Dziękujemy za odwiedzenie strony nature.com. Używana przez Ciebie wersja przeglądarki obsługuje CSS w ograniczonym zakresie. Aby zapewnić najlepsze wrażenia, zalecamy korzystanie z najnowszej wersji przeglądarki (lub wyłączenie trybu zgodności w przeglądarce Internet Explorer). Dodatkowo, aby zapewnić ciągłą obsługę, ta strona nie będzie zawierać stylów ani JavaScriptu.
Syntetyzowany jest chlorek 3-(antracen-9-ylo)-2-cyjanoakryloilu 4, który wykorzystano do syntezy szeregu wysoce aktywnych związków heterocyklicznych poprzez reakcję z różnymi nukleofilami azotowymi. Strukturę każdego zsyntetyzowanego związku heterocyklicznego dokładnie scharakteryzowano za pomocą analizy spektroskopowej i elementarnej. Dziesięć z trzynastu nowych związków heterocyklicznych wykazało obiecującą skuteczność w zwalczaniu bakterii wielolekoopornych (MRSA). Spośród nich związki 6, 7, 10, 13b i 14 wykazały najwyższą aktywność przeciwbakteryjną ze strefami zahamowania bliskimi 4 cm. Jednakże badania dokowania molekularnego wykazały, że związki te mają różne powinowactwo wiązania do białka wiążącego penicylinę 2a (PBP2a), kluczowego celu oporności na MRSA. Niektóre związki, takie jak 7, 10 i 14, wykazywały wyższe powinowactwo wiązania i stabilność interakcji w miejscu aktywnym PBP2a w porównaniu z kokrystalizowanym ligandem chinazolinonu. Z kolei związki 6 i 13b charakteryzowały się niższymi wynikami dokowania, ale nadal wykazywały znaczącą aktywność przeciwbakteryjną, przy czym związek 6 charakteryzował się najniższymi wartościami MIC (9,7 μg/100 μl) i MBC (78,125 μg/100 μl). Analiza dokowania ujawniła kluczowe interakcje, w tym wiązania wodorowe i π-stacking, szczególnie z resztami takimi jak Lys 273, Lys 316 i Arg 298, które zidentyfikowano jako oddziałujące z kokrystalizowanym ligandem w strukturze krystalicznej PBP2a. Reszty te są niezbędne dla aktywności enzymatycznej PBP2a. Wyniki te wskazują, że zsyntetyzowane związki mogą okazać się obiecującymi lekami przeciwko MRSA, podkreślając tym samym znaczenie łączenia dokowania molekularnego z biotestami w celu identyfikacji skutecznych kandydatów na leki.
Na początku tego stulecia wysiłki badawcze koncentrowały się głównie na opracowywaniu nowych, prostych procedur i metod syntezy szeregu innowacyjnych układów heterocyklicznych o działaniu przeciwdrobnoustrojowym przy użyciu łatwo dostępnych materiałów wyjściowych.
Reszty akrylonitrylu są uważane za ważne materiały wyjściowe do syntezy wielu niezwykłych układów heterocyklicznych, ponieważ są wysoce reaktywnymi związkami. Co więcej, pochodne chlorku 2-cyjanoakryloilu są szeroko stosowane w ostatnich latach do opracowywania i syntezy produktów o kluczowym znaczeniu w dziedzinie zastosowań farmakologicznych, takich jak półprodukty leków1,2,3, prekursory leków przeciwwirusowych, przeciwwirusowych, przeciwnowotworowych, przeciwbakteryjnych, przeciwdepresyjnych i antyoksydacyjnych4,5,6,7,8,9,10. Ostatnio skuteczność biologiczna antracenu i jego pochodnych, w tym ich właściwości antybiotyczne, przeciwnowotworowe11,12, przeciwbakteryjne13,14,15 i owadobójcze16,17, wzbudziła duże zainteresowanie18,19,20,21. Związki przeciwdrobnoustrojowe zawierające reszty akrylonitrylu i antracenu przedstawiono na rysunkach 1 i 2.
Według Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) (2021) oporność na środki przeciwdrobnoustrojowe (AMR) stanowi globalne zagrożenie dla zdrowia i rozwoju22,23,24,25. Pacjentów nie można wyleczyć, co skutkuje dłuższym pobytem w szpitalu i koniecznością stosowania droższych leków, a także zwiększoną śmiertelnością i niepełnosprawnością. Brak skutecznych środków przeciwdrobnoustrojowych często prowadzi do niepowodzenia leczenia różnych infekcji, zwłaszcza podczas chemioterapii i dużych operacji.
Według raportu Światowej Organizacji Zdrowia z 2024 roku, gronkowiec złocisty oporny na metycylinę (MRSA) i E. coli znajdują się na liście patogenów priorytetowych. Obie bakterie są oporne na wiele antybiotyków, dlatego stanowią one infekcje trudne do leczenia i kontroli, a pilna potrzeba opracowania nowych i skutecznych związków przeciwdrobnoustrojowych w celu rozwiązania tego problemu istnieje. Antracen i jego pochodne to dobrze znane środki przeciwdrobnoustrojowe, które działają zarówno na bakterie Gram-dodatnie, jak i Gram-ujemne. Celem niniejszego badania jest synteza nowej pochodnej, która mogłaby zwalczać te patogeny, stanowiące zagrożenie dla zdrowia.
Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) informuje, że wiele patogenów bakteryjnych jest opornych na wiele antybiotyków, w tym gronkowiec złocisty oporny na metycylinę (MRSA), który jest częstą przyczyną zakażeń w placówkach opieki zdrowotnej i społecznej. U pacjentów z zakażeniami MRSA śmiertelność jest o 64% wyższa niż u osób z zakażeniami lekowrażliwymi. Ponadto E. coli stanowi globalne zagrożenie, ponieważ ostatnią linią obrony przed Enterobacteriaceae opornymi na karbapenemy (tj. E. coli) jest kolistyna, ale ostatnio w kilku krajach odnotowano występowanie bakterii opornych na kolistynę.22,23,24,25
W związku z tym, zgodnie z Globalnym Planem Działania Światowej Organizacji Zdrowia dotyczącym oporności na środki przeciwdrobnoustrojowe26, istnieje pilna potrzeba odkrycia i syntezy nowych leków przeciwdrobnoustrojowych. W licznych publikacjach podkreślano ogromny potencjał antracenu i akrylonitrylu jako środków przeciwbakteryjnych27, przeciwgrzybiczych28, przeciwnowotworowych29 i antyoksydacyjnych30. W związku z tym można stwierdzić, że te pochodne są dobrymi kandydatami do stosowania przeciwko gronkowcowi złocistemu opornemu na metycylinę (MRSA).
Poprzednie przeglądy literatury zmotywowały nas do syntezy nowych pochodnych w tych klasach. Dlatego też niniejsze badanie miało na celu opracowanie nowych układów heterocyklicznych zawierających fragmenty antracenu i akrylonitrylu, ocenę ich skuteczności przeciwdrobnoustrojowej i przeciwbakteryjnej oraz zbadanie ich potencjalnych interakcji wiążących z białkiem wiążącym penicylinę 2a (PBP2a) poprzez dokowanie molekularne. Opierając się na wcześniejszych badaniach, niniejsze badanie kontynuowało syntezę, ocenę biologiczną i analizę obliczeniową układów heterocyklicznych w celu identyfikacji obiecujących antybiotyków przeciwko gronkowcowi złocistemu opornemu na antymetycylinę (MRSA) o silnym działaniu hamującym PBP2a31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49.
Nasze aktualne badania skupiają się na syntezie i ocenie właściwości przeciwdrobnoustrojowych nowych związków heterocyklicznych zawierających fragmenty antracenu i akrylonitrylu. Chlorek 3-(antracen-9-ylo)-2-cyjanoakryloilu 4 został przygotowany i wykorzystany jako budulec do budowy nowych układów heterocyklicznych.
Strukturę związku 4 określono na podstawie danych spektralnych. Widmo 1H-NMR wykazało obecność CH= przy 9,26 ppm, widmo IR wykazało obecność grupy karbonylowej przy 1737 cm−1 i grupy cyjanowej przy 2224 cm−1, a widmo 13CNMR również potwierdziło proponowaną strukturę (patrz część eksperymentalna).
Syntezę chlorku 3-(antracen-9-ylo)-2-cyjanoakryloilu 4 uzyskano przez hydrolizę grup aromatycznych 250, 41, 42, 53 roztworem wodorotlenku sodu w etanolu (10%), co dało kwasy 354, 45, 56, które następnie potraktowano chlorkiem tionylu na łaźni wodnej, co dało pochodną chlorku akryloilu 4 z wysoką wydajnością (88,5%), jak pokazano na rysunku 3.
W celu wytworzenia nowych związków heterocyklicznych o oczekiwanej skuteczności przeciwbakteryjnej przeprowadzono reakcję chlorku acylu 4 z różnymi dinukleofilami.
Chlorek kwasowy 4 poddano działaniu hydratu hydrazyny w temperaturze 0°C przez jedną godzinę. Niestety, nie otrzymano pirazolonu 5. Produkt był pochodną akrylamidu, której strukturę potwierdzono danymi spektralnymi. Widmo IR wykazało pasma absorpcji C=O przy 1720 cm−1, C≡N przy 2228 cm−1 i NH₂ przy 3424 cm−1. Widmo 1H-NMR wykazało sygnał singletowy wymiany protonów olefin i protonów NH₂ przy 9,3 ppm (patrz Część Eksperymentalna).
Dwa mole chlorku kwasowego 4 poddano reakcji z jednym molem fenylohydrazyny, uzyskując pochodną N-fenyloakrylohydrazyny 7 z dobrą wydajnością (77%) (rysunek 5). Strukturę związku 7 potwierdzono danymi spektroskopii w podczerwieni, które wykazały absorpcję dwóch grup C=O przy 1691 i 1671 cm−1, absorpcję grupy CN przy 2222 cm−1 oraz absorpcję grupy NH₂ przy 3245 cm−1, a widmo 1H-NMR wykazało obecność grupy CH₂ przy 9,15 i 8,81 ppm oraz protonu NH₂ przy 10,88 ppm (patrz część eksperymentalna).
W niniejszym badaniu zbadano reakcję chlorku acylu 4 z 1,3-dinukleofilami. W wyniku reakcji chlorku acylu 4 z 2-aminopirydyną w 1,4-dioksanie, z TEA jako zasadą, w temperaturze pokojowej otrzymano pochodną akrylamidu 8 (rysunek 5), której strukturę zidentyfikowano za pomocą danych spektralnych. Widma IR wykazały pasma absorpcji rozciągające grupy cyjanowe przy 2222 cm−1, NH−1 przy 3148 cm−1 i karbonylowe przy 1665 cm−1; widma 1H NMR potwierdziły obecność protonów olefinowych przy 9,14 ppm (patrz Część Eksperymentalna).
Związek 4 reaguje z tiomocznikiem, dając pirymidynoteton 9; związek 4 reaguje z tiosemikarbazydem, dając pochodną tiopirazolu 10 (rysunek 5). Struktury związków 9 i 10 zostały potwierdzone analizą widmową i elementarną (patrz część eksperymentalna).
Tetrazyno-3-tiol 11 został przygotowany w reakcji związku 4 z tiokarbazydem jako 1,4-dinukleofilem (rysunek 5), a jego strukturę potwierdzono spektroskopią i analizą elementarną. W widmie w podczerwieni wiązanie C=N pojawiło się przy 1619 cm−1. Jednocześnie w widmie 1H-NMR zachowały się sygnały wielopłytkowe protonów aromatycznych przy 7,78–8,66 ppm i protonów SH przy 3,31 ppm (patrz Część Eksperymentalna).
Chlorek akryloilu 4 reaguje z 1,2-diaminobenzenem, 2-aminotiofenolem, kwasem antranilowym, 1,2-diaminoetanem i etanoloaminą jako 1,4-dinukleofile, tworząc nowe układy heterocykliczne (13–16).
Struktury nowo zsyntetyzowanych związków potwierdzono analizą widmową i elementarną (patrz część Eksperymentalna). Pochodną 2-hydroksyfenyloakrylamidu 17 otrzymano w reakcji z 2-aminofenolem jako dinukleofilem (rysunek 6), a jej strukturę potwierdzono analizą widmową i elementarną. Widmo w podczerwieni związku 17 wykazało, że sygnały C=O i C≡N pojawiły się odpowiednio przy 1681 i 2226 cm−1. Tymczasem w widmie 1H-NMR zachował się sygnał singletowy protonu olefiny przy 9,19 ppm, a proton OH pojawił się przy 9,82 ppm (patrz część Eksperymentalna).
Reakcja chlorku kwasowego 4 z jednym nukleofilem (np. etyloaminą, 4-toluidyną i 4-metoksyaniliną) w dioksanie jako rozpuszczalniku i TEA jako katalizatorze w temperaturze pokojowej dała zielone krystaliczne pochodne akrylamidu 18, 19a i 19b. Dane pierwiastkowe i spektralne związków 18, 19a i 19b potwierdziły strukturę tych pochodnych (patrz część eksperymentalna) (rysunek 7).
Po przebadaniu aktywności przeciwdrobnoustrojowej różnych związków syntetycznych uzyskano różne wyniki, jak pokazano w Tabeli 1 i na Rysunku 8 (patrz plik z rysunkami). Wszystkie testowane związki wykazały różny stopień hamowania bakterii Gram-dodatniej MRSA, podczas gdy bakteria Gram-ujemna Escherichia coli wykazała całkowitą oporność na wszystkie związki. Testowane związki można podzielić na trzy kategorie na podstawie średnicy strefy hamowania MRSA. Pierwsza kategoria była najbardziej aktywna i składała się z pięciu związków (6, 7, 10, 13b i 14). Średnica strefy hamowania tych związków wynosiła blisko 4 cm; najbardziej aktywnymi związkami w tej kategorii były związki 6 i 13b. Druga kategoria była umiarkowanie aktywna i składała się z kolejnych pięciu związków (11, 13a, 15, 18 i 19a). Strefa zahamowania tych związków mieściła się w zakresie od 3,3 do 3,65 cm, przy czym związek 11 wykazywał największą strefę zahamowania, wynoszącą 3,65 ± 0,1 cm. Z drugiej strony, ostatnia grupa zawierała trzy związki (8, 17 i 19b) o najniższej aktywności przeciwdrobnoustrojowej (poniżej 3 cm). Rysunek 9 przedstawia rozkład różnych stref zahamowania.
Dalsze badanie aktywności przeciwdrobnoustrojowej badanych związków obejmowało oznaczenie MIC i MBC dla każdego związku. Wyniki różniły się nieznacznie (jak pokazano w tabelach 2, 3 i na rysunku 10 (patrz plik z rysunkami)), przy czym związki 7, 11, 13a i 15 zostały najwyraźniej przeklasyfikowane jako najlepsze związki. Miały one te same najniższe wartości MIC i MBC (39,06 μg/100 μL). Chociaż związki 7 i 8 miały niższe wartości MIC (9,7 μg/100 μL), ich wartości MBC były wyższe (78,125 μg/100 μL). Dlatego też uznano je za słabsze niż wcześniej wymienione związki. Jednak te sześć związków było najskuteczniejszych spośród badanych, ponieważ ich wartości MBC były poniżej 100 μg/100 μL.
Związki (10, 14, 18 i 19b) były mniej aktywne w porównaniu z innymi testowanymi związkami, ponieważ ich wartości MBC wahały się od 156 do 312 μg/100 μl. Z kolei związki (8, 17 i 19a) okazały się najmniej obiecujące, ponieważ charakteryzowały się najwyższymi wartościami MBC (odpowiednio 625, 625 i 1250 μg/100 μl).
Ostatecznie, zgodnie z poziomami tolerancji przedstawionymi w tabeli 3, testowane związki można podzielić na dwie kategorie ze względu na sposób działania: związki o działaniu bakteriobójczym (7, 8, 10, 11, 13a, 15, 18, 19b) oraz związki o działaniu antybakteryjnym (6, 13b, 14, 17, 19a). Spośród nich preferowane są związki 7, 11, 13a i 15, które wykazują działanie bakteriobójcze przy bardzo niskim stężeniu (39,06 μg/100 μl).
Dziesięć z trzynastu przebadanych związków wykazało potencjał przeciwko opornemu na antybiotyki gronkowcowi złocistemu opornemu na metycylinę (MRSA). Dlatego zaleca się dalsze badania przesiewowe z większą liczbą patogenów opornych na antybiotyki (zwłaszcza izolatów lokalnych obejmujących patogenne bakterie Gram-dodatnie i Gram-ujemne) oraz drożdżaków chorobotwórczych, a także przeprowadzenie testów cytotoksyczności każdego związku w celu oceny jego bezpieczeństwa.
Przeprowadzono badania dokowania molekularnego w celu oceny potencjału zsyntetyzowanych związków jako inhibitorów białka wiążącego penicylinę 2a (PBP2a) u gronkowca złocistego opornego na metycylinę (MRSA). PBP2a jest kluczowym enzymem biorącym udział w biosyntezie ściany komórkowej bakterii, a hamowanie tego enzymu zakłóca proces jej tworzenia, prowadząc ostatecznie do lizy bakterii i śmierci komórki1. Wyniki dokowania przedstawiono w Tabeli 4 i opisano bardziej szczegółowo w pliku danych uzupełniających. Wyniki te wskazują, że kilka związków wykazywało silne powinowactwo wiązania do PBP2a, szczególnie do kluczowych reszt miejsc aktywnych, takich jak Lys 273, Lys 316 i Arg 298. Interakcje, w tym wiązania wodorowe i układanie π, były bardzo podobne do interakcji współkrystalizowanego ligandu chinazolinonu (CCL), co wskazuje na potencjał tych związków jako silnych inhibitorów.
Dane dotyczące dokowania molekularnego, wraz z innymi parametrami obliczeniowymi, silnie sugerowały, że hamowanie PBP2a było kluczowym mechanizmem odpowiedzialnym za obserwowaną aktywność przeciwbakteryjną tych związków. Wyniki dokowania i wartości średniego odchylenia kwadratowego (RMSD) dodatkowo ujawniły powinowactwo wiązania i stabilność, co potwierdza tę hipotezę. Jak pokazano w tabeli 4, chociaż kilka związków wykazało dobre powinowactwo wiązania, niektóre związki (np. 7, 9, 10 i 14) miały wyższe wyniki dokowania niż kokrystalizowany ligand, co wskazuje na możliwość silniejszych oddziaływań z resztami miejsca aktywnego PBP2a. Jednak najbardziej bioaktywne związki 6 i 13b wykazały nieco niższe wyniki dokowania (odpowiednio -5,98 i -5,63) w porównaniu z innymi ligandami. Sugeruje to, że chociaż wyniki dokowania można wykorzystać do przewidywania powinowactwa wiązania, inne czynniki (np. stabilność ligandu i oddziaływania molekularne w środowisku biologicznym) również odgrywają kluczową rolę w określaniu aktywności przeciwbakteryjnej. Warto zauważyć, że wartości RMSD wszystkich syntetyzowanych związków były niższe niż 2 Å, co potwierdza, że ​​ich pozycje dokowania są strukturalnie zgodne z konformacją wiązania współkrystalizowanego ligandu, co dodatkowo potwierdza ich potencjał jako silnych inhibitorów PBP2a.
Chociaż wyniki dokowania i wartości RMS dostarczają cennych prognoz, korelacja między tymi wynikami dokowania a aktywnością przeciwdrobnoustrojową nie zawsze jest na pierwszy rzut oka oczywista. Chociaż hamowanie PBP2a jest silnie wspierane jako kluczowy czynnik wpływający na aktywność przeciwdrobnoustrojową, kilka różnic sugeruje, że inne właściwości biologiczne również odgrywają istotną rolę. Związki 6 i 13b wykazały najwyższą aktywność przeciwdrobnoustrojową, ze średnicą strefy hamowania 4 cm oraz najniższymi wartościami MIC (9,7 μg/100 μl) i MBC (78,125 μg/100 μl), pomimo niższych wyników dokowania w porównaniu ze związkami 7, 9, 10 i 14. Sugeruje to, że chociaż hamowanie PBP2a przyczynia się do aktywności przeciwdrobnoustrojowej, czynniki takie jak rozpuszczalność, biodostępność i dynamika interakcji w środowisku bakteryjnym również wpływają na ogólną aktywność. Rysunek 11 przedstawia ich pozycje dokowania, co wskazuje, że oba związki, nawet przy stosunkowo niskich wskaźnikach wiązania, nadal są zdolne do interakcji z kluczowymi resztami PBP2a, potencjalnie stabilizując kompleks hamujący. Podkreśla to, że chociaż dokowanie molekularne dostarcza istotnych informacji na temat hamowania PBP2a, należy uwzględnić inne czynniki biologiczne, aby w pełni zrozumieć rzeczywiste działanie przeciwdrobnoustrojowe tych związków.
Wykorzystując strukturę krystaliczną PBP2a (PDB ID: 4CJN), skonstruowano dwu- i trójwymiarowe mapy interakcji najaktywniejszych związków 6 i 13b, zadokowanych z białkiem wiążącym penicylinę 2a (PBP2a) gronkowca złocistego opornego na metycylinę (MRSA). Mapy te porównują wzorce interakcji tych związków z ponownie zadokowanym, współkrystalizowanym ligandem chinazolinonu (CCL), podkreślając kluczowe interakcje, takie jak wiązania wodorowe, układanie π i interakcje jonowe.
Podobny wzorzec zaobserwowano dla związku 7, który wykazał stosunkowo wysoki wynik dokowania (-6,32) i podobną średnicę strefy hamowania (3,9 cm) jak związek 10. Jednakże jego MIC (39,08 μg/100 μl) i MBC (39,06 μg/100 μl) były istotnie wyższe, co wskazuje, że do wykazania działania przeciwbakteryjnego wymagane są wyższe stężenia. Sugeruje to, że chociaż związek 7 wykazywał silne powinowactwo wiązania w badaniach dokowania, czynniki takie jak biodostępność, wychwyt komórkowy lub inne właściwości fizykochemiczne mogą ograniczać jego skuteczność biologiczną. Chociaż związek 7 wykazywał właściwości bakteriobójcze, był mniej skuteczny w hamowaniu wzrostu bakterii w porównaniu ze związkami 6 i 13b.
Związek 10 wykazał bardziej znaczącą różnicę, osiągając najwyższy wynik dokowania (-6,40), co wskazuje na silne powinowactwo wiązania do PBP2a. Jednakże średnica jego strefy zahamowania (3,9 cm) była porównywalna ze związkiem 7, a jego MBC (312 μg/100 μL) było istotnie wyższe niż związków 6, 7 i 13b, co wskazuje na słabszą aktywność bakteriobójczą. Sugeruje to, że pomimo trafnych przewidywań dokowania, związek 10 był mniej skuteczny w zabijaniu MRSA ze względu na inne czynniki ograniczające, takie jak rozpuszczalność, stabilność lub słaba przepuszczalność błony bakteryjnej. Wyniki te potwierdzają, że chociaż hamowanie PBP2a odgrywa kluczową rolę w działaniu przeciwbakteryjnym, nie wyjaśnia w pełni różnic w aktywności biologicznej obserwowanych między testowanymi związkami. Różnice te sugerują, że potrzebne są dalsze analizy eksperymentalne i dogłębne oceny biologiczne, aby w pełni wyjaśnić zaangażowane mechanizmy przeciwbakteryjne.
Wyniki dokowania molekularnego przedstawione w Tabeli 4 oraz w Pliku Danych Uzupełniających podkreślają złożoną zależność między wynikami dokowania a aktywnością przeciwdrobnoustrojową. Chociaż związki 6 i 13b mają niższe wyniki dokowania niż związki 7, 9, 10 i 14, wykazują one najwyższą aktywność przeciwdrobnoustrojową. Ich mapy interakcji (przedstawione na Rysunku 11) wskazują, że pomimo niższych wyników wiązania, nadal tworzą one istotne wiązania wodorowe i oddziaływania π-stacking z kluczowymi resztami PBP2a, co może stabilizować kompleks enzym-inhibitor w biologicznie korzystny sposób. Pomimo stosunkowo niskich wyników dokowania związków 6 i 13b, ich zwiększona aktywność przeciwdrobnoustrojowa sugeruje, że inne właściwości, takie jak rozpuszczalność, stabilność i wychwyt komórkowy, powinny być brane pod uwagę w połączeniu z danymi dokowania podczas oceny potencjału inhibitora. Podkreśla to wagę łączenia badań dokowania z eksperymentalną analizą przeciwdrobnoustrojową w celu dokładnej oceny potencjału terapeutycznego nowych związków.
Wyniki te podkreślają, że chociaż dokowanie molekularne jest skutecznym narzędziem do przewidywania powinowactwa wiązania i identyfikacji potencjalnych mechanizmów hamowania, nie powinno być ono jedynym kryterium określania skuteczności przeciwdrobnoustrojowej. Dane molekularne sugerują, że hamowanie PBP2a jest kluczowym czynnikiem wpływającym na aktywność przeciwdrobnoustrojową, ale zmiany aktywności biologicznej sugerują, że inne właściwości fizykochemiczne i farmakokinetyczne muszą zostać zoptymalizowane w celu zwiększenia skuteczności terapeutycznej. Przyszłe badania powinny skupić się na optymalizacji struktury chemicznej związków 7 i 10 w celu poprawy biodostępności i wychwytu komórkowego, zapewniając, że silne interakcje dokowania przełożą się na rzeczywistą aktywność przeciwdrobnoustrojową. Dalsze badania, w tym dodatkowe biotesty i analiza zależności struktura-aktywność (SAR), będą miały kluczowe znaczenie dla pogłębienia naszej wiedzy na temat działania tych związków jako inhibitorów PBP2a i opracowania skuteczniejszych leków przeciwdrobnoustrojowych.
Związki syntetyzowane z chlorku 3-(antracen-9-ylo)-2-cyjanoakryloilu 4 wykazywały zróżnicowany stopień aktywności przeciwdrobnoustrojowej, przy czym kilka związków wykazało znaczące hamowanie wzrostu gronkowca złocistego opornego na metycylinę (MRSA). Analiza zależności struktura-aktywność (SAR) ujawniła kluczowe cechy strukturalne leżące u podstaw skuteczności przeciwdrobnoustrojowej tych związków.
Obecność zarówno akrylonitrylu, jak i antracenu okazała się kluczowa dla zwiększenia aktywności przeciwdrobnoustrojowej. Wysoce reaktywna grupa nitrylowa w akrylonitrylu jest niezbędna do ułatwienia interakcji z białkami bakteryjnymi, przyczyniając się tym samym do właściwości przeciwdrobnoustrojowych związku. Związki zawierające zarówno akrylonitryl, jak i antracen konsekwentnie wykazywały silniejsze działanie przeciwdrobnoustrojowe. Aromatyczność grupy antracenowej dodatkowo stabilizowała te związki, potencjalnie zwiększając ich aktywność biologiczną.
Wprowadzenie pierścieni heterocyklicznych znacząco poprawiło skuteczność przeciwbakteryjną kilku pochodnych. W szczególności, pochodna benzotiazolu 13b i pochodna akrylohydrazydu 6 wykazały najwyższą aktywność przeciwbakteryjną ze strefą inhibicji wynoszącą około 4 cm. Te pochodne heterocykliczne wykazywały bardziej znaczące działanie biologiczne, co wskazuje, że struktura heterocykliczna odgrywa kluczową rolę w działaniu przeciwbakteryjnym. Podobnie, pirymidynoteion w związku 9, tiopirazol w związku 10 i pierścień tetrazyny w związku 11 przyczyniły się do właściwości przeciwbakteryjnych tych związków, co dodatkowo podkreśla znaczenie modyfikacji heterocyklicznej.
Spośród zsyntetyzowanych związków, 6 i 13b wyróżniały się doskonałą aktywnością przeciwbakteryjną. Minimalne stężenie hamujące (MIC) związku 6 wynosiło 9,7 μg/100 μl, a minimalne stężenie bakteriobójcze (MBC) 78,125 μg/100 μl, co podkreśla jego doskonałą zdolność do eliminacji gronkowca złocistego opornego na metycylinę (MRSA). Podobnie, związek 13b charakteryzował się strefą hamowania równą 4 cm oraz niskimi wartościami MIC i MBC, co potwierdza jego silne działanie przeciwbakteryjne. Wyniki te podkreślają kluczową rolę grup funkcyjnych akrylohydrazydu i benzotiazolu w określaniu bioskuteczności tych związków.
Natomiast związki 7, 10 i 14 wykazywały umiarkowaną aktywność przeciwbakteryjną, ze strefami zahamowania od 3,65 do 3,9 cm. Związki te wymagały wyższych stężeń, aby całkowicie zabić bakterie, o czym świadczą ich stosunkowo wysokie wartości MIC i MBC. Chociaż związki te były mniej aktywne niż związki 6 i 13b, nadal wykazywały znaczący potencjał przeciwbakteryjny, co sugeruje, że włączenie reszt akrylonitrylu i antracenu do pierścienia heterocyklicznego przyczynia się do ich działania przeciwbakteryjnego.
Związki te mają różne mechanizmy działania – niektóre wykazują właściwości bakteriobójcze, a inne bakteriostatyczne. Związki 7, 11, 13a i 15 działają bakteriobójczo i wymagają niższych stężeń, aby całkowicie zabić bakterie. Natomiast związki 6, 13b i 14 działają bakteriostatycznie i mogą hamować wzrost bakterii w niższych stężeniach, ale wymagają wyższych stężeń, aby całkowicie je zabić.
Podsumowując, analiza zależności między strukturą a aktywnością podkreśla znaczenie wprowadzenia fragmentów akrylonitrylu i antracenu oraz struktur heterocyklicznych dla uzyskania znaczącej aktywności przeciwbakteryjnej. Wyniki te sugerują, że optymalizacja tych elementów strukturalnych i poszukiwanie dalszych modyfikacji w celu poprawy rozpuszczalności i przepuszczalności błony komórkowej mogą prowadzić do opracowania skuteczniejszych leków przeciwko MRSA.
Wszystkie odczynniki i rozpuszczalniki oczyszczono i wysuszono standardowymi procedurami (El Gomhouria, Egipt). Temperatury topnienia określono za pomocą elektronicznego aparatu do pomiaru temperatury topnienia GallenKamp i podano je bez korekty. Widma w podczerwieni (IR) (cm⁻1) zarejestrowano na Wydziale Chemii, na Wydziale Nauk Ścisłych Uniwersytetu Ain Shams, używając peletek bromku potasu (KBr) na spektrometrze FTIR Thermo Electron Nicolet iS10 (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA).
Widma 1H NMR uzyskano przy częstotliwości 300 MHz za pomocą spektrometru GEMINI NMR (GEMINI Manufacturing & Engineering, Anaheim, Kalifornia, USA) oraz spektrometru BRUKER 300 MHz NMR (BRUKER Manufacturing & Engineering, Inc.). Jako wzorzec wewnętrzny zastosowano tetrametylosilan (TMS) z deuterowanym dimetylosulfotlenkiem (DMSO-d₆). Pomiary NMR przeprowadzono na Wydziale Nauk Ścisłych Uniwersytetu Kairskiego w Gizie w Egipcie. Analizę elementarną (CHN) przeprowadzono za pomocą analizatora pierwiastków Perkin-Elmer 2400, a uzyskane wyniki są zgodne z wartościami obliczonymi.
Mieszaninę kwasu 3 (5 mmol) i chlorku tionylu (5 ml) ogrzewano w łaźni wodnej w temperaturze 65°C przez 4 godziny. Nadmiar chlorku tionylu usunięto przez destylację pod zmniejszonym ciśnieniem. Otrzymany czerwony osad zebrano i użyto bez dalszego oczyszczania. Temperatura topnienia: 200–202°C, wydajność: 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, heteroaromatyzacja). 13C NMR (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. Analityk. Obliczono dla C18H10ClNO (291,73): C, 74,11; H, 3,46; N, 4,80. Znaleziono: C, 74,41; H, 3,34; N, 4,66%.
W temperaturze 0°C związek 4 (2 mmol, 0,7 g) rozpuszczono w bezwodnym dioksanie (20 ml), a następnie dodano kroplami hydrat hydrazyny (2 mmol, 0,16 ml, 80%) i mieszano przez 1 godzinę. Wytrącony osad odsączono i przekrystalizowano z etanolu, otrzymując związek 6.
Zielone kryształy, temperatura topnienia 190-192℃, wydajność 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, wymienny), 7,69-8,51 (m, 18H, heteroaromatyczny), 9,16 (s, 1H, CH=), 8,54 (s, 1H, CH=); Obliczona wartość dla C33H21N3O (475,53): C, 83,35; H, 4,45; N, 8,84. Znaleziono: C, 84,01; H, 4,38; N, 8,05%.
Rozpuścić związek 4 (2 mmol, 0,7 g) w 20 ml bezwodnego roztworu dioksanu (zawierającego kilka kropli trietyloaminy), dodać fenylohydrazynę/2-aminopirydynę (2 mmol) i mieszać w temperaturze pokojowej odpowiednio przez 1 i 2 godziny. Wlać mieszaninę reakcyjną do lodu lub wody i zakwasić rozcieńczonym kwasem solnym. Odsączyć wydzielony osad i przekrystalizować z etanolu, aby uzyskać związek 7, a następnie z benzenu, aby uzyskać związek 8.
Zielone kryształy, temperatura topnienia 160-162℃, wydajność 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, wymienny), 9,15 (s, 1H, CH=), 8,81 (s, 1H, CH=), 6,78-8,58 (m, 23H, heteroaromatyczny); Obliczona wartość dla C42H26N4O2 (618,68): C, 81,54; H, 4,24; N, 9,06. Znaleziono: C, 81,96; H, 3,91; N, 8,91%.
Związek 4 (2 mmol, 0,7 g) rozpuszczono w 20 ml bezwodnego roztworu dioksanu (zawierającego kilka kropli trietyloaminy), dodano 2-aminopirydynę (2 mmol, 0,25 g) i mieszaninę mieszano w temperaturze pokojowej przez 2 godziny. Mieszaninę reakcyjną wylano do lodowatej wody i zakwaszono rozcieńczonym kwasem solnym. Powstały osad odsączono i rekrystalizowano z benzenu, otrzymując zielone kryształy związku 8 o temperaturze topnienia 146-148 °C i wydajności 82,5%; widmo w podczerwieni (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, wymienny), 9,14 (s, 1H, CH=), 7,36-8,55 (m, 13H, heteroaromatyzacja); Obliczono dla C23H15N3O (348,38): C, 79,07; H, 4,33; N, 12,03. Znaleziono: C, 78,93; H, 3,97; N, 12,36%.
Związek 4 (2 mmol, 0,7 g) rozpuszczono w 20 ml suchego dioksanu (zawierającego kilka kropli trietyloaminy i 2 mmol tiomocznika/semikarbazydu) i ogrzewano w temperaturze wrzenia w warunkach powrotu skroplin przez 2 godziny. Rozpuszczalnik odparowano in vacuo. Pozostałość przekrystalizowano z dioksanu, uzyskując mieszaninę.