Salamat sa pagbisita sa nature.com. Limitado ang suporta sa CSS sa bersyon ng browser na iyong ginagamit. Para sa pinakamahusay na karanasan, inirerekomenda namin na gamitin mo ang pinakabagong bersyon ng browser (o i-off ang compatibility mode sa Internet Explorer). Bukod pa rito, upang matiyak ang patuloy na suporta, hindi isasama ng site na ito ang mga estilo o JavaScript.
Ang synthon 3-(anthracen-9-yl)-2-cyanoacryloyl chloride 4 ay na-synthesize at ginamit upang i-synthesize ang iba't ibang mga highly active heterocyclic compound sa pamamagitan ng reaksyon nito sa iba't ibang nitrogen nucleophile. Ang istruktura ng bawat na-synthesize na heterocyclic compound ay lubusang nailalarawan gamit ang spectroscopic at elemental analysis. Sampu sa labintatlong nobelang heterocyclic compound ang nagpakita ng nakapagpapatibay na bisa laban sa multidrug-resistant bacteria (MRSA). Kabilang sa mga ito, ang mga compound na 6, 7, 10, 13b, at 14 ay nagpakita ng pinakamataas na antibacterial activity na may mga inhibition zone na malapit sa 4 cm. Gayunpaman, ipinakita ng mga pag-aaral sa molecular docking na ang mga compound ay may iba't ibang binding affinities sa penicillin-binding protein 2a (PBP2a), isang pangunahing target para sa resistensya sa MRSA. Ang ilang mga compound tulad ng 7, 10 at 14 ay nagpakita ng mas mataas na binding affinity at interaction stability sa active site ng PBP2a kumpara sa co-crystallized quinazolinone ligand. Sa kabaligtaran, ang mga compound 6 at 13b ay may mas mababang docking scores ngunit nagpakita pa rin ng makabuluhang antibacterial activity, kung saan ang compound 6 ang may pinakamababang MIC (9.7 μg/100 μL) at MBC (78.125 μg/100 μL) na halaga. Ang docking analysis ay nagsiwalat ng mga pangunahing interaksyon kabilang ang hydrogen bonding at π-stacking, lalo na sa mga residue tulad ng Lys 273, Lys 316 at Arg 298, na natukoy na nakikipag-ugnayan sa co-crystallized ligand sa crystal structure ng PBP2a. Ang mga residue na ito ay mahalaga para sa enzymatic activity ng PBP2a. Ang mga resultang ito ay nagmumungkahi na ang mga na-synthesize na compound ay maaaring magsilbing promising anti-MRSA na gamot, na nagbibigay-diin sa kahalagahan ng pagsasama ng molecular docking sa mga bioassay upang matukoy ang mga epektibong therapeutic candidate.
Sa mga unang ilang taon ng siglong ito, ang mga pagsisikap sa pananaliksik ay pangunahing nakatuon sa pagbuo ng mga bago at simpleng pamamaraan para sa sintesis ng ilang makabagong heterocyclic system na may antimicrobial activity gamit ang mga madaling makuhang panimulang materyales.
Ang mga acrylonitrile moieties ay itinuturing na mahahalagang panimulang materyales para sa sintesis ng maraming kahanga-hangang heterocyclic system dahil ang mga ito ay lubos na reaktibong mga compound. Bukod dito, ang mga 2-cyanoacryloyl chloride derivatives ay malawakang ginagamit nitong mga nakaraang taon para sa pagbuo at sintesis ng mga produktong may napakahalagang kahalagahan sa larangan ng mga aplikasyong parmakolohiko, tulad ng mga drug intermediate1,2,3, mga precursor ng anti-HIV, antiviral, anticancer, antibacterial, antidepressant at antioxidant agents4,5,6,7,8,9,10. Kamakailan lamang, ang biological efficacy ng anthracene at mga derivatives nito, kabilang ang kanilang antibiotic, anticancer11,12, antibacterial13,14,15 at mga insecticidal properties16,17, ay nakakuha ng maraming atensyon18,19,20,21. Ang mga antimicrobial compound na naglalaman ng mga acrylonitrile at anthracene moieties ay ipinapakita sa Figures 1 at 2.
Ayon sa World Health Organization (WHO) (2021), ang antimicrobial resistance (AMR) ay isang pandaigdigang banta sa kalusugan at pag-unlad22,23,24,25. Hindi na magagamot ang mga pasyente, na nagreresulta sa mas matagal na pananatili sa ospital at pangangailangan para sa mas mamahaling gamot, pati na rin sa pagtaas ng dami ng namamatay at kapansanan. Ang kakulangan ng epektibong antimicrobial ay kadalasang humahantong sa pagkabigo ng paggamot para sa iba't ibang impeksyon, lalo na sa panahon ng chemotherapy at mga pangunahing operasyon.
Ayon sa ulat ng World Health Organization 2024, ang methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) at E. coli ay kasama sa listahan ng mga pangunahing pathogen. Parehong bacteria ay resistant sa maraming antibiotic, kaya kumakatawan ang mga ito sa mga impeksyon na mahirap gamutin at kontrolin, at mayroong agarang pangangailangan na bumuo ng bago at epektibong antimicrobial compound upang matugunan ang problemang ito. Ang Anthracene at ang mga derivatives nito ay kilalang antimicrobial na maaaring kumilos sa parehong Gram-positive at Gram-negative bacteria. Ang layunin ng pag-aaral na ito ay upang likhain ang isang bagong derivative na maaaring labanan ang mga pathogen na ito na mapanganib sa kalusugan.
Iniulat ng World Health Organization (WHO) na maraming bacterial pathogens ang lumalaban sa maraming antibiotics, kabilang ang methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA), isang karaniwang sanhi ng impeksyon sa komunidad at mga setting ng pangangalagang pangkalusugan. Ang mga pasyenteng may impeksyon ng MRSA ay naiulat na may 64% na mas mataas na rate ng namamatay kaysa sa mga may impeksyon na madaling kapitan ng gamot. Bukod pa rito, ang E. coli ay nagdudulot ng pandaigdigang panganib dahil ang huling linya ng depensa laban sa carbapenem-resistant Enterobacteriaceae (ibig sabihin, E. coli) ay colistin, ngunit ang mga bacteria na lumalaban sa colistin ay naiulat kamakailan sa ilang mga bansa. 22,23,24,25
Samakatuwid, ayon sa World Health Organization Global Action Plan on Antimicrobial Resistance26, mayroong agarang pangangailangan para sa pagtuklas at sintesis ng mga bagong antimicrobial. Ang malaking potensyal ng anthracene at acrylonitrile bilang antibacterial27, antifungal28, anticancer29 at antioxidant30 na mga ahente ay itinampok sa maraming nailathalang papel. Kaugnay nito, masasabing ang mga derivatives na ito ay mainam na kandidato para gamitin laban sa methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA).
Ang mga nakaraang pagsusuri sa literatura ay nag-udyok sa amin na mag-synthesize ng mga bagong derivatives sa mga klaseng ito. Samakatuwid, ang kasalukuyang pag-aaral ay naglalayong bumuo ng mga nobelang heterocyclic system na naglalaman ng anthracene at acrylonitrile moieties, suriin ang kanilang antimicrobial at antibacterial efficacy, at siyasatin ang kanilang mga potensyal na binding interaction sa penicillin-binding protein 2a (PBP2a) sa pamamagitan ng molecular docking. Batay sa mga nakaraang pag-aaral, ipinagpatuloy ng kasalukuyang pag-aaral ang synthesis, biological evaluation, at computational analysis ng mga heterocyclic system upang matukoy ang mga promising antimethicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) agent na may potent PBP2a inhibitory activity31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49.
Ang aming kasalukuyang pananaliksik ay nakatuon sa sintesis at pagsusuring antimicrobial ng mga nobelang heterocyclic compound na naglalaman ng mga anthracene at acrylonitrile moieties. Ang 3-(anthracen-9-yl)-2-cyanoacryloyl chloride 4 ay inihanda at ginamit bilang isang pangunahing sangkap para sa pagbuo ng mga nobelang heterocyclic system.
Ang istruktura ng compound 4 ay natukoy gamit ang spectral data. Ang 1H-NMR spectrum ay nagpakita ng presensya ng CH= sa 9.26 ppm, ang IR spectrum ay nagpakita ng presensya ng carbonyl group sa 1737 cm−1 at isang cyano group sa 2224 cm−1, at kinumpirma rin ng 13CNMR spectrum ang iminungkahing istruktura (tingnan ang seksyong Eksperimental).
Ang sintesis ng 3-(anthracen-9-yl)-2-cyanoacryloyl chloride 4 ay naisakatuparan sa pamamagitan ng hydrolysis ng mga aromatic group na 250, 41, 42, 53 gamit ang ethanolic sodium hydroxide solution (10%) upang magbigay ng mga acid na 354, 45, 56, na pagkatapos ay ginamitan ng thionyl chloride sa isang water bath upang magbigay ng acryloyl chloride derivative 4 na may mataas na ani (88.5%), gaya ng ipinapakita sa Figure 3.
Upang makalikha ng mga bagong heterocyclic compound na may inaasahang antibacterial efficacy, isinagawa ang reaksyon ng acyl chloride 4 sa iba't ibang dinucleophile.
Ang acid chloride 4 ay ginamitan ng hydrazine hydrate sa 0° sa loob ng isang oras. Sa kasamaang palad, hindi nakuha ang pyrazolone 5. Ang produkto ay isang acrylamide derivative na ang istraktura ay nakumpirma ng spectral data. Ang IR spectrum nito ay nagpakita ng mga absorption band na C=O sa 1720 cm−1, C≡N sa 2228 cm−1 at NH−1 sa 3424 cm−1. Ang 1H-NMR spectrum ay nagpakita ng exchange singlet signal ng mga olefin proton at NH−1 proton sa 9.3 ppm (tingnan ang Experimental Section).
Dalawang moles ng acid chloride 4 ang pinag-react sa isang mole ng phenylhydrazine upang makagawa ng N-phenylacryloylhydrazine derivative 7 na may magandang ani (77%) (Larawan 5). Ang istruktura ng 7 ay kinumpirma ng datos ng infrared spectroscopy, na nagpakita ng absorption ng dalawang C=O group sa 1691 at 1671 cm−1, absorption ng CN group sa 2222 cm−1 at absorption ng NH group sa 3245 cm−1, at ang 1H-NMR spectrum nito ay nagpakita ng CH group sa 9.15 at 8.81 ppm at NH proton sa 10.88 ppm (tingnan ang seksyon ng Eksperimento).
Sa pag-aaral na ito, sinuri ang reaksyon ng acyl chloride 4 sa 1,3-dinucleophiles. Ang paggamot ng acyl chloride 4 gamit ang 2-aminopyridine sa 1,4-dioxane na may TEA bilang base sa temperatura ng silid ay nagbigay ng acrylamide derivative 8 (Larawan 5), na ang istruktura ay natukoy gamit ang spectral data. Ang IR spectra ay nagpakita ng mga absorption band ng cyano stretching sa 2222 cm−1, NH−1 sa 3148 cm−1, at carbonyl sa 1665 cm−1; Kinumpirma ng 1H NMR spectra ang presensya ng mga olefin proton sa 9.14 ppm (tingnan ang Experimental Section).
Ang Compound 4 ay tumutugon sa thiourea upang magbigay ng pyrimidinethione 9; ang compound 4 ay tumutugon sa thiosemicarbazide upang magbigay ng thiopyrazole derivative 10 (Larawan 5). Ang mga istruktura ng mga compound 9 at 10 ay kinumpirma sa pamamagitan ng spectral at elemental na pagsusuri (tingnan ang seksyon ng Eksperimento).
Ang Tetrazine-3-thiol 11 ay inihanda sa pamamagitan ng reaksyon ng compound 4 sa thiocarbazide bilang isang 1,4-dinucleophile (Larawan 5), at ang istruktura nito ay nakumpirma sa pamamagitan ng spectroscopy at elemental analysis. Sa infrared spectrum, ang C=N bond ay lumitaw sa 1619 cm−1. Kasabay nito, ang 1H-NMR spectrum nito ay nagpapanatili ng mga multiplate signal ng mga aromatic proton sa 7.78–8.66 ppm at mga SH proton sa 3.31 ppm (tingnan ang Seksyon ng Eksperimento).
Ang Acryloyl chloride 4 ay tumutugon sa 1,2-diaminobenzene, 2-aminothiophenol, anthranilic acid, 1,2-diaminoethane, at ethanolamine bilang 1,4-dinucleophiles upang bumuo ng mga bagong heterocyclic system (13–16).
Ang mga istruktura ng mga bagong na-synthesize na compound na ito ay kinumpirma sa pamamagitan ng spectral at elemental analysis (tingnan ang seksyon ng Eksperimental). Ang 2-Hydroxyphenylacrylamide derivative 17 ay nakuha sa pamamagitan ng reaksyon sa 2-aminophenol bilang isang dinucleophile (Larawan 6), at ang istruktura nito ay kinumpirma sa pamamagitan ng spectral at elemental analysis. Ipinakita ng infrared spectrum ng compound 17 na ang mga signal na C=O at C≡N ay lumitaw sa 1681 at 2226 cm−1, ayon sa pagkakabanggit. Samantala, ang 1H-NMR spectrum nito ay nagpapanatili ng singlet signal ng olefin proton sa 9.19 ppm, at ang OH proton ay lumitaw sa 9.82 ppm (tingnan ang seksyon ng Eksperimental).
Ang reaksyon ng acid chloride 4 sa isang nucleophile (hal., ethylamine, 4-toluidine, at 4-methoxyaniline) sa dioxane bilang solvent at TEA bilang catalyst sa temperatura ng silid ay nagbunga ng berdeng crystalline acrylamide derivatives 18, 19a, at 19b. Kinumpirma ng elemental at spectral data ng mga compound 18, 19a, at 19b ang mga istruktura ng mga derivatives na ito (tingnan ang Experimental Section) (Figure 7).
Matapos suriin ang antimicrobial activity ng iba't ibang synthetic compound, iba't ibang resulta ang nakuha gaya ng ipinapakita sa Table 1 at Figure 8 (tingnan ang figure file). Ang lahat ng sinubok na compound ay nagpakita ng iba't ibang antas ng inhibition laban sa Gram-positive bacterium MRSA, habang ang Gram-negative bacterium Escherichia coli ay nagpakita ng kumpletong resistensya sa lahat ng compound. Ang mga sinubok na compound ay maaaring hatiin sa tatlong kategorya batay sa diameter ng inhibition zone laban sa MRSA. Ang unang kategorya ang pinakaaktibo at binubuo ng limang compound (6, 7, 10, 13b at 14). Ang diameter ng inhibition zone ng mga compound na ito ay malapit sa 4 cm; ang mga pinakaaktibong compound sa kategoryang ito ay ang mga compound 6 at 13b. Ang pangalawang kategorya ay katamtamang aktibo at binubuo ng limang iba pang compound (11, 13a, 15, 18 at 19a). Ang inhibition zone ng mga compound na ito ay mula 3.3 hanggang 3.65 cm, kung saan ang compound 11 ay nagpapakita ng pinakamalaking inhibition zone na 3.65 ± 0.1 cm. Sa kabilang banda, ang huling grupo ay naglalaman ng tatlong compound (8, 17 at 19b) na may pinakamababang antimicrobial activity (mas mababa sa 3 cm2). Ipinapakita ng Figure 9 ang distribusyon ng iba't ibang inhibition zone.
Ang karagdagang pagsisiyasat sa aktibidad na antimicrobial ng mga sinubukang compound ay kinabibilangan ng pagtukoy sa MIC at MBC para sa bawat compound. Ang mga resulta ay bahagyang nag-iba (tulad ng ipinapakita sa Table 2, 3 at Figure 10 (tingnan ang figure file)), kung saan ang mga compound 7, 11, 13a at 15 ay tila muling inuri bilang pinakamahusay na mga compound. Mayroon silang parehong pinakamababang halaga ng MIC at MBC (39.06 μg/100 μL). Bagama't ang mga compound 7 at 8 ay may mas mababang halaga ng MIC (9.7 μg/100 μL), ang kanilang mga halaga ng MBC ay mas mataas (78.125 μg/100 μL). Samakatuwid, ang mga ito ay itinuturing na mas mahina kaysa sa mga nabanggit na compound. Gayunpaman, ang anim na compound na ito ang pinakamabisa sa mga sinubukan, dahil ang kanilang mga halaga ng MBC ay mas mababa sa 100 μg/100 μL.
Ang mga compound (10, 14, 18 at 19b) ay hindi gaanong aktibo kumpara sa ibang mga compound na sinubukan dahil ang kanilang mga halaga ng MBC ay mula 156 hanggang 312 μg/100 μL. Sa kabilang banda, ang mga compound (8, 17 at 19a) ang hindi gaanong nangangako dahil sila ang may pinakamataas na halaga ng MBC (625, 625 at 1250 μg/100 μL, ayon sa pagkakabanggit).
Panghuli, ayon sa mga antas ng tolerance na ipinapakita sa Table 3, ang mga sinubukang compound ay maaaring hatiin sa dalawang kategorya batay sa kanilang paraan ng pagkilos: mga compound na may bactericidal effect (7, 8, 10, 11, 13a, 15, 18, 19b) at mga compound na may antibacterial effect (6, 13b, 14, 17, 19a). Sa mga ito, ang mga compound na 7, 11, 13a at 15 ang mas mainam, na nagpapakita ng aktibidad na pumapatay sa napakababang konsentrasyon (39.06 μg/100 μL).
Sampu sa labintatlong compound na sinubukan ang nagpakita ng potensyal laban sa antibiotic-resistant methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA). Samakatuwid, inirerekomenda ang karagdagang screening gamit ang mas maraming antibiotic-resistant pathogens (lalo na ang mga lokal na isolates na sumasaklaw sa pathogenic Gram-positive at Gram-negative bacteria) at pathogenic yeasts, pati na rin ang cytotoxic testing ng bawat compound upang masuri ang kaligtasan nito.
Isinagawa ang mga pag-aaral sa molecular docking upang suriin ang potensyal ng mga na-synthesize na compound bilang mga inhibitor ng penicillin-binding protein 2a (PBP2a) sa methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA). Ang PBP2a ay isang mahalagang enzyme na kasangkot sa biosynthesis ng bacterial cell wall, at ang pagsugpo sa enzyme na ito ay nakakasagabal sa pagbuo ng cell wall, na humahantong sa bacterial lysis at pagkamatay ng cell1. Ang mga resulta ng docking ay nakalista sa Table 4 at inilarawan nang mas detalyado sa supplementary data file, at ipinapakita ng mga resulta na ilang compound ang nagpakita ng malakas na binding affinity para sa PBP2a, lalo na ang mga pangunahing active site residue tulad ng Lys 273, Lys 316, at Arg 298. Ang mga interaksyon, kabilang ang hydrogen bonding at π-stacking, ay halos kapareho ng sa co-crystallized quinazolinone ligand (CCL), na nagpapahiwatig ng potensyal ng mga compound na ito bilang mga potent inhibitor.
Ang datos ng molecular docking, kasama ang iba pang mga computational parameter, ay mariing nagmumungkahi na ang PBP2a inhibition ang pangunahing mekanismo na responsable para sa naobserbahang antibacterial activity ng mga compound na ito. Ang mga docking score at root mean square deviation (RMSD) values ​​ay lalong nagpakita ng binding affinity at stability, na sumusuporta sa hypothesis na ito. Gaya ng ipinapakita sa Table 4, habang ang ilang compound ay nagpakita ng mahusay na binding affinity, ang ilang compound (hal., 7, 9, 10, at 14) ay may mas mataas na docking score kaysa sa co-crystallized ligand, na nagpapahiwatig na maaaring mayroon silang mas malakas na interaksyon sa mga active site residue ng PBP2a. Gayunpaman, ang mga pinaka-bioactive compound na 6 at 13b ay nagpakita ng bahagyang mas mababang docking score (-5.98 at -5.63, ayon sa pagkakabanggit) kumpara sa iba pang mga ligand. Ipinahihiwatig nito na bagama't maaaring gamitin ang docking scores upang mahulaan ang binding affinity, ang iba pang mga salik (hal., ligand stability at molecular interactions sa biological environment) ay gumaganap din ng mahalagang papel sa pagtukoy ng antibacterial activity. Kapansin-pansin, ang mga halaga ng RMSD ng lahat ng na-synthesize na compound ay mas mababa sa 2 Å, na nagpapatunay na ang kanilang mga posisyon sa pag-dock ay naaayon sa istruktura sa pagbubuklod ng co-crystallized ligand, na lalong sumusuporta sa kanilang potensyal bilang makapangyarihang mga inhibitor ng PBP2a.
Bagama't ang mga docking score at RMS value ay nagbibigay ng mahahalagang hula, ang ugnayan sa pagitan ng mga resulta ng docking at antimicrobial activity na ito ay hindi laging malinaw sa unang tingin. Bagama't ang PBP2a inhibition ay lubos na sinusuportahan bilang isang mahalagang salik na nakakaimpluwensya sa antimicrobial activity, maraming pagkakaiba ang nagmumungkahi na ang iba pang mga biological properties ay gumaganap din ng mahalagang papel. Ang mga compound 6 at 13b ay nagpakita ng pinakamataas na antimicrobial activity, na may parehong inhibition zone diameter na 4 cm at ang pinakamababang MIC (9.7 μg/100 μL) at MBC (78.125 μg/100 μL) values, sa kabila ng kanilang mas mababang docking scores kumpara sa mga compound 7, 9, 10 at 14. Ipinahihiwatig nito na bagama't ang PBP2a inhibition ay nakakatulong sa antimicrobial activity, ang mga salik tulad ng solubility, bioavailability at interaction dynamics sa bacterial environment ay nakakaimpluwensya rin sa pangkalahatang aktibidad. Ipinapakita ng Figure 11 ang kanilang mga docking pose, na nagpapahiwatig na ang parehong compound, kahit na may medyo mababang binding scores, ay nagagawa pa ring makipag-ugnayan sa mga pangunahing residue ng PBP2a, na posibleng nagpapatatag sa inhibition complex. Itinatampok nito na habang ang molecular docking ay nagbibigay ng mahahalagang pananaw sa pagsugpo sa PBP2a, ang iba pang mga biyolohikal na salik ay dapat isaalang-alang upang lubos na maunawaan ang mga totoong antimicrobial na epekto ng mga compound na ito.
Gamit ang istrukturang kristal ng PBP2a (PDB ID: 4CJN), binuo ang 2D at 3D na mga mapa ng interaksyon ng mga pinakaaktibong compound na 6 at 13b na may penicillin-binding protein 2a (PBP2a) ng methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA). Inihambing ng mga mapang ito ang mga pattern ng interaksyon ng mga compound na ito sa muling itinagong co-crystallized quinazolinone ligand (CCL), na nagtatampok ng mga pangunahing interaksyon tulad ng hydrogen bonding, π-stacking, at ionic interactions.
Isang katulad na padron ang naobserbahan para sa compound 7, na nagpakita ng medyo mataas na docking score (-6.32) at katulad na inhibition zone diameter (3.9 cm) sa compound 10. Gayunpaman, ang MIC (39.08 μg/100 μL) at MBC (39.06 μg/100 μL) nito ay mas mataas nang malaki, na nagpapahiwatig na nangangailangan ito ng mas mataas na konsentrasyon upang maipakita ang antibacterial effect. Ipinahihiwatig nito na bagama't ang compound 7 ay nagpakita ng malakas na binding affinity sa mga pag-aaral ng docking, ang mga salik tulad ng bioavailability, cellular uptake, o iba pang physicochemical properties ay maaaring limitahan ang biological efficacy nito. Bagama't ang compound 7 ay nagpakita ng bactericidal properties, ito ay hindi gaanong epektibo sa pagpigil sa paglaki ng bacteria kumpara sa compound 6 at 13b.
Ang Compound 10 ay nagpakita ng mas malaking pagkakaiba na may pinakamataas na docking score (-6.40), na nagpapahiwatig ng malakas na binding affinity sa PBP2a. Gayunpaman, ang zone of inhibition diameter nito (3.9 cm) ay maihahambing sa compound 7, at ang MBC (312 μg/100 μL) nito ay mas mataas nang malaki kaysa sa compound 6, 7, at 13b, na nagpapahiwatig ng mas mahinang bactericidal activity. Ipinahihiwatig nito na sa kabila ng mahusay na docking predictions, ang compound 10 ay hindi gaanong epektibo sa pagpatay sa MRSA dahil sa iba pang mga limiting factor tulad ng solubility, stability, o mahinang permeability ng bacterial membrane. Sinusuportahan ng mga resultang ito ang pag-unawa na habang ang PBP2a inhibition ay gumaganap ng mahalagang papel sa antibacterial activity, hindi nito lubos na ipinapaliwanag ang mga pagkakaiba sa biological activity na naobserbahan sa mga sinubukang compound. Ipinahihiwatig ng mga pagkakaibang ito na kinakailangan ang mga karagdagang experimental analyses at malalimang biological evaluation upang lubos na maipaliwanag ang mga antibacterial mechanism na kasangkot.
Ang mga resulta ng molecular docking sa Table 4 at sa Supplementary Data File ay nagpapakita ng masalimuot na ugnayan sa pagitan ng mga docking score at antimicrobial activity. Bagama't ang mga compound 6 at 13b ay may mas mababang docking score kaysa sa mga compound 7, 9, 10, at 14, ipinapakita nila ang pinakamataas na antimicrobial activity. Ang kanilang mga interaction map (ipinapakita sa Figure 11) ay nagpapahiwatig na sa kabila ng kanilang mas mababang binding score, bumubuo pa rin sila ng mga makabuluhang hydrogen bonds at π-stacking interactions sa mga pangunahing residue ng PBP2a na maaaring magpatatag ng enzyme-inhibitor complex sa isang biologically beneficial na paraan. Sa kabila ng medyo mababang docking scores na 6 at 13b, ang kanilang pinahusay na antimicrobial activity ay nagmumungkahi na ang iba pang mga katangian tulad ng solubility, stability, at cellular uptake ay dapat isaalang-alang kasabay ng docking data kapag tinatasa ang inhibitor potential. Itinatampok nito ang kahalagahan ng pagsasama-sama ng mga docking studies sa experimental antimicrobial analysis upang tumpak na masuri ang therapeutic potential ng mga bagong compound.
Itinatampok ng mga resultang ito na bagama't ang molecular docking ay isang makapangyarihang kasangkapan para sa paghula ng binding affinity at pagtukoy ng mga potensyal na mekanismo ng inhibition, hindi ito dapat umasa nang mag-isa upang matukoy ang antimicrobial efficacy. Iminumungkahi ng molekular na datos na ang PBP2a inhibition ay isang mahalagang salik na nakakaimpluwensya sa antimicrobial activity, ngunit ang mga pagbabago sa biological activity ay nagmumungkahi na ang iba pang physicochemical at pharmacokinetic properties ay dapat na i-optimize upang mapahusay ang therapeutic efficacy. Ang mga pag-aaral sa hinaharap ay dapat tumuon sa pag-optimize ng kemikal na istruktura ng mga compound 7 at 10 upang mapabuti ang bioavailability at cellular uptake, na tinitiyak na ang malakas na docking interactions ay isinasalin sa aktwal na antimicrobial activity. Ang mga karagdagang pag-aaral, kabilang ang mga karagdagang bioassay at structure-activity relationship (SAR) analysis, ay magiging mahalaga upang higit pang maunawaan natin kung paano gumagana ang mga compound na ito bilang mga PBP2a inhibitor at upang bumuo ng mas epektibong antimicrobial agent.
Ang mga compound na na-synthesize mula sa 3-(anthracen-9-yl)-2-cyanoacryloyl chloride 4 ay nagpakita ng iba't ibang antas ng antimicrobial activity, kung saan ang ilang compound ay nagpakita ng makabuluhang pagsugpo sa methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA). Ang pagsusuri ng structure-activity relationship (SAR) ay nagpakita ng mga pangunahing katangiang istruktural na pinagbabatayan ng antimicrobial efficacy ng mga compound na ito.
Ang presensya ng parehong acrylonitrile at anthracene groups ay napatunayang kritikal para sa pagpapahusay ng antimicrobial activity. Ang highly reactive nitrile group sa acrylonitrile ay kinakailangan upang mapadali ang interaksyon sa mga bacterial protein, sa gayon ay nakakatulong sa mga antimicrobial properties ng compound. Ang mga compound na naglalaman ng parehong acrylonitrile at anthracene ay palaging nagpakita ng mas malakas na antimicrobial effect. Ang aromaticity ng anthracene group ay lalong nagpatatag sa mga compound na ito, na posibleng nagpapahusay sa kanilang biological activity.
Ang pagpapakilala ng mga heterocyclic ring ay makabuluhang nagpabuti sa antibacterial efficacy ng ilang derivatives. Sa partikular, ang benzothiazole derivative 13b at acrylhydrazide derivative 6 ay nagpakita ng pinakamataas na antibacterial activity na may inhibition zone na humigit-kumulang 4 cm2. Ang mga heterocyclic derivatives na ito ay nagpakita ng mas makabuluhang biological effects, na nagpapahiwatig na ang heterocyclic structure ay gumaganap ng mahalagang papel sa mga antibacterial effects. Gayundin, ang pyrimidinethione sa compound 9, thiopyrazole sa compound 10, at tetrazine ring sa compound 11 ay nag-ambag sa mga antibacterial properties ng mga compound, na lalong nagbibigay-diin sa kahalagahan ng heterocyclic modification.
Sa mga na-synthesize na compound, ang 6 at 13b ay namukod-tangi dahil sa kanilang mahusay na antibacterial activity. Ang minimum inhibitory concentration (MIC) ng compound 6 ay 9.7 μg/100 μL, at ang minimum bactericidal concentration (MBC) ay 78.125 μg/100 μL, na nagpapakita ng mahusay nitong kakayahan na linisin ang methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA). Gayundin, ang compound 13b ay may inhibition zone na 4 cm at mababang MIC at MBC values, na nagpapatunay sa malakas nitong antibacterial activity. Itinatampok ng mga resultang ito ang mga pangunahing papel ng acrylohydrazide at benzothiazole functional groups sa pagtukoy ng bioefficacy ng mga compound na ito.
Sa kabaligtaran, ang mga compound 7, 10, at 14 ay nagpakita ng katamtamang antibacterial activity na may mga inhibition zone na mula 3.65 hanggang 3.9 cm⁻¹. Ang mga compound na ito ay nangangailangan ng mas mataas na konsentrasyon upang ganap na mapatay ang bacteria, gaya ng makikita sa kanilang medyo mataas na MIC at MBC values. Bagama't ang mga compound na ito ay hindi gaanong aktibo kaysa sa mga compound 6 at 13b, nagpakita pa rin sila ng makabuluhang antibacterial potential, na nagmumungkahi na ang pagsasama ng acrylonitrile at anthracene moieties sa heterocyclic ring ay nakakatulong sa kanilang antibacterial effect.
Ang mga compound ay may iba't ibang paraan ng pagkilos, ang ilan ay nagpapakita ng mga katangiang bactericidal at ang iba ay nagpapakita ng mga epektong bacteriostatic. Ang mga compound 7, 11, 13a, at 15 ay bactericidal at nangangailangan ng mas mababang konsentrasyon upang ganap na mapatay ang bakterya. Sa kabaligtaran, ang mga compound 6, 13b, at 14 ay bacteriostatic at maaaring pigilan ang paglaki ng bakterya sa mas mababang konsentrasyon, ngunit nangangailangan ng mas mataas na konsentrasyon upang ganap na mapatay ang bakterya.
Sa pangkalahatan, binibigyang-diin ng pagsusuri ng ugnayan ng istruktura-aktibidad ang kahalagahan ng pagpapakilala ng mga acrylonitrile at anthracene moieties at heterocyclic structures upang makamit ang makabuluhang antibacterial activity. Ipinahihiwatig ng mga resultang ito na ang pag-optimize ng mga estruktural na bahaging ito at paggalugad ng mga karagdagang pagbabago upang mapabuti ang solubility at membrane permeability ay maaaring humantong sa pagbuo ng mas epektibong mga gamot na anti-MRSA.
Ang lahat ng mga reagent at solvent ay dinalisay at pinatuyo gamit ang mga karaniwang pamamaraan (El Gomhouria, Egypt). Ang mga melting point ay natukoy gamit ang isang GallenKamp electronic melting point apparatus at iniulat nang walang pagwawasto. Ang infrared (IR) spectra (cm⁻1) ay naitala sa Department of Chemistry, Faculty of Science, Ain Shams University gamit ang potassium bromide (KBr) pellets sa isang Thermo Electron Nicolet iS10 FTIR spectrometer (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA).
Ang mga 1H NMR spectra ay nakuha sa 300 MHz gamit ang isang GEMINI NMR spectrometer (GEMINI Manufacturing & Engineering, Anaheim, CA, USA) at isang BRUKER 300 MHz NMR spectrometer (BRUKER Manufacturing & Engineering, Inc.). Ang Tetramethylsilane (TMS) ay ginamit bilang internal standard na may deuterated dimethyl sulfoxide (DMSO-d₆). Ang mga sukat ng NMR ay isinagawa sa Faculty of Science, Cairo University, Giza, Egypt. Ang elemental analysis (CHN) ay isinagawa gamit ang isang Perkin-Elmer 2400 Elemental Analyzer at ang mga resultang nakuha ay naaayon sa mga kinalkulang halaga.
Isang pinaghalong acid 3 (5 mmol) at thionyl chloride (5 ml) ang pinainit sa isang paliguan ng tubig sa temperaturang 65 °C sa loob ng 4 na oras. Ang sobrang thionyl chloride ay inalis sa pamamagitan ng distilasyon sa ilalim ng pinababang presyon. Ang nagresultang pulang solido ay tinipon at ginamit nang walang karagdagang puripikasyon. Punto ng pagkatunaw: 200-202 °C, ani: 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, heteroaromatization). 13C NMR (75 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 115.11 (C≡N), 124.82–130.53 (CH anthracene), 155.34, 114.93 (CH=C–C=O), 162.22 (C=O); HRMS (ESI) m/z [M + H]+: 291.73111. Analyst. Kinalkula para sa C18H10ClNO (291.73): C, 74.11; H, 3.46; N, 4.80. Natagpuan: C, 74.41; H, 3.34; N, 4.66%.
Sa 0°C, ang 4 (2 mmol, 0.7 g) ay tinunaw sa anhydrous dioxane (20 ml) at ang hydrazine hydrate (2 mmol, 0.16 ml, 80%) ay idinagdag nang patak-patak at hinalo sa loob ng 1 oras. Ang namuong solido ay kinolekta sa pamamagitan ng pagsasala at muling kikristal mula sa ethanol upang makabuo ng compound na 6.
Mga berdeng kristal, punto ng pagkatunaw 190-192℃, ani 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, maaaring palitan), 7.69-8.51 (m, 18H, heteroaromatic), 9.16 (s, 1H, CH=), 8.54 (s, 1H, CH=); Kinalkulang halaga para sa C33H21N3O (475.53): C, 83.35; H, 4.45; N, 8.84. Natagpuan: C, 84.01; H, 4.38; N, 8.05%.
Tunawin ang 4 (2 mmol, 0.7 g) sa 20 ml ng anhydrous dioxane solution (naglalaman ng ilang patak ng triethylamine), idagdag ang phenylhydrazine/2-aminopyridine (2 mmol) at haluin sa temperatura ng silid sa loob ng 1 at 2 oras, ayon sa pagkakabanggit. Ibuhos ang pinaghalong reaksyon sa yelo o tubig at asidihin gamit ang dilute hydrochloric acid. Salain ang pinaghiwalay na solid at i-recrystallize mula sa ethanol upang makakuha ng 7 at i-recrystallize mula sa benzene upang makakuha ng 8.
Mga berdeng kristal, punto ng pagkatunaw 160-162℃, ani 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, maaaring palitan), 9.15 (s, 1H, CH=), 8.81 (s, 1H, CH=), 6.78-8.58 (m, 23H, heteroaromatic); Kinalkulang halaga para sa C42H26N4O2 (618.68): C, 81.54; H, 4.24; N, 9.06. Natagpuan: C, 81.96; H, 3.91; N, 8.91%.
Ang 4 (2 mmol, 0.7 g) ay tinunaw sa 20 ml ng anhydrous dioxane solution (naglalaman ng ilang patak ng triethylamine), idinagdag ang 2-aminopyridine (2 mmol, 0.25 g) at ang timpla ay hinalo sa temperatura ng silid sa loob ng 2 oras. Ang timpla ng reaksyon ay ibinuhos sa tubig na yelo at pinaasido ng dilute hydrochloric acid. Ang nabuo na precipitate ay sinala at muling kikristal mula sa benzene, na nagbigay ng berdeng kristal na 8 na may melting point na 146-148 °C at yield na 82.5%; infrared spectrum (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, maaaring palitan), 9.14 (s, 1H, CH=), 7.36-8.55 (m, 13H, heteroaromatisasyon); Kinalkula para sa C23H15N3O (348.38): C, 79.07; H, 4.33; N, 12.03. Natagpuan: C, 78.93; H, 3.97; N, 12.36%.
Ang Compound 4 (2 mmol, 0.7 g) ay tinunaw sa 20 ml ng tuyong dioxane (naglalaman ng ilang patak ng triethylamine at 2 mmol ng thiourea/semicarbazide) at pinainit sa ilalim ng reflux sa loob ng 2 oras. Ang solvent ay pinasingaw sa vacuum. Ang residue ay muling kikristal mula sa dioxane upang makabuo ng isang timpla.