Bedankt voor uw bezoek aan nature.com. De browserversie die u gebruikt, biedt beperkte CSS-ondersteuning. Voor de beste ervaring raden we u aan de nieuwste browserversie te gebruiken (of de compatibiliteitsmodus in Internet Explorer uit te schakelen). Om de ondersteuning te blijven garanderen, zal deze site bovendien geen stijlen of JavaScript bevatten.
De synthon 3-(anthracen-9-yl)-2-cyanoacryloylchloride 4 werd gesynthetiseerd en gebruikt voor de synthese van een verscheidenheid aan zeer actieve heterocyclische verbindingen door reactie met verschillende stikstofnucleofielen. De structuur van elke gesynthetiseerde heterocyclische verbinding werd grondig gekarakteriseerd met behulp van spectroscopische en elementaire analyse. Tien van de dertien nieuwe heterocyclische verbindingen vertoonden veelbelovende werkzaamheid tegen multiresistente bacteriën (MRSA). Onder hen vertoonden de verbindingen 6, 7, 10, 13b en 14 de hoogste antibacteriële activiteit met remmingszones van bijna 4 cm. Moleculaire dockingstudies toonden echter aan dat de verbindingen verschillende bindingsaffiniteiten hadden voor penicillinebindend eiwit 2a (PBP2a), een belangrijk doelwit voor MRSA-resistentie. Sommige verbindingen, zoals 7, 10 en 14, vertoonden een hogere bindingsaffiniteit en interactiestabiliteit in de actieve site van PBP2a vergeleken met de gecokristalliseerde chinazolinonligand. Verbindingen 6 en 13b vertoonden daarentegen lagere docking-scores, maar lieten desondanks significante antibacteriële activiteit zien. Verbinding 6 had de laagste MIC-waarde (9,7 μg/100 μL) en MBC-waarde (78,125 μg/100 μL). Docking-analyse bracht belangrijke interacties aan het licht, waaronder waterstofbruggen en π-stapeling, met name met residuen zoals Lys 273, Lys 316 en Arg 298. Deze residuen bleken in de kristalstructuur van PBP2a te interageren met de gecokristalliseerde ligand. Ze zijn essentieel voor de enzymatische activiteit van PBP2a. Deze resultaten suggereren dat de gesynthetiseerde verbindingen veelbelovende anti-MRSA-medicijnen kunnen zijn en benadrukken het belang van de combinatie van moleculaire docking met bioassays voor het identificeren van effectieve therapeutische kandidaten.
In de eerste jaren van deze eeuw waren de onderzoeksinspanningen vooral gericht op het ontwikkelen van nieuwe, eenvoudige procedures en methoden voor de synthese van diverse innovatieve heterocyclische systemen met antimicrobiële activiteit, gebruikmakend van gemakkelijk verkrijgbare uitgangsmaterialen.
Acrylonitril-eenheden worden beschouwd als belangrijke uitgangsmaterialen voor de synthese van vele opmerkelijke heterocyclische systemen, omdat het zeer reactieve verbindingen zijn. Bovendien worden 2-cyanoacryloylchloride-derivaten de laatste jaren veelvuldig gebruikt voor de ontwikkeling en synthese van producten die van vitaal belang zijn op het gebied van farmacologische toepassingen, zoals geneesmiddelintermediairen1,2,3, voorlopers van anti-hiv-, antivirale, antikanker-, antibacteriële, antidepressieve en antioxiderende middelen4,5,6,7,8,9,10. Recentelijk heeft de biologische werkzaamheid van antraceen en zijn derivaten, waaronder hun antibiotische, antikanker-11,12, antibacteriële13,14,15 en insecticide eigenschappen16,17, veel aandacht getrokken18,19,20,21. De antimicrobiële verbindingen die acrylonitril- en antraceen-eenheden bevatten, worden weergegeven in figuren 1 en 2.
Volgens de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) (2021) vormt antimicrobiële resistentie (AMR) een wereldwijde bedreiging voor de gezondheid en ontwikkeling22,23,24,25. Patiënten kunnen niet genezen worden, wat leidt tot langere ziekenhuisopnames en de behoefte aan duurdere medicijnen, evenals een verhoogde mortaliteit en invaliditeit. Het gebrek aan effectieve antimicrobiële middelen leidt vaak tot behandelingsfalen bij diverse infecties, met name tijdens chemotherapie en grote operaties.
Volgens het rapport van de Wereldgezondheidsorganisatie uit 2024 staan ​​methicilline-resistente Staphylococcus aureus (MRSA) en E. coli op de lijst van prioritaire ziekteverwekkers. Beide bacteriën zijn resistent tegen veel antibiotica, waardoor ze infecties veroorzaken die moeilijk te behandelen en te beheersen zijn. Er is dan ook een dringende behoefte aan de ontwikkeling van nieuwe en effectieve antimicrobiële verbindingen om dit probleem aan te pakken. Anthraceen en zijn derivaten staan ​​bekend als antimicrobiële stoffen die zowel Gram-positieve als Gram-negatieve bacteriën kunnen bestrijden. Het doel van deze studie is het synthetiseren van een nieuw derivaat dat deze voor de gezondheid gevaarlijke ziekteverwekkers kan bestrijden.
De Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) meldt dat veel bacteriële ziekteverwekkers resistent zijn tegen meerdere antibiotica, waaronder methicilline-resistente Staphylococcus aureus (MRSA), een veelvoorkomende oorzaak van infecties in de gemeenschap en de gezondheidszorg. Patiënten met MRSA-infecties hebben naar verluidt een 64% hoger sterftecijfer dan patiënten met infecties die gevoelig zijn voor antibiotica. Daarnaast vormt E. coli een wereldwijd risico, omdat colistine de laatste verdedigingslinie is tegen carbapenemresistente Enterobacteriaceae (oftewel E. coli), maar er zijn recentelijk in verschillende landen colistine-resistente bacteriën gemeld. 22,23,24,25
Volgens het wereldwijde actieplan van de Wereldgezondheidsorganisatie inzake antimicrobiële resistentie26 is er daarom dringend behoefte aan de ontdekking en synthese van nieuwe antimicrobiële stoffen. Het grote potentieel van antraceen en acrylonitril als antibacteriële27, antischimmel28, antikanker29 en antioxiderende30 middelen is in talrijke publicaties benadrukt. In dit opzicht kan worden gesteld dat deze derivaten goede kandidaten zijn voor gebruik tegen methicilline-resistente Staphylococcus aureus (MRSA).
Uit eerdere literatuurstudies kwamen we tot de motivatie om nieuwe derivaten in deze klassen te synthetiseren. Daarom was het doel van deze studie om nieuwe heterocyclische systemen te ontwikkelen die anthraceen- en acrylonitril-eenheden bevatten, hun antimicrobiële en antibacteriële werkzaamheid te evalueren en hun potentiële bindingsinteracties met penicillinebindend eiwit 2a (PBP2a) te onderzoeken door middel van moleculaire docking. Voortbouwend op eerdere studies, zette deze studie de synthese, biologische evaluatie en computationele analyse van heterocyclische systemen voort om veelbelovende middelen tegen methicilline-resistente Staphylococcus aureus (MRSA) te identificeren met een krachtige remmende werking op PBP2a31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49.
Ons huidige onderzoek richt zich op de synthese en antimicrobiële evaluatie van nieuwe heterocyclische verbindingen die anthraceen- en acrylonitril-eenheden bevatten. 3-(anthracen-9-yl)-2-cyanoacryloylchloride 4 werd bereid en gebruikt als bouwsteen voor de constructie van nieuwe heterocyclische systemen.
De structuur van verbinding 4 werd bepaald aan de hand van spectrale gegevens. Het 1H-NMR-spectrum toonde de aanwezigheid van CH= bij 9,26 ppm, het IR-spectrum toonde de aanwezigheid van een carbonylgroep bij 1737 cm−1 en een cyanogroep bij 2224 cm−1, en het 13C-NMR-spectrum bevestigde eveneens de voorgestelde structuur (zie Experimenteel gedeelte).
De synthese van 3-(anthracen-9-yl)-2-cyanoacryloylchloride 4 werd bereikt door hydrolyse van de aromatische groepen 250, 41, 42, 53 met een ethanolische natriumhydroxideoplossing (10%) om de zuren 354, 45, 56 te verkrijgen, die vervolgens in een waterbad met thionylchloride werden behandeld om het acryloylchloridederivaat 4 met een hoge opbrengst (88,5%) te verkrijgen, zoals weergegeven in figuur 3.
Om nieuwe heterocyclische verbindingen met de verwachte antibacteriële werking te creëren, werd de reactie van acylchloride 4 met verschillende dinucleofielen uitgevoerd.
Het zuurchloride 4 werd gedurende één uur bij 0°C behandeld met hydrazinehydraat. Helaas werd pyrazolon 5 niet verkregen. Het product was een acrylamide-derivaat waarvan de structuur werd bevestigd door spectrale gegevens. Het IR-spectrum vertoonde absorptiebanden van C=O bij 1720 cm⁻¹, C≡N bij 2228 cm⁻¹ en NH bij 3424 cm⁻¹. Het ¹H-NMR-spectrum vertoonde een uitwisselingssingletsignaal van de olefineprotonen en NH-protonen bij 9,3 ppm (zie Experimenteel gedeelte).
Twee mol zuurchloride 4 reageerde met één mol fenylhydrazine, wat resulteerde in het N-fenylacryloylhydrazine-derivaat 7 met een goede opbrengst (77%) (Figuur 5). De structuur van 7 werd bevestigd door infraroodspectroscopie, waarbij absorptie van twee C=O-groepen werd waargenomen bij 1691 en 1671 cm⁻¹, absorptie van de CN-groep bij 2222 cm⁻¹ en absorptie van de NH-groep bij 3245 cm⁻¹. Het ¹H-NMR-spectrum toonde een CH-groep bij 9,15 en 8,81 ppm en een NH-proton bij 10,88 ppm (zie Experimenteel gedeelte).
In deze studie werd de reactie van acylchloride 4 met 1,3-dinucleofielen onderzocht. Behandeling van acylchloride 4 met 2-aminopyridine in 1,4-dioxaan met TEA als base bij kamertemperatuur leverde acrylamide-derivaat 8 op (Figuur 5), waarvan de structuur werd vastgesteld aan de hand van spectrale gegevens. IR-spectra toonden absorptiebanden van cyano-rek bij 2222 cm⁻¹, NH bij 3148 cm⁻¹ en carbonyl bij 1665 cm⁻¹; ¹H NMR-spectra bevestigden de aanwezigheid van olefineprotonen bij 9,14 ppm (zie Experimenteel gedeelte).
Verbinding 4 reageert met thioureum tot pyrimidinethion 9; verbinding 4 reageert met thiosemicarbazide tot thiopyrazolderivaat 10 (Figuur 5). De structuren van verbindingen 9 en 10 werden bevestigd door middel van spectrale en elementaire analyse (zie Experimenteel gedeelte).
Tetrazine-3-thiol 11 werd bereid door de reactie van verbinding 4 met thiocarbazide als 1,4-dinucleofiel (Figuur 5), en de structuur ervan werd bevestigd door spectroscopie en elementanalyse. In het infraroodspectrum verscheen de C=N-binding bij 1619 cm⁻¹. Tegelijkertijd vertoonde het ¹H-NMR-spectrum meervoudige pieken van aromatische protonen bij 7,78–8,66 ppm en SH-protonen bij 3,31 ppm (zie Experimenteel gedeelte).
Acryloylchloride 4 reageert met 1,2-diaminobenzeen, 2-aminothiofenol, antranilzuur, 1,2-diaminoethaan en ethanolamine als 1,4-dinucleofielen om nieuwe heterocyclische systemen te vormen (13–16).
De structuren van deze nieuw gesynthetiseerde verbindingen werden bevestigd door spectrale en elementanalyse (zie Experimenteel gedeelte). 2-Hydroxyphenylacrylamide-derivaat 17 werd verkregen door reactie met 2-aminofenol als dinucleofiel (Figuur 6), en de structuur ervan werd bevestigd door spectrale en elementanalyse. Het infraroodspectrum van verbinding 17 toonde aan dat de C=O- en C≡N-signalen respectievelijk verschenen bij 1681 en 2226 cm⁻¹. Het ¹H-NMR-spectrum behield het singletsignaal van het olefineproton bij 9,19 ppm, en het OH-proton verscheen bij 9,82 ppm (zie Experimenteel gedeelte).
De reactie van zuurchloride 4 met een nucleofiel (bijv. ethylamine, 4-toluidine en 4-methoxyaniline) in dioxaan als oplosmiddel en TEA als katalysator bij kamertemperatuur leverde groene kristallijne acrylamidederivaten 18, 19a en 19b op. Elementaire en spectrale gegevens van verbindingen 18, 19a en 19b bevestigden de structuren van deze derivaten (zie Experimenteel gedeelte) (Figuur 7).
Na het screenen van de antimicrobiële activiteit van verschillende synthetische verbindingen werden verschillende resultaten verkregen, zoals weergegeven in Tabel 1 en Figuur 8 (zie figuurbestand). Alle geteste verbindingen vertoonden verschillende mate van remming tegen de Gram-positieve bacterie MRSA, terwijl de Gram-negatieve bacterie Escherichia coli volledige resistentie vertoonde tegen alle verbindingen. De geteste verbindingen kunnen worden onderverdeeld in drie categorieën op basis van de diameter van de remmingszone tegen MRSA. De eerste categorie was het meest actief en bestond uit vijf verbindingen (6, 7, 10, 13b en 14). De diameter van de remmingszone van deze verbindingen was bijna 4 cm; de meest actieve verbindingen in deze categorie waren verbinding 6 en 13b. De tweede categorie was matig actief en bestond uit nog eens vijf verbindingen (11, 13a, 15, 18 en 19a). De remmingszone van deze verbindingen varieerde van 3,3 tot 3,65 cm, waarbij verbinding 11 de grootste remmingszone vertoonde van 3,65 ± 0,1 cm. De laatste groep bevatte daarentegen drie verbindingen (8, 17 en 19b) met de laagste antimicrobiële activiteit (minder dan 3 cm). Figuur 9 toont de verdeling van de verschillende remmingszones.
Verder onderzoek naar de antimicrobiële activiteit van de geteste verbindingen omvatte de bepaling van de MIC en MBC voor elke verbinding. De resultaten varieerden enigszins (zoals weergegeven in tabellen 2, 3 en figuur 10 (zie figuurbestand)), waarbij de verbindingen 7, 11, 13a en 15 kennelijk opnieuw werden geclassificeerd als de beste verbindingen. Ze hadden dezelfde laagste MIC- en MBC-waarden (39,06 μg/100 μL). Hoewel de verbindingen 7 en 8 lagere MIC-waarden hadden (9,7 μg/100 μL), waren hun MBC-waarden hoger (78,125 μg/100 μL). Daarom werden ze als zwakker beschouwd dan de eerder genoemde verbindingen. Deze zes verbindingen waren echter de meest effectieve van de geteste verbindingen, aangezien hun MBC-waarden onder de 100 μg/100 μL lagen.
De verbindingen (10, 14, 18 en 19b) waren minder actief in vergelijking met de andere geteste verbindingen, aangezien hun MBC-waarden varieerden van 156 tot 312 μg/100 μL. Daarentegen waren de verbindingen (8, 17 en 19a) het minst veelbelovend, omdat ze de hoogste MBC-waarden hadden (respectievelijk 625, 625 en 1250 μg/100 μL).
Ten slotte kunnen de geteste verbindingen, op basis van de tolerantieniveaus in tabel 3, worden onderverdeeld in twee categorieën op basis van hun werkingsmechanisme: verbindingen met een bactericide werking (7, 8, 10, 11, 13a, 15, 18, 19b) en verbindingen met een antibacteriële werking (6, 13b, 14, 17, 19a). Van deze verbindingen hebben de verbindingen 7, 11, 13a en 15 de voorkeur, omdat deze een dodende werking vertonen bij een zeer lage concentratie (39,06 μg/100 μL).
Tien van de dertien geteste verbindingen vertoonden potentie tegen antibioticaresistente methicilline-resistente Staphylococcus aureus (MRSA). Daarom wordt verder onderzoek met meer antibioticaresistente pathogenen (met name lokale isolaten van pathogene Gram-positieve en Gram-negatieve bacteriën) en pathogene gisten aanbevolen, evenals cytotoxiciteitstesten van elke verbinding om de veiligheid ervan te beoordelen.
Moleculaire dockingstudies werden uitgevoerd om het potentieel van de gesynthetiseerde verbindingen als remmers van penicillinebindend eiwit 2a (PBP2a) in methicilline-resistente Staphylococcus aureus (MRSA) te evalueren. PBP2a is een sleutelenzym dat betrokken is bij de biosynthese van de bacteriële celwand, en remming van dit enzym verstoort de celwandvorming, wat uiteindelijk leidt tot bacteriële lysis en celdood¹. De dockingresultaten staan ​​vermeld in Tabel 4 en worden gedetailleerder beschreven in het aanvullende gegevensbestand. De resultaten tonen aan dat verschillende verbindingen een sterke bindingsaffiniteit vertoonden voor PBP2a, met name voor belangrijke residuen in het actieve centrum zoals Lys 273, Lys 316 en Arg 298. De interacties, waaronder waterstofbruggen en π-stapeling, waren zeer vergelijkbaar met die van de gecokristalliseerde chinazolinonligand (CCL), wat wijst op het potentieel van deze verbindingen als krachtige remmers.
De moleculaire dockinggegevens, samen met andere computationele parameters, suggereerden sterk dat PBP2a-remming het belangrijkste mechanisme was dat verantwoordelijk was voor de waargenomen antibacteriële activiteit van deze verbindingen. De docking-scores en de wortelgemiddelde kwadratische afwijking (RMSD)-waarden onthulden verder de bindingsaffiniteit en -stabiliteit, wat deze hypothese ondersteunde. Zoals weergegeven in Tabel 4, vertoonden verschillende verbindingen een goede bindingsaffiniteit, terwijl sommige verbindingen (bijv. 7, 9, 10 en 14) hogere docking-scores hadden dan de gecokristalliseerde ligand, wat aangeeft dat ze mogelijk sterkere interacties hebben met de actieve-site-residuen van PBP2a. De meest bioactieve verbindingen 6 en 13b vertoonden echter iets lagere docking-scores (-5,98 en -5,63 respectievelijk) in vergelijking met de andere liganden. Dit suggereert dat hoewel docking-scores gebruikt kunnen worden om de bindingsaffiniteit te voorspellen, andere factoren (bijv. ligandstabiliteit en moleculaire interacties in de biologische omgeving) ook een belangrijke rol spelen bij het bepalen van de antibacteriële activiteit. Opvallend is dat de RMSD-waarden van alle gesynthetiseerde verbindingen lager waren dan 2 Å, wat bevestigt dat hun dockingposities structureel consistent zijn met de bindingsconformatie van de gecokristalliseerde ligand, en daarmee hun potentieel als krachtige PBP2a-remmers verder ondersteunt.
Hoewel docking-scores en RMS-waarden waardevolle voorspellingen opleveren, is de correlatie tussen deze dockingresultaten en antimicrobiële activiteit niet altijd direct duidelijk. Hoewel PBP2a-remming sterk wordt ondersteund als een belangrijke factor die de antimicrobiële activiteit beïnvloedt, suggereren verschillende verschillen dat ook andere biologische eigenschappen een belangrijke rol spelen. De verbindingen 6 en 13b vertoonden de hoogste antimicrobiële activiteit, met zowel een remmingszone van 4 cm als de laagste MIC- (9,7 μg/100 μL) en MBC-waarden (78,125 μg/100 μL), ondanks hun lagere docking-scores vergeleken met de verbindingen 7, 9, 10 en 14. Dit suggereert dat hoewel PBP2a-remming bijdraagt ​​aan de antimicrobiële activiteit, factoren zoals oplosbaarheid, biologische beschikbaarheid en interactiedynamiek in de bacteriële omgeving ook de algehele activiteit beïnvloeden. Figuur 11 toont hun dockingposities, waaruit blijkt dat beide verbindingen, zelfs met relatief lage bindingsscores, nog steeds in staat zijn om te interageren met belangrijke residuen van PBP2a, waardoor het remmingscomplex mogelijk wordt gestabiliseerd. Dit benadrukt dat hoewel moleculaire docking belangrijke inzichten biedt in de remming van PBP2a, andere biologische factoren in overweging moeten worden genomen om de daadwerkelijke antimicrobiële effecten van deze verbindingen volledig te begrijpen.
Met behulp van de kristalstructuur van PBP2a (PDB ID: 4CJN) werden 2D- en 3D-interactiekaarten geconstrueerd van de meest actieve verbindingen 6 en 13b, gedockt met penicillinebindend eiwit 2a (PBP2a) van methicilline-resistente Staphylococcus aureus (MRSA). Deze kaarten vergelijken de interactiepatronen van deze verbindingen met de opnieuw gedockte, gecokristalliseerde chinazolinonligand (CCL), waarbij belangrijke interacties zoals waterstofbruggen, π-stapeling en ionische interacties worden benadrukt.
Een vergelijkbaar patroon werd waargenomen voor verbinding 7, die een relatief hoge docking-score (-6,32) en een vergelijkbare diameter van de remmingszone (3,9 cm) vertoonde als verbinding 10. De MIC (39,08 μg/100 μL) en MBC (39,06 μg/100 μL) waren echter significant hoger, wat aangeeft dat hogere concentraties nodig waren om een ​​antibacterieel effect te vertonen. Dit suggereert dat, hoewel verbinding 7 een sterke bindingsaffiniteit vertoonde in dockingstudies, factoren zoals biologische beschikbaarheid, cellulaire opname of andere fysisch-chemische eigenschappen de biologische werkzaamheid ervan kunnen beperken. Hoewel verbinding 7 bactericide eigenschappen vertoonde, was deze minder effectief in het remmen van bacteriegroei vergeleken met de verbindingen 6 en 13b.
Verbinding 10 vertoonde een dramatischer verschil met de hoogste docking-score (-6,40), wat wijst op een sterke bindingsaffiniteit met PBP2a. De diameter van de remmingszone (3,9 cm) was echter vergelijkbaar met die van verbinding 7, en de MBC (312 μg/100 μL) was significant hoger dan die van verbindingen 6, 7 en 13b, wat duidt op een zwakkere bactericide activiteit. Dit suggereert dat verbinding 10, ondanks goede docking-voorspellingen, minder effectief was in het doden van MRSA vanwege andere beperkende factoren zoals oplosbaarheid, stabiliteit of een slechte permeabiliteit van het bacteriële membraan. Deze resultaten ondersteunen het inzicht dat hoewel PBP2a-remming een belangrijke rol speelt in de antibacteriële activiteit, dit de waargenomen verschillen in biologische activiteit tussen de geteste verbindingen niet volledig verklaart. Deze verschillen suggereren dat verder experimenteel onderzoek en diepgaande biologische evaluaties nodig zijn om de betrokken antibacteriële mechanismen volledig op te helderen.
De resultaten van de moleculaire docking in Tabel 4 en het aanvullende gegevensbestand benadrukken de complexe relatie tussen docking-scores en antimicrobiële activiteit. Hoewel verbindingen 6 en 13b lagere docking-scores hebben dan verbindingen 7, 9, 10 en 14, vertonen ze de hoogste antimicrobiële activiteit. Hun interactiekaarten (weergegeven in Figuur 11) geven aan dat ze, ondanks hun lagere bindingsscores, toch significante waterstofbruggen en π-stapelingsinteracties vormen met belangrijke residuen van PBP2a die het enzym-remmercomplex op een biologisch gunstige manier kunnen stabiliseren. Ondanks de relatief lage docking-scores van 6 en 13b suggereert hun verhoogde antimicrobiële activiteit dat andere eigenschappen, zoals oplosbaarheid, stabiliteit en cellulaire opname, in samenhang met de dockinggegevens moeten worden overwogen bij het beoordelen van het potentieel als remmer. Dit benadrukt het belang van het combineren van dockingstudies met experimentele antimicrobiële analyses om het therapeutische potentieel van nieuwe verbindingen nauwkeurig te kunnen inschatten.
Deze resultaten benadrukken dat hoewel moleculaire docking een krachtig instrument is voor het voorspellen van bindingsaffiniteit en het identificeren van potentiële remmingsmechanismen, het niet als enige methode mag worden gebruikt om de antimicrobiële werkzaamheid te bepalen. De moleculaire gegevens suggereren dat PBP2a-remming een belangrijke factor is die de antimicrobiële activiteit beïnvloedt, maar veranderingen in de biologische activiteit wijzen erop dat andere fysisch-chemische en farmacokinetische eigenschappen geoptimaliseerd moeten worden om de therapeutische werkzaamheid te verbeteren. Toekomstige studies zouden zich moeten richten op het optimaliseren van de chemische structuur van verbindingen 7 en 10 om de biologische beschikbaarheid en cellulaire opname te verbeteren, zodat sterke docking-interacties zich vertalen in daadwerkelijke antimicrobiële activiteit. Verder onderzoek, inclusief aanvullende bioassays en structuur-activiteitsrelatieanalyse (SAR), is cruciaal om ons begrip van de werking van deze verbindingen als PBP2a-remmers te vergroten en effectievere antimicrobiële middelen te ontwikkelen.
Verbindingen gesynthetiseerd uit 3-(anthracen-9-yl)-2-cyanoacryloylchloride 4 vertoonden verschillende mate van antimicrobiële activiteit, waarbij diverse verbindingen een significante remming van methicilline-resistente Staphylococcus aureus (MRSA) lieten zien. Structuur-activiteitsrelatieanalyse (SAR) bracht belangrijke structurele kenmerken aan het licht die ten grondslag liggen aan de antimicrobiële werkzaamheid van deze verbindingen.
De aanwezigheid van zowel acrylonitril- als anthraceengroepen bleek cruciaal te zijn voor het versterken van de antimicrobiële activiteit. De zeer reactieve nitrilgroep in acrylonitril is noodzakelijk om interacties met bacteriële eiwitten mogelijk te maken, wat bijdraagt ​​aan de antimicrobiële eigenschappen van de verbinding. Verbindingen die zowel acrylonitril als anthraceen bevatten, vertoonden consequent sterkere antimicrobiële effecten. De aromaticiteit van de anthraceengroep stabiliseerde deze verbindingen verder, waardoor hun biologische activiteit mogelijk werd versterkt.
De introductie van heterocyclische ringen verbeterde de antibacteriële werkzaamheid van verschillende derivaten aanzienlijk. Met name benzothiazolderivaat 13b en acrylhydrazidederivaat 6 vertoonden de hoogste antibacteriële activiteit met een remmingszone van ongeveer 4 cm. Deze heterocyclische derivaten vertoonden significantere biologische effecten, wat aangeeft dat de heterocyclische structuur een sleutelrol speelt in de antibacteriële werking. Evenzo droegen de pyrimidinethionring in verbinding 9, de thiopyrazoolring in verbinding 10 en de tetrazinering in verbinding 11 bij aan de antibacteriële eigenschappen van de verbindingen, wat het belang van heterocyclische modificatie verder benadrukt.
Van de gesynthetiseerde verbindingen vielen 6 en 13b op door hun uitstekende antibacteriële werking. De minimale remmende concentratie (MIC) van verbinding 6 was 9,7 μg/100 μL en de minimale bactericide concentratie (MBC) was 78,125 μg/100 μL, wat de uitstekende werking ervan tegen methicilline-resistente Staphylococcus aureus (MRSA) benadrukt. Verbinding 13b had eveneens een remmingszone van 4 cm en lage MIC- en MBC-waarden, wat de krachtige antibacteriële werking bevestigt. Deze resultaten benadrukken de cruciale rol van de acrylohydrazide- en benzothiazool-functionele groepen bij het bepalen van de bio-effectiviteit van deze verbindingen.
Verbindingen 7, 10 en 14 vertoonden daarentegen een matige antibacteriële activiteit met remmingszones variërend van 3,65 tot 3,9 cm. Deze verbindingen vereisten hogere concentraties om de bacteriën volledig te doden, zoals blijkt uit hun relatief hoge MIC- en MBC-waarden. Hoewel deze verbindingen minder actief waren dan verbindingen 6 en 13b, vertoonden ze nog steeds een significant antibacterieel potentieel, wat suggereert dat de incorporatie van acrylonitril- en anthraceen-eenheden in de heterocyclische ring bijdraagt ​​aan hun antibacteriële werking.
De verbindingen hebben verschillende werkingsmechanismen; sommige vertonen bacteriedodende eigenschappen en andere een bacteriostatisch effect. De verbindingen 7, 11, 13a en 15 zijn bacteriedodend en vereisen lagere concentraties om bacteriën volledig te doden. De verbindingen 6, 13b en 14 daarentegen zijn bacteriostatisch en kunnen de bacteriegroei bij lagere concentraties remmen, maar vereisen hogere concentraties om bacteriën volledig te doden.
Over het geheel genomen benadrukt de analyse van de structuur-activiteitsrelatie het belang van de introductie van acrylonitril- en anthraceen-eenheden en heterocyclische structuren voor het bereiken van significante antibacteriële activiteit. Deze resultaten suggereren dat optimalisatie van deze structurele componenten en onderzoek naar verdere modificaties om de oplosbaarheid en membraanpermeabiliteit te verbeteren, kunnen leiden tot de ontwikkeling van effectievere geneesmiddelen tegen MRSA.
Alle reagentia en oplosmiddelen werden gezuiverd en gedroogd volgens standaardprocedures (El Gomhouria, Egypte). Smeltpunten werden bepaald met een GallenKamp elektronisch smeltpuntapparaat en worden zonder correctie weergegeven. Infrarood (IR) spectra (cm⁻¹) werden opgenomen bij de afdeling Chemie, Faculteit der Wetenschappen, Ain Shams Universiteit met behulp van kaliumbromide (KBr) pellets op een Thermo Electron Nicolet iS10 FTIR-spectrometer (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, VS).
1H NMR-spectra werden verkregen bij 300 MHz met behulp van een GEMINI NMR-spectrometer (GEMINI Manufacturing & Engineering, Anaheim, CA, VS) en een BRUKER 300 MHz NMR-spectrometer (BRUKER Manufacturing & Engineering, Inc.). Tetramethylsilaan (TMS) werd gebruikt als interne standaard met gedeutereerd dimethylsulfoxide (DMSO-d₆). NMR-metingen werden uitgevoerd aan de Faculteit der Wetenschappen van de Universiteit van Caïro, Giza, Egypte. Elementanalyse (CHN) werd uitgevoerd met een Perkin-Elmer 2400 Elementanalysator en de verkregen resultaten komen goed overeen met de berekende waarden.
Een mengsel van zuur 3 (5 mmol) en thionylchloride (5 ml) werd gedurende 4 uur in een waterbad van 65 °C verwarmd. Overtollig thionylchloride werd verwijderd door destillatie onder verlaagde druk. De resulterende rode vaste stof werd opgevangen en zonder verdere zuivering gebruikt. Smeltpunt: 200-202 °C, opbrengst: 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 (CH anthraceen), 155,34, 114,93 (CH=C–C=O), 162,22 (C=O); HRMS (ESI) m/z [M + H]+: 291,73111. Analist. Berekend voor C18H10ClNO (291,73): C, 74,11; H, 3,46; N, 4,80. Gevonden: C, 74,41; H, 3,34; N, 4,66%.
Bij 0 °C werd 4 (2 mmol, 0,7 g) opgelost in watervrij dioxaan (20 ml) en werd hydrazinehydraat (2 mmol, 0,16 ml, 80%) druppelgewijs toegevoegd en gedurende 1 uur geroerd. De neergeslagen vaste stof werd door filtratie verzameld en uit ethanol geherkristalliseerd om verbinding 6 te verkrijgen.
Groene kristallen, smeltpunt 190-192℃, opbrengst 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, uitwisselbaar), 7,69-8,51 (m, 18H, heteroaromatisch), 9,16 (s, 1H, CH=), 8,54 (s, 1H, CH=); Berekende waarde voor C33H21N3O (475,53): C, 83,35; H, 4,45; N, 8,84. Gevonden: C, 84,01; H, 4,38; N, 8,05%.
Los 4 (2 mmol, 0,7 g) op in 20 ml watervrije dioxaanoplossing (met een paar druppels triethylamine), voeg fenylhydrazine/2-aminopyridine (2 mmol) toe en roer bij kamertemperatuur gedurende respectievelijk 1 en 2 uur. Giet het reactiemengsel in ijswater of water en verzuur met verdund zoutzuur. Filtreer de afgescheiden vaste stof af en herkristalliseer uit ethanol om 7 te verkrijgen en herkristalliseer uit benzeen om 8 te verkrijgen.
Groene kristallen, smeltpunt 160-162℃, opbrengst 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, uitwisselbaar), 9,15 (s, 1H, CH=), 8,81 (s, 1H, CH=), 6,78-8,58 (m, 23H, heteroaromatisch); Berekende waarde voor C42H26N4O2 (618,68): C, 81,54; H, 4,24; N, 9,06. Gevonden: C, 81,96; H, 3,91; N, 8,91%.
4 (2 mmol, 0,7 g) werd opgelost in 20 ml watervrije dioxaanoplossing (met een paar druppels triethylamine), 2-aminopyridine (2 mmol, 0,25 g) werd toegevoegd en het mengsel werd gedurende 2 uur bij kamertemperatuur geroerd. Het reactiemengsel werd in ijswater gegoten en aangezuurd met verdund zoutzuur. Het gevormde precipitaat werd afgefilterd en geherkristalliseerd uit benzeen, wat groene kristallen van 8 opleverde met een smeltpunt van 146-148 °C en een opbrengst van 82,5%; infraroodspectrum (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, uitwisselbaar), 9,14 (s, 1H, CH=), 7,36-8,55 (m, 13H, heteroaromatisering); Berekend voor C23H15N3O (348,38): C, 79,07; H, 4,33; N, 12,03. Gevonden: C, 78,93; H, 3,97; N, 12,36%.
Verbinding 4 (2 mmol, 0,7 g) werd opgelost in 20 ml droog dioxaan (met een paar druppels triethylamine en 2 mmol thioureum/semicarbazide) en gedurende 2 uur onder reflux verwarmd. Het oplosmiddel werd onder vacuüm verdampt. Het residu werd geherkristalliseerd uit dioxaan, wat een mengsel opleverde.