Дякуємо за відвідування сайту nature.com. Версія браузера, яку ви використовуєте, має обмежену підтримку CSS. Для найкращої роботи рекомендуємо використовувати останню версію браузера (або вимкнути режим сумісності в Internet Explorer). Крім того, для забезпечення постійної підтримки цей сайт не міститиме стилів або JavaScript.
Синтон 3-(антрацен-9-іл)-2-ціаноакрилоїлхлорид 4 був синтезований та використаний для синтезу різноманітних високоактивних гетероциклічних сполук шляхом його реакції з різними азотистими нуклеофілами. Структура кожної синтезованої гетероциклічної сполуки була ретельно охарактеризована за допомогою спектроскопічного та елементного аналізу. Десять з тринадцяти нових гетероциклічних сполук продемонстрували обнадійливу ефективність проти бактерій з множинною лікарською стійкістю (MRSA). Серед них сполуки 6, 7, 10, 13b та 14 показали найвищу антибактеріальну активність із зонами інгібування, близькими до 4 см. Однак, дослідження молекулярного докінгу показали, що сполуки мали різну спорідненість зв'язування з пеніцилін-зв'язуючим білком 2a (PBP2a), ключовою мішенню для стійкості до MRSA. Деякі сполуки, такі як 7, 10 та 14, показали вищу спорідненість зв'язування та стабільність взаємодії в активному центрі PBP2a порівняно зі співкристалізованим хіназоліноновим лігандом. На противагу цьому, сполуки 6 та 13b мали нижчі показники докінгу, але все ще демонстрували значну антибактеріальну активність, причому сполука 6 мала найнижчі значення MIC (9,7 мкг/100 мкл) та MBC (78,125 мкг/100 мкл). Докінговий аналіз виявив ключові взаємодії, включаючи водневі зв'язки та π-стекінг, зокрема із залишками, такими як Lys 273, Lys 316 та Arg 298, які були ідентифіковані як такі, що взаємодіють зі співкристалізованим лігандом у кристалічній структурі PBP2a. Ці залишки є важливими для ферментативної активності PBP2a. Ці результати свідчать про те, що синтезовані сполуки можуть служити перспективними препаратами проти MRSA, що підкреслює важливість поєднання молекулярного докінгу з біоаналізами для виявлення ефективних терапевтичних кандидатів.
У перші кілька років цього століття дослідницькі зусилля були зосереджені головним чином на розробці нових, простих процедур та методів синтезу кількох інноваційних гетероциклічних систем з антимікробною активністю з використанням легкодоступних вихідних матеріалів.
Акрилонітрильні фрагменти вважаються важливими вихідними матеріалами для синтезу багатьох чудових гетероциклічних систем, оскільки вони є високореактивними сполуками. Більше того, похідні 2-ціаноакрилоїлхлориду широко використовуються в останні роки для розробки та синтезу продуктів, що мають життєво важливе значення в галузі фармакологічних застосувань, таких як проміжні продукти ліків1,2,3, попередники анти-ВІЛ, противірусних, протипухлинних, антибактеріальних, антидепресивних та антиоксидантних засобів4,5,6,7,8,9,10. Останнім часом біологічна ефективність антрацену та його похідних, включаючи їхні антибіотичні, протипухлинні11,12, антибактеріальні13,14,15 та інсектицидні властивості16,17, привернула значну увагу18,19,20,21. Антимікробні сполуки, що містять акрилонітрильні та антраценові фрагменти, показані на рисунках 1 та 2.
Згідно з даними Всесвітньої організації охорони здоров'я (ВООЗ) (2021), стійкість до антимікробних препаратів (АРП) є глобальною загрозою для здоров'я та розвитку22,23,24,25. Пацієнтів неможливо вилікувати, що призводить до тривалішого перебування в лікарні та потреби в дорожчих ліках, а також до збільшення смертності та інвалідності. Відсутність ефективних антимікробних препаратів часто призводить до неефективності лікування різних інфекцій, особливо під час хіміотерапії та великих операцій.
Згідно зі звітом Всесвітньої організації охорони здоров'я за 2024 рік, метицилін-резистентний золотистий стафілокок (MRSA) та кишкова паличка включені до списку пріоритетних патогенів. Обидві бактерії стійкі до багатьох антибіотиків, тому вони представляють собою інфекції, які важко лікувати та контролювати, і існує нагальна потреба в розробці нових та ефективних антимікробних сполук для вирішення цієї проблеми. Антрацен та його похідні є добре відомими антимікробними засобами, які можуть діяти як на грампозитивні, так і на грамнегативні бактерії. Метою цього дослідження є синтез нової похідної, яка може боротися з цими патогенами, небезпечними для здоров'я.
Всесвітня організація охорони здоров'я (ВООЗ) повідомляє, що багато бактеріальних патогенів стійкі до багатьох антибіотиків, включаючи метицилін-резистентний золотистий стафілокок (MRSA), поширену причину інфекцій у громаді та медичних закладах. Повідомляється, що у пацієнтів з інфекціями MRSA рівень смертності на 64% вищий, ніж у пацієнтів з інфекціями, чутливими до ліків. Крім того, E. coli становить глобальну загрозу, оскільки останньою лінією захисту від карбапенем-резистентних ентеробактерій (тобто E. coli) є колістин, але нещодавно в кількох країнах були зареєстровані випадки виникнення колістин-резистентних бактерій.22,23,24,25
Таким чином, згідно з Глобальним планом дій Всесвітньої організації охорони здоров'я щодо стійкості до антимікробних препаратів26, існує нагальна потреба у відкритті та синтезі нових антимікробних препаратів. Великий потенціал антрацену та акрилонітрилу як антибактеріальних27, протигрибкових28, протиракових29 та антиоксидантних30 агентів був підкреслений у численних опублікованих статтях. У зв'язку з цим можна сказати, що ці похідні є хорошими кандидатами для використання проти метицилін-резистентного золотистого стафілокока (MRSA).
Попередні огляди літератури спонукали нас до синтезу нових похідних у цих класах. Тому метою цього дослідження було розробити нові гетероциклічні системи, що містять антраценові та акрилонітрильні фрагменти, оцінити їхню антимікробну та антибактеріальну ефективність, а також дослідити їх потенційну взаємодію зв'язування з пеніцилін-зв'язуючим білком 2a (PBP2a) шляхом молекулярного докінгу. Спираючись на попередні дослідження, це дослідження продовжило синтез, біологічну оцінку та обчислювальний аналіз гетероциклічних систем для виявлення перспективних агентів, стійких до метициліну, золотистого стафілокока (MRSA), з потужною інгібуючою активністю щодо PBP2a31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49.
Наші поточні дослідження зосереджені на синтезі та антимікробній оцінці нових гетероциклічних сполук, що містять антраценові та акрилонітрильні фрагменти. Було отримано 3-(антрацен-9-іл)-2-ціаноакрилоїлхлорид 4, який було використано як будівельний блок для побудови нових гетероциклічних систем.
Структуру сполуки 4 було визначено за допомогою спектральних даних. Спектр 1H-ЯМР показав наявність CH= при 9,26 ppm, ІЧ-спектр показав наявність карбонільної групи при 1737 см−1 та ціаногрупи при 2224 см−1, а спектр 13CNMR також підтвердив запропоновану структуру (див. розділ «Експериментальна частина»).
Синтез 3-(антрацен-9-іл)-2-ціаноакрилоїлхлориду 4 було здійснено шляхом гідролізу ароматичних груп 250, 41, 42, 53 етанольним розчином гідроксиду натрію (10%) з утворенням кислот 354, 45, 56, які потім обробляли тіонілхлоридом на водяній бані, що дало похідну акрилоїлхлориду 4 з високим виходом (88,5%), як показано на рисунку 3.
Для створення нових гетероциклічних сполук з очікуваною антибактеріальною ефективністю було проведено реакцію ацилхлориду 4 з різними динуклеофілами.
Хлоранид 4 обробляли гідразингідратом при 0° протягом однієї години. На жаль, піразолон 5 не був отриманий. Продукт був похідним акриламіду, структура якого була підтверджена спектральними даними. Його ІЧ-спектр показав смуги поглинання C=O при 1720 см−1, C≡N при 2228 см−1 та NH при 3424 см−1. Спектр 1H-ЯМР показав обмінний синглетний сигнал олефінових протонів та протонів NH при 9,3 ppm (див. розділ «Експериментальна частина»).
Два молі хлорангідриду 4 прореагували з одним молям фенілгідразину, утворюючи похідну N-фенілакрилоїлгідразину 7 з хорошим виходом (77%) (Рисунок 5). Структуру 7 було підтверджено даними інфрачервоної спектроскопії, які показали поглинання двох груп C=O при 1691 та 1671 см−1, поглинання групи CN при 2222 см−1 та поглинання групи NH при 3245 см−1, а його спектр 1H-ЯМР показав групу CH при 9,15 та 8,81 ppm та протон NH при 10,88 ppm (див. розділ «Експериментальна частина»).
У цьому дослідженні досліджували реакцію ацилхлориду 4 з 1,3-динуклеофілами. Обробка ацилхлориду 4 2-амінопіридином у 1,4-діоксані з TEA як основою за кімнатної температури призвела до отримання похідної акриламіду 8 (Рисунок 5), структуру якої було ідентифіковано за допомогою спектральних даних. ІЧ-спектри показали смуги поглинання валентних смуг ціаногрупи при 2222 см−1, NH при 3148 см−1 та карбонільної групи при 1665 см−1; 1H ЯМР-спектри підтвердили наявність олефінових протонів при 9,14 ppm (див. розділ «Експериментальна частина»).
Сполука 4 реагує з тіосечовиною, утворюючи піримідинетіон 9; сполука 4 реагує з тіосемікарбазидом, утворюючи похідну тіопіразолу 10 (Рисунок 5). Структури сполук 9 та 10 були підтверджені спектральним та елементним аналізом (див. розділ «Експериментальна частина»).
Тетразин-3-тіол 11 був отриманий реакцією сполуки 4 з тіокарбазидом як 1,4-динуклеофілом (Рисунок 5), а його структура була підтверджена спектроскопією та елементним аналізом. В інфрачервоному спектрі зв'язок C=N з'явився при 1619 см−1. Водночас, його 1H-ЯМР спектр зберіг багатопластинні сигнали ароматичних протонів при 7,78–8,66 ppm та SH-протонів при 3,31 ppm (див. Експериментальний розділ).
Акрилоїлхлорид 4 реагує з 1,2-діамінобензолом, 2-амінотіофенолом, антраніловою кислотою, 1,2-діаміноетаном та етаноламіном як 1,4-динуклеофілами, утворюючи нові гетероциклічні системи (13–16).
Структури цих нещодавно синтезованих сполук були підтверджені спектральним та елементним аналізом (див. розділ «Експериментальні дослідження»). Похідне 2-гідроксифенілакриламіду 17 було отримано реакцією з 2-амінофенолом як динуклеофілом (Рисунок 6), а його структура була підтверджена спектральним та елементним аналізом. Інфрачервоний спектр сполуки 17 показав, що сигнали C=O та C≡N з'явилися при 1681 та 2226 см−1 відповідно. Тим часом, його спектр 1H-ЯМР зберіг синглетний сигнал олефінового протона при 9,19 ppm, а протон OH з'явився при 9,82 ppm (див. розділ «Експериментальні дослідження»).
Реакція хлорангідриду 4 з одним нуклеофілом (наприклад, етиламіном, 4-толуїдином та 4-метоксианіліном) у діоксані як розчиннику та TEA як каталізаторі за кімнатної температури призвела до отримання зелених кристалічних похідних акриламіду 18, 19a та 19b. Елементні та спектральні дані сполук 18, 19a та 19b підтвердили структури цих похідних (див. Експериментальний розділ) (Рисунок 7).
Після скринінгу антимікробної активності різних синтетичних сполук було отримано різні результати, як показано в Таблиці 1 та Рисунку 8 (див. файл рисунка). Усі протестовані сполуки показали різний ступінь інгібування проти грампозитивної бактерії MRSA, тоді як грамнегативна бактерія Escherichia coli показала повну стійкість до всіх сполук. Протестовані сполуки можна розділити на три категорії залежно від діаметра зони інгібування проти MRSA. Перша категорія була найактивнішою та складалася з п'яти сполук (6, 7, 10, 13b та 14). Діаметр зони інгібування цих сполук був близький до 4 см; найактивнішими сполуками в цій категорії були сполуки 6 та 13b. Друга категорія була помірно активною та складалася ще з п'яти сполук (11, 13a, 15, 18 та 19a). Зона інгібування цих сполук коливалася від 3,3 до 3,65 см, причому сполука 11 показала найбільшу зону інгібування 3,65 ± 0,1 см. З іншого боку, остання група містила три сполуки (8, 17 та 19b) з найнижчою антимікробною активністю (менше 3 см). На рисунку 9 показано розподіл різних зон інгібування.
Подальше дослідження антимікробної активності тестованих сполук включало визначення мінімальної інгібіторної концентрації (МІК) та мінімальної концентрації для кожної сполуки. Результати дещо відрізнялися (як показано в таблицях 2, 3 та на рисунку 10 (див. файл рисунка)), причому сполуки 7, 11, 13a та 15, очевидно, були перекласифіковані як найкращі сполуки. Вони мали однакові найнижчі значення МІК та мінімальної концентрації для кожної сполуки (39,06 мкг/100 мкл). Хоча сполуки 7 та 8 мали нижчі значення МІК (9,7 мкг/100 мкл), їхні значення мінімальної концентрації для кожної сполуки були вищими (78,125 мкг/100 мкл). Тому їх вважали слабшими, ніж раніше згадані сполуки. Однак ці шість сполук були найефективнішими з протестованих, оскільки їхні значення мінімальної концентрації для кожної сполуки були нижчими за 100 мкг/100 мкл.
Сполуки (10, 14, 18 та 19b) були менш активними порівняно з іншими протестованими сполуками, оскільки їхні значення MBC коливалися від 156 до 312 мкг/100 мкл. З іншого боку, сполуки (8, 17 та 19a) були найменш перспективними, оскільки вони мали найвищі значення MBC (відповідно 625, 625 та 1250 мкг/100 мкл).
Зрештою, відповідно до рівнів толерантності, наведених у Таблиці 3, протестовані сполуки можна розділити на дві категорії залежно від їхнього механізму дії: сполуки з бактерицидною дією (7, 8, 10, 11, 13a, 15, 18, 19b) та сполуки з антибактеріальною дією (6, 13b, 14, 17, 19a). Серед них перевагу надають сполукам 7, 11, 13a та 15, які проявляють знищувальну активність при дуже низькій концентрації (39,06 мкг/100 мкл).
Десять із тринадцяти протестованих сполук показали потенціал проти антибіотикорезистентного метицилін-резистентного золотистого стафілокока (MRSA). Тому рекомендується подальший скринінг з більш антибіотикорезистентними патогенами (особливо локальними ізолятами, що охоплюють патогенні грампозитивні та грамнегативні бактерії) та патогенними дріжджами, а також цитотоксичне тестування кожної сполуки для оцінки її безпеки.
Для оцінки потенціалу синтезованих сполук як інгібіторів пеніцилін-зв'язуючого білка 2a (PBP2a) у метицилін-резистентному золотистому стафілококу (MRSA) було проведено дослідження молекулярного докінгу. PBP2a є ключовим ферментом, що бере участь у біосинтезі клітинної стінки бактерій, і інгібування цього ферменту перешкоджає формуванню клітинної стінки, що зрештою призводить до лізису бактерій та загибелі клітин1. Результати докінгу наведено в таблиці 4 та більш детально описано в додатковому файлі даних, і результати показують, що кілька сполук продемонстрували сильну спорідненість до зв'язування з PBP2a, зокрема з ключовими залишками активного центру, такими як Lys 273, Lys 316 та Arg 298. Взаємодії, включаючи водневі зв'язки та π-стекінг, були дуже схожими на взаємодії кокристалізованого хіназолінонового ліганду (CCL), що вказує на потенціал цих сполук як потужних інгібіторів.
Дані молекулярного докінгу, разом з іншими обчислювальними параметрами, переконливо свідчать про те, що інгібування PBP2a було ключовим механізмом, відповідальним за спостережувану антибактеріальну активність цих сполук. Значення балів докінгу та середньоквадратичного відхилення (RMSD) додатково виявили спорідненість зв'язування та стабільність, підтверджуючи цю гіпотезу. Як показано в таблиці 4, хоча кілька сполук продемонстрували хорошу спорідненість зв'язування, деякі сполуки (наприклад, 7, 9, 10 та 14) мали вищі бали докінгу, ніж кокристалізований ліганд, що вказує на те, що вони можуть мати сильнішу взаємодію із залишками активного центру PBP2a. Однак найбільш біоактивні сполуки 6 та 13b показали дещо нижчі бали докінгу (-5,98 та -5,63 відповідно) порівняно з іншими лігандами. Це свідчить про те, що хоча бали докінгу можна використовувати для прогнозування спорідненості зв'язування, інші фактори (наприклад, стабільність ліганду та молекулярні взаємодії в біологічному середовищі) також відіграють ключову роль у визначенні антибактеріальної активності. Примітно, що значення середньоквадратичного відхилення (RMSD) усіх синтезованих сполук були нижче 2 Å, що підтверджує структурну відповідність їхніх докінгових позицій конформації зв'язування співкристалізованого ліганду, що ще більше підтверджує їхній потенціал як потужних інгібіторів PBP2a.
Хоча показники докінгу та середньоквадратичне відхилення (RMS) дають цінні прогнози, кореляція між цими результатами докінгу та антимікробною активністю не завжди зрозуміла на перший погляд. Хоча інгібування PBP2a переконливо підтримується як ключовий фактор, що впливає на антимікробну активність, деякі відмінності свідчать про те, що інші біологічні властивості також відіграють важливу роль. Сполуки 6 та 13b показали найвищу антимікробну активність, з діаметром зони інгібування 4 см та найнижчими значеннями MIC (9,7 мкг/100 мкл) та MBC (78,125 мкг/100 мкл), незважаючи на їхні нижчі показники докінгу порівняно зі сполуками 7, 9, 10 та 14. Це свідчить про те, що хоча інгібування PBP2a сприяє антимікробній активності, такі фактори, як розчинність, біодоступність та динаміка взаємодії в бактеріальному середовищі, також впливають на загальну активність. На рисунку 11 показано їхні пози докінгу, що вказує на те, що обидві сполуки, навіть з відносно низькими показниками зв'язування, все ще здатні взаємодіяти з ключовими залишками PBP2a, потенційно стабілізуючи комплекс інгібування. Це підкреслює, що хоча молекулярний докінг дає важливе розуміння інгібування PBP2a, для повного розуміння реальних антимікробних ефектів цих сполук необхідно враховувати інші біологічні фактори.
Використовуючи кристалічну структуру PBP2a (PDB ID: 4CJN), було побудовано 2D та 3D карти взаємодії найактивніших сполук 6 та 13b, зв'язаних з пеніцилін-зв'язуючим білком 2a (PBP2a) метицилін-резистентного золотистого стафілокока (MRSA). Ці карти порівнюють характер взаємодії цих сполук з повторно зв'язаним кокристалізованим хіназоліноновим лігандом (CCL), виділяючи ключові взаємодії, такі як водневі зв'язки, π-стекінг та іонні взаємодії.
Подібна картина спостерігалася для сполуки 7, яка показала відносно високий показник докінгу (-6,32) та подібний діаметр зони інгібування (3,9 см), як і сполука 10. Однак її мінімальна інгібуюча концентрація (МІК) (39,08 мкг/100 мкл) та мінімальна концентрація в клітинах (МБК) (39,06 мкг/100 мкл) були значно вищими, що вказує на необхідність вищих концентрацій для прояву антибактеріального ефекту. Це свідчить про те, що хоча сполука 7 продемонструвала сильну спорідненість зв'язування в дослідженнях докінгу, такі фактори, як біодоступність, клітинне поглинання або інші фізико-хімічні властивості, можуть обмежувати її біологічну ефективність. Хоча сполука 7 продемонструвала бактерицидні властивості, вона була менш ефективною в пригніченні росту бактерій порівняно зі сполуками 6 та 13b.
Сполука 10 продемонструвала більш разючу різницю з найвищим балом докінгу (-6,40), що вказує на сильну спорідненість зв'язування з PBP2a. Однак діаметр її зони інгібування (3,9 см) був порівнянний зі сполукою 7, а її MBC (312 мкг/100 мкл) був значно вищим, ніж у сполук 6, 7 та 13b, що вказує на слабшу бактерицидну активність. Це свідчить про те, що, незважаючи на хороші прогнози докінгу, сполука 10 була менш ефективною у знищенні MRSA через інші обмежувальні фактори, такі як розчинність, стабільність або погана проникність бактеріальної мембрани. Ці результати підтверджують розуміння того, що хоча інгібування PBP2a відіграє ключову роль в антибактеріальній активності, воно не повністю пояснює відмінності в біологічній активності, що спостерігаються серед тестованих сполук. Ці відмінності свідчать про те, що для повного з'ясування задіяних антибактеріальних механізмів необхідні подальші експериментальні аналізи та поглиблені біологічні оцінки.
Результати молекулярного докінгу в Таблиці 4 та Додатковому файлі даних підкреслюють складний зв'язок між показниками докінгу та антимікробною активністю. Хоча сполуки 6 та 13b мають нижчі показники докінгу, ніж сполуки 7, 9, 10 та 14, вони демонструють найвищу антимікробну активність. Їхні карти взаємодії (показані на Рисунку 11) вказують на те, що, незважаючи на нижчі показники зв'язування, вони все ще утворюють значні водневі зв'язки та π-стекінгові взаємодії з ключовими залишками PBP2a, які можуть стабілізувати комплекс фермент-інгібітор біологічно корисним чином. Незважаючи на відносно низькі показники докінгу 6 та 13b, їхня підвищена антимікробна активність свідчить про те, що інші властивості, такі як розчинність, стабільність та клітинне поглинання, слід враховувати разом з даними докінгу при оцінці потенціалу інгібітора. Це підкреслює важливість поєднання досліджень докінгу з експериментальним антимікробним аналізом для точної оцінки терапевтичного потенціалу нових сполук.
Ці результати підкреслюють, що хоча молекулярний докінг є потужним інструментом для прогнозування спорідненості зв'язування та виявлення потенційних механізмів інгібування, не слід покладатися лише на нього для визначення ефективності антимікробних засобів. Молекулярні дані свідчать про те, що інгібування PBP2a є ключовим фактором, що впливає на антимікробну активність, але зміни біологічної активності свідчать про те, що інші фізико-хімічні та фармакокінетичні властивості повинні бути оптимізовані для підвищення терапевтичної ефективності. Майбутні дослідження повинні бути зосереджені на оптимізації хімічної структури сполук 7 та 10 для покращення біодоступності та клітинного поглинання, забезпечуючи, щоб сильні докінгові взаємодії перетворювалися на фактичну антимікробну активність. Подальші дослідження, включаючи додаткові біоаналізи та аналіз структурно-активного зв'язку (SAR), матимуть вирішальне значення для подальшого розуміння того, як ці сполуки функціонують як інгібітори PBP2a, та для розробки більш ефективних антимікробних засобів.
Сполуки, синтезовані з 3-(антрацен-9-іл)-2-ціаноакрилоїлхлориду 4, демонстрували різний ступінь антимікробної активності, причому кілька сполук продемонстрували значне пригнічення метицилін-резистентного золотистого стафілокока (MRSA). Аналіз структурно-активного зв'язку (SAR) виявив ключові структурні особливості, що лежать в основі антимікробної ефективності цих сполук.
Присутність як акрилонітрильних, так і антраценових груп виявилася критично важливою для посилення антимікробної активності. Високореактивна нітрильна група в акрилонітрилі необхідна для полегшення взаємодії з бактеріальними білками, тим самим сприяючи антимікробним властивостям сполуки. Сполуки, що містять як акрилонітрил, так і антрацен, послідовно демонстрували сильнішу антимікробну дію. Ароматність антраценової групи додатково стабілізувала ці сполуки, потенційно підвищуючи їхню біологічну активність.
Введення гетероциклічних кілець значно покращило антибактеріальну ефективність кількох похідних. Зокрема, похідна бензотіазолу 13b та похідна акрилгідразиду 6 показали найвищу антибактеріальну активність із зоною інгібування приблизно 4 см. Ці гетероциклічні похідні показали більш значні біологічні ефекти, що вказує на те, що гетероциклічна структура відіграє ключову роль в антибактеріальних ефектах. Аналогічно, піримідинетіон у сполуці 9, тіопіразол у сполуці 10 та тетразинове кільце у сполуці 11 сприяли антибактеріальним властивостям сполук, що ще раз підкреслює важливість гетероциклічної модифікації.
Серед синтезованих сполук 6 та 13b виділилися своєю чудовою антибактеріальною активністю. Мінімальна інгібуюча концентрація (МІК) сполуки 6 становила 9,7 мкг/100 мкл, а мінімальна бактерицидна концентрація (МБК) – 78,125 мкг/100 мкл, що свідчить про її чудову здатність видаляти метицилін-резистентний золотистий стафілокок (MRSA). Аналогічно, сполука 13b мала зону інгібування 4 см та низькі значення МІК та МБК, що підтверджує її потужну антибактеріальну активність. Ці результати підкреслюють ключову роль акрилогідразидних та бензотіазольних функціональних груп у визначенні біоефективності цих сполук.
На противагу цьому, сполуки 7, 10 та 14 демонстрували помірну антибактеріальну активність із зонами інгібування від 3,65 до 3,9 см. Ці сполуки потребували вищих концентрацій для повного знищення бактерій, що підтверджується їх відносно високими значеннями мінімальної інгібуючої концентрації (МІК) та мінімальної концентрації в бактерії (МБК). Хоча ці сполуки були менш активними, ніж сполуки 6 та 13b, вони все ще демонстрували значний антибактеріальний потенціал, що свідчить про те, що включення акрилонітрильних та антраценових фрагментів у гетероциклічне кільце сприяє їхньому антибактеріальному ефекту.
Сполуки мають різні механізми дії, деякі з них проявляють бактерицидні властивості, а інші – бактеріостатичні. Сполуки 7, 11, 13a та 15 є бактерицидними та потребують нижчих концентрацій для повного знищення бактерій. На противагу цьому, сполуки 6, 13b та 14 є бактеріостатичними та можуть пригнічувати ріст бактерій при нижчих концентраціях, але потребують вищих концентрацій для повного знищення бактерій.
Загалом, аналіз взаємозв'язку структура-активність підкреслює важливість введення акрилонітрильних та антраценових фрагментів і гетероциклічних структур для досягнення значної антибактеріальної активності. Ці результати свідчать про те, що оптимізація цих структурних компонентів та дослідження подальших модифікацій для покращення розчинності та проникності мембран можуть призвести до розробки більш ефективних препаратів проти MRSA.
Усі реагенти та розчинники були очищені та висушені за стандартними процедурами (Ель-Гомхурія, Єгипет). Температури плавлення визначали за допомогою електронного приладу для визначення точки плавлення GallenKamp і наводяться без корекції. Інфрачервоні (ІЧ) спектри (см⁻1) були записані на кафедрі хімії факультету природничих наук Університету Айн-Шамс з використанням таблеток броміду калію (KBr) на ІЧ-спектрометрі Thermo Electron Nicolet iS10 FTIR (Thermo Fisher Scientific, Волтем, Массачусетс, США).
Спектри 1H ЯМР були отримані при 300 МГц за допомогою ЯМР-спектрометра GEMINI (GEMINI Manufacturing & Engineering, Анахайм, Каліфорнія, США) та ЯМР-спектрометра BRUKER 300 МГц (BRUKER Manufacturing & Engineering, Inc.). Тетраметилсилан (TMS) використовувався як внутрішній стандарт з дейтерованим диметилсульфоксидом (DMSO-d₆). ЯМР-вимірювання були проведені на факультеті природничих наук Каїрського університету, Гіза, Єгипет. Елементний аналіз (CHN) був проведений за допомогою елементного аналізатора Perkin-Elmer 2400, і отримані результати добре узгоджуються з розрахованими значеннями.
Суміш кислоти 3 (5 ммоль) та тіонілхлориду (5 мл) нагрівали на водяній бані при 65 °C протягом 4 годин. Надлишок тіонілхлориду видаляли дистиляцією під зниженим тиском. Отриману червону тверду речовину збирали та використовували без подальшого очищення. Температура плавлення: 200-202 °C, вихід: 88,5%. ІЧ (KBr, ν, см−1): 2224 (C≡N), 1737 (C=O). 1H-ЯМР (400 MHz, DMSO-d6) δ (м.д.): 9,26 (с, 1H, CH=), 7,27-8,57 (м, 9H, гетероароматизація). 13C ЯМР (75 МГц, ДМСО-d6) δ (м.д.): 115,11 (C≡N), 124,82–130,53 (CH₃ антрацен), 155,34, 114,93 (CH=C–C=O), 162,22 (C=O); HRMS (ESI) m/z [M + H]+: 291,73111. Аналітик. Розраховано для C18H10ClNO (291,73): C, 74,11; H, 3,46; N, 4,80. Знайдено: C, 74,41; H, 3,34; N, 4,66%.
При 0°C сполуку 4 (2 ммоль, 0,7 г) розчинили в безводному діоксані (20 мл) та додали по краплях гідразингідрат (2 ммоль, 0,16 мл, 80%) і перемішували протягом 1 години. Осаджену тверду речовину відфільтрували та перекристалізували з етанолу, отримавши сполуку 6.
Зелені кристали, температура плавлення 190-192℃, вихід 69,36%; ІЧ (KBr) ν=3424 (NH), 2228 (C≡N), 1720 (C=O), 1621 (C=N) см−1. 1H-ЯМР (400 МГц, ДМСО-d6) δ (м.д.): 9,3 (широкий с, H, NH, обмінний), 7,69-8,51 (м, 18H, гетероароматичний), 9,16 (с, 1H, CH=), 8,54 (с, 1H, CH=); Розраховане значення для C33H21N3O (475,53): C, 83,35; H, 4,45; N, 8,84. Знайдено: C, 84,01; H, 4,38; N, 8,05%.
Розчиніть 4 (2 ммоль, 0,7 г) у 20 мл безводного розчину діоксану (що містить кілька крапель триетиламіну), додайте фенілгідразин/2-амінопіридин (2 ммоль) та перемішуйте при кімнатній температурі протягом 1 та 2 годин відповідно. Реакційну суміш вилийте в лід або воду та підкисліть розведеною хлоридною кислотою. Відфільтруйте відокремлену тверду речовину та перекристалізуйте з етанолу, щоб отримати 7, та перекристалізуйте з бензолу, щоб отримати 8.
Зелені кристали, температура плавлення 160-162℃, вихід 77%; ІЧ (KBr, ν, см−1): 3245 (NH), 2222 (C≡N), 1691 (C=O), 1671 (C=O) см−1. 1H-ЯМР (400 МГц, ДМСО-d6): δ (м.д.): 10,88 (с, 1H, NH, обмінний), 9,15 (с, 1H, CH=), 8,81 (с, 1H, CH=), 6,78-8,58 (м, 23H, гетероароматичний); Розраховане значення для C42H26N4O2 (618,68): C, 81,54; H, 4,24; N, 9,06. Знайдено: C, 81,96; H, 3,91; Н, 8,91%.
4 (2 ммоль, 0,7 г) розчинили у 20 мл безводного розчину діоксану (що містить кілька крапель триетиламіну), додали 2-амінопіридин (2 ммоль, 0,25 г) та суміш перемішували при кімнатній температурі протягом 2 годин. Реакційну суміш вилили у крижану воду та підкисили розведеною хлоридною кислотою. Утворений осад відфільтрували та перекристалізували з бензолу, що дало зелені кристали 8 з температурою плавлення 146-148 °C та виходом 82,5%; інфрачервоний спектр (KBr) ν: 3148 (NH), 2222 (C≡N), 1665 (C=O) см−1. 1H ЯМР (400 MHz, DMSO-d6): δ (м.д.): 8,78 (с, H, NH, обмінний), 9,14 (с, 1H, CH=), 7,36-8,55 (м, 13H, гетероароматизація); Розраховано для C23H15N3O (348,38): C, 79,07; H, 4,33; N, 12,03. Знайдено: C, 78,93; H, 3,97; N, 12,36%.
Сполуку 4 (2 ммоль, 0,7 г) розчинили у 20 мл сухого діоксану (що містить кілька крапель триетиламіну та 2 ммоль тіосечовини/семікарбазиду) та нагрівали зі зворотним холодильником протягом 2 годин. Розчинник випарювали у вакуумі. Залишок перекристалізували з діоксану, утворюючи суміш.