Tack för att du besöker nature.com. Webbläsarversionen du använder har begränsat CSS-stöd. För bästa upplevelse rekommenderar vi att du använder den senaste webbläsarversionen (eller stänger av kompatibilitetsläget i Internet Explorer). För att säkerställa fortsatt stöd kommer den här webbplatsen dessutom inte att innehålla stilar eller JavaScript.
Syntonen 3-(antracen-9-yl)-2-cyanoakryloylklorid 4 syntetiserades och användes för att syntetisera en mängd olika högaktiva heterocykliska föreningar genom dess reaktion med olika kvävenukleofiler. Strukturen för varje syntetiserad heterocyklisk förening karakteriserades noggrant med hjälp av spektroskopisk och elementaranalys. Tio av de tretton nya heterocykliska föreningarna visade uppmuntrande effekt mot multiresistenta bakterier (MRSA). Bland dem uppvisade föreningarna 6, 7, 10, 13b och 14 den högsta antibakteriella aktiviteten med hämningszoner nära 4 cm. Molekylära dockningsstudier visade dock att föreningarna hade olika bindningsaffiniteter till penicillinbindande protein 2a (PBP2a), ett viktigt mål för MRSA-resistens. Vissa föreningar såsom 7, 10 och 14 uppvisade högre bindningsaffinitet och interaktionsstabilitet vid det aktiva sätet för PBP2a jämfört med den samkristalliserade kinazolinonliganden. Däremot hade föreningarna 6 och 13b lägre dockningspoäng men uppvisade fortfarande signifikant antibakteriell aktivitet, där förening 6 hade de lägsta MIC- (9,7 μg/100 μL) och MBC-värdena (78,125 μg/100 μL). Dockningsanalys avslöjade viktiga interaktioner inklusive vätebindning och π-stapling, särskilt med rester som Lys 273, Lys 316 och Arg 298, vilka identifierades som interagerande med den samkristalliserade liganden i kristallstrukturen hos PBP2a. Dessa rester är avgörande för den enzymatiska aktiviteten hos PBP2a. Dessa resultat tyder på att de syntetiserade föreningarna kan fungera som lovande anti-MRSA-läkemedel, vilket belyser vikten av att kombinera molekylär dockning med bioanalyser för att identifiera effektiva terapeutiska kandidater.
Under de första åren av detta århundrade fokuserades forskningsinsatserna huvudsakligen på att utveckla nya, enkla procedurer och metoder för syntes av flera innovativa heterocykliska system med antimikrobiell aktivitet med hjälp av lättillgängliga utgångsmaterial.
Akrylnitrilenheter anses vara viktiga utgångsmaterial för syntesen av många anmärkningsvärda heterocykliska system eftersom de är mycket reaktiva föreningar. Dessutom har 2-cyanoakryloylkloridderivat använts i stor utsträckning under senare år för utveckling och syntes av produkter av vital betydelse inom farmakologiska tillämpningar, såsom läkemedelsmellanprodukter1,2,3, prekursorer till anti-HIV, antivirala, anticancermedel, antibakteriella, antidepressiva och antioxidanta medel4,5,6,7,8,9,10. Nyligen har den biologiska effekten av antracen och dess derivat, inklusive deras antibiotiska, anticancermedel11,12, antibakteriella13,14,15 och insekticida egenskaper16,17, väckt stor uppmärksamhet18,19,20,21. De antimikrobiella föreningarna som innehåller akrylnitril- och antracenenheter visas i figur 1 och 2.
Enligt Världshälsoorganisationen (WHO) (2021) är antimikrobiell resistens (AMR) ett globalt hot mot hälsa och utveckling22,23,24,25. Patienter kan inte botas, vilket resulterar i längre sjukhusvistelser och behov av dyrare läkemedel, samt ökad dödlighet och funktionsnedsättning. Bristen på effektiva antimikrobiella medel leder ofta till behandlingsmisslyckanden för olika infektioner, särskilt under kemoterapi och större operationer.
Enligt Världshälsoorganisationens rapport från 2024 finns meticillinresistenta Staphylococcus aureus (MRSA) och E. coli med på listan över prioriterade patogener. Båda bakterierna är resistenta mot många antibiotika, så de representerar infektioner som är svåra att behandla och kontrollera, och det finns ett akut behov av att utveckla nya och effektiva antimikrobiella föreningar för att åtgärda detta problem. Antracen och dess derivat är välkända antimikrobiella medel som kan verka på både grampositiva och gramnegativa bakterier. Syftet med denna studie är att syntetisera ett nytt derivat som kan bekämpa dessa hälsofarliga patogener.
Världshälsoorganisationen (WHO) rapporterar att många bakteriella patogener är resistenta mot flera antibiotika, inklusive meticillinresistenta Staphylococcus aureus (MRSA), en vanlig orsak till infektion i samhället och inom hälso- och sjukvården. Patienter med MRSA-infektioner rapporteras ha en 64 % högre dödlighet än de med läkemedelskänsliga infektioner. Dessutom utgör E. coli en global risk eftersom den sista försvarslinjen mot karbapenemresistenta Enterobacteriaceae (dvs. E. coli) är kolistin, men kolistinresistenta bakterier har nyligen rapporterats i flera länder. 22,23,24,25
Enligt Världshälsoorganisationens globala handlingsplan mot antimikrobiell resistens26 finns det därför ett akut behov av upptäckt och syntes av nya antimikrobiella medel. Antracens och akrylnitrilens stora potential som antibakteriella27, svampdödande28, cancerbekämpande29 och antioxidanter30 har framhävts i ett flertal publicerade artiklar. I detta avseende kan man säga att dessa derivat är goda kandidater för användning mot meticillinresistenta Staphylococcus aureus (MRSA).
Tidigare litteraturöversikter har motiverat oss att syntetisera nya derivat i dessa klasser. Därför syftade den aktuella studien till att utveckla nya heterocykliska system innehållande antracen- och akrylnitrilenheter, utvärdera deras antimikrobiella och antibakteriella effekt och undersöka deras potentiella bindningsinteraktioner med penicillinbindande protein 2a (PBP2a) genom molekylär dockning. Med utgångspunkt i tidigare studier fortsatte den aktuella studien syntesen, den biologiska utvärderingen och beräkningsanalysen av heterocykliska system för att identifiera lovande antimeticillinresistenta Staphylococcus aureus (MRSA)-medel med potent PBP2a-hämmande aktivitet31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49.
Vår nuvarande forskning fokuserar på syntes och antimikrobiell utvärdering av nya heterocykliska föreningar innehållande antracen- och akrylnitrilgrupper. 3-(antracen-9-yl)-2-cyanoakryloylklorid 4 framställdes och användes som byggsten för konstruktionen av nya heterocykliska system.
Strukturen för förening 4 bestämdes med hjälp av spektraldata. 1H-NMR-spektrumet visade närvaron av CH= vid 9,26 ppm, IR-spektrumet visade närvaron av en karbonylgrupp vid 1737 cm⁻¹ och en cyanogrupp vid 2224 cm⁻¹, och 13CNMR-spektrumet bekräftade också den föreslagna strukturen (se avsnittet Experimentellt).
Syntesen av 3-(antracen-9-yl)-2-cyanoakryloylklorid 4 åstadkoms genom hydrolys av de aromatiska grupperna 250, 41, 42, 53 med etanolisk natriumhydroxidlösning (10 %) för att ge syrorna 354, 45, 56, vilka sedan behandlades med tionylklorid på ett vattenbad för att ge akryloylkloridderivatet 4 i högt utbyte (88,5 %), såsom visas i figur 3.
För att skapa nya heterocykliska föreningar med den förväntade antibakteriella effekten utfördes reaktionen av acylklorid 4 med olika dinukleofiler.
Syrakloriden 4 behandlades med hydrazinhydrat vid 0° i en timme. Tyvärr erhölls inte pyrazolon 5. Produkten var ett akrylamidderivat vars struktur bekräftades med spektraldata. Dess IR-spektrum visade absorptionsband för C=O vid 1720 cm⁻¹, C≡N vid 2228 cm⁻¹ och NH3 vid 3424 cm⁻¹. 1H-NMR-spektrumet visade en utbytessignal för olefinprotonerna och NH3-protonerna vid 9,3 ppm (se experimentellt avsnitt).
Två mol syraklorid 4 reagerade med en mol fenylhydrazin för att ge N-fenylakryloylhydrazinderivatet 7 i gott utbyte (77 %) (Figur 5). Strukturen hos 7 bekräftades med infrarödspektroskopidata, som visade absorption av två C=O-grupper vid 1691 och 1671 cm⁻¹, absorption av CN-gruppen vid 2222 cm⁻¹ och absorption av NH-gruppen vid 3245 cm⁻¹, och dess 1H-NMR-spektrum visade CH-gruppen vid 9,15 och 8,81 ppm och NH-protonen vid 10,88 ppm (se avsnittet Experimentellt).
I denna studie undersöktes reaktionen mellan acylklorid 4 och 1,3-dinukleofiler. Behandling av acylklorid 4 med 2-aminopyridin i 1,4-dioxan med TEA som bas vid rumstemperatur gav akrylamidderivatet 8 (Figur 5), vars struktur identifierades med hjälp av spektraldata. IR-spektra visade absorptionsband av cyano som sträckte sig vid 2222 cm⁻¹, NH3 vid 3148 cm⁻¹ och karbonyl vid 1665 cm⁻¹; 1H-NMR-spektra bekräftade närvaron av olefinprotoner vid 9,14 ppm (se experimentellt avsnitt).
Förening 4 reagerar med tiourea för att ge pyrimidintion 9; förening 4 reagerar med tiosemikarbazid för att ge tiopyrazolderivatet 10 (Figur 5). Strukturerna för föreningarna 9 och 10 bekräftades genom spektral- och elementaranalys (se avsnittet Experimentellt).
Tetrazin-3-tiol 11 framställdes genom reaktion av förening 4 med tiokarbazid som en 1,4-dinukleofil (Figur 5), och dess struktur bekräftades genom spektroskopi och elementaranalys. I det infraröda spektrumet uppträdde C=N-bindningen vid 1619 cm−1. Samtidigt behöll dess 1H-NMR-spektrum multiplatsignaler av aromatiska protoner vid 7,78–8,66 ppm och SH-protoner vid 3,31 ppm (se Experimentell sektion).
Akryloylklorid 4 reagerar med 1,2-diaminobensen, 2-aminotiofenol, antranilsyra, 1,2-diaminoetan och etanolamin som 1,4-dinukleofiler för att bilda nya heterocykliska system (13–16).
Strukturerna hos dessa nyligen syntetiserade föreningar bekräftades genom spektral- och elementaranalys (se avsnittet Experimentellt). 2-hydroxifenylakrylamidderivatet 17 erhölls genom reaktion med 2-aminofenol som en dinukleofil (Figur 6), och dess struktur bekräftades genom spektral- och elementaranalys. Det infraröda spektrumet för förening 17 visade att C=O- och C≡N-signalerna uppträdde vid 1681 respektive 2226 cm−1. Samtidigt behöll dess 1H-NMR-spektrum singlettsignalen för olefinprotonen vid 9,19 ppm, och OH-protonen uppträdde vid 9,82 ppm (se avsnittet Experimentellt).
Reaktionen av syraklorid 4 med en nukleofil (t.ex. etylamin, 4-toluidin och 4-metoxianilin) ​​i dioxan som lösningsmedel och TEA som katalysator vid rumstemperatur gav de gröna kristallina akrylamidderivaten 18, 19a och 19b. Elementar- och spektraldata för föreningarna 18, 19a och 19b bekräftade strukturerna för dessa derivat (se experimentellt avsnitt) (Figur 7).
Efter screening av den antimikrobiella aktiviteten hos olika syntetiska föreningar erhölls olika resultat, såsom visas i tabell 1 och figur 8 (se figurfil). Alla testade föreningar uppvisade olika grader av hämning mot den grampositiva bakterien MRSA, medan den gramnegativa bakterien Escherichia coli uppvisade fullständig resistens mot alla föreningar. De testade föreningarna kan delas in i tre kategorier baserat på diametern på hämningszonen mot MRSA. Den första kategorin var den mest aktiva och bestod av fem föreningar (6, 7, 10, 13b och 14). Diametern på hämningszonen för dessa föreningar var nära 4 cm; de mest aktiva föreningarna i denna kategori var föreningarna 6 och 13b. Den andra kategorin var måttligt aktiv och bestod av ytterligare fem föreningar (11, 13a, 15, 18 och 19a). Hämningszonen för dessa föreningar varierade från 3,3 till 3,65 cm, där förening 11 uppvisade den största hämningszonen på 3,65 ± 0,1 cm. Å andra sidan innehöll den sista gruppen tre föreningar (8, 17 och 19b) med den lägsta antimikrobiella aktiviteten (mindre än 3 cm). Figur 9 visar fördelningen av de olika hämningszonerna.
Ytterligare undersökning av den antimikrobiella aktiviteten hos de testade föreningarna involverade bestämning av MIC och MBC för varje förening. Resultaten varierade något (som visas i tabell 2, 3 och figur 10 (se figurfil)), där föreningarna 7, 11, 13a och 15 tydligen omklassificerades som de bästa föreningarna. De hade samma lägsta MIC- och MBC-värden (39,06 μg/100 μL). Även om föreningarna 7 och 8 hade lägre MIC-värden (9,7 μg/100 μL), var deras MBC-värden högre (78,125 μg/100 μL). Därför ansågs de vara svagare än de tidigare nämnda föreningarna. Dessa sex föreningar var dock de mest effektiva av de testade, eftersom deras MBC-värden var under 100 μg/100 μL.
Föreningarna (10, 14, 18 och 19b) var mindre aktiva jämfört med andra testade föreningar då deras MBC-värden varierade från 156 till 312 μg/100 μL. Å andra sidan var föreningarna (8, 17 och 19a) de minst lovande då de hade de högsta MBC-värdena (625, 625 respektive 1250 μg/100 μL).
Slutligen, enligt toleransnivåerna som visas i tabell 3, kan de testade föreningarna delas in i två kategorier baserat på deras verkningsmekanism: föreningar med bakteriedödande effekt (7, 8, 10, 11, 13a, 15, 18, 19b) och föreningar med antibakteriell effekt (6, 13b, 14, 17, 19a). Bland dem är föreningarna 7, 11, 13a och 15 att föredra, vilka uppvisar dödande aktivitet vid en mycket låg koncentration (39,06 μg/100 μL).
Tio av de tretton testade substanserna visade potential mot antibiotikaresistenta meticillinresistenta Staphylococcus aureus (MRSA). Därför rekommenderas ytterligare screening med fler antibiotikaresistenta patogener (särskilt lokala isolat som täcker patogena grampositiva och gramnegativa bakterier) och patogena jästsvampar, samt cytotoxisk testning av varje substans för att bedöma dess säkerhet.
Molekylära dockningsstudier genomfördes för att utvärdera potentialen hos de syntetiserade föreningarna som hämmare av penicillinbindande protein 2a (PBP2a) i meticillinresistenta Staphylococcus aureus (MRSA). PBP2a är ett viktigt enzym involverat i bakteriell cellväggsbiosyntes, och hämning av detta enzym stör cellväggsbildningen, vilket i slutändan leder till bakteriell lys och celldöd1. Dockningsresultaten listas i tabell 4 och beskrivs mer detaljerat i den kompletterande datafilen, och resultaten visar att flera föreningar uppvisade stark bindningsaffinitet för PBP2a, särskilt viktiga aktiva sätesrester såsom Lys 273, Lys 316 och Arg 298. Interaktionerna, inklusive vätebindning och π-stapling, var mycket lika de hos den samkristalliserade kinazolinonliganden (CCL), vilket indikerar potentialen hos dessa föreningar som potenta hämmare.
De molekylära dockningsdata, tillsammans med andra beräkningsparametrar, tyder starkt på att PBP2a-hämning var den viktigaste mekanismen som ansvarar för den observerade antibakteriella aktiviteten hos dessa föreningar. Dockningspoängen och root mean square deviation (RMSD)-värdena avslöjade ytterligare bindningsaffiniteten och stabiliteten, vilket stöder denna hypotes. Som visas i tabell 4, medan flera föreningar uppvisade god bindningsaffinitet, hade vissa föreningar (t.ex. 7, 9, 10 och 14) högre dockningspoäng än den samkristalliserade liganden, vilket indikerar att de kan ha starkare interaktioner med de aktiva sätesresterna hos PBP2a. De mest bioaktiva föreningarna 6 och 13b uppvisade dock något lägre dockningspoäng (-5,98 respektive -5,63) jämfört med de andra liganderna. Detta tyder på att även om dockningspoäng kan användas för att förutsäga bindningsaffinitet, spelar andra faktorer (t.ex. ligandstabilitet och molekylära interaktioner i den biologiska miljön) också en nyckelroll för att bestämma antibakteriell aktivitet. Det är värt att notera att RMSD-värdena för alla syntetiserade föreningar var under 2 Å, vilket bekräftar att deras dockningspositioner strukturellt sett är förenliga med bindningskonformationen hos den samkristalliserade liganden, vilket ytterligare stöder deras potential som potenta PBP2a-hämmare.
Även om dockningspoäng och RMS-värden ger värdefulla förutsägelser, är korrelationen mellan dessa dockningsresultat och antimikrobiell aktivitet inte alltid tydlig vid första anblicken. Även om PBP2a-hämning starkt stöds som en nyckelfaktor som påverkar antimikrobiell aktivitet, tyder flera skillnader på att andra biologiska egenskaper också spelar en viktig roll. Föreningarna 6 och 13b uppvisade den högsta antimikrobiella aktiviteten, med både en hämningszondiameter på 4 cm och de lägsta MIC- (9,7 μg/100 μL) och MBC-värdena (78,125 μg/100 μL), trots deras lägre dockningspoäng jämfört med föreningarna 7, 9, 10 och 14. Detta tyder på att även om PBP2a-hämning bidrar till antimikrobiell aktivitet, påverkar faktorer som löslighet, biotillgänglighet och interaktionsdynamik i bakteriemiljön också den totala aktiviteten. Figur 11 visar deras dockningspositioner, vilket indikerar att båda föreningarna, även med relativt låga bindningspoäng, fortfarande kan interagera med viktiga rester av PBP2a, vilket potentiellt stabiliserar hämningskomplexet. Detta belyser att även om molekylär dockning ger viktiga insikter i PBP2a-hämning, måste andra biologiska faktorer beaktas för att fullt ut förstå de verkliga antimikrobiella effekterna av dessa föreningar.
Med hjälp av kristallstrukturen hos PBP2a (PDB ID: 4CJN) konstruerades 2D- och 3D-interaktionskartor över de mest aktiva föreningarna 6 och 13b dockade med penicillinbindande protein 2a (PBP2a) från meticillinresistenta Staphylococcus aureus (MRSA). Dessa kartor jämför interaktionsmönstren för dessa föreningar med den återdockade samkristalliserade kinazolinonliganden (CCL), och belyser viktiga interaktioner såsom vätebindning, π-stapling och joniska interaktioner.
Ett liknande mönster observerades för förening 7, som uppvisade en relativt hög dockningspoäng (-6,32) och en liknande inhiberingszondiameter (3,9 cm) som förening 10. Emellertid var dess MIC (39,08 μg/100 μL) och MBC (39,06 μg/100 μL) signifikant högre, vilket indikerar att den krävde högre koncentrationer för att uppvisa antibakteriell effekt. Detta tyder på att även om förening 7 uppvisade stark bindningsaffinitet i dockningsstudier, kan faktorer som biotillgänglighet, cellulärt upptag eller andra fysikalisk-kemiska egenskaper begränsa dess biologiska effekt. Även om förening 7 uppvisade bakteriedödande egenskaper, var den mindre effektiv på att hämma bakterietillväxt jämfört med föreningarna 6 och 13b.
Förening 10 uppvisade en mer dramatisk skillnad med den högsta dockningspoängen (-6,40), vilket indikerar stark bindningsaffinitet till PBP2a. Dess hämningszondiameter (3,9 cm) var dock jämförbar med förening 7, och dess MBC (312 μg/100 μL) var signifikant högre än förening 6, 7 och 13b, vilket indikerar svagare bakteriedödande aktivitet. Detta tyder på att trots goda dockningsprognoser var förening 10 mindre effektiv på att döda MRSA på grund av andra begränsande faktorer såsom löslighet, stabilitet eller dålig permeabilitet hos bakteriemembranet. Dessa resultat stöder förståelsen att även om PBP2a-hämning spelar en nyckelroll i antibakteriell aktivitet, förklarar den inte helt skillnaderna i biologisk aktivitet som observerats bland de testade föreningarna. Dessa skillnader tyder på att ytterligare experimentella analyser och djupgående biologiska utvärderingar behövs för att fullt ut belysa de antibakteriella mekanismerna som är involverade.
Resultaten för molekylär dockning i tabell 4 och den kompletterande datafilen belyser det komplexa sambandet mellan dockningspoäng och antimikrobiell aktivitet. Även om föreningarna 6 och 13b har lägre dockningspoäng än föreningarna 7, 9, 10 och 14, uppvisar de den högsta antimikrobiella aktiviteten. Deras interaktionskartor (visas i figur 11) indikerar att de trots sina lägre bindningspoäng fortfarande bildar signifikanta vätebindningar och π-staplingsinteraktioner med viktiga rester av PBP2a som kan stabilisera enzym-hämmarkomplexet på ett biologiskt fördelaktigt sätt. Trots de relativt låga dockningspoängen för 6 och 13b, tyder deras förbättrade antimikrobiella aktivitet på att andra egenskaper såsom löslighet, stabilitet och cellulärt upptag bör beaktas i samband med dockningsdata vid bedömning av hämmarpotential. Detta belyser vikten av att kombinera dockningsstudier med experimentell antimikrobiell analys för att korrekt bedöma den terapeutiska potentialen hos nya föreningar.
Dessa resultat belyser att även om molekylär dockning är ett kraftfullt verktyg för att förutsäga bindningsaffinitet och identifiera potentiella hämningsmekanismer, bör det inte förlitas ensamt på det för att bestämma antimikrobiell effekt. De molekylära data tyder på att PBP2a-hämning är en nyckelfaktor som påverkar antimikrobiell aktivitet, men förändringar i biologisk aktivitet tyder på att andra fysikalisk-kemiska och farmakokinetiska egenskaper måste optimeras för att förbättra den terapeutiska effekten. Framtida studier bör fokusera på att optimera den kemiska strukturen hos föreningarna 7 och 10 för att förbättra biotillgängligheten och cellulärt upptag, vilket säkerställer att starka dockningsinteraktioner omvandlas till faktisk antimikrobiell aktivitet. Ytterligare studier, inklusive ytterligare bioanalyser och SAR-analys (struktur-aktivitetsförhållande), kommer att vara avgörande för att ytterligare förstå hur dessa föreningar fungerar som PBP2a-hämmare och för att utveckla mer effektiva antimikrobiella medel.
Föreningar syntetiserade från 3-(antracen-9-yl)-2-cyanoakryloylklorid 4 uppvisade varierande grader av antimikrobiell aktivitet, där flera föreningar visade signifikant hämning av meticillinresistenta Staphylococcus aureus (MRSA). Analys av struktur-aktivitetsförhållandet (SAR) avslöjade viktiga strukturella egenskaper som ligger till grund för dessa föreningars antimikrobiella effekt.
Närvaron av både akrylnitril- och antracengrupper visade sig vara avgörande för att förbättra den antimikrobiella aktiviteten. Den högreaktiva nitrilgruppen i akrylnitril är nödvändig för att underlätta interaktioner med bakterieproteiner, vilket bidrar till föreningens antimikrobiella egenskaper. Föreningar som innehåller både akrylnitril och antracen uppvisade konsekvent starkare antimikrobiella effekter. Antracengruppens aromaticitet stabiliserade dessa föreningar ytterligare, vilket potentiellt förstärkte deras biologiska aktivitet.
Införandet av heterocykliska ringar förbättrade den antibakteriella effekten av flera derivat avsevärt. I synnerhet uppvisade bensotiazolderivatet 13b och akrylhydrazidderivatet 6 den högsta antibakteriella aktiviteten med en hämningszon på cirka 4 cm. Dessa heterocykliska derivat uppvisade mer signifikanta biologiska effekter, vilket indikerar att den heterocykliska strukturen spelar en nyckelroll i de antibakteriella effekterna. Likaså bidrog pyrimidintion i förening 9, tiopyrazol i förening 10 och tetrazinringen i förening 11 till föreningarnas antibakteriella egenskaper, vilket ytterligare belyser vikten av heterocyklisk modifiering.
Bland de syntetiserade föreningarna utmärkte sig 6 och 13b för sina utmärkta antibakteriella aktiviteter. Den lägsta hämmande koncentrationen (MIC) för förening 6 var 9,7 μg/100 μL, och den lägsta bakteriedödande koncentrationen (MBC) var 78,125 μg/100 μL, vilket belyser dess utmärkta förmåga att eliminera meticillinresistenta Staphylococcus aureus (MRSA). På liknande sätt hade förening 13b en hämningszon på 4 cm och låga MIC- och MBC-värden, vilket bekräftar dess potenta antibakteriella aktivitet. Dessa resultat belyser de viktiga rollerna för akrylohydrazid- och bensotiazolfunktionella grupper för att bestämma bioeffektiviteten hos dessa föreningar.
Däremot uppvisade föreningarna 7, 10 och 14 måttlig antibakteriell aktivitet med hämningszoner från 3,65 till 3,9 cm⁻¹. Dessa föreningar krävde högre koncentrationer för att fullständigt döda bakterierna, vilket återspeglas i deras relativt höga MIC- och MBC-värden. Även om dessa föreningar var mindre aktiva än föreningarna 6 och 13b, uppvisade de fortfarande betydande antibakteriell potential, vilket tyder på att införlivandet av akrylnitril- och antracenenheter i den heterocykliska ringen bidrar till deras antibakteriella effekt.
Föreningarna har olika verkningsmekanismer, vissa uppvisar bakteriedödande egenskaper och andra uppvisar bakteriostatiska effekter. Föreningarna 7, 11, 13a och 15 är bakteriedödande och kräver lägre koncentrationer för att fullständigt döda bakterier. Däremot är föreningarna 6, 13b och 14 bakteriostatiska och kan hämma bakterietillväxt vid lägre koncentrationer, men kräver högre koncentrationer för att fullständigt döda bakterier.
Sammantaget belyser analysen av struktur-aktivitetsförhållandet vikten av att introducera akrylnitril- och antracenenheter samt heterocykliska strukturer för att uppnå betydande antibakteriell aktivitet. Dessa resultat tyder på att optimering av dessa strukturella komponenter och utforskning av ytterligare modifieringar för att förbättra löslighet och membranpermeabilitet kan leda till utveckling av mer effektiva anti-MRSA-läkemedel.
Alla reagens och lösningsmedel renades och torkades med standardförfaranden (El Gomhouria, Egypten). Smältpunkter bestämdes med en elektronisk smältpunktsapparat från GallenKamp och rapporteras utan korrigering. Infraröda (IR) spektra (cm⁻¹) registrerades vid institutionen för kemi, naturvetenskapliga fakulteten, Ain Shams universitet med kaliumbromid (KBr) pellets på en Thermo Electron Nicolet iS10 FTIR-spektrometer (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA).
1H NMR-spektra erhölls vid 300 MHz med hjälp av en GEMINI NMR-spektrometer (GEMINI Manufacturing & Engineering, Anaheim, CA, USA) och en BRUKER 300 MHz NMR-spektrometer (BRUKER Manufacturing & Engineering, Inc.). Tetrametylsilan (TMS) användes som intern standard med deutererad dimetylsulfoxid (DMSO-d₆). NMR-mätningar utfördes vid Naturvetenskapliga fakulteten, Cairo University, Giza, Egypten. Elementaranalys (CHN) utfördes med en Perkin-Elmer 2400 Elemental Analyzer och de erhållna resultaten överensstämmer väl med de beräknade värdena.
En blandning av syra 3 (5 mmol) och tionylklorid (5 ml) upphettades i ett vattenbad vid 65 °C i 4 timmar. Överskott av tionylklorid avlägsnades genom destillation under reducerat tryck. Det resulterande röda fasta ämnet uppsamlades och användes utan ytterligare rening. Smältpunkt: 200-202 °C, utbyte: 88,5 %. IR (KBr, ν, cm⁻¹): 2224 (C≡N), 1737 (C=O). 1H-NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 9,26 (s, 1H, CH=), 7,27-8,57 (m, 9H, heteroaromatisering). 13C NMR (75 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 115,11 (C≡N), 124,82–130,53 (CH₃antracen), 155,34, 114,93 (CH₃=C–C=O), 162,22 (C=O); HRMS (ESI) m/z [M + H]+: 291,73111. Analytiker. Beräknat för C18H10ClNO₃ (291,73): C, 74,11; H, 3,46; N, 4,80. Funnet: C, 74,41; H, 3,34; N, 4,66%.
Vid 0°C löstes 4 (2 mmol, 0,7 g) i vattenfri dioxan (20 ml) och hydrazinhydrat (2 mmol, 0,16 ml, 80 %) tillsattes droppvis och omrördes i 1 timme. Det utfällda fasta ämnet uppsamlades genom filtrering och omkristalliserades ur etanol för att ge förening 6.
Gröna kristaller, smältpunkt 190-192 ℃, utbyte 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, utbytbar), 7,69-8,51 (m, 18H, heteroaromatisk), 9,16 (s, 1H, CH=), 8,54 (s, 1H, CH=); Beräknat värde för C33H21N3O (475,53): C, 83,35; H, 4,45; N, 8,84. Funnet: C, 84,01; H, 4,38; N, 8,05 %.
Lös upp 4 (2 mmol, 0,7 g) i 20 ml vattenfri dioxanlösning (innehållande några droppar trietylamin), tillsätt fenylhydrazin/2-aminopyridin (2 mmol) och rör om vid rumstemperatur i 1 respektive 2 timmar. Häll reaktionsblandningen i is eller vatten och surgör med utspädd saltsyra. Filtrera bort det separerade fasta ämnet och omkristallisera ur etanol för att erhålla 7 och omkristallisera ur bensen för att erhålla 8.
Gröna kristaller, smältpunkt 160-162 ℃, utbyte 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, utbytbar), 9,15 (s, 1H, CH=), 8,81 (s, 1H, CH=), 6,78-8,58 (m, 23H, heteroaromatisk); Beräknat värde för C42H26N4O2 (618,68): C, 81,54; H, 4,24; N, 9,06. Funnet: C, 81,96; H, 3,91; N, 8,91 %.
4 (2 mmol, 0,7 g) löstes i 20 ml vattenfri dioxanlösning (innehållande några droppar trietylamin), 2-aminopyridin (2 mmol, 0,25 g) tillsattes och blandningen omrördes vid rumstemperatur i 2 timmar. Reaktionsblandningen hälldes i isvatten och surgjordes med utspädd saltsyra. Den bildade fällningen filtrerades av och omkristalliserades ur bensen, vilket gav gröna kristaller av 8 med en smältpunkt på 146-148 °C och ett utbyte på 82,5 %; infrarött spektrum (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, utbytbar), 9,14 (s, 1H, CH=), 7,36-8,55 (m, 13H, heteroaromatisering); Beräknat för C23H15N3O (348,38): C, 79,07; H, 4,33; N, 12,03. Funnet: C, 78,93; H, 3,97; N, 12,36%.
Förening 4 (2 mmol, 0,7 g) löstes i 20 ml torr dioxan (innehållande några droppar trietylamin och 2 mmol tiourea/semikarbazid) och upphettades under återflöde i 2 timmar. Lösningsmedlet avdunstades i vakuum. Återstoden omkristalliserades ur dioxan för att ge en blandning.