Vă mulțumim că ați vizitat nature.com. Versiunea browserului pe care o utilizați are suport limitat pentru CSS. Pentru o experiență optimă, vă recomandăm să utilizați cea mai recentă versiune de browser (sau să dezactivați modul de compatibilitate în Internet Explorer). În plus, pentru a asigura asistență continuă, acest site nu va include stiluri sau JavaScript.
Clorura de 3-(antracen-9-il)-2-cianoacriloil 4 a fost sintetizată și utilizată pentru a sintetiza o varietate de compuși heterociclici extrem de activi prin reacția sa cu diverși nucleofili de azot. Structura fiecărui compus heterociclic sintetizat a fost caracterizată temeinic folosind analiza spectroscopică și elementară. Zece dintre cei treisprezece compuși heterociclici noi au demonstrat o eficacitate încurajatoare împotriva bacteriilor multirezistente la medicamente (MRSA). Printre aceștia, compușii 6, 7, 10, 13b și 14 au prezentat cea mai mare activitate antibacteriană, cu zone de inhibare apropiate de 4 cm⁻¹. Cu toate acestea, studiile de andocare moleculară au arătat că acești compuși au avut afinități de legare diferite la proteina 2a de legare a penicilinei (PBP2a), o țintă cheie pentru rezistența la MRSA. Unii compuși, cum ar fi 7, 10 și 14, au prezentat o afinitate de legare și o stabilitate a interacțiunii mai mari la situsul activ al PBP2a în comparație cu ligandul chinazolinonă co-cristalizat. În schimb, compușii 6 și 13b au avut scoruri de docking mai mici, dar au prezentat totuși o activitate antibacteriană semnificativă, compusul 6 având cele mai mici valori ale concentrației minime inhibitorii (CMI) (9,7 μg/100 μL) și valorii CMB (CMB) (78,125 μg/100 μL). Analiza de docking a relevat interacțiuni cheie, inclusiv legături de hidrogen și π-stacking, în special cu reziduuri precum Lys 273, Lys 316 și Arg 298, care au fost identificate ca interacționând cu ligandul co-cristalizat în structura cristalină a PBP2a. Aceste reziduuri sunt esențiale pentru activitatea enzimatică a PBP2a. Aceste rezultate sugerează că compușii sintetizați pot servi drept medicamente anti-MRSA promițătoare, subliniind importanța combinării docking-ului molecular cu biotestele pentru a identifica candidați terapeutici eficienți.
În primii ani ai acestui secol, eforturile de cercetare s-au concentrat în principal pe dezvoltarea de proceduri și metode noi, simple, pentru sinteza mai multor sisteme heterociclice inovatoare cu activitate antimicrobiană, utilizând materii prime ușor disponibile.
Grupările acrilonitril sunt considerate materii prime importante pentru sinteza multor sisteme heterociclice remarcabile, deoarece sunt compuși extrem de reactivi. Mai mult, derivații de clorură de 2-cianoacriloil au fost utilizați pe scară largă în ultimii ani pentru dezvoltarea și sinteza unor produse de importanță vitală în domeniul aplicațiilor farmacologice, cum ar fi intermediarii medicamentoși1,2,3, precursori ai agenților anti-HIV, antivirali, anticancerigeni, antibacterieni, antidepresivi și antioxidanți4,5,6,7,8,9,10. Recent, eficacitatea biologică a antracenului și a derivaților săi, inclusiv proprietățile lor antibiotice, anticancerigene11,12, antibacteriene13,14,15 și insecticide16,17, a atras multă atenție18,19,20,21. Compușii antimicrobieni care conțin grupări acrilonitril și antracen sunt prezentați în Figurile 1 și 2.
Conform Organizației Mondiale a Sănătății (OMS) (2021), rezistența antimicrobiană (AMR) reprezintă o amenințare globală la adresa sănătății și dezvoltării22,23,24,25. Pacienții nu pot fi vindecați, ceea ce duce la spitalizări mai lungi și la necesitatea unor medicamente mai scumpe, precum și la creșterea mortalității și a dizabilității. Lipsa antimicrobienelor eficiente duce adesea la eșecul tratamentului pentru diverse infecții, în special în timpul chimioterapiei și al intervențiilor chirurgicale majore.
Conform raportului Organizației Mondiale a Sănătății din 2024, Staphylococcus aureus rezistent la meticilină (MRSA) și E. coli sunt incluse în lista agenților patogeni prioritari. Ambele bacterii sunt rezistente la multe antibiotice, așadar reprezintă infecții dificil de tratat și controlat, existând o nevoie urgentă de a dezvolta compuși antimicrobieni noi și eficienți pentru a aborda această problemă. Antracenul și derivații săi sunt antimicrobieni bine cunoscuți, care pot acționa atât asupra bacteriilor Gram-pozitive, cât și asupra celor Gram-negative. Scopul acestui studiu este de a sintetiza un nou derivat care să poată combate acești agenți patogeni periculoși pentru sănătate.
Organizația Mondială a Sănătății (OMS) raportează că mulți agenți patogeni bacterieni sunt rezistenți la multiple antibiotice, inclusiv Staphylococcus aureus rezistent la meticilină (MRSA), o cauză frecventă de infecție în comunitate și în unitățile de asistență medicală. Se raportează că pacienții cu infecții cu MRSA au o rată a mortalității cu 64% mai mare decât cei cu infecții sensibile la medicamente. În plus, E. coli prezintă un risc global, deoarece ultima linie de apărare împotriva Enterobacteriaceae rezistente la carbapeneme (adică E. coli) este colistina, dar bacterii rezistente la colistina au fost raportate recent în mai multe țări. 22,23,24,25
Prin urmare, conform Planului Global de Acțiune al Organizației Mondiale a Sănătății privind Rezistența Antimicrobiană26, există o nevoie urgentă de descoperirea și sinteza de noi antimicrobiene. Marele potențial al antracenului și acrilonitrilului ca agenți antibacterieni27, antifungici28, anticancerigeni29 și antioxidanti30 a fost evidențiat în numeroase lucrări publicate. În acest sens, se poate spune că acești derivați sunt candidați buni pentru utilizarea împotriva Staphylococcus aureus rezistent la meticilină (MRSA).
Recenziile literaturii de specialitate anterioare ne-au motivat să sintetizăm noi derivați din aceste clase. Prin urmare, prezentul studiu și-a propus să dezvolte noi sisteme heterociclice care conțin grupări de antracen și acrilonitril, să evalueze eficacitatea lor antimicrobiană și antibacteriană și să investigheze potențialele lor interacțiuni de legare cu proteina 2a de legare a penicilinei (PBP2a) prin andocare moleculară. Bazându-se pe studiile anterioare, prezentul studiu a continuat sinteza, evaluarea biologică și analiza computațională a sistemelor heterociclice pentru a identifica agenți promițători Staphylococcus aureus rezistenți la antimeticilină (MRSA) cu o puternică activitate inhibitorie a PBP2a31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49.
Cercetarea noastră actuală se concentrează pe sinteza și evaluarea antimicrobiană a unor noi compuși heterociclici care conțin grupări de antracen și acrilonitril. Clorura de 3-(antracen-9-il)-2-cianoacriloil 4 a fost preparată și utilizată ca element constitutiv pentru construirea unor noi sisteme heterociclice.
Structura compusului 4 a fost determinată folosind date spectrale. Spectrul 1H-RMN a arătat prezența CH= la 9,26 ppm, spectrul IR a arătat prezența unei grupări carbonil la 1737 cm−1 și a unei grupări ciano la 2224 cm−1, iar spectrul 13CNMR a confirmat, de asemenea, structura propusă (vezi secțiunea experimentală).
Sinteza clorurii de 3-(antracen-9-il)-2-cianoacriloil 4 a fost realizată prin hidroliza grupărilor aromatice 250, 41, 42, 53 cu soluție etanolică de hidroxid de sodiu (10%) pentru a obține acizii 354, 45, 56, care au fost apoi tratați cu clorură de tionil pe baie de apă pentru a obține derivatul de clorură de acriloil 4 cu randament ridicat (88,5%), așa cum se arată în Figura 3.
Pentru a crea noi compuși heterociclici cu eficacitatea antibacteriană așteptată, s-a efectuat reacția clorurii de acil 4 cu diverși dinucleofili.
Clorura acidă 4 a fost tratată cu hidrat de hidrazină la 0° timp de o oră. Din păcate, nu s-a obținut pirazolona 5. Produsul a fost un derivat de acrilamidă a cărui structură a fost confirmată prin date spectrale. Spectrul său IR a arătat benzi de absorbție C=O la 1720 cm−1, C≡N la 2228 cm−1 și NH3 la 3424 cm−1. Spectrul 1H-RMN a arătat un semnal singlet de schimb al protonilor olefinei și protonilor NH3 la 9,3 ppm (vezi Secțiunea Experimentală).
Doi moli de clorură acidă 4 au reacționat cu un mol de fenilhidrazină pentru a obține derivatul de N-fenilacriloilhidrazină 7 cu un randament bun (77%) (Figura 5). Structura compusului 7 a fost confirmată prin date de spectroscopie în infraroșu, care au arătat absorbția a două grupări C=O la 1691 și 1671 cm⁻¹, absorbția grupării CN la 2222 cm⁻¹ și absorbția grupării NH la 3245 cm⁻¹, iar spectrul său 1H-RMN a arătat gruparea CH la 9,15 și 8,81 ppm și protonul NH la 10,88 ppm (vezi secțiunea experimentală).
În acest studiu, a fost investigată reacția clorurii de acil 4 cu 1,3-dinucleofili. Tratarea clorurii de acil 4 cu 2-aminopiridină în 1,4-dioxan cu TEA ca bază la temperatura camerei a produs derivatul de acrilamidă 8 (Figura 5), ​​a cărui structură a fost identificată folosind date spectrale. Spectrele IR au arătat benzi de absorbție ale ciano-ului care se întind la 2222 cm−1, NH3 la 3148 cm−1 și carbonilului la 1665 cm−1; spectrele RMN 1H au confirmat prezența protonilor olefinici la 9,14 ppm (vezi Secțiunea Experimentală).
Compusul 4 reacționează cu tioureea pentru a forma pirimidintiona 9; compusul 4 reacționează cu tiosemicarbazida pentru a forma derivatul de tiopirazol 10 (Figura 5). Structurile compușilor 9 și 10 au fost confirmate prin analiză spectrală și elementară (vezi secțiunea experimentală).
Tetrazin-3-tiolul 11 ​​a fost preparat prin reacția compusului 4 cu tiocarbazidă ca 1,4-dinucleofil (Figura 5), ​​iar structura sa a fost confirmată prin spectroscopie și analiză elementară. În spectrul infraroșu, legătura C=N a apărut la 1619 cm−1. În același timp, spectrul său 1H-RMN a reținut semnale multiplate ale protonilor aromatici la 7,78–8,66 ppm și protonilor SH la 3,31 ppm (vezi Secțiunea Experimentală).
Clorura de acriloil 4 reacționează cu 1,2-diaminobenzenul, 2-aminotiofenolul, acidul antranilic, 1,2-diaminoetanul și etanolamina ca 1,4-dinucleofile pentru a forma noi sisteme heterociclice (13–16).
Structurile acestor compuși nou sintetizați au fost confirmate prin analiză spectrală și elementară (vezi secțiunea experimentală). Derivatul de 2-hidroxifenilacrilamidă 17 a fost obținut prin reacția cu 2-aminofenol ca dinucleofil (Figura 6), iar structura sa a fost confirmată prin analiză spectrală și elementară. Spectrul în infraroșu al compusului 17 a arătat că semnalele C=O și C≡N au apărut la 1681 și respectiv 2226 cm−1. Între timp, spectrul său 1H-RMN a păstrat semnalul singlet al protonului olefinei la 9,19 ppm, iar protonul OH a apărut la 9,82 ppm (vezi secțiunea experimentală).
Reacția clorurii acide 4 cu un nucleofil (de exemplu, etilamină, 4-toluidină și 4-metoxianilină) în dioxan ca solvent și TEA ca și catalizator la temperatura camerei a produs derivații cristalini verzi de acrilamidă 18, 19a și 19b. Datele elementare și spectrale ale compușilor 18, 19a și 19b au confirmat structurile acestor derivați (vezi Secțiunea Experimentală) (Figura 7).
După testarea activității antimicrobiene a diferiților compuși sintetici, s-au obținut rezultate diferite, așa cum se arată în Tabelul 1 și Figura 8 (vezi fișierul figurii). Toți compușii testați au prezentat grade diferite de inhibare împotriva bacteriei Gram-pozitive MRSA, în timp ce bacteria Gram-negativă Escherichia coli a prezentat rezistență completă la toți compușii. Compușii testați pot fi împărțiți în trei categorii în funcție de diametrul zonei de inhibare împotriva MRSA. Prima categorie a fost cea mai activă și a constat din cinci compuși (6, 7, 10, 13b și 14). Diametrul zonei de inhibare a acestor compuși a fost aproape de 4 cm; cei mai activi compuși din această categorie au fost compușii 6 și 13b. A doua categorie a fost moderat activă și a constat din alți cinci compuși (11, 13a, 15, 18 și 19a). Zona de inhibare a acestor compuși a variat de la 3,3 la 3,65 cm, compusul 11 ​​prezentând cea mai mare zonă de inhibare de 3,65 ± 0,1 cm. Pe de altă parte, ultimul grup conținea trei compuși (8, 17 și 19b) cu cea mai scăzută activitate antimicrobiană (mai puțin de 3 cm). Figura 9 prezintă distribuția diferitelor zone de inhibiție.
Investigațiile ulterioare ale activității antimicrobiene a compușilor testați au implicat determinarea concentrației minime inhibitorii (CMI) și a concentrației minime inhibitorii (CMB) pentru fiecare compus. Rezultatele au variat ușor (așa cum se arată în tabelele 2, 3 și Figura 10 (vezi fișierul figurii)), compușii 7, 11, 13a și 15 fiind aparent reclasificați ca fiind cei mai buni compuși. Aceștia au avut aceleași valori CMI și CMB cele mai mici (39,06 μg/100 μL). Deși compușii 7 și 8 au avut valori CMI mai mici (9,7 μg/100 μL), valorile lor CMB au fost mai mari (78,125 μg/100 μL). Prin urmare, au fost considerați mai slabi decât compușii menționați anterior. Cu toate acestea, acești șase compuși au fost cei mai eficienți dintre cei testați, deoarece valorile lor CMB au fost sub 100 μg/100 μL.
Compușii (10, 14, 18 și 19b) au fost mai puțin activi în comparație cu alți compuși testați, valorile lor MBC variind între 156 și 312 μg/100 μL. Pe de altă parte, compușii (8, 17 și 19a) au fost cei mai puțin promițători, deoarece au avut cele mai mari valori MBC (625, 625 și respectiv 1250 μg/100 μL).
În final, conform nivelurilor de toleranță prezentate în Tabelul 3, compușii testați pot fi împărțiți în două categorii în funcție de modul lor de acțiune: compuși cu efect bactericid (7, 8, 10, 11, 13a, 15, 18, 19b) și compuși cu efect antibacterian (6, 13b, 14, 17, 19a). Dintre aceștia, sunt preferați compușii 7, 11, 13a și 15, care prezintă activitate de ucidere la o concentrație foarte scăzută (39,06 μg/100 μL).
Zece dintre cei treisprezece compuși testați au demonstrat potențial împotriva Staphylococcus aureus rezistent la meticilină (MRSA) rezistent la antibiotice. Prin urmare, se recomandă screening suplimentar cu mai mulți agenți patogeni rezistenți la antibiotice (în special izolate locale care acoperă bacteriile Gram-pozitive și Gram-negative patogene) și drojdii patogene, precum și testarea citotoxică a fiecărui compus pentru a evalua siguranța acestuia.
Studiile de andocare moleculară au fost efectuate pentru a evalua potențialul compușilor sintetizați ca inhibitori ai proteinei 2a de legare a penicilinei (PBP2a) în Staphylococcus aureus rezistent la meticilină (MRSA). PBP2a este o enzimă cheie implicată în biosinteza peretelui celular bacterian, iar inhibarea acestei enzime interferează cu formarea peretelui celular, ducând în cele din urmă la liza bacteriană și moartea celulară1. Rezultatele andocării sunt enumerate în Tabelul 4 și descrise mai detaliat în fișierul suplimentar de date, iar rezultatele arată că mai mulți compuși au prezentat o afinitate puternică de legare pentru PBP2a, în special reziduuri cheie ale situsului activ, cum ar fi Lys 273, Lys 316 și Arg 298. Interacțiunile, inclusiv legăturile de hidrogen și π-stacking-ul, au fost foarte similare cu cele ale ligandului chinazolinonă (CCL) co-cristalizat, indicând potențialul acestor compuși ca inhibitori puternici.
Datele de docking moleculară, împreună cu alți parametri computaționali, au sugerat cu tărie că inhibarea PBP2a a fost mecanismul cheie responsabil pentru activitatea antibacteriană observată a acestor compuși. Scorurile de docking și valorile deviației medii pătratice (RMSD) au relevat în continuare afinitatea și stabilitatea de legare, susținând această ipoteză. După cum se arată în Tabelul 4, în timp ce mai mulți compuși au prezentat o bună afinitate de legare, unii compuși (de exemplu, 7, 9, 10 și 14) au avut scoruri de docking mai mari decât ligandul co-cristalizat, indicând faptul că aceștia pot avea interacțiuni mai puternice cu reziduurile situsului activ al PBP2a. Cu toate acestea, cei mai bioactivi compuși 6 și 13b au prezentat scoruri de docking ușor mai mici (-5,98 și -5,63, respectiv) în comparație cu ceilalți liganzi. Acest lucru sugerează că, deși scorurile de docking pot fi utilizate pentru a prezice afinitatea de legare, alți factori (de exemplu, stabilitatea ligandului și interacțiunile moleculare în mediul biologic) joacă, de asemenea, un rol cheie în determinarea activității antibacteriene. În mod notabil, valorile RMSD ale tuturor compușilor sintetizați au fost sub 2 Å, confirmând că pozițiile lor de andocare sunt structural consistente cu conformația de legare a ligandului co-cristalizat, susținând în continuare potențialul lor ca inhibitori puternici ai PBP2a.
Deși scorurile de andocare și valorile RMS oferă predicții valoroase, corelația dintre aceste rezultate ale andocarei și activitatea antimicrobiană nu este întotdeauna clară la prima vedere. Deși inhibarea PBP2a este puternic susținută ca factor cheie care influențează activitatea antimicrobiană, mai multe diferențe sugerează că și alte proprietăți biologice joacă un rol important. Compușii 6 și 13b au prezentat cea mai mare activitate antimicrobiană, atât cu un diametru al zonei de inhibare de 4 cm, cât și cu cele mai mici valori ale concentrației minime inhibitorii (CMI) (9,7 μg/100 μL) și valorii CMB (78,125 μg/100 μL), în ciuda scorurilor lor de andocare mai mici în comparație cu compușii 7, 9, 10 și 14. Acest lucru sugerează că, deși inhibarea PBP2a contribuie la activitatea antimicrobiană, factori precum solubilitatea, biodisponibilitatea și dinamica interacțiunii în mediul bacterian influențează, de asemenea, activitatea generală. Figura 11 prezintă pozițiile lor de andocare, indicând faptul că ambii compuși, chiar și cu scoruri de legare relativ scăzute, sunt încă capabili să interacționeze cu reziduurile cheie ale PBP2a, stabilizând potențial complexul de inhibare. Acest lucru evidențiază faptul că, deși andocarea moleculară oferă informații importante despre inhibarea PBP2a, trebuie luați în considerare și alți factori biologici pentru a înțelege pe deplin efectele antimicrobiene din lumea reală ale acestor compuși.
Folosind structura cristalină a PBP2a (PDB ID: 4CJN), au fost construite hărți de interacțiune 2D și 3D ale celor mai activi compuși 6 și 13b legați de proteina 2a care leagă penicilina (PBP2a) a Staphylococcus aureus rezistent la meticilină (MRSA). Aceste hărți compară modelele de interacțiune ale acestor compuși cu ligandul chinazolinonă (CCL) co-cristalizat, re-acostat, evidențiind interacțiuni cheie, cum ar fi legăturile de hidrogen, π-stacking-ul și interacțiunile ionice.
Un model similar a fost observat pentru compusul 7, care a prezentat un scor de andocare relativ ridicat (-6,32) și un diametru al zonei de inhibiție similar (3,9 cm) cu compusul 10. Cu toate acestea, concentrația minimă inhibitorie (CMI) (39,08 μg/100 μL) și concentrația minimă inhibitorie (CMB) (39,06 μg/100 μL) au fost semnificativ mai mari, indicând faptul că necesită concentrații mai mari pentru a prezenta efect antibacterian. Acest lucru sugerează că, deși compusul 7 a prezentat o afinitate puternică de legare în studiile de andocare, factori precum biodisponibilitatea, absorbția celulară sau alte proprietăți fizico-chimice îi pot limita eficacitatea biologică. Deși compusul 7 a prezentat proprietăți bactericide, a fost mai puțin eficient în inhibarea creșterii bacteriene în comparație cu compușii 6 și 13b.
Compusul 10 a prezentat o diferență mai dramatică, cu cel mai mare scor de andocare (-6,40), indicând o afinitate puternică de legare la PBP2a. Cu toate acestea, diametrul zonei sale de inhibare (3,9 cm) a fost comparabil cu cel al compusului 7, iar MBC (312 μg/100 μL) a fost semnificativ mai mare decât cel al compușilor 6, 7 și 13b, indicând o activitate bactericidă mai slabă. Acest lucru sugerează că, în ciuda predicțiilor bune de andocare, compusul 10 a fost mai puțin eficient în uciderea MRSA din cauza altor factori limitativi, cum ar fi solubilitatea, stabilitatea sau permeabilitatea slabă a membranei bacteriene. Aceste rezultate susțin înțelegerea faptului că, deși inhibarea PBP2a joacă un rol cheie în activitatea antibacteriană, aceasta nu explică pe deplin diferențele de activitate biologică observate între compușii testați. Aceste diferențe sugerează că sunt necesare analize experimentale suplimentare și evaluări biologice aprofundate pentru a elucida pe deplin mecanismele antibacteriene implicate.
Rezultatele de docking molecular din Tabelul 4 și Fișierul de Date Suplimentare evidențiază relația complexă dintre scorurile de docking și activitatea antimicrobiană. Deși compușii 6 și 13b au scoruri de docking mai mici decât compușii 7, 9, 10 și 14, aceștia prezintă cea mai mare activitate antimicrobiană. Hărțile lor de interacțiune (prezentate în Figura 11) indică faptul că, în ciuda scorurilor lor de legare mai mici, aceștia formează încă legături de hidrogen semnificative și interacțiuni π-stacking cu reziduuri cheie ale PBP2a, care pot stabiliza complexul enzimă-inhibitor într-un mod biologic benefic. În ciuda scorurilor de docking relativ scăzute ale compușilor 6 și 13b, activitatea lor antimicrobiană îmbunătățită sugerează că alte proprietăți, cum ar fi solubilitatea, stabilitatea și absorbția celulară, ar trebui luate în considerare împreună cu datele de docking atunci când se evaluează potențialul inhibitorului. Acest lucru subliniază importanța combinării studiilor de docking cu analiza antimicrobiană experimentală pentru a evalua cu exactitate potențialul terapeutic al noilor compuși.
Aceste rezultate evidențiază faptul că, deși andocarea moleculară este un instrument puternic pentru prezicerea afinității de legare și identificarea mecanismelor potențiale de inhibare, nu ar trebui să se bazeze exclusiv pe ea pentru a determina eficacitatea antimicrobiană. Datele moleculare sugerează că inhibarea PBP2a este un factor cheie care influențează activitatea antimicrobiană, însă modificările activității biologice sugerează că alte proprietăți fizico-chimice și farmacocinetice trebuie optimizate pentru a spori eficacitatea terapeutică. Studiile viitoare ar trebui să se concentreze pe optimizarea structurii chimice a compușilor 7 și 10 pentru a îmbunătăți biodisponibilitatea și absorbția celulară, asigurându-se că interacțiunile puternice de andocare sunt traduse în activitate antimicrobiană reală. Studiile suplimentare, inclusiv bioteste suplimentare și analiza relației structură-activitate (SAR), vor fi esențiale pentru a înțelege mai bine modul în care acești compuși funcționează ca inhibitori ai PBP2a și pentru a dezvolta agenți antimicrobieni mai eficienți.
Compușii sintetizați din clorura de 3-(antracen-9-il)-2-cianoacriloil 4 au prezentat grade diferite de activitate antimicrobiană, mai mulți compuși demonstrând o inhibare semnificativă a Staphylococcus aureus rezistent la meticilină (MRSA). Analiza relației structură-activitate (SAR) a relevat caracteristici structurale cheie care stau la baza eficacității antimicrobiene a acestor compuși.
Prezența ambelor grupări, acrilonitril și antracen, s-a dovedit a fi esențială pentru sporirea activității antimicrobiene. Gruparea nitril extrem de reactivă din acrilonitril este necesară pentru a facilita interacțiunile cu proteinele bacteriene, contribuind astfel la proprietățile antimicrobiene ale compusului. Compușii care conțin atât acrilonitril, cât și antracen au demonstrat în mod constant efecte antimicrobiene mai puternice. Aromaticitatea grupării antracen a stabilizat în continuare acești compuși, sporindu-le potențial activitatea biologică.
Introducerea inelelor heterociclice a îmbunătățit semnificativ eficacitatea antibacteriană a mai multor derivați. În special, derivatul 13b de benzotiazol și derivatul 6 de acrilihidrazidă au prezentat cea mai mare activitate antibacteriană, cu o zonă de inhibare de aproximativ 4 cm. Acești derivați heterociclici au prezentat efecte biologice mai semnificative, indicând faptul că structura heterociclică joacă un rol cheie în efectele antibacteriene. De asemenea, pirimidintiona din compusul 9, tiopirazolul din compusul 10 și inelul tetrazinic din compusul 11 ​​au contribuit la proprietățile antibacteriene ale compușilor, subliniind în continuare importanța modificării heterociclice.
Printre compușii sintetizați, 6 și 13b s-au remarcat prin excelentele lor activități antibacteriene. Concentrația minimă inhibitorie (CMI) a compusului 6 a fost de 9,7 μg/100 μL, iar concentrația minimă bactericidă (CMB) a fost de 78,125 μg/100 μL, evidențiind capacitatea sa excelentă de a elimina Staphylococcus aureus rezistent la meticilină (MRSA). În mod similar, compusul 13b a avut o zonă de inhibiție de 4 cm și valori CMI și CMB scăzute, confirmând puternica sa activitate antibacteriană. Aceste rezultate evidențiază rolurile cheie ale grupărilor funcționale acrilohidrazidei și benzotiazolului în determinarea bioeficacității acestor compuși.
În schimb, compușii 7, 10 și 14 au prezentat o activitate antibacteriană moderată, cu zone de inhibare cuprinse între 3,65 și 3,9 cm⁻¹. Acești compuși au necesitat concentrații mai mari pentru a ucide complet bacteriile, după cum reiese din valorile lor relativ ridicate ale concentrației minime inhibitorii (CMI) și concentrației minime inhibitorii (CMB). Deși acești compuși au fost mai puțin activi decât compușii 6 și 13b, au prezentat totuși un potențial antibacterian semnificativ, sugerând că încorporarea grupărilor de acrilonitril și antracen în inelul heterociclic contribuie la efectul lor antibacterian.
Compușii au moduri de acțiune diferite, unii prezentând proprietăți bactericide, iar alții prezentând efecte bacteriostatice. Compușii 7, 11, 13a și 15 sunt bactericizi și necesită concentrații mai mici pentru a ucide complet bacteriile. În schimb, compușii 6, 13b și 14 sunt bacteriostatici și pot inhiba creșterea bacteriană la concentrații mai mici, dar necesită concentrații mai mari pentru a ucide complet bacteriile.
Per ansamblu, analiza relației structură-activitate evidențiază importanța introducerii grupărilor acrilonitril și antracen, precum și a structurilor heterociclice, pentru a obține o activitate antibacteriană semnificativă. Aceste rezultate sugerează că optimizarea acestor componente structurale și explorarea unor modificări suplimentare pentru îmbunătățirea solubilității și permeabilității membranei pot duce la dezvoltarea unor medicamente anti-MRSA mai eficiente.
Toți reactivii și solvenții au fost purificați și uscați folosind proceduri standard (El Gomhouria, Egipt). Punctele de topire au fost determinate folosind un aparat electronic de măsurare a punctului de topire GallenKamp și sunt raportate fără corecție. Spectrele în infraroșu (IR) (cm⁻1) au fost înregistrate la Departamentul de Chimie, Facultatea de Științe, Universitatea Ain Shams folosind pelete de bromură de potasiu (KBr) pe un spectrometru FTIR Thermo Electron Nicolet iS10 (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, SUA).
Spectrele RMN 1H au fost obținute la 300 MHz utilizând un spectrometru RMN GEMINI (GEMINI Manufacturing & Engineering, Anaheim, CA, SUA) și un spectrometru RMN BRUKER 300 MHz (BRUKER Manufacturing & Engineering, Inc.). Tetrametilsilanul (TMS) a fost utilizat ca standard intern cu dimetilsulfoxid deuterat (DMSO-d₆). Măsurătorile RMN au fost efectuate la Facultatea de Științe a Universității din Cairo, Giza, Egipt. Analiza elementară (CHN) a fost efectuată utilizând un analizor elementar Perkin-Elmer 2400, iar rezultatele obținute sunt în bună concordanță cu valorile calculate.
Un amestec de acid 3 (5 mmol) și clorură de tionil (5 ml) a fost încălzit într-o baie de apă la 65 °C timp de 4 ore. Excesul de clorură de tionil a fost îndepărtat prin distilare la presiune redusă. Solidul roșu rezultat a fost colectat și utilizat fără purificare ulterioară. Punct de topire: 200-202 °C, randament: 88,5%. IR (KBr, ν, cm−1): 2224 (C≡N), 1737 (C=O). 1H-RMN (400 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 9,26 (s, 1H, CH=), 7,27-8,57 (m, 9H, heteroaromatizare). 13C RMN (75 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 115,11 (C≡N), 124,82–130,53 (CH antracen), 155,34, 114,93 (CH=C–C=O), 162,22 (C=O); HRMS (ESI) m/z [M + H]+: 291,73111. Analist. Calculat pentru C18H10ClNO (291,73): C, 74,11; H, 3,46; N, 4,80. Găsit: C, 74,41; H, 3,34; N, 4,66%.
La 0°C, compusul 4 (2 mmol, 0,7 g) a fost dizolvat în dioxan anhidru (20 ml) și s-a adăugat picătură cu picătură hidrat de hidrazină (2 mmol, 0,16 ml, 80%) și s-a agitat timp de 1 oră. Solidul precipitat a fost colectat prin filtrare și recristalizat din etanol pentru a da compusul 6.
Cristale verzi, punct de topire 190-192℃, randament 69,36%; IR (KBr) ν=3424 (NH), 2228 (C≡N), 1720 (C=O), 1621 (C=N) cm−1. 1H-RMN (400 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 9,3 (br s, H, NH, interschimbabil), 7,69-8,51 (m, 18H, heteroaromatic), 9,16 (s, 1H, CH=), 8,54 (s, 1H, CH=); Valoare calculată pentru C33H21N3O (475,53): C, 83,35; H, 4,45; N, 8,84. Găsit: C, 84,01; H, 4,38; N, 8,05%.
Se dizolvă compusul 4 (2 mmol, 0,7 g) în 20 ml de soluție anhidră de dioxan (conținând câteva picături de trietilamină), se adaugă fenilhidrazină/2-aminopiridină (2 mmol) și se agită la temperatura camerei timp de 1, respectiv 2 ore. Se toarnă amestecul de reacție în gheață sau apă și se acidifică cu acid clorhidric diluat. Se filtrează solidul separat și se recristalizează din etanol pentru a obține compusul 7 și se recristalizează din benzen pentru a obține compusul 8.
Cristale verzi, punct de topire 160-162℃, randament 77%; IR (KBr, ν, cm−1): 3245 (NH), 2222 (C≡N), 1691 (C=O), 1671 (C=O) cm−1. 1H-RMN (400 MHz, DMSO-d6): δ (ppm): 10,88 (s, 1H, NH, interschimbabil), 9,15 (s, 1H, CH=), 8,81 (s, 1H, CH=), 6,78-8,58 (m, 23H, heteroaromatic); Valoare calculată pentru C42H26N4O2 (618,68): C, 81,54; H, 4,24; N, 9,06. Găsit: C, 81,96; H, 3,91; N, 8,91%.
Compusul 4 (2 mmol, 0,7 g) a fost dizolvat în 20 ml de soluție anhidră de dioxan (conținând câteva picături de trietilamină), s-a adăugat 2-aminopiridină (2 mmol, 0,25 g) și amestecul a fost agitat la temperatura camerei timp de 2 ore. Amestecul de reacție a fost turnat în apă cu gheață și acidificat cu acid clorhidric diluat. Precipitatul format a fost filtrat și recristalizat din benzen, obținându-se cristale verzi de compusul 8 cu un punct de topire de 146-148 °C și un randament de 82,5%; spectru infraroșu (KBr) ν: 3148 (NH), 2222 (C≡N), 1665 (C=O) cm−1. 1H RMN (400 MHz, DMSO-d6): δ (ppm): 8,78 (s, H, NH, interschimbabil), 9,14 (s, 1H, CH=), 7,36-8,55 (m, 13H, heteroaromatizare); Calculat pentru C23H15N3O (348,38): C, 79,07; H, 4,33; N, 12,03. Găsit: C, 78,93; H, 3,97; N, 12,36%.
Compusul 4 (2 mmol, 0,7 g) a fost dizolvat în 20 ml de dioxan anhidru (conținând câteva picături de trietilamină și 2 mmol de tiouree/semicarbazidă) și încălzit la reflux timp de 2 ore. Solventul a fost evaporat în vid. Reziduul a fost recristalizat din dioxan pentru a obține un amestec.