Gràcies per visitar nature.com. La versió del navegador que esteu utilitzant té compatibilitat limitada amb CSS. Per a una millor experiència, us recomanem que utilitzeu la darrera versió del navegador (o que desactiveu el mode de compatibilitat a l'Internet Explorer). A més, per garantir una compatibilitat continuada, aquest lloc no inclourà estils ni JavaScript.
El clorur de sintó 3-(antracen-9-il)-2-cianoacriloil 4 es va sintetitzar i utilitzar per sintetitzar una varietat de compostos heterocíclics altament actius mitjançant la seva reacció amb diversos nucleòfils de nitrogen. L'estructura de cada compost heterocíclic sintetitzat es va caracteritzar exhaustivament mitjançant anàlisi espectroscòpica i elemental. Deu dels tretze nous compostos heterocíclics van mostrar una eficàcia encoratjadora contra els bacteris multirresistents (MRSA). Entre ells, els compostos 6, 7, 10, 13b i 14 van mostrar la major activitat antibacteriana amb zones d'inhibició properes als 4 cm. Tanmateix, estudis d'acoblament molecular van revelar que els compostos tenien diferents afinitats d'unió a la proteïna 2a d'unió a la penicil·lina (PBP2a), una diana clau per a la resistència a MRSA. Alguns compostos com el 7, 10 i 14 van mostrar una major afinitat d'unió i estabilitat d'interacció al lloc actiu de PBP2a en comparació amb el lligand quinazolinona cocristal·litzat. En canvi, els compostos 6 i 13b van tenir puntuacions d'acoblament més baixes però encara van mostrar una activitat antibacteriana significativa, amb el compost 6 amb els valors de concentració mínima inhibitòria (MIC) (9,7 μg/100 μL) i concentració mínima de biomassa (MBC) (78,125 μg/100 μL) més baixos. L'anàlisi d'acoblament va revelar interaccions clau, com ara l'enllaç d'hidrogen i l'apilament π, particularment amb residus com ara Lys 273, Lys 316 i Arg 298, que es van identificar com a interaccionants amb el lligand cocristal·litzat a l'estructura cristal·lina de PBP2a. Aquests residus són essencials per a l'activitat enzimàtica de PBP2a. Aquests resultats suggereixen que els compostos sintetitzats poden servir com a fàrmacs anti-MRSA prometedors, destacant la importància de combinar l'acoblament molecular amb bioassajos per identificar candidats terapèutics eficaços.
Durant els primers anys d'aquest segle, els esforços de recerca es van centrar principalment en el desenvolupament de nous procediments i mètodes senzills per a la síntesi de diversos sistemes heterocíclics innovadors amb activitat antimicrobiana utilitzant materials de partida fàcilment disponibles.
Els grups acrilonitril es consideren materials de partida importants per a la síntesi de molts sistemes heterocíclics destacables, ja que són compostos altament reactius. A més, els derivats del clorur de 2-cianoacriloil s'han utilitzat àmpliament en els darrers anys per al desenvolupament i la síntesi de productes de vital importància en el camp de les aplicacions farmacològiques, com ara intermediaris farmacològics1,2,3, precursors d'agents anti-VIH, antivirals, anticancerígens, antibacterians, antidepressius i antioxidants4,5,6,7,8,9,10. Recentment, l'eficàcia biològica de l'antracè i els seus derivats, incloses les seves propietats antibiòtiques, anticancerígenes11,12, antibacterianes13,14,15 i insecticides16,17, ha atret molta atenció18,19,20,21. Els compostos antimicrobians que contenen grups acrilonitril i antracè es mostren a les figures 1 i 2.
Segons l'Organització Mundial de la Salut (OMS) (2021), la resistència antimicrobiana (AMR) és una amenaça global per a la salut i el desenvolupament22,23,24,25. Els pacients no es poden curar, cosa que comporta estades hospitalàries més llargues i la necessitat de medicaments més cars, així com un augment de la mortalitat i la discapacitat. La manca d'antimicrobians eficaços sovint condueix al fracàs del tractament de diverses infeccions, especialment durant la quimioteràpia i les cirurgies importants.
Segons l'informe de l'Organització Mundial de la Salut del 2024, l'Staphylococcus aureus resistent a la meticil·lina (MRSA) i l'E. coli s'inclouen a la llista de patògens prioritaris. Ambdós bacteris són resistents a molts antibiòtics, per la qual cosa representen infeccions difícils de tractar i controlar, i hi ha una necessitat urgent de desenvolupar nous compostos antimicrobians eficaços per abordar aquest problema. L'antracè i els seus derivats són antimicrobians ben coneguts que poden actuar tant sobre bacteris grampositius com gramnegatius. L'objectiu d'aquest estudi és sintetitzar un nou derivat que pugui combatre aquests patògens que són perillosos per a la salut.
L'Organització Mundial de la Salut (OMS) informa que molts patògens bacterians són resistents a múltiples antibiòtics, inclòs l'Staphylococcus aureus resistent a la meticil·lina (MRSA), una causa comuna d'infecció a la comunitat i en els entorns sanitaris. Es reporta que els pacients amb infeccions per MRSA tenen una taxa de mortalitat un 64% més alta que aquells amb infeccions susceptibles a fàrmacs. A més, l'E. coli representa un risc global perquè l'última línia de defensa contra les enterobacteriàcies resistents als carbapenèmics (és a dir, l'E. coli) és la colistina, però recentment s'han reportat bacteris resistents a la colistina en diversos països. 22,23,24,25
Per tant, segons el Pla d'Acció Mundial de l'Organització Mundial de la Salut sobre la Resistència Antimicrobiana26, hi ha una necessitat urgent de descobrir i síntesi de nous antimicrobians. El gran potencial de l'antracè i l'acrilonitril com a agents antibacterians27, antifúngics28, anticancerígens29 i antioxidants30 s'ha destacat en nombrosos articles publicats. En aquest sentit, es pot dir que aquests derivats són bons candidats per al seu ús contra l'Staphylococcus aureus resistent a la meticil·lina (MRSA).
Les revisions bibliogràfiques prèvies ens van motivar a sintetitzar nous derivats en aquestes classes. Per tant, el present estudi tenia com a objectiu desenvolupar nous sistemes heterocíclics que continguessin grups antracè i acrilonitril, avaluar la seva eficàcia antimicrobiana i antibacteriana i investigar les seves possibles interaccions d'unió amb la proteïna 2a d'unió a la penicil·lina (PBP2a) mitjançant acoblament molecular. Basant-se en estudis anteriors, el present estudi va continuar la síntesi, l'avaluació biològica i l'anàlisi computacional de sistemes heterocíclics per identificar agents prometedors de Staphylococcus aureus resistents a l'antimeticil·lina (MRSA) amb una potent activitat inhibidora de PBP2a31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49.
La nostra recerca actual se centra en la síntesi i l'avaluació antimicrobiana de nous compostos heterocíclics que contenen grups antracé i acrilonitril. El clorur de 3-(antracen-9-il)-2-cianoacriloil 4 es va preparar i utilitzar com a element bàsic per a la construcció de nous sistemes heterocíclics.
L'estructura del compost 4 es va determinar utilitzant dades espectrals. L'espectre 1H-RMN va mostrar la presència de CH= a 9,26 ppm, l'espectre IR va mostrar la presència d'un grup carbonil a 1737 cm−1 i un grup ciano a 2224 cm−1, i l'espectre 13CNMR també va confirmar l'estructura proposada (vegeu la secció experimental).
La síntesi del clorur de 3-(antracen-9-il)-2-cianoacriloil 4 es va dur a terme mitjançant la hidròlisi dels grups aromàtics 250, 41, 42, 53 amb una solució etanòlica d'hidròxid de sodi (10%) per obtenir els àcids 354, 45, 56, que després es van tractar amb clorur de tionil en un bany d'aigua per obtenir el derivat de clorur d'acriloil 4 amb un alt rendiment (88,5%), tal com es mostra a la Figura 3.
Per crear nous compostos heterocíclics amb l'eficàcia antibacteriana esperada, es va dur a terme la reacció del clorur d'acil 4 amb diversos dinucleòfils.
El clorur d'àcid 4 es va tractar amb hidrat d'hidrazina a 0° durant una hora. Malauradament, no es va obtenir pirazolona 5. El producte era un derivat d'acrilamida, l'estructura del qual es va confirmar mitjançant dades espectrals. El seu espectre d'IR va mostrar bandes d'absorció de C=O a 1720 cm−1, C≡N a 2228 cm−1 i NH3 a 3424 cm−1. L'espectre 1H-RMN va mostrar un senyal singlet d'intercanvi dels protons d'olefina i els protons NH3 a 9,3 ppm (vegeu la secció experimental).
Dos mols de clorur d'àcid 4 van reaccionar amb un mol de fenilhidrazina per obtenir el derivat de N-fenilacriloilhidrazina 7 amb un bon rendiment (77%) (Figura 5). L'estructura de 7 es va confirmar mitjançant dades d'espectroscòpia d'infrarojos, que van mostrar l'absorció de dos grups C=O a 1691 i 1671 cm−1, l'absorció del grup CN a 2222 cm−1 i l'absorció del grup NH a 3245 cm−1, i el seu espectre 1H-RMN va mostrar el grup CH a 9,15 i 8,81 ppm i el protó NH a 10,88 ppm (vegeu la secció experimental).
En aquest estudi, es va investigar la reacció del clorur d'acil 4 amb 1,3-dinucleòfils. El tractament del clorur d'acil 4 amb 2-aminopiridina en 1,4-dioxà amb TEA com a base a temperatura ambient va donar el derivat d'acrilamida 8 (Figura 5), ​​l'estructura del qual es va identificar mitjançant dades espectrals. Els espectres d'IR van mostrar bandes d'absorció de ciano que s'estiraven a 2222 cm−1, NH a 3148 cm−1 i carbonil a 1665 cm−1; els espectres de RMN d'1H van confirmar la presència de protons d'olefines a 9,14 ppm (vegeu la secció experimental).
El compost 4 reacciona amb la tiourea per donar pirimidinetiona 9; el compost 4 reacciona amb la tiosemicarbazida per donar el derivat de tiopirazol 10 (Figura 5). Les estructures dels compostos 9 i 10 es van confirmar mitjançant anàlisi espectral i elemental (vegeu la secció experimental).
La tetrazina-3-tiol 11 es va preparar mitjançant la reacció del compost 4 amb tiocarbazida com a 1,4-dinucleòfil (Figura 5), ​​i la seva estructura es va confirmar mitjançant espectroscòpia i anàlisi elemental. En l'espectre infraroig, l'enllaç C=N va aparèixer a 1619 cm−1. Al mateix temps, el seu espectre 1H-RMN va retenir senyals multiplaca de protons aromàtics a 7,78–8,66 ppm i protons SH a 3,31 ppm (vegeu la secció experimental).
El clorur d'acriloil 4 reacciona amb 1,2-diaminobenzè, 2-aminotiofenol, àcid antranílic, 1,2-diaminoetà i etanolamina com a 1,4-dinucleòfils per formar nous sistemes heterocíclics (13-16).
Les estructures d'aquests compostos recentment sintetitzats es van confirmar mitjançant anàlisi espectral i elemental (vegeu la secció experimental). El derivat de 2-hidroxifenilacrilamida 17 es va obtenir per reacció amb 2-aminofenol com a dinucleòfil (Figura 6), i la seva estructura es va confirmar mitjançant anàlisi espectral i elemental. L'espectre infraroig del compost 17 va mostrar que els senyals C=O i C≡N apareixien a 1681 i 2226 cm−1, respectivament. Mentrestant, el seu espectre 1H-RMN va retenir el senyal singlet del protó de l'olefina a 9,19 ppm, i el protó OH va aparèixer a 9,82 ppm (vegeu la secció experimental).
La reacció del clorur d'àcid 4 amb un nucleòfil (per exemple, etilamina, 4-toluidina i 4-metoxianilina) en dioxà com a dissolvent i TEA com a catalitzador a temperatura ambient va donar els derivats d'acrilamida cristal·lins verds 18, 19a i 19b. Les dades elementals i espectrals dels compostos 18, 19a i 19b van confirmar les estructures d'aquests derivats (vegeu la secció experimental) (Figura 7).
Després de cribrar l'activitat antimicrobiana de diversos compostos sintètics, es van obtenir diferents resultats, tal com es mostra a la Taula 1 i la Figura 8 (vegeu el fitxer de la figura). Tots els compostos provats van mostrar diferents graus d'inhibició contra el bacteri grampositiu MRSA, mentre que el bacteri gramnegatiu Escherichia coli va mostrar una resistència completa a tots els compostos. Els compostos provats es poden dividir en tres categories segons el diàmetre de la zona d'inhibició contra el MRSA. La primera categoria va ser la més activa i constava de cinc compostos (6, 7, 10, 13b i 14). El diàmetre de la zona d'inhibició d'aquests compostos era proper als 4 cm; els compostos més actius d'aquesta categoria van ser els compostos 6 i 13b. La segona categoria va ser moderadament activa i constava de cinc compostos més (11, 13a, 15, 18 i 19a). La zona d'inhibició d'aquests compostos oscil·lava entre 3,3 i 3,65 cm, i el compost 11 va mostrar la zona d'inhibició més gran de 3,65 ± 0,1 cm. D'altra banda, l'últim grup contenia tres compostos (8, 17 i 19b) amb la menor activitat antimicrobiana (menys de 3 cm). La figura 9 mostra la distribució de les diferents zones d'inhibició.
Una investigació més detallada de l'activitat antimicrobiana dels compostos provats va incloure la determinació de la concentració mínima inhibitòria (CMI) i la concentració mínima immunològica (CMB) per a cada compost. Els resultats van variar lleugerament (com es mostra a les taules 2, 3 i la figura 10 (vegeu el fitxer de la figura)), i els compostos 7, 11, 13a i 15 aparentment es van reclassificar com els millors compostos. Tenien els mateixos valors de CMI i CMB més baixos (39,06 μg/100 μL). Tot i que els compostos 7 i 8 tenien valors de CMI més baixos (9,7 μg/100 μL), els seus valors de CMB eren més alts (78,125 μg/100 μL). Per tant, es van considerar més febles que els compostos esmentats anteriorment. Tanmateix, aquests sis compostos van ser els més eficaços dels provats, ja que els seus valors de CMB eren inferiors a 100 μg/100 μL.
Els compostos (10, 14, 18 i 19b) van ser menys actius en comparació amb altres compostos provats, ja que els seus valors de MBC oscil·laven entre 156 i 312 μg/100 μL. D'altra banda, els compostos (8, 17 i 19a) van ser els menys prometedors, ja que van tenir els valors de MBC més alts (625, 625 i 1250 μg/100 μL, respectivament).
Finalment, segons els nivells de tolerància que es mostren a la Taula 3, els compostos provats es poden dividir en dues categories segons el seu mode d'acció: compostos amb efecte bactericida (7, 8, 10, 11, 13a, 15, 18, 19b) i compostos amb efecte antibacterià (6, 13b, 14, 17, 19a). Entre ells, es prefereixen els compostos 7, 11, 13a i 15, que presenten activitat letal a una concentració molt baixa (39,06 μg/100 μL).
Deu dels tretze compostos provats van mostrar potencial contra Staphylococcus aureus resistent a la meticil·lina (MRSA) resistent als antibiòtics. Per tant, es recomana una major detecció amb més patògens resistents als antibiòtics (especialment aïllats locals que cobreixen bacteris grampositius i gramnegatius patògens) i llevats patògens, així com proves citotòxiques de cada compost per avaluar la seva seguretat.
Es van dur a terme estudis d'acoblament molecular per avaluar el potencial dels compostos sintetitzats com a inhibidors de la proteïna d'unió a la penicil·lina 2a (PBP2a) en Staphylococcus aureus resistent a la meticil·lina (MRSA). La PBP2a és un enzim clau implicat en la biosíntesi de la paret cel·lular bacteriana, i la inhibició d'aquest enzim interfereix amb la formació de la paret cel·lular, cosa que finalment condueix a la lisi bacteriana i la mort cel·lular1. Els resultats de l'acoblament es mostren a la Taula 4 i es descriuen amb més detall al fitxer de dades suplementari, i els resultats mostren que diversos compostos van mostrar una forta afinitat d'unió per la PBP2a, en particular els residus clau del lloc actiu com ara la Lys 273, la Lys 316 i l'Arg 298. Les interaccions, incloent-hi l'enllaç d'hidrogen i l'apilament π, van ser molt similars a les del lligand quinazolinona (CCL) cocristal·litzat, cosa que indica el potencial d'aquests compostos com a potents inhibidors.
Les dades d'acoblament molecular, juntament amb altres paràmetres computacionals, van suggerir fermament que la inhibició de PBP2a era el mecanisme clau responsable de l'activitat antibacteriana observada d'aquests compostos. Les puntuacions d'acoblament i els valors de la desviació arrel quadràtica mitjana (RMSD) van revelar encara més l'afinitat i l'estabilitat d'unió, donant suport a aquesta hipòtesi. Com es mostra a la Taula 4, mentre que diversos compostos van mostrar una bona afinitat d'unió, alguns compostos (per exemple, 7, 9, 10 i 14) van tenir puntuacions d'acoblament més altes que el lligand cocristal·litzat, cosa que indica que poden tenir interaccions més fortes amb els residus del lloc actiu de PBP2a. Tanmateix, els compostos més bioactius 6 i 13b van mostrar puntuacions d'acoblament lleugerament inferiors (-5,98 i -5,63, respectivament) en comparació amb els altres lligands. Això suggereix que, tot i que les puntuacions d'acoblament es poden utilitzar per predir l'afinitat d'unió, altres factors (per exemple, l'estabilitat del lligand i les interaccions moleculars en l'entorn biològic) també tenen un paper clau en la determinació de l'activitat antibacteriana. Cal destacar que els valors RMSD de tots els compostos sintetitzats van ser inferiors a 2 Å, cosa que confirma que les seves postures d'acoblament són estructuralment consistents amb la conformació d'unió del lligand cocristal·litzat, cosa que recolza encara més el seu potencial com a potents inhibidors de PBP2a.
Tot i que les puntuacions d'acoblament i els valors RMS proporcionen prediccions valuoses, la correlació entre aquests resultats d'acoblament i l'activitat antimicrobiana no sempre és clara a primera vista. Tot i que la inhibició de PBP2a està fermament recolzada com a factor clau que influeix en l'activitat antimicrobiana, diverses diferències suggereixen que altres propietats biològiques també tenen un paper important. Els compostos 6 i 13b van mostrar l'activitat antimicrobiana més alta, amb un diàmetre de zona d'inhibició de 4 cm i els valors de MIC (9,7 μg/100 μL) i MBC (78,125 μg/100 μL) més baixos, malgrat les seves puntuacions d'acoblament més baixes en comparació amb els compostos 7, 9, 10 i 14. Això suggereix que, tot i que la inhibició de PBP2a contribueix a l'activitat antimicrobiana, factors com la solubilitat, la biodisponibilitat i la dinàmica d'interacció en l'entorn bacterià també influeixen en l'activitat general. La figura 11 mostra les seves postures d'acoblament, cosa que indica que tots dos compostos, fins i tot amb puntuacions d'unió relativament baixes, encara són capaços d'interactuar amb residus clau de PBP2a, estabilitzant potencialment el complex d'inhibició. Això destaca que, si bé l'acoblament molecular proporciona informació important sobre la inhibició de PBP2a, s'han de tenir en compte altres factors biològics per comprendre completament els efectes antimicrobians d'aquests compostos en el món real.
Utilitzant l'estructura cristal·lina de PBP2a (PDB ID: 4CJN), es van construir mapes d'interacció 2D i 3D dels compostos més actius 6 i 13b acoblats amb la proteïna d'unió a la penicil·lina 2a (PBP2a) de Staphylococcus aureus resistent a la meticil·lina (MRSA). Aquests mapes comparen els patrons d'interacció d'aquests compostos amb el lligand quinazolinona (CCL) cocristal·litzat re-acoblat, destacant interaccions clau com ara l'enllaç d'hidrogen, l'apilament π i les interaccions iòniques.
Es va observar un patró similar per al compost 7, que va mostrar una puntuació d'acoblament relativament alta (-6,32) i un diàmetre de zona d'inhibició similar (3,9 cm) al compost 10. Tanmateix, la seva concentració mínima inhibitòria (MIC) (39,08 μg/100 μL) i la concentració mínima bactericida (MBC) (39,06 μg/100 μL) van ser significativament més altes, cosa que indica que requeria concentracions més altes per exhibir un efecte antibacterià. Això suggereix que, tot i que el compost 7 va mostrar una forta afinitat d'unió en estudis d'acoblament, factors com la biodisponibilitat, l'absorció cel·lular o altres propietats fisicoquímiques poden limitar la seva eficàcia biològica. Tot i que el compost 7 va mostrar propietats bactericides, va ser menys eficaç per inhibir el creixement bacterià en comparació amb els compostos 6 i 13b.
El compost 10 va mostrar una diferència més dràstica amb la puntuació d'acoblament més alta (-6,40), cosa que indica una forta afinitat d'unió a PBP2a. Tanmateix, el seu diàmetre de zona d'inhibició (3,9 cm) era comparable al compost 7, i el seu MBC (312 μg/100 μL) era significativament més alt que el dels compostos 6, 7 i 13b, cosa que indica una activitat bactericida més feble. Això suggereix que, malgrat les bones prediccions d'acoblament, el compost 10 va ser menys eficaç per matar MRSA a causa d'altres factors limitants com la solubilitat, l'estabilitat o la mala permeabilitat de la membrana bacteriana. Aquests resultats donen suport a la comprensió que, si bé la inhibició de PBP2a juga un paper clau en l'activitat antibacteriana, no explica completament les diferències en l'activitat biològica observades entre els compostos provats. Aquestes diferències suggereixen que calen més anàlisis experimentals i avaluacions biològiques en profunditat per elucidar completament els mecanismes antibacterians implicats.
Els resultats d'acoblament molecular de la Taula 4 i del Fitxer de Dades Suplementàries destaquen la complexa relació entre les puntuacions d'acoblament i l'activitat antimicrobiana. Tot i que els compostos 6 i 13b tenen puntuacions d'acoblament més baixes que els compostos 7, 9, 10 i 14, presenten la més alta activitat antimicrobiana. Els seus mapes d'interacció (que es mostren a la Figura 11) indiquen que, malgrat les seves puntuacions d'unió més baixes, encara formen enllaços d'hidrogen significatius i interaccions de π-apilament amb residus clau de PBP2a que poden estabilitzar el complex enzim-inhibidor d'una manera biològicament beneficiosa. Malgrat les puntuacions d'acoblament relativament baixes de 6 i 13b, la seva activitat antimicrobiana millorada suggereix que altres propietats com la solubilitat, l'estabilitat i l'absorció cel·lular s'han de considerar juntament amb les dades d'acoblament a l'hora d'avaluar el potencial de l'inhibidor. Això destaca la importància de combinar estudis d'acoblament amb anàlisis antimicrobianes experimentals per avaluar amb precisió el potencial terapèutic dels nous compostos.
Aquests resultats destaquen que, si bé l'acoblament molecular és una eina potent per predir l'afinitat d'unió i identificar possibles mecanismes d'inhibició, no s'ha de confiar en ell per si sol per determinar l'eficàcia antimicrobiana. Les dades moleculars suggereixen que la inhibició de PBP2a és un factor clau que influeix en l'activitat antimicrobiana, però els canvis en l'activitat biològica suggereixen que s'han d'optimitzar altres propietats fisicoquímiques i farmacocinètiques per millorar l'eficàcia terapèutica. Els estudis futurs s'haurien de centrar en l'optimització de l'estructura química dels compostos 7 i 10 per millorar la biodisponibilitat i l'absorció cel·lular, garantint que les fortes interaccions d'acoblament es tradueixin en una activitat antimicrobiana real. Estudis addicionals, incloent-hi bioassajos addicionals i anàlisis de la relació estructura-activitat (SAR), seran crítics per aprofundir en la nostra comprensió de com aquests compostos funcionen com a inhibidors de PBP2a i per desenvolupar agents antimicrobians més eficaços.
Els compostos sintetitzats a partir del clorur de 3-(antracen-9-il)-2-cianoacriloil 4 van mostrar diversos graus d'activitat antimicrobiana, i diversos compostos van demostrar una inhibició significativa de l'Staphylococcus aureus resistent a la meticil·lina (MRSA). L'anàlisi de la relació estructura-activitat (SAR) va revelar característiques estructurals clau subjacents a l'eficàcia antimicrobiana d'aquests compostos.
La presència tant de grups acrilonitril com antracè va resultar ser crítica per millorar l'activitat antimicrobiana. El grup nitril altament reactiu de l'acrilonitril és necessari per facilitar les interaccions amb les proteïnes bacterianes, contribuint així a les propietats antimicrobianes del compost. Els compostos que contenien acrilonitril i antracè van demostrar constantment efectes antimicrobians més forts. L'aromaticitat del grup antracè va estabilitzar encara més aquests compostos, cosa que podria millorar la seva activitat biològica.
La introducció d'anells heterocíclics va millorar significativament l'eficàcia antibacteriana de diversos derivats. En particular, el derivat de benzotiazol 13b i el derivat d'acrilhidrazida 6 van mostrar la major activitat antibacteriana amb una zona d'inhibició d'aproximadament 4 cm. Aquests derivats heterocíclics van mostrar efectes biològics més significatius, cosa que indica que l'estructura heterocíclica juga un paper clau en els efectes antibacterians. De la mateixa manera, la pirimidinetiona del compost 9, el tiopirazol del compost 10 i l'anell de tetrazina del compost 11 van contribuir a les propietats antibacterianes dels compostos, cosa que destaca encara més la importància de la modificació heterocíclica.
Entre els compostos sintetitzats, el 6 i el 13b van destacar per les seves excel·lents activitats antibacterianes. La concentració inhibitòria mínima (CMI) del compost 6 va ser de 9,7 μg/100 μL, i la concentració bactericida mínima (CMB) va ser de 78,125 μg/100 μL, cosa que destaca la seva excel·lent capacitat per eliminar Staphylococcus aureus resistent a la meticil·lina (MRSA). De la mateixa manera, el compost 13b tenia una zona d'inhibició de 4 cm i valors baixos de CMI i CMB, cosa que confirma la seva potent activitat antibacteriana. Aquests resultats destaquen els papers clau dels grups funcionals acrilohidrazida i benzotiazol en la determinació de la bioeficàcia d'aquests compostos.
En canvi, els compostos 7, 10 i 14 van mostrar una activitat antibacteriana moderada amb zones d'inhibició que oscil·laven entre 3,65 i 3,9 cm⁻¹. Aquests compostos van requerir concentracions més altes per matar completament els bacteris, tal com ho reflecteixen els seus valors de concentració mínima inhibitòria (MIC) i concentració mínima bacteriosa (MBC) relativament alts. Tot i que aquests compostos eren menys actius que els compostos 6 i 13b, encara mostraven un potencial antibacterià significatiu, cosa que suggereix que la incorporació de grups acrilonitril i antracè a l'anell heterocíclic contribueix al seu efecte antibacterià.
Els compostos tenen diferents modes d'acció, alguns presenten propietats bactericides i altres presenten efectes bacteriostàtics. Els compostos 7, 11, 13a i 15 són bactericides i requereixen concentracions més baixes per matar completament els bacteris. En canvi, els compostos 6, 13b i 14 són bacteriostàtics i poden inhibir el creixement bacterià a concentracions més baixes, però requereixen concentracions més altes per matar completament els bacteris.
En general, l'anàlisi de la relació estructura-activitat destaca la importància d'introduir grups d'acrilonitril i antracè i estructures heterocícliques per aconseguir una activitat antibacteriana significativa. Aquests resultats suggereixen que l'optimització d'aquests components estructurals i l'exploració de modificacions addicionals per millorar la solubilitat i la permeabilitat de la membrana poden conduir al desenvolupament de fàrmacs anti-MRSA més eficaços.
Tots els reactius i dissolvents es van purificar i assecar mitjançant procediments estàndard (El Gomhouria, Egipte). Els punts de fusió es van determinar mitjançant un aparell electrònic de punt de fusió GallenKamp i es mostren sense correcció. Els espectres d'infrarojos (IR) (cm⁻1) es van registrar al Departament de Química de la Facultat de Ciències de la Universitat Ain Shams utilitzant pellets de bromur de potassi (KBr) en un espectròmetre FTIR Thermo Electron Nicolet iS10 (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, EUA).
Els espectres de RMN d'1H es van obtenir a 300 MHz utilitzant un espectròmetre de RMN GEMINI (GEMINI Manufacturing & Engineering, Anaheim, CA, EUA) i un espectròmetre de RMN BRUKER de 300 MHz (BRUKER Manufacturing & Engineering, Inc.). Es va utilitzar tetrametilsilà (TMS) com a estàndard intern amb dimetilsulfòxid deuterat (DMSO-d₆). Les mesures de RMN es van realitzar a la Facultat de Ciències de la Universitat del Caire, Giza, Egipte. L'anàlisi elemental (CHN) es va realitzar utilitzant un analitzador elemental Perkin-Elmer 2400 i els resultats obtinguts concorden amb els valors calculats.
Es va escalfar una mescla d'àcid 3 (5 mmol) i clorur de tionil (5 ml) en un bany d'aigua a 65 °C durant 4 h. L'excés de clorur de tionil es va eliminar per destil·lació a pressió reduïda. El sòlid vermell resultant es va recollir i es va utilitzar sense purificació addicional. Punt de fusió: 200-202 °C, rendiment: 88,5%. IR (KBr, ν, cm−1): 2224 (C≡N), 1737 (C=O). 1H-RMN (400 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 9,26 (s, 1H, CH=), 7,27-8,57 (m, 9H, heteroaromatització). 13C RMN (75 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 115,11 (C≡N), 124,82–130,53 (CH antracè), 155,34, 114,93 (CH=C–C=O), 162,22 (C=O); HRMS (ESI) m/z [M + H]+: 291,73111. Analista. Calculat per a C18H10ClNO (291,73): C, 74,11; H, 3,46; N, 4,80. Trobat: C, 74,41; H, 3,34; N, 4,66%.
A 0 °C, es va dissoldre 4 (2 mmol, 0,7 g) en dioxà anhidre (20 ml) i es va afegir gota a gota hidrat d'hidrazina (2 mmol, 0,16 ml, 80%) i es va agitar durant 1 h. El sòlid precipitat es va recollir per filtració i es va recristal·litzar a partir d'etanol per donar el compost 6.
Cristalls verds, punt de fusió 190-192 ℃, rendiment 69,36%; IR (KBr) ν=3424 (NH), 2228 (C≡N), 1720 (C=O), 1621 (C=N) cm−1. 1H-RMN (400 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 9,3 (br s, H, NH, intercanviable), 7,69-8,51 (m, 18H, heteroaromàtic), 9,16 (s, 1H, CH=), 8,54 (s, 1H, CH=); Valor calculat per a C33H21N3O (475,53): C, 83,35; H, 4,45; N, 8,84. Trobat: C, 84,01; H, 4,38; N, 8,05%.
Dissoleu 4 (2 mmol, 0,7 g) en 20 ml de solució de dioxà anhidra (que conté unes gotes de trietilamina), afegiu-hidrazina/2-aminopiridina (2 mmol) i remeneu a temperatura ambient durant 1 i 2 h, respectivament. Aboqueu la mescla de reacció en gel o aigua i acidifiqueu amb àcid clorhídric diluït. Filtreu el sòlid separat i recristal·litzeu-lo d'etanol per obtenir 7 i recristal·litzeu-lo de benzè per obtenir 8.
Cristalls verds, punt de fusió 160-162 ℃, rendiment 77%; IR (KBr, ν, cm−1): 3245 (NH), 2222 (C≡N), 1691 (C=O), 1671 (C=O) cm−1. 1H-RMN (400 MHz, DMSO-d6): δ (ppm): 10,88 (s, 1H, NH, intercanviable), 9,15 (s, 1H, CH=), 8,81 (s, 1H, CH=), 6,78-8,58 (m, 23H, heteroaromàtic); Valor calculat per a C42H26N4O2 (618,68): C, 81,54; H, 4,24; N, 9,06. Trobat: C, 81,96; H, 3,91; N, 8,91%.
4 (2 mmol, 0,7 g) es va dissoldre en 20 ml de solució de dioxà anhidra (que contenia unes gotes de trietilamina), es va afegir 2-aminopiridina (2 mmol, 0,25 g) i la mescla es va agitar a temperatura ambient durant 2 h. La mescla de reacció es va abocar en aigua amb gel i es va acidificar amb àcid clorhídric diluït. El precipitat format es va filtrar i es va recristal·litzar a partir de benzè, donant cristalls verds de 8 amb un punt de fusió de 146-148 °C i un rendiment del 82,5%; espectre infraroig (KBr) ν: 3148 (NH), 2222 (C≡N), 1665 (C=O) cm−1. 1H RMN (400 MHz, DMSO-d6): δ (ppm): 8,78 (s, H, NH, intercanviable), 9,14 (s, 1H, CH=), 7,36-8,55 (m, 13H, heteroaromatització); Calculat per a C23H15N3O (348,38): C, 79,07; H, 4,33; N, 12,03. Trobat: C, 78,93; H, 3,97; N, 12,36%.
El compost 4 (2 mmol, 0,7 g) es va dissoldre en 20 ml de dioxà sec (que contenia unes gotes de trietilamina i 2 mmol de tiourea/semicarbazida) i es va escalfar a reflux durant 2 h. El dissolvent es va evaporar al buit. El residu es va recristal·litzar a partir de dioxà per obtenir una mescla.