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Il sintone 3-(antracen-9-il)-2-cianoacriloil cloruro 4 è stato sintetizzato e utilizzato per sintetizzare una varietà di composti eterociclici altamente attivi attraverso la sua reazione con vari nucleofili azotati. La struttura di ciascun composto eterociclico sintetizzato è stata accuratamente caratterizzata mediante analisi spettroscopica ed elementare. Dieci dei tredici nuovi composti eterociclici hanno mostrato un'efficacia incoraggiante contro i batteri multifarmaco-resistenti (MRSA). Tra questi, i composti 6, 7, 10, 13b e 14 hanno mostrato la più elevata attività antibatterica con zone di inibizione prossime a 4 cm. Tuttavia, studi di docking molecolare hanno rivelato che i composti avevano diverse affinità di legame con la proteina legante la penicillina 2a (PBP2a), un bersaglio chiave per la resistenza all'MRSA. Alcuni composti come 7, 10 e 14 hanno mostrato una maggiore affinità di legame e stabilità di interazione nel sito attivo di PBP2a rispetto al ligando chinazolinonico co-cristallizzato. Al contrario, i composti 6 e 13b hanno mostrato punteggi di docking inferiori, ma hanno comunque mostrato una significativa attività antibatterica, con il composto 6 che ha registrato i valori più bassi di MIC (9,7 μg/100 μL) e MBC (78,125 μg/100 μL). L'analisi del docking ha rivelato interazioni chiave, tra cui legami a idrogeno e π-stacking, in particolare con residui come Lys 273, Lys 316 e Arg 298, che sono stati identificati come interagenti con il ligando co-cristallizzato nella struttura cristallina di PBP2a. Questi residui sono essenziali per l'attività enzimatica di PBP2a. Questi risultati suggeriscono che i composti sintetizzati potrebbero essere promettenti farmaci anti-MRSA, evidenziando l'importanza di combinare il docking molecolare con i biotest per identificare candidati terapeutici efficaci.
Nei primi anni di questo secolo, gli sforzi della ricerca si sono concentrati principalmente sullo sviluppo di nuove e semplici procedure e metodi per la sintesi di diversi sistemi eterociclici innovativi con attività antimicrobica, utilizzando materiali di partenza facilmente reperibili.
Le frazioni di acrilonitrile sono considerate importanti materiali di partenza per la sintesi di molti sistemi eterociclici di notevole interesse, poiché sono composti altamente reattivi. Inoltre, i derivati ​​del cloruro di 2-cianoacriloile sono stati ampiamente utilizzati negli ultimi anni per lo sviluppo e la sintesi di prodotti di vitale importanza nel campo delle applicazioni farmacologiche, come intermedi di farmaci1,2,3, precursori di agenti anti-HIV, antivirali, antitumorali, antibatterici, antidepressivi e antiossidanti4,5,6,7,8,9,10. Recentemente, l'efficacia biologica dell'antracene e dei suoi derivati, comprese le loro proprietà antibiotiche, antitumorali11,12, antibatteriche13,14,15 e insetticide16,17, ha attirato molta attenzione18,19,20,21. I composti antimicrobici contenenti frazioni di acrilonitrile e antracene sono mostrati nelle Figure 1 e 2.
Secondo l'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) (2021), la resistenza antimicrobica (AMR) rappresenta una minaccia globale per la salute e lo sviluppo22,23,24,25. I pazienti non possono essere curati, con conseguenti degenze ospedaliere più lunghe e la necessità di farmaci più costosi, nonché un aumento della mortalità e della disabilità. La mancanza di antimicrobici efficaci porta spesso al fallimento del trattamento di varie infezioni, soprattutto durante la chemioterapia e gli interventi chirurgici importanti.
Secondo il rapporto 2024 dell'Organizzazione Mondiale della Sanità, lo Staphylococcus aureus resistente alla meticillina (MRSA) e l'Escherichia coli sono inclusi nell'elenco dei patogeni prioritari. Entrambi i batteri sono resistenti a molti antibiotici, quindi rappresentano infezioni difficili da trattare e controllare, e vi è un'urgente necessità di sviluppare nuovi ed efficaci composti antimicrobici per affrontare questo problema. L'antracene e i suoi derivati ​​sono noti antimicrobici in grado di agire sia sui batteri Gram-positivi che su quelli Gram-negativi. L'obiettivo di questo studio è sintetizzare un nuovo derivato in grado di combattere questi patogeni pericolosi per la salute.
L'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) segnala che molti patogeni batterici sono resistenti a diversi antibiotici, tra cui lo Staphylococcus aureus resistente alla meticillina (MRSA), una causa comune di infezione nella comunità e negli ambienti sanitari. I pazienti con infezioni da MRSA presentano un tasso di mortalità superiore del 64% rispetto a quelli con infezioni sensibili ai farmaci. Inoltre, l'Escherichia coli rappresenta un rischio globale perché l'ultima linea di difesa contro le Enterobacteriaceae resistenti ai carbapenemi (ovvero l'Escherichia coli) è la colistina, ma batteri resistenti alla colistina sono stati recentemente segnalati in diversi paesi. 22,23,24,25
Pertanto, secondo il Piano d'azione globale sulla resistenza antimicrobica dell'Organizzazione Mondiale della Sanità26, vi è un'urgente necessità di scoprire e sintetizzare nuovi antimicrobici. Il grande potenziale dell'antracene e dell'acrilonitrile come agenti antibatterici27, antimicotici28, antitumorali29 e antiossidanti30 è stato evidenziato in numerosi articoli pubblicati. A questo proposito, si può affermare che questi derivati ​​sono buoni candidati per l'uso contro lo Staphylococcus aureus resistente alla meticillina (MRSA).
Precedenti revisioni della letteratura ci hanno motivato a sintetizzare nuovi derivati ​​in queste classi. Pertanto, il presente studio mirava a sviluppare nuovi sistemi eterociclici contenenti gruppi antracene e acrilonitrile, valutarne l'efficacia antimicrobica e antibatterica e indagare le loro potenziali interazioni di legame con la proteina legante la penicillina 2a (PBP2a) mediante docking molecolare. Sulla base degli studi precedenti, il presente studio ha proseguito la sintesi, la valutazione biologica e l'analisi computazionale di sistemi eterociclici per identificare promettenti agenti anti-Staphylococcus aureus antimeticillino-resistente (MRSA) con potente attività inibitoria su PBP2a31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49.
La nostra attuale ricerca si concentra sulla sintesi e sulla valutazione antimicrobica di nuovi composti eterociclici contenenti gruppi antracene e acrilonitrile. Il cloruro di 3-(antracen-9-il)-2-cianoacriloile 4 è stato preparato e utilizzato come elemento costitutivo per la costruzione di nuovi sistemi eterociclici.
La struttura del composto 4 è stata determinata utilizzando dati spettrali. Lo spettro 1H-NMR ha mostrato la presenza di CH= a 9,26 ppm, lo spettro IR ha mostrato la presenza di un gruppo carbonilico a 1737 cm−1 e di un gruppo ciano a 2224 cm−1, e anche lo spettro 13CNMR ha confermato la struttura proposta (vedere la sezione Sperimentale).
La sintesi del cloruro di 3-(antracen-9-il)-2-cianoacriloile 4 è stata realizzata mediante idrolisi dei gruppi aromatici 250, 41, 42, 53 con soluzione etanolica di idrossido di sodio (10%) per dare gli acidi 354, 45, 56, che sono stati poi trattati con cloruro di tionile su un bagno d'acqua per dare il derivato del cloruro di acriloile 4 con resa elevata (88,5%), come mostrato nella Figura 3.
Per creare nuovi composti eterociclici con l'efficacia antibatterica attesa, è stata effettuata la reazione del cloruro di acile 4 con vari dinucleofili.
Il cloruro acido 4 è stato trattato con idrato di idrazina a 0°C per un'ora. Sfortunatamente, non è stato ottenuto pirazolone 5. Il prodotto era un derivato dell'acrilammide la cui struttura è stata confermata dai dati spettrali. Il suo spettro IR ha mostrato bande di assorbimento di C=O a 1720 cm−1, C≡N a 2228 cm−1 e NH a 3424 cm−1. Lo spettro 1H-NMR ha mostrato un segnale di scambio singoletto dei protoni dell'olefina e dei protoni NH a 9,3 ppm (vedi Sezione Sperimentale).
Due moli di cloruro acido 4 sono state fatte reagire con una mole di fenilidrazina per produrre il derivato 7 della N-fenilacrilolidrazina con buona resa (77%) (Figura 5). La struttura di 7 è stata confermata dai dati della spettroscopia infrarossa, che hanno mostrato l'assorbimento di due gruppi C=O a 1691 e 1671 cm−1, l'assorbimento del gruppo CN a 2222 cm−1 e l'assorbimento del gruppo NH a 3245 cm−1, e il suo spettro 1H-NMR ha mostrato il gruppo CH a 9,15 e 8,81 ppm e il protone NH a 10,88 ppm (vedere la sezione sperimentale).
In questo studio, è stata studiata la reazione del cloruro di acile 4 con 1,3-dinucleofili. Il trattamento del cloruro di acile 4 con 2-amminopiridina in 1,4-diossano con TEA come base a temperatura ambiente ha prodotto il derivato dell'acrilammide 8 (Figura 5), ​​la cui struttura è stata identificata utilizzando dati spettrali. Gli spettri IR hanno mostrato bande di assorbimento di stretching ciano a 2222 cm−1, NH a 3148 cm−1 e carbonile a 1665 cm−1; gli spettri 1H NMR hanno confermato la presenza di protoni olefinici a 9,14 ppm (vedere la Sezione Sperimentale).
Il composto 4 reagisce con la tiourea per dare il pirimidinetione 9; il composto 4 reagisce con la tiosemicarbazide per dare il derivato tiopirazolo 10 (Figura 5). Le strutture dei composti 9 e 10 sono state confermate mediante analisi spettrale ed elementare (vedere la sezione Sperimentale).
La tetrazina-3-tiolo 11 è stata preparata mediante reazione del composto 4 con tiocarbazide come 1,4-dinucleofilo (Figura 5) e la sua struttura è stata confermata mediante spettroscopia e analisi elementare. Nello spettro infrarosso, il legame C=N è apparso a 1619 cm−1. Allo stesso tempo, il suo spettro 1H-NMR ha mantenuto segnali multipiattati di protoni aromatici a 7,78–8,66 ppm e protoni SH a 3,31 ppm (vedi Sezione Sperimentale).
Il cloruro di acriloile 4 reagisce con 1,2-diaminobenzene, 2-amminotiofenolo, acido antranilico, 1,2-diaminoetano ed etanolammina come 1,4-dinucleofili per formare nuovi sistemi eterociclici (13–16).
Le strutture di questi composti di nuova sintesi sono state confermate mediante analisi spettrale ed elementare (vedere la sezione Sperimentale). Il derivato 17 della 2-idrossifenilacrilammide è stato ottenuto per reazione con 2-amminofenolo come dinucleofilo (Figura 6) e la sua struttura è stata confermata mediante analisi spettrale ed elementare. Lo spettro infrarosso del composto 17 ha mostrato che i segnali C=O e C≡N apparivano rispettivamente a 1681 e 2226 cm−1. Nel frattempo, il suo spettro 1H-NMR ha mantenuto il segnale di singoletto del protone dell'olefina a 9,19 ppm e del protone OH a 9,82 ppm (vedere la sezione Sperimentale).
La reazione del cloruro acido 4 con un nucleofilo (ad esempio, etilammina, 4-toluidina e 4-metossianilina) in diossano come solvente e TEA come catalizzatore a temperatura ambiente ha prodotto derivati ​​di acrilammide cristallini verdi 18, 19a e 19b. I dati elementari e spettrali dei composti 18, 19a e 19b hanno confermato le strutture di questi derivati ​​(vedere la sezione sperimentale) (Figura 7).
Dopo aver analizzato l'attività antimicrobica di vari composti sintetici, sono stati ottenuti risultati diversi, come mostrato nella Tabella 1 e nella Figura 8 (vedi file figura). Tutti i composti testati hanno mostrato diversi gradi di inibizione contro il batterio Gram-positivo MRSA, mentre il batterio Gram-negativo Escherichia coli ha mostrato una resistenza completa a tutti i composti. I composti testati possono essere suddivisi in tre categorie in base al diametro della zona di inibizione contro MRSA. La prima categoria è risultata la più attiva e comprendeva cinque composti (6, 7, 10, 13b e 14). Il diametro della zona di inibizione di questi composti era prossimo ai 4 cm; i composti più attivi in ​​questa categoria erano i composti 6 e 13b. La seconda categoria è risultata moderatamente attiva e comprendeva altri cinque composti (11, 13a, 15, 18 e 19a). La zona di inibizione di questi composti variava da 3,3 a 3,65 cm, con il composto 11 che mostrava la zona di inibizione più ampia, pari a 3,65 ± 0,1 cm. D'altra parte, l'ultimo gruppo conteneva tre composti (8, 17 e 19b) con la più bassa attività antimicrobica (meno di 3 cm). La Figura 9 mostra la distribuzione delle diverse zone di inibizione.
Ulteriori indagini sull'attività antimicrobica dei composti testati hanno comportato la determinazione della MIC e della MBC per ciascun composto. I risultati sono variati leggermente (come mostrato nelle Tabelle 2, 3 e nella Figura 10 (vedi file figura)), con i composti 7, 11, 13a e 15 apparentemente riclassificati come i composti migliori. Presentavano gli stessi valori più bassi di MIC e MBC (39,06 μg/100 μL). Sebbene i composti 7 e 8 presentassero valori di MIC inferiori (9,7 μg/100 μL), i loro valori di MBC erano più elevati (78,125 μg/100 μL). Pertanto, sono stati considerati più deboli dei composti precedentemente menzionati. Tuttavia, questi sei composti sono risultati i più efficaci tra quelli testati, poiché i loro valori di MBC erano inferiori a 100 μg/100 μL.
I composti (10, 14, 18 e 19b) sono risultati meno attivi rispetto agli altri composti testati, poiché i loro valori di MBC variavano da 156 a 312 μg/100 μL. D'altra parte, i composti (8, 17 e 19a) sono risultati i meno promettenti, poiché presentavano i valori di MBC più elevati (rispettivamente 625, 625 e 1250 μg/100 μL).
Infine, in base ai livelli di tolleranza riportati nella Tabella 3, i composti testati possono essere suddivisi in due categorie in base al loro meccanismo d'azione: composti con effetto battericida (7, 8, 10, 11, 13a, 15, 18, 19b) e composti con effetto antibatterico (6, 13b, 14, 17, 19a). Tra questi, sono preferiti i composti 7, 11, 13a e 15, che mostrano attività letale a una concentrazione molto bassa (39,06 μg/100 μL).
Dieci dei tredici composti testati hanno mostrato un potenziale contro lo Staphylococcus aureus meticillino-resistente (MRSA) antibiotico-resistente. Pertanto, si raccomandano ulteriori screening con altri patogeni resistenti agli antibiotici (in particolare isolati locali che comprendono batteri Gram-positivi e Gram-negativi patogeni) e lieviti patogeni, nonché test citotossici su ciascun composto per valutarne la sicurezza.
Sono stati condotti studi di docking molecolare per valutare il potenziale dei composti sintetizzati come inibitori della proteina legante la penicillina 2a (PBP2a) nello Staphylococcus aureus resistente alla meticillina (MRSA). La PBP2a è un enzima chiave coinvolto nella biosintesi della parete cellulare batterica e l'inibizione di questo enzima interferisce con la formazione della parete cellulare, portando infine alla lisi batterica e alla morte cellulare1. I risultati del docking sono elencati nella Tabella 4 e descritti più dettagliatamente nel file di dati supplementare, e mostrano che diversi composti hanno mostrato una forte affinità di legame per la PBP2a, in particolare per i residui chiave del sito attivo come Lys 273, Lys 316 e Arg 298. Le interazioni, inclusi i legami a idrogeno e lo stacking π, erano molto simili a quelle del ligando quinazolinonico co-cristallizzato (CCL), indicando il potenziale di questi composti come potenti inibitori.
I dati di docking molecolare, insieme ad altri parametri computazionali, hanno fortemente suggerito che l'inibizione di PBP2a fosse il meccanismo chiave responsabile dell'attività antibatterica osservata in questi composti. I punteggi di docking e i valori di deviazione quadratica media (RMSD) hanno ulteriormente rivelato l'affinità e la stabilità di legame, supportando questa ipotesi. Come mostrato nella Tabella 4, mentre diversi composti hanno mostrato una buona affinità di legame, alcuni composti (ad esempio, 7, 9, 10 e 14) hanno mostrato punteggi di docking più elevati rispetto al ligando co-cristallizzato, indicando che potrebbero avere interazioni più forti con i residui del sito attivo di PBP2a. Tuttavia, i composti più bioattivi 6 e 13b hanno mostrato punteggi di docking leggermente inferiori (rispettivamente -5,98 e -5,63) rispetto agli altri ligandi. Ciò suggerisce che, sebbene i punteggi di docking possano essere utilizzati per predire l'affinità di legame, anche altri fattori (ad esempio, la stabilità del ligando e le interazioni molecolari nell'ambiente biologico) svolgono un ruolo chiave nel determinare l'attività antibatterica. In particolare, i valori RMSD di tutti i composti sintetizzati erano inferiori a 2 Å, confermando che le loro posizioni di docking sono strutturalmente coerenti con la conformazione di legame del ligando co-cristallizzato, supportando ulteriormente il loro potenziale come potenti inibitori di PBP2a.
Sebbene i punteggi di docking e i valori RMS forniscano preziose previsioni, la correlazione tra questi risultati di docking e l'attività antimicrobica non è sempre chiara a prima vista. Sebbene l'inibizione di PBP2a sia fortemente supportata come fattore chiave che influenza l'attività antimicrobica, diverse differenze suggeriscono che anche altre proprietà biologiche svolgano un ruolo importante. I composti 6 e 13b hanno mostrato la più elevata attività antimicrobica, con un diametro della zona di inibizione di 4 cm e i valori più bassi di MIC (9,7 μg/100 μL) e MBC (78,125 μg/100 μL), nonostante i loro punteggi di docking inferiori rispetto ai composti 7, 9, 10 e 14. Ciò suggerisce che, sebbene l'inibizione di PBP2a contribuisca all'attività antimicrobica, fattori come solubilità, biodisponibilità e dinamiche di interazione nell'ambiente batterico influenzano anche l'attività complessiva. La Figura 11 mostra le loro posizioni di docking, indicando che entrambi i composti, anche con punteggi di legame relativamente bassi, sono ancora in grado di interagire con residui chiave di PBP2a, stabilizzando potenzialmente il complesso di inibizione. Ciò evidenzia che, sebbene il docking molecolare fornisca importanti informazioni sull'inibizione di PBP2a, altri fattori biologici devono essere considerati per comprendere appieno gli effetti antimicrobici di questi composti nel mondo reale.
Utilizzando la struttura cristallina di PBP2a (PDB ID: 4CJN), sono state costruite mappe di interazione 2D e 3D dei composti più attivi 6 e 13b ancorati alla proteina legante la penicillina 2a (PBP2a) di Staphylococcus aureus resistente alla meticillina (MRSA). Queste mappe confrontano i modelli di interazione di questi composti con il ligando quinazolinonico co-cristallizzato (CCL) nuovamente ancorato, evidenziando interazioni chiave come legami a idrogeno, π-stacking e interazioni ioniche.
Un andamento simile è stato osservato per il composto 7, che ha mostrato un punteggio di docking relativamente alto (-6,32) e un diametro della zona di inibizione simile (3,9 cm) al composto 10. Tuttavia, la sua MIC (39,08 μg/100 μL) e MBC (39,06 μg/100 μL) erano significativamente più elevate, indicando che richiedeva concentrazioni più elevate per mostrare un effetto antibatterico. Ciò suggerisce che, sebbene il composto 7 abbia mostrato una forte affinità di legame negli studi di docking, fattori come la biodisponibilità, l'assorbimento cellulare o altre proprietà fisico-chimiche possono limitarne l'efficacia biologica. Sebbene il composto 7 abbia mostrato proprietà battericide, è stato meno efficace nell'inibire la crescita batterica rispetto ai composti 6 e 13b.
Il composto 10 ha mostrato una differenza più marcata con il punteggio di docking più alto (-6,40), indicando una forte affinità di legame con PBP2a. Tuttavia, il diametro della sua zona di inibizione (3,9 cm) era paragonabile a quello del composto 7 e il suo MBC (312 μg/100 μL) era significativamente più alto rispetto ai composti 6, 7 e 13b, indicando un'attività battericida più debole. Ciò suggerisce che, nonostante le buone previsioni di docking, il composto 10 è stato meno efficace nell'uccidere l'MRSA a causa di altri fattori limitanti come la solubilità, la stabilità o la scarsa permeabilità della membrana batterica. Questi risultati supportano la comprensione che, sebbene l'inibizione di PBP2a svolga un ruolo chiave nell'attività antibatterica, non spiega completamente le differenze di attività biologica osservate tra i composti testati. Queste differenze suggeriscono che sono necessarie ulteriori analisi sperimentali e valutazioni biologiche approfondite per chiarire completamente i meccanismi antibatterici coinvolti.
I risultati del docking molecolare nella Tabella 4 e nel File di Dati Supplementari evidenziano la complessa relazione tra punteggi di docking e attività antimicrobica. Sebbene i composti 6 e 13b presentino punteggi di docking inferiori rispetto ai composti 7, 9, 10 e 14, mostrano la più elevata attività antimicrobica. Le loro mappe di interazione (mostrate nella Figura 11) indicano che, nonostante i punteggi di legame inferiori, formano comunque legami a idrogeno significativi e interazioni di impilamento π con residui chiave di PBP2a che possono stabilizzare il complesso enzima-inibitore in modo biologicamente benefico. Nonostante i punteggi di docking relativamente bassi di 6 e 13b, la loro maggiore attività antimicrobica suggerisce che altre proprietà come solubilità, stabilità e assorbimento cellulare dovrebbero essere considerate insieme ai dati di docking nella valutazione del potenziale inibitore. Ciò evidenzia l'importanza di combinare studi di docking con analisi antimicrobiche sperimentali per valutare accuratamente il potenziale terapeutico di nuovi composti.
Questi risultati evidenziano che, sebbene il docking molecolare sia un potente strumento per predire l'affinità di legame e identificare potenziali meccanismi di inibizione, non dovrebbe essere utilizzato da solo per determinare l'efficacia antimicrobica. I dati molecolari suggeriscono che l'inibizione di PBP2a sia un fattore chiave che influenza l'attività antimicrobica, ma le variazioni dell'attività biologica suggeriscono che altre proprietà fisico-chimiche e farmacocinetiche debbano essere ottimizzate per migliorare l'efficacia terapeutica. Studi futuri dovrebbero concentrarsi sull'ottimizzazione della struttura chimica dei composti 7 e 10 per migliorarne la biodisponibilità e l'assorbimento cellulare, garantendo che le forti interazioni di docking si traducano in un'effettiva attività antimicrobica. Ulteriori studi, inclusi ulteriori biotest e analisi della relazione struttura-attività (SAR), saranno fondamentali per approfondire la nostra comprensione del funzionamento di questi composti come inibitori di PBP2a e per sviluppare agenti antimicrobici più efficaci.
I composti sintetizzati a partire dal cloruro di 3-(antracen-9-il)-2-cianoacriloile 4 hanno mostrato vari gradi di attività antimicrobica, con diversi composti che hanno dimostrato una significativa inibizione dello Staphylococcus aureus resistente alla meticillina (MRSA). L'analisi della relazione struttura-attività (SAR) ha rivelato le principali caratteristiche strutturali alla base dell'efficacia antimicrobica di questi composti.
La presenza di entrambi i gruppi acrilonitrile e antracene si è rivelata fondamentale per potenziare l'attività antimicrobica. Il gruppo nitrilico altamente reattivo dell'acrilonitrile è necessario per facilitare le interazioni con le proteine ​​batteriche, contribuendo così alle proprietà antimicrobiche del composto. I composti contenenti sia acrilonitrile che antracene hanno costantemente dimostrato effetti antimicrobici più forti. L'aromaticità del gruppo antracene ha ulteriormente stabilizzato questi composti, potenziandone potenzialmente l'attività biologica.
L'introduzione di anelli eterociclici ha migliorato significativamente l'efficacia antibatterica di diversi derivati. In particolare, il derivato benzotiazolo 13b e il derivato acrilidrazidico 6 hanno mostrato la più elevata attività antibatterica con una zona di inibizione di circa 4 cm. Questi derivati ​​eterociclici hanno mostrato effetti biologici più significativi, indicando che la struttura eterociclica gioca un ruolo chiave negli effetti antibatterici. Analogamente, il pirimidinetione nel composto 9, il tiopirazolo nel composto 10 e l'anello tetrazinico nel composto 11 hanno contribuito alle proprietà antibatteriche dei composti, evidenziando ulteriormente l'importanza della modificazione eterociclica.
Tra i composti sintetizzati, 6 e 13b si sono distinti per le loro eccellenti attività antibatteriche. La concentrazione minima inibitoria (MIC) del composto 6 è stata di 9,7 μg/100 μL e la concentrazione minima battericida (MBC) di 78,125 μg/100 μL, evidenziando la sua eccellente capacità di eliminare Staphylococcus aureus resistente alla meticillina (MRSA). Analogamente, il composto 13b ha mostrato una zona di inibizione di 4 cm e bassi valori di MIC e MBC, confermando la sua potente attività antibatterica. Questi risultati evidenziano il ruolo chiave dei gruppi funzionali acriloidrazide e benzotiazolo nel determinare la bioefficacia di questi composti.
Al contrario, i composti 7, 10 e 14 hanno mostrato un'attività antibatterica moderata, con zone di inibizione comprese tra 3,65 e 3,9 cm. Questi composti richiedevano concentrazioni più elevate per uccidere completamente i batteri, come dimostrato dai loro valori relativamente elevati di MIC e MBC. Sebbene questi composti fossero meno attivi dei composti 6 e 13b, hanno comunque mostrato un potenziale antibatterico significativo, suggerendo che l'incorporazione di gruppi acrilonitrile e antracene nell'anello eterociclico contribuisca al loro effetto antibatterico.
I composti hanno diverse modalità d'azione, alcuni con proprietà battericide e altri con effetti batteriostatici. I composti 7, 11, 13a e 15 sono battericidi e richiedono concentrazioni inferiori per uccidere completamente i batteri. Al contrario, i composti 6, 13b e 14 sono batteriostatici e possono inibire la crescita batterica a concentrazioni inferiori, ma richiedono concentrazioni più elevate per uccidere completamente i batteri.
Nel complesso, l'analisi della relazione struttura-attività evidenzia l'importanza di introdurre gruppi acrilonitrilici e antracene e strutture eterocicliche per ottenere un'attività antibatterica significativa. Questi risultati suggeriscono che l'ottimizzazione di questi componenti strutturali e l'esplorazione di ulteriori modifiche per migliorare la solubilità e la permeabilità della membrana potrebbero portare allo sviluppo di farmaci anti-MRSA più efficaci.
Tutti i reagenti e i solventi sono stati purificati ed essiccati utilizzando procedure standard (El Gomhouria, Egitto). I punti di fusione sono stati determinati utilizzando un apparecchio elettronico GallenKamp e sono riportati senza correzione. Gli spettri infrarossi (IR) (cm⁻1) sono stati registrati presso il Dipartimento di Chimica, Facoltà di Scienze, Università di Ain Shams utilizzando pellet di bromuro di potassio (KBr) su uno spettrometro FTIR Thermo Electron Nicolet iS10 (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA).
Gli spettri 1H NMR sono stati ottenuti a 300 MHz utilizzando uno spettrometro NMR GEMINI (GEMINI Manufacturing & Engineering, Anaheim, CA, USA) e uno spettrometro NMR BRUKER da 300 MHz (BRUKER Manufacturing & Engineering, Inc.). Il tetrametilsilano (TMS) è stato utilizzato come standard interno con dimetilsolfossido deuterato (DMSO-d₆). Le misurazioni NMR sono state eseguite presso la Facoltà di Scienze dell'Università del Cairo, Giza, Egitto. L'analisi elementare (CHN) è stata eseguita utilizzando un analizzatore elementare Perkin-Elmer 2400 e i risultati ottenuti sono in buon accordo con i valori calcolati.
Una miscela di acido 3 (5 mmol) e cloruro di tionile (5 ml) è stata riscaldata in un bagno d'acqua a 65 °C per 4 ore. L'eccesso di cloruro di tionile è stato rimosso mediante distillazione a pressione ridotta. Il solido rosso risultante è stato raccolto e utilizzato senza ulteriore purificazione. Punto di fusione: 200-202 °C, resa: 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, eteroaromatizzazione). 13C NMR (75 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 115,11 (C≡N), 124,82–130,53 (CH antracene), 155,34, 114,93 (CH=C–C=O), 162,22 (C=O); HRMS (ESI) m/z [M + H]+: 291,73111. Analista. Calcolato per C18H10ClNO (291,73): C, 74,11; H, 3,46; N, 4,80. Trovati: C, 74,41; H, 3,34; N, 4,66%.
A 0°C, 4 (2 mmol, 0,7 g) è stato sciolto in diossano anidro (20 ml) e l'idrato di idrazina (2 mmol, 0,16 ml, 80%) è stato aggiunto goccia a goccia e agitato per 1 ora. Il solido precipitato è stato raccolto per filtrazione e ricristallizzato da etanolo per dare il composto 6.
Cristalli verdi, punto di fusione 190-192℃, resa 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, scambiabile), 7,69-8,51 (m, 18H, eteroaromatico), 9,16 (s, 1H, CH=), 8,54 (s, 1H, CH=); Valore calcolato per C33H21N3O (475,53): C, 83,35; H, 4,45; N, 8,84. Trovato: C, 84,01; H, 4,38; N, 8,05%.
Sciogliere 4 (2 mmol, 0,7 g) in 20 ml di soluzione di diossano anidro (contenente alcune gocce di trietilammina), aggiungere fenilidrazina/2-amminopiridina (2 mmol) e agitare a temperatura ambiente per 1 e 2 ore, rispettivamente. Versare la miscela di reazione in ghiaccio o acqua e acidificare con acido cloridrico diluito. Filtrare il solido separato e ricristallizzare da etanolo per ottenere 7 e ricristallizzare da benzene per ottenere 8.
Cristalli verdi, punto di fusione 160-162℃, resa 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, scambiabile), 9,15 (s, 1H, CH=), 8,81 (s, 1H, CH=), 6,78-8,58 (m, 23H, eteroaromatico); Valore calcolato per C42H26N4O2 (618,68): C, 81,54; H, 4,24; N, 9,06. Trovato: C, 81,96; H, 3,91; N, 8,91%.
4 (2 mmol, 0,7 g) è stato sciolto in 20 ml di soluzione di diossano anidro (contenente alcune gocce di trietilammina), è stata aggiunta 2-amminopiridina (2 mmol, 0,25 g) e la miscela è stata agitata a temperatura ambiente per 2 ore. La miscela di reazione è stata versata in acqua ghiacciata e acidificata con acido cloridrico diluito. Il precipitato formatosi è stato filtrato e ricristallizzato da benzene, dando cristalli verdi di 8 con un punto di fusione di 146-148 °C e una resa dell'82,5%; spettro infrarosso (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, scambiabile), 9,14 (s, 1H, CH=), 7,36-8,55 (m, 13H, eteroaromatizzazione); Calcolato per C23H15N3O (348,38): C, 79,07; H, 4,33; N, 12,03. Trovati: C, 78,93; H, 3,97; N, 12,36%.
Il composto 4 (2 mmol, 0,7 g) è stato sciolto in 20 ml di diossano secco (contenente alcune gocce di trietilammina e 2 mmol di tiourea/semicarbazide) e riscaldato a riflusso per 2 ore. Il solvente è stato evaporato sotto vuoto. Il residuo è stato ricristallizzato da diossano per ottenere una miscela.