršteni su na popis prioritetnih patogena. Obje bakterije otporne su na mnoge antibiotike, stoga predstavljaju infekcije koje je teško liječiti i kontrolirati, te postoji hitna potreba za razvojem novih i učinkovitih antimikrobnih spojeva za rješavanje ovog problema. Antracen i njegovi derivati ​​dobro su poznati antimikrobni lijekovi koji mogu djelovati i na gram-pozitivne i na gram-negativne bakterije. Cilj ove studije je sintetizirati novi derivat koji se može boriti protiv ovih patogena opasnih za zdravlje.
Svjetska zdravstvena organizacija (WHO) izvještava da su mnogi bakterijski patogeni otporni na više antibiotika, uključujući meticilin-rezistentni Staphylococcus aureus (MRSA), čest uzrok infekcija u zajednici i zdravstvenim ustanovama. Pacijenti s MRSA infekcijama imaju 64% veću stopu smrtnosti od onih s infekcijama osjetljivim na lijekove. Osim toga, E. coli predstavlja globalni rizik jer je posljednja linija obrane protiv Enterobacteriaceae otpornih na karbapenem (tj. E. coli) kolistin, ali bakterije otporne na kolistin nedavno su zabilježene u nekoliko zemalja. 22,23,24,25
Stoga, prema Globalnom akcijskom planu Svjetske zdravstvene organizacije o antimikrobnoj rezistenciji26, postoji hitna potreba za otkrivanjem i sintezom novih antimikrobnih sredstava. Veliki potencijal antracena i akrilonitrila kao antibakterijskih27, antifungalnih28, antikancerogenih29 i antioksidativnih30 sredstava istaknut je u brojnim objavljenim radovima. U tom smislu, može se reći da su ovi derivati ​​dobri kandidati za upotrebu protiv meticilin-rezistentnog Staphylococcus aureusa (MRSA).
Prethodni pregledi literature motivirali su nas na sintezu novih derivata u tim klasama. Stoga je cilj ove studije bio razviti nove heterocikličke sustave koji sadrže antracenske i akrilonitrilne dijelove, procijeniti njihovu antimikrobnu i antibakterijsku učinkovitost te istražiti njihove potencijalne interakcije vezanja s proteinom 2a koji veže penicilin (PBP2a) molekularnim spajanjem. Nadovezujući se na prethodne studije, ova studija nastavila je sintezu, biološku evaluaciju i računalnu analizu heterocikličkih sustava kako bi identificirala obećavajuće agense otporne na meticilin protiv Staphylococcus aureus (MRSA) s potentnom inhibitornom aktivnošću na PBP2a31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49.
Naše trenutno istraživanje usmjereno je na sintezu i antimikrobnu evaluaciju novih heterocikličkih spojeva koji sadrže antracenske i akrilonitrilne dijelove. 3-(antracen-9-il)-2-cijanoakriloil klorid 4 pripremljen je i korišten kao gradivni blok za konstrukciju novih heterocikličkih sustava.
Struktura spoja 4 određena je korištenjem spektralnih podataka. 1H-NMR spektar pokazao je prisutnost CH= pri 9,26 ppm, IR spektar pokazao je prisutnost karbonilne skupine pri 1737 cm⁻¹ i cijano skupine pri 2224 cm⁻¹, a 13CNMR spektar također je potvrdio predloženu strukturu (vidi Eksperimentalni dio).
Sinteza 3-(antracen-9-il)-2-cijanoakriloil klorida 4 provedena je hidrolizom aromatskih skupina 250, 41, 42, 53 etanolnom otopinom natrijevog hidroksida (10%) da bi se dobile kiseline 354, 45, 56, koje su zatim tretirane tionil kloridom na vodenoj kupelji da bi se dobio derivat akriloil klorida 4 u visokom prinosu (88,5%), kao što je prikazano na slici 3.
Za stvaranje novih heterocikličkih spojeva s očekivanom antibakterijskom učinkovitošću provedena je reakcija acil klorida 4 s različitim dinukleofilima.
Kiseli klorid 4 tretiran je hidrazin hidratom na 0° tijekom jednog sata. Nažalost, pirazolon 5 nije dobiven. Produkt je bio derivat akrilamida čija je struktura potvrđena spektralnim podacima. Njegov IR spektar pokazao je apsorpcijske vrpce C=O na 1720 cm−1, C≡N na 2228 cm−1 i NH na 3424 cm−1. 1H-NMR spektar pokazao je signal singletne izmjene olefinskih protona i NH protona na 9,3 ppm (vidi Eksperimentalni dio).
Dva mola kiselinskog klorida 4 reagirala su s jednim molom fenilhidrazina da bi se dobio derivat N-fenilakriloilhidrazina 7 u dobrom prinosu (77%) (Slika 5). Struktura 7 potvrđena je podacima infracrvene spektroskopije, koji su pokazali apsorpciju dviju C=O skupina na 1691 i 1671 cm−1, apsorpciju CN skupine na 2222 cm−1 i apsorpciju NH skupine na 3245 cm−1, a njegov 1H-NMR spektar pokazao je CH skupinu na 9,15 i 8,81 ppm i NH proton na 10,88 ppm (vidi Eksperimentalni dio).
U ovom istraživanju istražena je reakcija acil klorida 4 s 1,3-dinukleofilima. Obradom acil klorida 4 s 2-aminopiridinom u 1,4-dioksanu s TEA kao bazom na sobnoj temperaturi dobiven je derivat akrilamida 8 (slika 5), ​​čija je struktura identificirana pomoću spektralnih podataka. IR spektri pokazali su apsorpcijske vrpce cijano istezanja na 2222 cm−1, NH na 3148 cm−1 i karbonila na 1665 cm−1; 1H NMR spektri potvrdili su prisutnost olefinskih protona na 9,14 ppm (vidi Eksperimentalni dio).
Spoj 4 reagira s tioureom dajući pirimidintion 9; spoj 4 reagira s tiosemikarbazidom dajući derivat tiopirazola 10 (Slika 5). Strukture spojeva 9 i 10 potvrđene su spektralnom i elementarnom analizom (vidi Eksperimentalni dio).
Tetrazin-3-tiol 11 pripravljen je reakcijom spoja 4 s tiokarbazidom kao 1,4-dinukleofilom (slika 5), ​​a njegova struktura potvrđena je spektroskopijom i elementarnom analizom. U infracrvenom spektru, veza C=N pojavila se na 1619 cm−1. Istovremeno, njegov 1H-NMR spektar zadržao je višepločaste signale aromatskih protona na 7,78–8,66 ppm i SH protona na 3,31 ppm (vidi Eksperimentalni dio).
Akriloil klorid 4 reagira s 1,2-diaminobenzenom, 2-aminotiofenolom, antranilnom kiselinom, 1,2-diaminoetanom i etanolaminom kao 1,4-dinukleofilima tvoreći nove heterocikličke sustave (13–16).
Strukture ovih novo sintetiziranih spojeva potvrđene su spektralnom i elementarnom analizom (vidi Eksperimentalni dio). Derivat 2-hidroksifenilakrilamida 17 dobiven je reakcijom s 2-aminofenolom kao dinukleofilom (Slika 6), a njegova struktura potvrđena je spektralnom i elementarnom analizom. Infracrveni spektar spoja 17 pokazao je da se signali C=O i C≡N pojavljuju na 1681 odnosno 2226 cm⁻¹. U međuvremenu, njegov 1H-NMR spektar zadržao je singlet signal olefinskog protona na 9,19 ppm, a OH proton na 9,82 ppm (vidi Eksperimentalni dio).
Reakcijom kiselinskog klorida 4 s jednim nukleofilom (npr. etilaminom, 4-toluidinom i 4-metoksianilinom) u dioksanu kao otapalu i TEA kao katalizatoru na sobnoj temperaturi dobiveni su zeleni kristalni derivati ​​akrilamida 18, 19a i 19b. Elementarni i spektralni podaci spojeva 18, 19a i 19b potvrdili su strukture ovih derivata (vidi Eksperimentalni dio) (Slika 7).
Nakon ispitivanja antimikrobne aktivnosti različitih sintetskih spojeva, dobiveni su različiti rezultati kao što je prikazano u Tablici 1 i Slici 8 (vidi datoteku slike). Svi testirani spojevi pokazali su različite stupnjeve inhibicije protiv gram-pozitivne bakterije MRSA, dok je gram-negativna bakterija Escherichia coli pokazala potpunu otpornost na sve spojeve. Testirani spojevi mogu se podijeliti u tri kategorije na temelju promjera zone inhibicije protiv MRSA. Prva kategorija bila je najaktivnija i sastojala se od pet spojeva (6, 7, 10, 13b i 14). Promjer zone inhibicije ovih spojeva bio je blizu 4 cm; najaktivniji spojevi u ovoj kategoriji bili su spojevi 6 i 13b. Druga kategorija bila je umjereno aktivna i sastojala se od još pet spojeva (11, 13a, 15, 18 i 19a). Zona inhibicije ovih spojeva kretala se od 3,3 do 3,65 cm, pri čemu je spoj 11 pokazao najveću zonu inhibicije od 3,65 ± 0,1 cm. S druge strane, posljednja skupina sadržavala je tri spoja (8, 17 i 19b) s najnižom antimikrobnom aktivnošću (manje od 3 cm). Slika 9 prikazuje raspodjelu različitih zona inhibicije.
Daljnje istraživanje antimikrobne aktivnosti testiranih spojeva uključivalo je određivanje minimalne inhibitorne koncentracije (MIC) i maksimalne koncentracije bakra (MBC) za svaki spoj. Rezultati su se neznatno razlikovali (kao što je prikazano u tablicama 2, 3 i slici 10 (vidi datoteku sa slikom)), pri čemu su spojevi 7, 11, 13a i 15 očito reklasificirani kao najbolji spojevi. Imali su iste najniže vrijednosti MIC i MBC (39,06 μg/100 μL). Iako su spojevi 7 i 8 imali niže vrijednosti MIC (9,7 μg/100 μL), njihove vrijednosti MBC bile su više (78,125 μg/100 μL). Stoga su smatrani slabijima od prethodno spomenutih spojeva. Međutim, ovih šest spojeva bilo je najučinkovitije od testiranih, jer su im vrijednosti MBC bile ispod 100 μg/100 μL.
Spojevi (10, 14, 18 i 19b) bili su manje aktivni u usporedbi s drugim testiranim spojevima jer su im se vrijednosti MBC kretale od 156 do 312 μg/100 μL. S druge strane, spojevi (8, 17 i 19a) bili su najmanje obećavajući jer su imali najviše vrijednosti MBC (625, 625 i 1250 μg/100 μL).
Konačno, prema razinama tolerancije prikazanim u Tablici 3, testirani spojevi mogu se podijeliti u dvije kategorije na temelju njihovog načina djelovanja: spojevi s baktericidnim učinkom (7, 8, 10, 11, 13a, 15, 18, 19b) i spojevi s antibakterijskim učinkom (6, 13b, 14, 17, 19a). Među njima, preferiraju se spojevi 7, 11, 13a i 15, koji pokazuju aktivnost ubijanja pri vrlo niskoj koncentraciji (39,06 μg/100 μL).
Deset od trinaest testiranih spojeva pokazalo je potencijal protiv meticilin-rezistentnog Staphylococcus aureusa (MRSA). Stoga se preporučuje daljnje testiranje s više patogena otpornih na antibiotike (posebno lokalnih izolata koji pokrivaju patogene gram-pozitivne i gram-negativne bakterije) i patogenih kvasaca, kao i citotoksično testiranje svakog spoja kako bi se procijenila njegova sigurnost.
Studije molekularnog spajanja provedene su kako bi se procijenio potencijal sintetiziranih spojeva kao inhibitora proteina 2a koji veže penicilin (PBP2a) u meticilin-rezistentnom Staphylococcus aureusu (MRSA). PBP2a je ključni enzim uključen u biosintezu bakterijske stanične stijenke, a inhibicija ovog enzima ometa stvaranje stanične stijenke, što u konačnici dovodi do bakterijske lize i stanične smrti1. Rezultati spajanja navedeni su u Tablici 4 i detaljnije opisani u dodatnoj datoteci s podacima, a rezultati pokazuju da je nekoliko spojeva pokazalo snažan afinitet vezanja za PBP2a, posebno ključne ostatke aktivnog mjesta kao što su Lys 273, Lys 316 i Arg 298. Interakcije, uključujući vodikove veze i π-slaganje, bile su vrlo slične onima kokristaliziranog kinazolinonskog liganda (CCL), što ukazuje na potencijal ovih spojeva kao potentnih inhibitora.
Podaci molekularnog vezivanja, zajedno s drugim računalnim parametrima, snažno sugeriraju da je inhibicija PBP2a ključni mehanizam odgovoran za uočenu antibakterijsku aktivnost ovih spojeva. Rezultati vezivanja i vrijednosti srednje kvadratne devijacije (RMSD) dodatno su otkrili afinitet vezanja i stabilnost, podupirući ovu hipotezu. Kao što je prikazano u Tablici 4, dok je nekoliko spojeva pokazalo dobar afinitet vezanja, neki spojevi (npr. 7, 9, 10 i 14) imali su veće rezultate vezivanja od kokristaliziranog liganda, što ukazuje na to da mogu imati jače interakcije s ostacima aktivnog mjesta PBP2a. Međutim, najbioaktivniji spojevi 6 i 13b pokazali su nešto niže rezultate vezivanja (-5,98 odnosno -5,63) u usporedbi s drugim ligandima. To sugerira da iako se rezultati vezivanja mogu koristiti za predviđanje afiniteta vezanja, drugi čimbenici (npr. stabilnost liganda i molekularne interakcije u biološkom okruženju) također igraju ključnu ulogu u određivanju antibakterijske aktivnosti. Značajno je da su RMSD vrijednosti svih sintetiziranih spojeva bile ispod 2 Å, što potvrđuje da su njihove pozicije spajanja strukturno konzistentne s konformacijom vezanja kokristaliziranog liganda, što dodatno podupire njihov potencijal kao potentnih inhibitora PBP2a.
Iako rezultati vezivanja i RMS vrijednosti pružaju vrijedna predviđanja, korelacija između ovih rezultata vezivanja i antimikrobne aktivnosti nije uvijek jasna na prvi pogled. Iako se inhibicija PBP2a snažno podržava kao ključni faktor koji utječe na antimikrobnu aktivnost, nekoliko razlika sugerira da i druga biološka svojstva igraju važnu ulogu. Spojevi 6 i 13b pokazali su najveću antimikrobnu aktivnost, s promjerom zone inhibicije od 4 cm i najnižim vrijednostima MIC (9,7 μg/100 μL) i MBC (78,125 μg/100 μL), unatoč njihovim nižim rezultatima vezivanja u usporedbi sa spojevima 7, 9, 10 i 14. To sugerira da iako inhibicija PBP2a doprinosi antimikrobnoj aktivnosti, čimbenici poput topljivosti, bioraspoloživosti i dinamike interakcije u bakterijskom okruženju također utječu na ukupnu aktivnost. Slika 11 prikazuje njihove položaje vezivanja, što ukazuje na to da oba spoja, čak i s relativno niskim rezultatima vezanja, još uvijek mogu stupiti u interakciju s ključnim ostacima PBP2a, potencijalno stabilizirajući inhibicijski kompleks. To naglašava da iako molekularno spajanje pruža važne uvide u inhibiciju PBP2a, drugi biološki čimbenici moraju se uzeti u obzir kako bi se u potpunosti razumjeli antimikrobni učinci ovih spojeva u stvarnom svijetu.
Korištenjem kristalne strukture PBP2a (PDB ID: 4CJN), konstruirane su 2D i 3D interakcijske karte najaktivnijih spojeva 6 i 13b povezanih s proteinom 2a koji veže penicilin (PBP2a) meticilin-rezistentnog Staphylococcus aureusa (MRSA). Ove karte uspoređuju interakcijske obrasce ovih spojeva s ponovno povezanim kokristaliziranim kinazolinonskim ligandom (CCL), ističući ključne interakcije poput vodikovih veza, π-slaganja i ionskih interakcija.
Sličan obrazac uočen je za spoj 7, koji je pokazao relativno visok rezultat vezivanja (-6,32) i sličan promjer zone inhibicije (3,9 cm) kao i spoj 10. Međutim, njegov MIC (39,08 μg/100 μL) i MBC (39,06 μg/100 μL) bili su značajno viši, što ukazuje na to da su potrebne veće koncentracije za pokazivanje antibakterijskog učinka. To sugerira da iako je spoj 7 pokazao snažan afinitet vezanja u studijama vezivanja, čimbenici poput bioraspoloživosti, stanične apsorpcije ili drugih fizikalno-kemijskih svojstava mogu ograničiti njegovu biološku učinkovitost. Iako je spoj 7 pokazao baktericidna svojstva, bio je manje učinkovit u inhibiranju rasta bakterija u usporedbi sa spojevima 6 i 13b.
Spoj 10 pokazao je dramatičniju razliku s najvišim rezultatom vezivanja (-6,40), što ukazuje na snažan afinitet vezanja za PBP2a. Međutim, promjer njegove zone inhibicije (3,9 cm) bio je usporediv sa spojem 7, a njegov MBC (312 μg/100 μL) bio je značajno veći od spojeva 6, 7 i 13b, što ukazuje na slabiju baktericidnu aktivnost. To sugerira da je, unatoč dobrim predviđanjima vezivanja, spoj 10 bio manje učinkovit u ubijanju MRSA zbog drugih ograničavajućih čimbenika kao što su topljivost, stabilnost ili slaba propusnost bakterijske membrane. Ovi rezultati podupiru razumijevanje da, iako inhibicija PBP2a igra ključnu ulogu u antibakterijskoj aktivnosti, ona ne objašnjava u potpunosti razlike u biološkoj aktivnosti uočene među testiranim spojevima. Ove razlike sugeriraju da su potrebne daljnje eksperimentalne analize i dubinske biološke evaluacije kako bi se u potpunosti razjasnili uključeni antibakterijski mehanizmi.
Rezultati molekularnog spajanja u Tablici 4 i Dodatnoj datoteci podataka ističu složen odnos između rezultata spajanja i antimikrobne aktivnosti. Iako spojevi 6 i 13b imaju niže rezultate spajanja od spojeva 7, 9, 10 i 14, oni pokazuju najveću antimikrobnu aktivnost. Njihove karte interakcija (prikazane na Slici 11) pokazuju da unatoč nižim rezultatima vezanja, oni i dalje tvore značajne vodikove veze i π-stacking interakcije s ključnim ostacima PBP2a koji mogu stabilizirati kompleks enzim-inhibitor na biološki koristan način. Unatoč relativno niskim rezultatima spajanja spojeva 6 i 13b, njihova poboljšana antimikrobna aktivnost sugerira da bi se druga svojstva poput topljivosti, stabilnosti i stanične apsorpcije trebala uzeti u obzir zajedno s podacima spajanja pri procjeni potencijala inhibitora. To naglašava važnost kombiniranja studija spajanja s eksperimentalnom antimikrobnom analizom kako bi se točno procijenio terapijski potencijal novih spojeva.
Ovi rezultati ističu da iako je molekularno spajanje moćan alat za predviđanje afiniteta vezanja i identificiranje potencijalnih mehanizama inhibicije, ne treba se oslanjati isključivo na njega za određivanje antimikrobne učinkovitosti. Molekularni podaci sugeriraju da je inhibicija PBP2a ključni čimbenik koji utječe na antimikrobnu aktivnost, ali promjene u biološkoj aktivnosti sugeriraju da se druga fizikalno-kemijska i farmakokinetička svojstva moraju optimizirati kako bi se poboljšala terapijska učinkovitost. Buća istraživanja trebala bi se usredotočiti na optimizaciju kemijske strukture spojeva 7 i 10 kako bi se poboljšala bioraspoloživost i stanična apsorpcija, osiguravajući da se jake interakcije spajanja prevedu u stvarnu antimikrobnu aktivnost. Daljnja istraživanja, uključujući dodatne biološke testove i analizu odnosa strukture i aktivnosti (SAR), bit će ključna za daljnje razumijevanje načina na koji ovi spojevi funkcioniraju kao inhibitori PBP2a i za razvoj učinkovitijih antimikrobnih sredstava.
Spojevi sintetizirani iz 3-(antracen-9-il)-2-cijanoakriloil klorida 4 pokazali su različite stupnjeve antimikrobne aktivnosti, pri čemu je nekoliko spojeva pokazalo značajnu inhibiciju meticilin-rezistentnog Staphylococcus aureusa (MRSA). Analiza odnosa strukture i aktivnosti (SAR) otkrila je ključne strukturne značajke koje su u osnovi antimikrobne učinkovitosti ovih spojeva.
Prisutnost akrilonitrilnih i antracenskih skupina pokazala se ključnom za pojačavanje antimikrobne aktivnosti. Visoko reaktivna nitrilna skupina u akrilonitrilu neophodna je za olakšavanje interakcija s bakterijskim proteinima, čime doprinosi antimikrobnim svojstvima spoja. Spojevi koji sadrže i akrilonitril i antracen dosljedno su pokazivali jače antimikrobne učinke. Aromatičnost antracenske skupine dodatno je stabilizirala ove spojeve, potencijalno pojačavajući njihovu biološku aktivnost.
Uvođenje heterocikličkih prstenova značajno je poboljšalo antibakterijsku učinkovitost nekoliko derivata. Posebno su derivat benzotiazola 13b i derivat akrilhidrazida 6 pokazali najveću antibakterijsku aktivnost s inhibicijskom zonom od približno 4 cm. Ovi heterociklički derivati ​​pokazali su značajnije biološke učinke, što ukazuje na to da heterociklička struktura igra ključnu ulogu u antibakterijskim učincima. Slično tome, pirimidintion u spoju 9, tiopirazol u spoju 10 i tetrazinski prsten u spoju 11 doprinijeli su antibakterijskim svojstvima spojeva, dodatno ističući važnost heterocikličke modifikacije.
Među sintetiziranim spojevima, 6 i 13b istaknuli su se zbog svoje izvrsne antibakterijske aktivnosti. Minimalna inhibitorna koncentracija (MIC) spoja 6 bila je 9,7 μg/100 μL, a minimalna baktericidna koncentracija (MBC) bila je 78,125 μg/100 μL, što ističe njegovu izvrsnu sposobnost uklanjanja meticilin-rezistentnog Staphylococcus aureusa (MRSA). Slično tome, spoj 13b imao je inhibicijsku zonu od 4 cm i niske vrijednosti MIC i MBC, što potvrđuje njegovu snažnu antibakterijsku aktivnost. Ovi rezultati ističu ključne uloge akrilohidrazidnih i benzotiazolnih funkcionalnih skupina u određivanju bioučinkovitosti ovih spojeva.
Nasuprot tome, spojevi 7, 10 i 14 pokazali su umjerenu antibakterijsku aktivnost s inhibicijskim zonama u rasponu od 3,65 do 3,9 cm. Ovi spojevi zahtijevali su veće koncentracije za potpuno ubijanje bakterija, što se odražava u njihovim relativno visokim vrijednostima MIC i MBC. Iako su ovi spojevi bili manje aktivni od spojeva 6 i 13b, i dalje su pokazali značajan antibakterijski potencijal, što sugerira da ugradnja akrilonitrilnih i antracenskih dijelova u heterociklički prsten doprinosi njihovom antibakterijskom učinku.
Spojevi imaju različite načine djelovanja, neki pokazuju baktericidna svojstva, a drugi bakteriostatske učinke. Spojevi 7, 11, 13a i 15 su baktericidni i zahtijevaju niže koncentracije za potpuno ubijanje bakterija. Nasuprot tome, spojevi 6, 13b i 14 su bakteriostatski i mogu inhibirati rast bakterija pri nižim koncentracijama, ali zahtijevaju veće koncentracije za potpuno ubijanje bakterija.
Sveukupno, analiza odnosa strukture i aktivnosti ističe važnost uvođenja akrilonitrilnih i antracenskih dijelova te heterocikličkih struktura za postizanje značajne antibakterijske aktivnosti. Ovi rezultati sugeriraju da optimizacija ovih strukturnih komponenti i istraživanje daljnjih modifikacija za poboljšanje topljivosti i propusnosti membrane mogu dovesti do razvoja učinkovitijih lijekova protiv MRSA.
Svi reagensi i otapala pročišćeni su i osušeni standardnim postupcima (El Gomhouria, Egipat). Točke taljenja određene su elektroničkim aparatom za određivanje točke taljenja GallenKamp i prikazane su bez korekcije. Infracrveni (IR) spektri (cm⁻1) snimljeni su na Odjelu za kemiju, Prirodoslovno-matematičkog fakulteta, Sveučilišta Ain Shams korištenjem peleta kalijevog bromida (KBr) na Thermo Electron Nicolet iS10 FTIR spektrometru (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, SAD).
1H NMR spektri su dobiveni na 300 MHz pomoću GEMINI NMR spektrometra (GEMINI Manufacturing & Engineering, Anaheim, CA, SAD) i BRUKER 300 MHz NMR spektrometra (BRUKER Manufacturing & Engineering, Inc.). Tetrametilsilan (TMS) je korišten kao interni standard s deuteriranim dimetil sulfoksidom (DMSO-d₆). NMR mjerenja su provedena na Prirodoslovno-matematičkom fakultetu Sveučilišta u Kairu, Giza, Egipat. Elementarna analiza (CHN) je provedena pomoću Perkin-Elmer 2400 elementarnog analizatora i dobiveni rezultati su u dobrom skladu s izračunatim vrijednostima.
Smjesa kiseline 3 (5 mmol) i tionil klorida (5 ml) zagrijavana je u vodenoj kupelji na 65 °C tijekom 4 sata. Višak tionil klorida uklonjen je destilacijom pod smanjenim tlakom. Dobivena crvena krutina sakupljena je i korištena bez daljnjeg pročišćavanja. Talište: 200-202 °C, prinos: 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 (CH₃ antracen), 155,34, 114,93 (CH=C–C=O), 162,22 (C=O); HRMS (ESI) m/z [M + H]+: 291,73111. Analitičar. Izračunato za C18H10ClNO (291,73): C, 74,11; H, 3,46; N, 4,80. Nađeno: C, 74,41; H, 3,34; N, 4,66%.
Na 0°C, 4 (2 mmol, 0,7 g) je otopljen u bezvodnom dioksanu (20 ml) i hidrazin hidrat (2 mmol, 0,16 ml, 80%) je dodan kap po kap i miješano 1 sat. Precipitirana krutina je sakupljena filtracijom i rekristalizirana iz etanola da bi se dobio spoj 6.
Zeleni kristali, talište 190-192℃, prinos 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, zamjenjiv), 7,69-8,51 (m, 18H, heteroaromatski), 9,16 (s, 1H, CH=), 8,54 (s, 1H, CH=); Izračunata vrijednost za C33H21N3O (475,53): C, 83,35; H, 4,45; N, 8,84. Nađeno: C, 84,01; H, 4,38; N, 8,05%.
Otopite 4 (2 mmol, 0,7 g) u 20 ml bezvodne otopine dioksana (koja sadrži nekoliko kapi trietilamina), dodajte fenilhidrazin/2-aminopiridin (2 mmol) i miješajte na sobnoj temperaturi 1, odnosno 2 sata. Reakcijsku smjesu ulijte u led ili vodu i zakiselite razrijeđenom klorovodičnom kiselinom. Odvojenu krutinu filtrirajte i rekristalizirajte iz etanola da biste dobili 7 i rekristalizirajte iz benzena da biste dobili 8.
Zeleni kristali, talište 160-162℃, prinos 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, zamjenjiv), 9,15 (s, 1H, CH=), 8,81 (s, 1H, CH=), 6,78-8,58 (m, 23H, heteroaromatski); Izračunata vrijednost za C42H26N4O2 (618,68): C, 81,54; H, 4,24; N, 9,06. Nađeno: C, 81,96; H, 3,91; N, 8,91%.
4 (2 mmol, 0,7 g) otopljen je u 20 ml bezvodne otopine dioksana (koja sadrži nekoliko kapi trietilamina), dodan je 2-aminopiridin (2 mmol, 0,25 g) i smjesa je miješana na sobnoj temperaturi 2 sata. Reakcijska smjesa je ulivena u ledenu vodu i zakiseljena razrijeđenom klorovodičnom kiselinom. Nastali talog je filtriran i rekristaliziran iz benzena, dajući zelene kristale 8 s talištem od 146-148 °C i prinosom od 82,5%; infracrveni spektar (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, izmjenjiv), 9,14 (s, 1H, CH=), 7,36-8,55 (m, 13H, heteroaromatizacija); Izračunato za C23H15N3O (348,38): C, 79,07; H, 4,33; N, 12,03. Nađeno: C, 78,93; H, 3,97; N, 12,36%.
Spoj 4 (2 mmol, 0,7 g) otopljen je u 20 ml suhog dioksana (koji sadrži nekoliko kapi trietilamina i 2 mmol tiouree/semikarbazida) i zagrijavan pod refluksom 2 sata. Otapalo je upareno u vakuumu. Ostatak je rekristaliziran iz dioksana da bi se dobila smjesa.