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.
Sinton 3-(antracen-9-il)-2-cijanoakriloil hlorid 4 je sintetiziran i korišten za sintezu različitih visoko aktivnih heterocikličnih spojeva putem njegove reakcije s različitim dušikovim nukleofilima. Struktura svakog sintetiziranog heterocikličnog spoja je detaljno okarakterizirana korištenjem spektroskopske i elementarne analize. Deset od trinaest novih heterocikličnih spojeva pokazalo je ohrabrujuću efikasnost protiv bakterija otpornih na više lijekova (MRSA). Među njima, spojevi 6, 7, 10, 13b i 14 pokazali su najveću antibakterijsku aktivnost sa zonama inhibicije blizu 4 cm. Međutim, studije molekularnog dokovanja otkrile su da spojevi imaju različit afinitet vezivanja za protein 2a koji veže penicilin (PBP2a), ključnu metu za otpornost na MRSA. Neki spojevi poput 7, 10 i 14 pokazali su veći afinitet vezivanja i stabilnost interakcije na aktivnom mjestu PBP2a u poređenju sa 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, koji su identificirani kao oni koji interaguju s kokristaliziranim ligandom u kristalnoj strukturi PBP2a. Ovi ostaci su esencijalni 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 sistema s antimikrobnim djelovanjem korištenjem lako dostupnih početnih materijala.
Akrilonitrilne grupe se smatraju važnim početnim materijalima za sintezu mnogih značajnih heterocikličnih sistema jer su visoko reaktivna jedinjenja. Štaviše, derivati ​​2-cijanoakriloil hlorida se posljednjih godina široko koriste za razvoj i sintezu proizvoda od vitalnog značaja u oblasti 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 efikasnost antracena i njegovih derivata, uključujući njihova antibiotska, antikancerogena11,12, antibakterijska13,14,15 i insekticidna svojstva16,17, privukla mnogo pažnje18,19,20,21. Antimikrobna jedinjenja koja sadrže akrilonitrilne i antracenske grupe prikazana su na slikama 1 i 2.
Prema Svjetskoj zdravstvenoj organizaciji (WHO) (2021), antimikrobna rezistencija (AMR) predstavlja globalnu prijetnju zdravlju i razvoju22,23,24,25. Pacijenti se ne mogu izliječiti, što rezultira dužim boravkom u bolnici i potrebom za skupljim lijekovima, kao i povećanom smrtnošću i invaliditetom. Nedostatak efikasnih antimikrobnih lijekova često dovodi do neuspjeha liječenja raznih infekcija, posebno tokom hemoterapije i velikih operacija.
Prema izvještaju Svjetske zdravstvene organizacije za 2024. godinu, meticilin-rezistentni Staphylococcus aureus (MRSA) i E. coli nalaze se na listi prioritetnih patogena. Obje bakterije su otporne na mnoge antibiotike, tako da predstavljaju infekcije koje je teško liječiti i kontrolirati, te postoji hitna potreba za razvojem novih i efikasnih antimikrobnih spojeva za rješavanje ovog problema. Antracen i njegovi derivati ​​su dobro poznati antimikrobni lijekovi koji mogu djelovati i na gram-pozitivne i na gram-negativne bakterije. Cilj ove studije je sintetizirati novi derivat koji može suzbiti ove patogene koji su opasni po 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 akcionom 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 da sintetiziramo nove derivate u ovim klasama. Stoga je cilj ove studije bio razvoj novih heterocikličnih sistema koji sadrže antracenske i akrilonitrilne dijelove, procjena njihove antimikrobne i antibakterijske efikasnosti i istraživanje njihovih potencijalnih interakcija vezivanja s proteinom 2a koji veže penicilin (PBP2a) putem molekularnog dokovanja. Nadovezujući se na prethodne studije, ova studija nastavila je sintezu, biološku evaluaciju i računarsku analizu heterocikličnih sistema kako bi identificirala obećavajuće agense otporne na meticilin protiv Staphylococcus aureus (MRSA) sa snažnom inhibitornom aktivnošću na PBP2a31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49.
Naša trenutna istraživanja fokusiraju se na sintezu i antimikrobnu evaluaciju novih heterocikličnih spojeva koji sadrže antracenske i akrilonitrilne dijelove. 3-(antracen-9-il)-2-cijanoakriloil hlorid 4 je pripremljen i korišten kao gradivni blok za konstrukciju novih heterocikličnih sistema.
Struktura spoja 4 određena je korištenjem spektralnih podataka. 1H-NMR spektar pokazao je prisustvo CH= na 9,26 ppm, IR spektar je pokazao prisustvo karbonilne grupe na 1737 cm⁻¹ i cijano grupe na 2224 cm⁻¹, a 13CNMR spektar je također potvrdio predloženu strukturu (vidi Eksperimentalni dio).
Sinteza 3-(antracen-9-il)-2-cijanoakriloil hlorida 4 postignuta je hidrolizom aromatskih grupa 250, 41, 42, 53 etanolnim rastvorom natrijum hidroksida (10%) da bi se dobile kiseline 354, 45, 56, koje su zatim tretirane tionil hloridom na vodenom kupatilu da bi se dobio derivat akriloil hlorida 4 u visokom prinosu (88,5%), kao što je prikazano na Slici 3.
Da bi se stvorili novi heterociklički spojevi s očekivanom antibakterijskom efikasnošću, provedena je reakcija acil-hlorida 4 s različitim dinukleofilima.
Kiseli hlorid 4 je tretiran hidrazin hidratom na 0° tokom jednog sata. Nažalost, pirazolon 5 nije dobijen. Proizvod je bio derivat akrilamida čija je struktura potvrđena spektralnim podacima. Njegov IR spektar je pokazao apsorpcione trake C=O na 1720 cm−1, C≡N na 2228 cm−1 i NH na 3424 cm−1. 1H-NMR spektar je pokazao signal singletne izmjene olefinskih protona i NH protona na 9,3 ppm (vidi Eksperimentalni dio).
Dva mola kiselog hlorida 4 reagovala su sa 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 dvije C=O grupe na 1691 i 1671 cm−1, apsorpciju CN grupe na 2222 cm−1 i apsorpciju NH grupe na 3245 cm−1, a njegov 1H-NMR spektar pokazao je CH grupu na 9,15 i 8,81 ppm i NH proton na 10,88 ppm (vidi Eksperimentalni dio).
U ovoj studiji istražena je reakcija acil hlorida 4 sa 1,3-dinukleofilima. Tretman acil hlorida 4 sa 2-aminopiridinom u 1,4-dioksanu sa TEA kao bazom na sobnoj temperaturi dao je derivat akrilamida 8 (Slika 5), ​​čija je struktura identifikovana korištenjem spektralnih podataka. IR spektri su pokazali apsorpcione trake cijano istezanja na 2222 cm−1, NH na 3148 cm−1 i karbonila na 1665 cm−1; 1H NMR spektri potvrdili su prisustvo 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 je pripremljen reakcijom spoja 4 sa tiokarbazidom kao 1,4-dinukleofilom (Slika 5), ​​a njegova struktura je potvrđena spektroskopijom i elementarnom analizom. U infracrvenom spektru, C=N veza se pojavila na 1619 cm−1. Istovremeno, njegov 1H-NMR spektar je zadržao višepločaste signale aromatičnih protona na 7,78–8,66 ppm i SH protona na 3,31 ppm (vidi Eksperimentalni dio).
Akriloil hlorid 4 reaguje sa 1,2-diaminobenzenom, 2-aminotiofenolom, antranilnom kiselinom, 1,2-diaminoetanom i etanolaminom kao 1,4-dinukleofilima i formira nove heterocikličke sisteme (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 i 2226 cm−1, respektivno. U međuvremenu, njegov 1H-NMR spektar zadržao je singlet signal olefinskog protona na 9,19 ppm, a OH proton se pojavio na 9,82 ppm (vidi Eksperimentalni dio).
Reakcijom kiselog hlorida 4 s jednim nukleofilom (npr. etilaminom, 4-toluidinom i 4-metoksianilinom) u dioksanu kao rastvaraču i TEA kao katalizatoru na sobnoj temperaturi dobijeni 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 sintetičkih spojeva, dobijeni su različiti rezultati, kao što je prikazano u Tabeli 1 i Slici 8 (vidi datoteku sa slikama). Svi testirani spojevi pokazali su različite stepene 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 osnovu prečnika zone inhibicije protiv MRSA. Prva kategorija je bila najaktivnija i sastojala se od pet spojeva (6, 7, 10, 13b i 14). Prečnik zone inhibicije ovih spojeva bio je blizu 4 cm; najaktivniji spojevi u ovoj kategoriji bili su spojevi 6 i 13b. Druga kategorija je bila 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 spoj 11 pokazuje najveću zonu inhibicije od 3,65 ± 0,1 cm. S druge strane, posljednja grupa je sadržavala tri spoja (8, 17 i 19b) s najnižom antimikrobnom aktivnošću (manje od 3 cm). Slika 9 prikazuje distribuciju 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 tabelama 2, 3 i slici 10 (vidi datoteku sa slikom)), pri čemu su spojevi 7, 11, 13a i 15 očigledno 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 slabijim od prethodno spomenutih spojeva. Međutim, ovih šest spojeva bili su najefikasniji od testiranih, jer su njihove vrijednosti MBC bile ispod 100 μg/100 μL.
Spojevi (10, 14, 18 i 19b) bili su manje aktivni u poređenju s drugim testiranim spojevima, jer su se njihove MBC vrijednosti kretale od 156 do 312 μg/100 μL. S druge strane, spojevi (8, 17 i 19a) bili su najmanje obećavajući jer su imali najviše MBC vrijednosti (625, 625 i 1250 μg/100 μL, respektivno).
Konačno, prema nivoima tolerancije prikazanim u Tabeli 3, testirani spojevi mogu se podijeliti u dvije kategorije na osnovu 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, spojevi 7, 11, 13a i 15 su poželjni, 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 aureus (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 vezivanja provedene su kako bi se procijenio potencijal sintetiziranih spojeva kao inhibitora proteina 2a koji veže penicilin (PBP2a) kod meticilin-rezistentnog Staphylococcus aureus (MRSA). PBP2a je ključni enzim uključen u biosintezu bakterijskog ćelijskog zida, a inhibicija ovog enzima ometa formiranje ćelijskog zida, što na kraju dovodi do bakterijske lize i ćelijske smrti1. Rezultati vezivanja navedeni su u Tabeli 4 i detaljnije opisani u dodatnoj datoteci s podacima, a rezultati pokazuju da je nekoliko spojeva pokazalo snažan afinitet vezivanja 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 kod kokristaliziranog kinazolinonskog liganda (CCL), što ukazuje na potencijal ovih spojeva kao potentnih inhibitora.
Podaci molekularnog vezivanja, zajedno s drugim računarskim parametrima, snažno sugeriraju da je inhibicija PBP2a ključni mehanizam odgovoran za uočenu antibakterijsku aktivnost ovih spojeva. Vrijednosti rezultata vezivanja i srednje kvadratne devijacije (RMSD) dodatno su otkrile afinitet vezivanja i stabilnost, podržavajući ovu hipotezu. Kao što je prikazano u Tabeli 4, dok je nekoliko spojeva pokazalo dobar afinitet vezivanja, 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, najbioaktivnija spojevi 6 i 13b pokazali su nešto niže rezultate vezivanja (-5,98 i -5,63, respektivno) u poređenju s drugim ligandima. Ovo sugerira da iako se rezultati vezivanja mogu koristiti za predviđanje afiniteta vezivanja, drugi faktori (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 vezivanja strukturno konzistentne s konformacijom vezivanja kokristaliziranog liganda, što dodatno podržava 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 utiče na antimikrobnu aktivnost, nekoliko razlika sugerira da i druga biološka svojstva igraju važnu ulogu. Spojevi 6 i 13b pokazali su najveću antimikrobnu aktivnost, sa prečnikom zone inhibicije od 4 cm i najnižim vrijednostima MIC (9,7 μg/100 μL) i MBC (78,125 μg/100 μL), uprkos njihovim nižim rezultatima vezivanja u poređenju sa spojevima 7, 9, 10 i 14. Ovo sugerira da iako inhibicija PBP2a doprinosi antimikrobnoj aktivnosti, faktori poput rastvorljivosti, bioraspoloživosti i dinamike interakcije u bakterijskom okruženju također utiču na ukupnu aktivnost. Slika 11 prikazuje njihove položaje vezivanja, što ukazuje na to da oba spoja, čak i sa relativno niskim rezultatima vezivanja, i dalje mogu da interaguju sa ključnim ostacima PBP2a, potencijalno stabilizujući inhibicijski kompleks. Ovo naglašava da, iako molekularno spajanje pruža važne uvide u inhibiciju PBP2a, moraju se uzeti u obzir i drugi biološki faktori kako bi se u potpunosti razumjeli antimikrobni efekti ovih spojeva u stvarnom svijetu.
Korištenjem kristalne strukture PBP2a (PDB ID: 4CJN), konstruirane su 2D i 3D mape interakcija najaktivnijih spojeva 6 i 13b povezanih s proteinom 2a koji veže penicilin (PBP2a) meticilin-rezistentnog Staphylococcus aureusa (MRSA). Ove mape uspoređuju obrasce interakcija ovih spojeva s ponovno povezanim kokristaliziranim kinazolinonskim ligandom (CCL), ističući ključne interakcije poput vodikovih veza, π-slaganja i ionskih interakcija.
Sličan obrazac je uočen za spoj 7, koji je pokazao relativno visok rezultat vezivanja (-6,32) i sličan promjer zone inhibicije (3,9 cm) kao 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 efekta. Ovo sugerira da, iako je spoj 7 pokazao snažan afinitet vezivanja u studijama vezivanja, faktori poput bioraspoloživosti, ćelijskog unosa ili drugih fizičko-hemijskih svojstava mogu ograničiti njegovu biološku efikasnost. Iako je spoj 7 pokazao baktericidna svojstva, bio je manje efikasan u inhibiranju rasta bakterija u poređenju sa spojevima 6 i 13b.
Spoj 10 pokazao je dramatičniju razliku s najvišim rezultatom vezivanja (-6,40), što ukazuje na snažan afinitet vezivanja za PBP2a. Međutim, promjer njegove zone inhibicije (3,9 cm) bio je uporediv 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. Ovo sugerira da je, uprkos dobrim predviđanjima vezivanja, spoj 10 bio manje efikasan u ubijanju MRSA zbog drugih ograničavajućih faktora kao što su topljivost, stabilnost ili slaba propusnost bakterijske membrane. Ovi rezultati podržavaju 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 detaljne biološke evaluacije kako bi se u potpunosti razjasnili uključeni antibakterijski mehanizmi.
Rezultati molekularnog spajanja u Tabeli 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 mape interakcija (prikazane na Slici 11) pokazuju da uprkos nižim rezultatima vezivanja, oni i dalje formiraju značajne vodikove veze i π-stacking interakcije s ključnim ostacima PBP2a koji mogu stabilizirati kompleks enzim-inhibitor na biološki koristan način. Uprkos relativno niskim rezultatima spajanja spojeva 6 i 13b, njihova poboljšana antimikrobna aktivnost sugerira da bi se druga svojstva, poput topljivosti, stabilnosti i ćelijskog unosa, trebala uzeti u obzir zajedno s podacima spajanja pri procjeni potencijala inhibitora. Ovo naglašava važnost kombinovanja studija spajanja s eksperimentalnom antimikrobnom analizom kako bi se precizno procijenio terapijski potencijal novih spojeva.
Ovi rezultati ističu da, iako je molekularno spajanje moćan alat za predviđanje afiniteta vezivanja i identifikaciju potencijalnih mehanizama inhibicije, ne treba se oslanjati isključivo na njega za određivanje antimikrobne efikasnosti. Molekularni podaci ukazuju na to da je inhibicija PBP2a ključni faktor koji utiče na antimikrobnu aktivnost, ali promjene u biološkoj aktivnosti ukazuju na to da se druga fizičko-hemijska i farmakokinetička svojstva moraju optimizirati kako bi se poboljšala terapijska efikasnost. Buduće studije trebale bi se fokusirati na optimizaciju hemijske strukture spojeva 7 i 10 kako bi se poboljšala bioraspoloživost i ćelijska apsorpcija, osiguravajući da se jake interakcije spajanja prevedu u stvarnu antimikrobnu aktivnost. Dalja istraživanja, uključujući dodatne biološke testove i analizu odnosa strukture i aktivnosti (SAR), bit će ključna za dalje razumijevanje načina na koji ovi spojevi funkcioniraju kao inhibitori PBP2a i za razvoj efikasnijih antimikrobnih sredstava.
Spojevi sintetizirani iz 3-(antracen-9-il)-2-cijanoakriloil hlorida 4 pokazali su različite stepene 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 karakteristike koje leže u osnovi antimikrobne efikasnosti ovih spojeva.
Prisustvo i akrilonitrilnih i antracenskih grupa pokazalo se ključnim za poboljšanje antimikrobne aktivnosti. Visoko reaktivna nitrilna grupa u akrilonitrilu je neophodna za olakšavanje interakcija s bakterijskim proteinima, čime doprinosi antimikrobnim svojstvima spoja. Spojevi koji sadrže i akrilonitril i antracen dosljedno su pokazivali jače antimikrobne efekte. Aromatičnost antracenske grupe dodatno je stabilizirala ove spojeve, potencijalno poboljšavajući njihovu biološku aktivnost.
Uvođenje heterocikličnih prstenova značajno je poboljšalo antibakterijsku efikasnost nekoliko derivata. Posebno, derivat benzotiazola 13b i derivat akrilhidrazida 6 pokazali su najveću antibakterijsku aktivnost sa zonom inhibicije od približno 4 cm. Ovi heterociklični derivati ​​pokazali su značajnije biološke efekte, što ukazuje na to da heterociklična struktura igra ključnu ulogu u antibakterijskim efektima. Slično tome, pirimidintion u jedinjenju 9, tiopirazol u jedinjenju 10 i tetrazinski prsten u jedinjenju 11 doprinijeli su antibakterijskim svojstvima jedinjenja, dodatno ističući važnost heterociklične modifikacije.
Među sintetiziranim spojevima, 6 i 13b su se istakli po svojoj izvrsnoj antibakterijskoj 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 zonu inhibicije od 4 cm i niske vrijednosti MIC i MBC, što potvrđuje njegovu snažnu antibakterijsku aktivnost. Ovi rezultati ističu ključne uloge akrilohidrazidnih i benzotiazolnih funkcionalnih grupa u određivanju bioefikasnosti ovih spojeva.
Nasuprot tome, spojevi 7, 10 i 14 pokazali su umjerenu antibakterijsku aktivnost sa zonama inhibicije u rasponu od 3,65 do 3,9 cm. Ovi spojevi zahtijevali su veće koncentracije da bi potpuno ubili bakterije, što se ogleda 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 ukazuje na to 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 efekte. Spojevi 7, 11, 13a i 15 su baktericidni i zahtijevaju niže koncentracije da bi potpuno ubili bakterije. Nasuprot tome, spojevi 6, 13b i 14 su bakteriostatski i mogu inhibirati rast bakterija pri nižim koncentracijama, ali zahtijevaju veće koncentracije da bi potpuno ubili bakterije.
Sveukupno, analiza odnosa strukture i aktivnosti ističe važnost uvođenja akrilonitrilnih i antracenskih dijelova i heterocikličnih struktura za postizanje značajne antibakterijske aktivnosti. Ovi rezultati ukazuju na to da optimizacija ovih strukturnih komponenti i istraživanje daljnjih modifikacija radi poboljšanja topljivosti i propusnosti membrane mogu dovesti do razvoja efikasnijih lijekova protiv MRSA.
Svi reagensi i rastvarači su pročišćeni i osušeni korištenjem standardnih postupaka (El Gomhouria, Egipat). Tačke topljenja su određene korištenjem GallenKamp elektronskog aparata za određivanje tačke topljenja i prikazane su bez korekcije. Infracrveni (IR) spektri (cm⁻1) su snimljeni na Odsjeku za hemiju, Prirodno-matematičkog fakulteta, Univerziteta Ain Shams korištenjem peleta kalijum bromida (KBr) na Thermo Electron Nicolet iS10 FTIR spektrometru (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, SAD).
1H NMR spektri su dobijeni na 300 MHz korištenjem 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 sa deuteriranim dimetil sulfoksidom (DMSO-d₆). NMR mjerenja su provedena na Prirodno-matematičkom fakultetu Univerziteta u Kairu, Giza, Egipat. Elementarna analiza (CHN) je provedena korištenjem Perkin-Elmer 2400 Elemental Analyzer-a i dobijeni rezultati su u dobrom skladu sa izračunatim vrijednostima.
Smjesa kiseline 3 (5 mmol) i tionil hlorida (5 ml) zagrijavana je u vodenom kupatilu na 65 °C tokom 4 sata. Višak tionil hlorida uklonjen je destilacijom pod sniženim pritiskom. Dobivena crvena čvrsta supstanca je sakupljena i korištena bez daljnjeg prečišćavanja. Tačka topljenja: 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 rastvoreno u bezvodnom dioksanu (20 ml) i hidrazin hidrat (2 mmol, 0,16 ml, 80%) je dodavan kap po kap i miješano 1 sat. Precipitirana čvrsta supstanca je sakupljena filtracijom i rekristalisana iz etanola da bi se dobio spoj 6.
Zeleni kristali, tačka topljenja 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, heteroaromatični), 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%.
Rastvoriti 4 (2 mmol, 0,7 g) u 20 ml bezvodnog rastvora dioksana (koji sadrži nekoliko kapi trietilamina), dodati fenilhidrazin/2-aminopiridin (2 mmol) i miješati na sobnoj temperaturi 1, odnosno 2 sata. Reakcionu smjesu sipati u led ili vodu i zakiseliti razrijeđenom hlorovodičnom kiselinom. Odvojenu čvrstu supstancu filtrirati i rekristalizirati iz etanola da bi se dobilo 7 i rekristalizirati iz benzena da bi se dobilo 8.
Zeleni kristali, tačka topljenja 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, heteroaromatični); 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) je rastvoreno u 20 ml bezvodnog rastvora dioksana (koji sadrži nekoliko kapi trietilamina), dodan je 2-aminopiridin (2 mmol, 0,25 g) i smjesa je miješana na sobnoj temperaturi 2 sata. Reakciona smjesa je sipana u ledenu vodu i zakiseljena razrijeđenom hlorovodičnom kiselinom. Nastali talog je filtriran i rekristalisan iz benzena, dajući zelene kristale 8 sa tačkom topljenja 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, zamjenjiv), 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) je rastvoren u 20 ml suhog dioksana (koji sadrži nekoliko kapi trietilamina i 2 mmol tiouree/semikarbazida) i zagrijavan pod refluksom 2 sata. Otapalo je ispareno u vakuumu. Ostatak je rekristaliziran iz dioksana da bi se dobila smjesa.