Cảm ơn bạn đã truy cập nature.com. Phiên bản trình duyệt bạn đang sử dụng có hỗ trợ CSS hạn chế. Để có trải nghiệm tốt nhất, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng phiên bản trình duyệt mới nhất (hoặc tắt chế độ tương thích trong Internet Explorer). Ngoài ra, để đảm bảo hỗ trợ liên tục, trang web này sẽ không bao gồm các kiểu định dạng hoặc JavaScript.
Chất tổng hợp 3-(anthracen-9-yl)-2-cyanoacryloyl clorua 4 đã được tổng hợp và sử dụng để tổng hợp nhiều hợp chất dị vòng có hoạt tính cao thông qua phản ứng với các chất nucleophile nitơ khác nhau. Cấu trúc của mỗi hợp chất dị vòng được tổng hợp đã được đặc trưng kỹ lưỡng bằng phân tích quang phổ và phân tích nguyên tố. Mười trong số mười ba hợp chất dị vòng mới cho thấy hiệu quả khả quan chống lại vi khuẩn kháng đa thuốc (MRSA). Trong số đó, các hợp chất 6, 7, 10, 13b và 14 cho thấy hoạt tính kháng khuẩn cao nhất với vùng ức chế gần 4 cm. Tuy nhiên, các nghiên cứu ghép nối phân tử cho thấy các hợp chất có ái lực liên kết khác nhau với protein liên kết penicillin 2a (PBP2a), một mục tiêu chính cho sự kháng thuốc của MRSA. Một số hợp chất như 7, 10 và 14 cho thấy ái lực liên kết và độ ổn định tương tác cao hơn tại vị trí hoạt động của PBP2a so với phối tử quinazolinone kết tinh đồng thời. Ngược lại, các hợp chất 6 và 13b có điểm liên kết thấp hơn nhưng vẫn thể hiện hoạt tính kháng khuẩn đáng kể, trong đó hợp chất 6 có giá trị MIC (9,7 μg/100 μL) và MBC (78,125 μg/100 μL) thấp nhất. Phân tích liên kết cho thấy các tương tác quan trọng bao gồm liên kết hydro và xếp chồng π, đặc biệt là với các dư lượng như Lys 273, Lys 316 và Arg 298, được xác định là tương tác với phối tử kết tinh cùng trong cấu trúc tinh thể của PBP2a. Các dư lượng này rất cần thiết cho hoạt tính enzym của PBP2a. Những kết quả này cho thấy các hợp chất được tổng hợp có thể là thuốc chống MRSA đầy hứa hẹn, nhấn mạnh tầm quan trọng của việc kết hợp liên kết phân tử với các xét nghiệm sinh học để xác định các ứng viên điều trị hiệu quả.
Trong những năm đầu của thế kỷ này, các nỗ lực nghiên cứu chủ yếu tập trung vào việc phát triển các quy trình và phương pháp mới, đơn giản để tổng hợp một số hệ thống dị vòng cải tiến có hoạt tính kháng khuẩn bằng cách sử dụng các nguyên liệu ban đầu dễ kiếm.
Các nhóm acrylonitrile được coi là nguyên liệu khởi đầu quan trọng cho việc tổng hợp nhiều hệ dị vòng đáng chú ý vì chúng là các hợp chất có tính phản ứng cao. Hơn nữa, các dẫn xuất 2-cyanoacryloyl clorua đã được sử dụng rộng rãi trong những năm gần đây để phát triển và tổng hợp các sản phẩm có tầm quan trọng sống còn trong lĩnh vực ứng dụng dược lý, chẳng hạn như chất trung gian thuốc1,2,3, tiền chất của các chất chống HIV, chống virus, chống ung thư, kháng khuẩn, chống trầm cảm và chống oxy hóa4,5,6,7,8,9,10. Gần đây, hiệu quả sinh học của anthracene và các dẫn xuất của nó, bao gồm các đặc tính kháng sinh, chống ung thư11,12, kháng khuẩn13,14,15 và diệt côn trùng16,17, đã thu hút nhiều sự chú ý18,19,20,21. Các hợp chất kháng khuẩn chứa các nhóm acrylonitrile và anthracene được thể hiện trong Hình 1 và 2.
Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) (2021), kháng thuốc kháng sinh (AMR) là mối đe dọa toàn cầu đối với sức khỏe và sự phát triển22,23,24,25. Bệnh nhân không thể được chữa khỏi, dẫn đến thời gian nằm viện kéo dài hơn và cần đến các loại thuốc đắt tiền hơn, cũng như làm tăng tỷ lệ tử vong và tàn tật. Việc thiếu thuốc kháng sinh hiệu quả thường dẫn đến thất bại trong điều trị nhiều loại nhiễm trùng, đặc biệt là trong quá trình hóa trị và phẫu thuật lớn.
Theo báo cáo năm 2024 của Tổ chức Y tế Thế giới, tụ cầu vàng kháng methicillin (MRSA) và E. coli nằm trong danh sách các tác nhân gây bệnh ưu tiên. Cả hai loại vi khuẩn này đều kháng nhiều loại kháng sinh, do đó chúng gây ra các bệnh nhiễm trùng khó điều trị và kiểm soát, và cần thiết phải phát triển các hợp chất kháng khuẩn mới và hiệu quả để giải quyết vấn đề này. Anthracene và các dẫn xuất của nó là những chất kháng khuẩn nổi tiếng có thể tác động lên cả vi khuẩn Gram dương và Gram âm. Mục tiêu của nghiên cứu này là tổng hợp một dẫn xuất mới có thể chống lại các tác nhân gây bệnh nguy hiểm cho sức khỏe này.
Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) báo cáo rằng nhiều tác nhân gây bệnh vi khuẩn kháng nhiều loại kháng sinh, bao gồm cả tụ cầu vàng kháng methicillin (MRSA), một nguyên nhân phổ biến gây nhiễm trùng trong cộng đồng và các cơ sở chăm sóc sức khỏe. Bệnh nhân nhiễm MRSA được báo cáo có tỷ lệ tử vong cao hơn 64% so với những người nhiễm trùng nhạy cảm với thuốc. Ngoài ra, E. coli gây ra rủi ro toàn cầu vì tuyến phòng thủ cuối cùng chống lại Enterobacteriaceae kháng carbapenem (tức là E. coli) là colistin, nhưng vi khuẩn kháng colistin gần đây đã được báo cáo ở một số quốc gia. 22,23,24,25
Do đó, theo Kế hoạch Hành động Toàn cầu về Kháng thuốc kháng sinh của Tổ chức Y tế Thế giới26, việc phát hiện và tổng hợp các chất kháng khuẩn mới là vô cùng cấp thiết. Tiềm năng to lớn của anthracene và acrylonitrile như các tác nhân kháng khuẩn27, kháng nấm28, chống ung thư29 và chống oxy hóa30 đã được nhấn mạnh trong nhiều bài báo đã được công bố. Về vấn đề này, có thể nói rằng các dẫn xuất này là những ứng cử viên tốt để sử dụng chống lại tụ cầu vàng kháng methicillin (MRSA).
Các nghiên cứu tổng quan tài liệu trước đây đã thúc đẩy chúng tôi tổng hợp các dẫn xuất mới trong các nhóm này. Do đó, nghiên cứu hiện tại nhằm mục đích phát triển các hệ dị vòng mới chứa các nhóm anthracene và acrylonitrile, đánh giá hiệu quả kháng khuẩn và chống vi khuẩn của chúng, và điều tra các tương tác liên kết tiềm năng của chúng với protein liên kết penicillin 2a (PBP2a) bằng phương pháp ghép nối phân tử. Dựa trên các nghiên cứu trước đó, nghiên cứu hiện tại tiếp tục tổng hợp, đánh giá sinh học và phân tích tính toán các hệ dị vòng để xác định các tác nhân chống Staphylococcus aureus kháng methicillin (MRSA) đầy hứa hẹn với hoạt tính ức chế PBP2a mạnh31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49.
Nghiên cứu hiện tại của chúng tôi tập trung vào tổng hợp và đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của các hợp chất dị vòng mới chứa các nhóm anthracene và acrylonitrile. 3-(anthracen-9-yl)-2-cyanoacryloyl clorua 4 đã được điều chế và sử dụng làm khối cấu tạo để xây dựng các hệ thống dị vòng mới.
Cấu trúc của hợp chất 4 được xác định bằng cách sử dụng dữ liệu phổ. Phổ 1H-NMR cho thấy sự hiện diện của nhóm CH= ở 9,26 ppm, phổ IR cho thấy sự hiện diện của nhóm carbonyl ở 1737 cm−1 và nhóm cyano ở 2224 cm−1, và phổ 13CNMR cũng xác nhận cấu trúc đề xuất (xem phần Thực nghiệm).
Quá trình tổng hợp 3-(anthracen-9-yl)-2-cyanoacryloyl clorua 4 được thực hiện bằng cách thủy phân các nhóm thơm 250, 41, 42, 53 với dung dịch natri hydroxit trong etanol (10%) để thu được các axit 354, 45, 56, sau đó được xử lý với thionyl clorua trên bể nước để thu được dẫn xuất acryloyl clorua 4 với hiệu suất cao (88,5%), như thể hiện trong Hình 3.
Để tạo ra các hợp chất dị vòng mới với hiệu quả kháng khuẩn như mong đợi, phản ứng của acyl clorua 4 với các chất lưỡng nucleophile khác nhau đã được thực hiện.
Axit clorua 4 được xử lý với hydrat hydrazine ở 0°C trong một giờ. Thật không may, pyrazolone 5 không thu được. Sản phẩm là một dẫn xuất acrylamide có cấu trúc được xác nhận bằng dữ liệu phổ. Phổ IR của nó cho thấy các dải hấp thụ của C=O ở 1720 cm⁻¹, C≡N ở 2228 cm⁻¹ và NH ở 3424 cm⁻¹. Phổ ¹H-NMR cho thấy tín hiệu đơn trao đổi của các proton olefin và proton NH ở 9,3 ppm (xem Phần Thực nghiệm).
Hai mol clorua axit 4 được cho phản ứng với một mol phenylhydrazine để tạo ra dẫn xuất N-phenylacryloylhydrazine 7 với hiệu suất tốt (77%) (Hình 5). Cấu trúc của 7 được xác nhận bằng dữ liệu quang phổ hồng ngoại, cho thấy sự hấp thụ của hai nhóm C=O ở 1691 và 1671 cm−1, sự hấp thụ của nhóm CN ở 2222 cm−1 và sự hấp thụ của nhóm NH ở 3245 cm−1, và phổ 1H-NMR của nó cho thấy nhóm CH ở 9,15 và 8,81 ppm và proton NH ở 10,88 ppm (xem phần Thí nghiệm).
Trong nghiên cứu này, phản ứng của acyl clorua 4 với các 1,3-dinucleophile đã được khảo sát. Xử lý acyl clorua 4 với 2-aminopyridine trong 1,4-dioxane với TEA làm chất xúc tác ở nhiệt độ phòng thu được dẫn xuất acrylamide 8 (Hình 5), cấu trúc của chất này được xác định bằng dữ liệu phổ. Phổ IR cho thấy các dải hấp thụ của nhóm cyano ở 2222 cm−1, nhóm NH ở 3148 cm−1 và nhóm carbonyl ở 1665 cm−1; phổ 1H NMR xác nhận sự hiện diện của các proton olefin ở 9,14 ppm (xem Phần Thực nghiệm).
Hợp chất 4 phản ứng với thiourea tạo ra pyrimidinethione 9; hợp chất 4 phản ứng với thiosemicarbazide tạo ra dẫn xuất thiopyrazole 10 (Hình 5). Cấu trúc của các hợp chất 9 và 10 đã được xác nhận bằng phân tích quang phổ và phân tích nguyên tố (xem phần Thí nghiệm).
Tetrazine-3-thiol 11 được điều chế bằng phản ứng giữa hợp chất 4 với thiocarbazide như một chất nucleophile 1,4 (Hình 5), và cấu trúc của nó được xác nhận bằng quang phổ và phân tích nguyên tố. Trong phổ hồng ngoại, liên kết C=N xuất hiện ở 1619 cm−1. Đồng thời, phổ 1H-NMR của nó vẫn giữ được các tín hiệu đa cực của proton thơm ở 7,78–8,66 ppm và proton SH ở 3,31 ppm (xem Phần Thực nghiệm).
Acryloyl clorua 4 phản ứng với 1,2-diaminobenzen, 2-aminothiophenol, axit anthranilic, 1,2-diaminoetan và etanolamin như các chất nucleophile 1,4 để tạo thành các hệ dị vòng mới (13–16).
Cấu trúc của các hợp chất mới tổng hợp này đã được xác nhận bằng phân tích quang phổ và phân tích nguyên tố (xem phần Thí nghiệm). Dẫn xuất 2-hydroxyphenylacrylamide 17 được thu được bằng phản ứng với 2-aminophenol làm chất lưỡng nucleophile (Hình 6), và cấu trúc của nó đã được xác nhận bằng phân tích quang phổ và phân tích nguyên tố. Phổ hồng ngoại của hợp chất 17 cho thấy các tín hiệu C=O và C≡N xuất hiện lần lượt ở 1681 và 2226 cm−1. Trong khi đó, phổ 1H-NMR của nó vẫn giữ tín hiệu đơn của proton olefin ở 9,19 ppm, và proton OH xuất hiện ở 9,82 ppm (xem phần Thí nghiệm).
Phản ứng của clorua axit 4 với một chất nucleophile (ví dụ: etylamin, 4-toluidin và 4-metoxyanilin) ​​trong dioxan làm dung môi và TEA làm chất xúc tác ở nhiệt độ phòng đã tạo ra các dẫn xuất acrylamid tinh thể màu xanh lục 18, 19a và 19b. Dữ liệu nguyên tố và phổ của các hợp chất 18, 19a và 19b đã xác nhận cấu trúc của các dẫn xuất này (xem Phần Thực nghiệm) (Hình 7).
Sau khi sàng lọc hoạt tính kháng khuẩn của các hợp chất tổng hợp khác nhau, thu được các kết quả khác nhau như thể hiện trong Bảng 1 và Hình 8 (xem tệp hình). Tất cả các hợp chất được thử nghiệm đều cho thấy mức độ ức chế khác nhau đối với vi khuẩn Gram dương MRSA, trong khi vi khuẩn Gram âm Escherichia coli cho thấy khả năng kháng hoàn toàn với tất cả các hợp chất. Các hợp chất được thử nghiệm có thể được chia thành ba loại dựa trên đường kính vùng ức chế đối với MRSA. Loại đầu tiên hoạt động mạnh nhất và bao gồm năm hợp chất (6, 7, 10, 13b và 14). Đường kính vùng ức chế của các hợp chất này gần 4 cm; các hợp chất hoạt động mạnh nhất trong loại này là hợp chất 6 và 13b. Loại thứ hai hoạt động ở mức độ trung bình và bao gồm năm hợp chất khác (11, 13a, 15, 18 và 19a). Vùng ức chế của các hợp chất này dao động từ 3,3 đến 3,65 cm, với hợp chất 11 cho thấy vùng ức chế lớn nhất là 3,65 ± 0,1 cm. Mặt khác, nhóm cuối cùng chứa ba hợp chất (8, 17 và 19b) có hoạt tính kháng khuẩn thấp nhất (dưới 3 cm). Hình 9 thể hiện sự phân bố của các vùng ức chế khác nhau.
Việc điều tra sâu hơn về hoạt tính kháng khuẩn của các hợp chất được thử nghiệm bao gồm việc xác định MIC và MBC cho từng hợp chất. Kết quả có sự khác biệt nhỏ (như thể hiện trong Bảng 2, 3 và Hình 10 (xem tệp hình)), với các hợp chất 7, 11, 13a và 15 dường như được phân loại lại là các hợp chất tốt nhất. Chúng có cùng giá trị MIC và MBC thấp nhất (39,06 μg/100 μL). Mặc dù các hợp chất 7 và 8 có giá trị MIC thấp hơn (9,7 μg/100 μL), nhưng giá trị MBC của chúng lại cao hơn (78,125 μg/100 μL). Do đó, chúng được coi là yếu hơn các hợp chất đã đề cập trước đó. Tuy nhiên, sáu hợp chất này là hiệu quả nhất trong số các hợp chất được thử nghiệm, vì giá trị MBC của chúng đều dưới 100 μg/100 μL.
Các hợp chất (10, 14, 18 và 19b) có hoạt tính thấp hơn so với các hợp chất khác được thử nghiệm vì giá trị MBC của chúng dao động từ 156 đến 312 μg/100 μL. Mặt khác, các hợp chất (8, 17 và 19a) là những hợp chất ít hứa hẹn nhất vì chúng có giá trị MBC cao nhất (lần lượt là 625, 625 và 1250 μg/100 μL).
Cuối cùng, theo mức độ dung nạp được thể hiện trong Bảng 3, các hợp chất được thử nghiệm có thể được chia thành hai loại dựa trên cơ chế hoạt động của chúng: các hợp chất có tác dụng diệt khuẩn (7, 8, 10, 11, 13a, 15, 18, 19b) và các hợp chất có tác dụng kháng khuẩn (6, 13b, 14, 17, 19a). Trong số đó, các hợp chất 7, 11, 13a và 15 được ưu tiên hơn, vì chúng thể hiện hoạt tính diệt khuẩn ở nồng độ rất thấp (39,06 μg/100 μL).
Mười trong số mười ba hợp chất được thử nghiệm cho thấy tiềm năng chống lại tụ cầu vàng kháng methicillin (MRSA) kháng kháng sinh. Do đó, nên tiến hành sàng lọc thêm với nhiều tác nhân gây bệnh kháng kháng sinh hơn (đặc biệt là các chủng phân lập tại địa phương bao gồm vi khuẩn Gram dương và Gram âm gây bệnh) và nấm men gây bệnh, cũng như thử nghiệm độc tính tế bào của từng hợp chất để đánh giá độ an toàn của chúng.
Các nghiên cứu ghép nối phân tử đã được tiến hành để đánh giá tiềm năng của các hợp chất tổng hợp như là chất ức chế protein liên kết penicillin 2a (PBP2a) trong tụ cầu vàng kháng methicillin (MRSA). PBP2a là một enzyme quan trọng tham gia vào quá trình sinh tổng hợp thành tế bào vi khuẩn, và việc ức chế enzyme này sẽ cản trở sự hình thành thành tế bào, cuối cùng dẫn đến sự phân giải và chết tế bào vi khuẩn¹. Kết quả ghép nối được liệt kê trong Bảng 4 và được mô tả chi tiết hơn trong tệp dữ liệu bổ sung, và kết quả cho thấy một số hợp chất thể hiện ái lực liên kết mạnh với PBP2a, đặc biệt là các dư lượng vị trí hoạt động quan trọng như Lys 273, Lys 316 và Arg 298. Các tương tác, bao gồm liên kết hydro và xếp chồng π, rất giống với các tương tác của phối tử quinazolinone (CCL) được kết tinh cùng, cho thấy tiềm năng của các hợp chất này như là chất ức chế mạnh.
Dữ liệu ghép nối phân tử, cùng với các thông số tính toán khác, cho thấy rõ ràng rằng sự ức chế PBP2a là cơ chế chính chịu trách nhiệm cho hoạt tính kháng khuẩn được quan sát thấy của các hợp chất này. Điểm ghép nối và giá trị độ lệch chuẩn bình phương trung bình (RMSD) càng làm rõ hơn ái lực và độ ổn định liên kết, hỗ trợ giả thuyết này. Như thể hiện trong Bảng 4, trong khi một số hợp chất cho thấy ái lực liên kết tốt, một số hợp chất (ví dụ: 7, 9, 10 và 14) có điểm ghép nối cao hơn so với phối tử được kết tinh cùng, cho thấy chúng có thể tương tác mạnh hơn với các dư lượng vị trí hoạt động của PBP2a. Tuy nhiên, các hợp chất hoạt tính sinh học mạnh nhất 6 và 13b lại cho thấy điểm ghép nối thấp hơn một chút (-5,98 và -5,63, tương ứng) so với các phối tử khác. Điều này cho thấy rằng mặc dù điểm ghép nối có thể được sử dụng để dự đoán ái lực liên kết, các yếu tố khác (ví dụ: độ ổn định của phối tử và tương tác phân tử trong môi trường sinh học) cũng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định hoạt tính kháng khuẩn. Đáng chú ý, giá trị RMSD của tất cả các hợp chất được tổng hợp đều dưới 2 Å, xác nhận rằng tư thế liên kết của chúng phù hợp về mặt cấu trúc với cấu hình liên kết của phối tử được kết tinh cùng, từ đó củng cố thêm tiềm năng của chúng như những chất ức chế PBP2a mạnh.
Mặc dù điểm liên kết và giá trị RMS cung cấp các dự đoán có giá trị, nhưng mối tương quan giữa các kết quả liên kết này và hoạt tính kháng khuẩn không phải lúc nào cũng rõ ràng ngay từ cái nhìn đầu tiên. Mặc dù sự ức chế PBP2a được hỗ trợ mạnh mẽ như một yếu tố chính ảnh hưởng đến hoạt tính kháng khuẩn, nhưng một số khác biệt cho thấy các đặc tính sinh học khác cũng đóng vai trò quan trọng. Các hợp chất 6 và 13b cho thấy hoạt tính kháng khuẩn cao nhất, với đường kính vùng ức chế là 4 cm và giá trị MIC (9,7 μg/100 μL) và MBC (78,125 μg/100 μL) thấp nhất, mặc dù điểm liên kết của chúng thấp hơn so với các hợp chất 7, 9, 10 và 14. Điều này cho thấy rằng mặc dù sự ức chế PBP2a góp phần vào hoạt tính kháng khuẩn, nhưng các yếu tố như độ hòa tan, sinh khả dụng và động lực tương tác trong môi trường vi khuẩn cũng ảnh hưởng đến hoạt tính tổng thể. Hình 11 cho thấy tư thế liên kết của chúng, chỉ ra rằng cả hai hợp chất, ngay cả với điểm liên kết tương đối thấp, vẫn có thể tương tác với các dư lượng quan trọng của PBP2a, có khả năng ổn định phức hợp ức chế. Điều này nhấn mạnh rằng, mặc dù phương pháp ghép nối phân tử cung cấp những hiểu biết quan trọng về sự ức chế PBP2a, nhưng cần phải xem xét các yếu tố sinh học khác để hiểu đầy đủ tác dụng kháng khuẩn thực tế của các hợp chất này.
Sử dụng cấu trúc tinh thể của PBP2a (Mã PDB: 4CJN), các bản đồ tương tác 2D và 3D của các hợp chất hoạt động mạnh nhất 6 và 13b được gắn kết với protein liên kết penicillin 2a (PBP2a) của tụ cầu vàng kháng methicillin (MRSA) đã được xây dựng. Các bản đồ này so sánh các mô hình tương tác của các hợp chất này với phối tử quinazolinone (CCL) được kết tinh lại, làm nổi bật các tương tác chính như liên kết hydro, xếp chồng π và tương tác ion.
Một mô hình tương tự đã được quan sát thấy đối với hợp chất 7, cho thấy điểm liên kết tương đối cao (-6,32) và đường kính vùng ức chế tương tự (3,9 cm) với hợp chất 10. Tuy nhiên, MIC (39,08 μg/100 μL) và MBC (39,06 μg/100 μL) của nó cao hơn đáng kể, cho thấy nó cần nồng độ cao hơn để thể hiện tác dụng kháng khuẩn. Điều này cho thấy mặc dù hợp chất 7 thể hiện ái lực liên kết mạnh trong các nghiên cứu liên kết, nhưng các yếu tố như sinh khả dụng, hấp thu tế bào hoặc các tính chất lý hóa khác có thể hạn chế hiệu quả sinh học của nó. Mặc dù hợp chất 7 thể hiện đặc tính diệt khuẩn, nhưng nó kém hiệu quả hơn trong việc ức chế sự phát triển của vi khuẩn so với các hợp chất 6 và 13b.
Hợp chất 10 cho thấy sự khác biệt rõ rệt hơn với điểm liên kết cao nhất (-6,40), cho thấy ái lực liên kết mạnh với PBP2a. Tuy nhiên, đường kính vùng ức chế của nó (3,9 cm) tương đương với hợp chất 7, và MBC (312 μg/100 μL) cao hơn đáng kể so với các hợp chất 6, 7 và 13b, cho thấy hoạt tính diệt khuẩn yếu hơn. Điều này cho thấy rằng mặc dù dự đoán liên kết tốt, hợp chất 10 kém hiệu quả hơn trong việc tiêu diệt MRSA do các yếu tố hạn chế khác như độ hòa tan, độ ổn định hoặc khả năng thẩm thấu kém của màng tế bào vi khuẩn. Những kết quả này ủng hộ hiểu biết rằng trong khi ức chế PBP2a đóng vai trò quan trọng trong hoạt tính kháng khuẩn, nó không giải thích đầy đủ sự khác biệt về hoạt tính sinh học được quan sát thấy giữa các hợp chất được thử nghiệm. Những khác biệt này cho thấy cần có thêm các phân tích thực nghiệm và đánh giá sinh học chuyên sâu để làm sáng tỏ đầy đủ các cơ chế kháng khuẩn liên quan.
Kết quả ghép nối phân tử trong Bảng 4 và Tệp Dữ liệu Bổ sung làm nổi bật mối quan hệ phức tạp giữa điểm ghép nối và hoạt tính kháng khuẩn. Mặc dù các hợp chất 6 và 13b có điểm ghép nối thấp hơn các hợp chất 7, 9, 10 và 14, nhưng chúng lại thể hiện hoạt tính kháng khuẩn cao nhất. Bản đồ tương tác của chúng (được hiển thị trong Hình 11) cho thấy rằng, mặc dù điểm liên kết thấp hơn, chúng vẫn hình thành các liên kết hydro và tương tác xếp chồng π đáng kể với các dư lượng quan trọng của PBP2a, có thể ổn định phức hợp enzyme-chất ức chế theo cách có lợi về mặt sinh học. Mặc dù điểm ghép nối của 6 và 13b tương đối thấp, hoạt tính kháng khuẩn được tăng cường của chúng cho thấy rằng các đặc tính khác như độ hòa tan, độ ổn định và khả năng hấp thụ vào tế bào cần được xem xét cùng với dữ liệu ghép nối khi đánh giá tiềm năng ức chế. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc kết hợp các nghiên cứu ghép nối với phân tích kháng khuẩn thực nghiệm để đánh giá chính xác tiềm năng điều trị của các hợp chất mới.
Những kết quả này nhấn mạnh rằng, mặc dù ghép nối phân tử là một công cụ mạnh mẽ để dự đoán ái lực liên kết và xác định các cơ chế ức chế tiềm năng, nhưng không nên chỉ dựa vào nó để xác định hiệu quả kháng khuẩn. Dữ liệu phân tử cho thấy sự ức chế PBP2a là yếu tố chính ảnh hưởng đến hoạt tính kháng khuẩn, nhưng những thay đổi trong hoạt tính sinh học cho thấy các đặc tính lý hóa và dược động học khác cần được tối ưu hóa để tăng cường hiệu quả điều trị. Các nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào việc tối ưu hóa cấu trúc hóa học của các hợp chất 7 và 10 để cải thiện khả năng sinh khả dụng và hấp thu vào tế bào, đảm bảo rằng các tương tác ghép nối mạnh mẽ được chuyển hóa thành hoạt tính kháng khuẩn thực tế. Các nghiên cứu sâu hơn, bao gồm các thử nghiệm sinh học bổ sung và phân tích mối quan hệ cấu trúc-hoạt tính (SAR), sẽ rất quan trọng để hiểu rõ hơn về cách các hợp chất này hoạt động như chất ức chế PBP2a và để phát triển các tác nhân kháng khuẩn hiệu quả hơn.
Các hợp chất được tổng hợp từ 3-(anthracen-9-yl)-2-cyanoacryloyl clorua 4 thể hiện hoạt tính kháng khuẩn ở các mức độ khác nhau, trong đó một số hợp chất cho thấy khả năng ức chế đáng kể vi khuẩn Staphylococcus aureus kháng methicillin (MRSA). Phân tích mối quan hệ cấu trúc-hoạt tính (SAR) đã tiết lộ các đặc điểm cấu trúc quan trọng làm nền tảng cho hiệu quả kháng khuẩn của các hợp chất này.
Sự hiện diện của cả nhóm acrylonitrile và anthracene được chứng minh là rất quan trọng trong việc tăng cường hoạt tính kháng khuẩn. Nhóm nitrile có tính phản ứng cao trong acrylonitrile là cần thiết để tạo điều kiện thuận lợi cho sự tương tác với protein của vi khuẩn, do đó góp phần vào tính chất kháng khuẩn của hợp chất. Các hợp chất chứa cả acrylonitrile và anthracene luôn thể hiện tác dụng kháng khuẩn mạnh hơn. Tính thơm của nhóm anthracene càng làm ổn định các hợp chất này, có khả năng tăng cường hoạt tính sinh học của chúng.
Việc đưa các vòng dị vòng vào đã cải thiện đáng kể hiệu quả kháng khuẩn của một số dẫn xuất. Đặc biệt, dẫn xuất benzothiazole 13b và dẫn xuất acrylhydrazide 6 cho thấy hoạt tính kháng khuẩn cao nhất với vùng ức chế khoảng 4 cm. Các dẫn xuất dị vòng này thể hiện tác dụng sinh học rõ rệt hơn, cho thấy cấu trúc dị vòng đóng vai trò quan trọng trong tác dụng kháng khuẩn. Tương tự, pyrimidinethione trong hợp chất 9, thiopyrazole trong hợp chất 10 và vòng tetrazine trong hợp chất 11 cũng góp phần vào tính chất kháng khuẩn của các hợp chất, càng làm nổi bật tầm quan trọng của việc biến đổi dị vòng.
Trong số các hợp chất được tổng hợp, hợp chất 6 và 13b nổi bật với hoạt tính kháng khuẩn tuyệt vời. Nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) của hợp chất 6 là 9,7 μg/100 μL, và nồng độ diệt khuẩn tối thiểu (MBC) là 78,125 μg/100 μL, cho thấy khả năng loại bỏ hiệu quả vi khuẩn Staphylococcus aureus kháng methicillin (MRSA). Tương tự, hợp chất 13b có vùng ức chế 4 cm và giá trị MIC và MBC thấp, khẳng định hoạt tính kháng khuẩn mạnh mẽ của nó. Những kết quả này nhấn mạnh vai trò quan trọng của các nhóm chức acrylohydrazide và benzothiazole trong việc xác định hiệu quả sinh học của các hợp chất này.
Ngược lại, các hợp chất 7, 10 và 14 thể hiện hoạt tính kháng khuẩn vừa phải với vùng ức chế dao động từ 3,65 đến 3,9 cm. Các hợp chất này cần nồng độ cao hơn để tiêu diệt hoàn toàn vi khuẩn, được phản ánh qua giá trị MIC và MBC tương đối cao của chúng. Mặc dù các hợp chất này hoạt động kém hơn so với các hợp chất 6 và 13b, chúng vẫn cho thấy tiềm năng kháng khuẩn đáng kể, cho thấy rằng việc kết hợp các nhóm acrylonitrile và anthracene vào vòng dị vòng góp phần vào tác dụng kháng khuẩn của chúng.
Các hợp chất này có cơ chế tác động khác nhau, một số thể hiện tính chất diệt khuẩn và một số khác thể hiện tác dụng kìm hãm sự phát triển của vi khuẩn. Các hợp chất 7, 11, 13a và 15 có tính chất diệt khuẩn và cần nồng độ thấp hơn để tiêu diệt hoàn toàn vi khuẩn. Ngược lại, các hợp chất 6, 13b và 14 có tính chất kìm hãm sự phát triển của vi khuẩn và có thể ức chế sự phát triển của vi khuẩn ở nồng độ thấp hơn, nhưng cần nồng độ cao hơn để tiêu diệt hoàn toàn vi khuẩn.
Nhìn chung, phân tích mối quan hệ cấu trúc-hoạt tính nhấn mạnh tầm quan trọng của việc đưa các nhóm acrylonitrile và anthracene cùng các cấu trúc dị vòng vào để đạt được hoạt tính kháng khuẩn đáng kể. Những kết quả này cho thấy việc tối ưu hóa các thành phần cấu trúc này và tìm kiếm các sửa đổi tiếp theo để cải thiện độ hòa tan và khả năng thẩm thấu qua màng tế bào có thể dẫn đến việc phát triển các loại thuốc chống MRSA hiệu quả hơn.
Tất cả các thuốc thử và dung môi đều được tinh chế và làm khô bằng các quy trình tiêu chuẩn (El Gomhouria, Ai Cập). Điểm nóng chảy được xác định bằng máy đo điểm nóng chảy điện tử GallenKamp và được báo cáo mà không có hiệu chỉnh. Phổ hồng ngoại (IR) (cm⁻¹) được ghi lại tại Khoa Hóa học, Khoa Khoa học, Đại học Ain Shams bằng cách sử dụng viên nén kali bromua (KBr) trên máy quang phổ FTIR Thermo Electron Nicolet iS10 (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, Hoa Kỳ).
Phổ 1H NMR được thu ở tần số 300 MHz bằng máy đo phổ NMR GEMINI (GEMINI Manufacturing & Engineering, Anaheim, CA, USA) và máy đo phổ NMR BRUKER 300 MHz (BRUKER Manufacturing & Engineering, Inc.). Tetramethylsilane (TMS) được sử dụng làm chất chuẩn nội với dimethyl sulfoxide deuterated (DMSO-d₆). Các phép đo NMR được thực hiện tại Khoa Khoa học, Đại học Cairo, Giza, Ai Cập. Phân tích nguyên tố (CHN) được thực hiện bằng máy phân tích nguyên tố Perkin-Elmer 2400 và kết quả thu được phù hợp tốt với các giá trị tính toán.
Hỗn hợp gồm axit 3 (5 mmol) và thionyl clorua (5 ml) được đun nóng trong bể nước ở 65 °C trong 4 giờ. Lượng thionyl clorua dư được loại bỏ bằng phương pháp chưng cất dưới áp suất giảm. Chất rắn màu đỏ thu được được sử dụng mà không cần tinh chế thêm. Điểm nóng chảy: 200-202 °C, hiệu suất: 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, phản ứng dị vòng thơm). 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. Nhà phân tích. Tính toán cho C18H10ClNO (291.73): C, 74.11; H, 3.46; N, 4.80. Tìm thấy: C, 74.41; H, 3.34; N, 4.66%.
Ở 0°C, chất 4 (2 mmol, 0,7 g) được hòa tan trong dioxan khan (20 ml) và hydrat hydrazine (2 mmol, 0,16 ml, 80%) được thêm nhỏ giọt và khuấy trong 1 giờ. Chất rắn kết tủa được thu thập bằng phương pháp lọc và kết tinh lại từ etanol để thu được hợp chất 6.
Tinh thể màu xanh lục, điểm nóng chảy 190-192℃, hiệu suất 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, có thể trao đổi), 7,69-8,51 (m, 18H, dị vòng thơm), 9,16 (s, 1H, CH=), 8,54 (s, 1H, CH=); Giá trị tính toán cho C33H21N3O (475,53): C, 83,35; H, 4,45; N, 8,84. Kết quả thực nghiệm: C, 84,01; H, 4,38; N, 8,05%.
Hòa tan chất 4 (2 mmol, 0,7 g) trong 20 ml dung dịch dioxan khan (có chứa vài giọt triethylamine), thêm phenylhydrazine/2-aminopyridine (2 mmol) và khuấy ở nhiệt độ phòng trong 1 và 2 giờ tương ứng. Đổ hỗn hợp phản ứng vào đá hoặc nước và axit hóa bằng axit clohydric loãng. Lọc bỏ chất rắn đã tách ra và kết tinh lại từ etanol để thu được chất 7 và kết tinh lại từ benzen để thu được chất 8.
Tinh thể màu xanh lục, điểm nóng chảy 160-162℃, hiệu suất 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, có thể trao đổi), 9.15 (s, 1H, CH=), 8.81 (s, 1H, CH=), 6.78-8.58 (m, 23H, dị vòng thơm); Giá trị tính toán cho C42H26N4O2 (618.68): C, 81.54; H, 4.24; N, 9.06. Tìm thấy: C, 81.96; H, 3,91; N, 8,91%.
4 (2 mmol, 0,7 g) được hòa tan trong 20 ml dung dịch dioxan khan (có chứa vài giọt triethylamine), thêm 2-aminopyridine (2 mmol, 0,25 g) và khuấy hỗn hợp ở nhiệt độ phòng trong 2 giờ. Hỗn hợp phản ứng được đổ vào nước đá và axit hóa bằng axit clohydric loãng. Kết tủa tạo thành được lọc và kết tinh lại từ benzen, thu được tinh thể màu xanh lục của 8 với điểm nóng chảy 146-148 °C và hiệu suất 82,5%; phổ hồng ngoại (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, có thể trao đổi), 9,14 (s, 1H, CH=), 7,36-8,55 (m, 13H, dị vòng thơm); Tính toán cho C23H15N3O (348,38): C, 79,07; H, 4,33; N, 12,03. Thực nghiệm: C, 78,93; H, 3,97; N, 12,36%.
Hợp chất 4 (2 mmol, 0,7 g) được hòa tan trong 20 ml dioxan khô (chứa vài giọt triethylamine và 2 mmol thiourea/semicarbazide) và đun hồi lưu trong 2 giờ. Dung môi được bay hơi trong chân không. Phần cặn được kết tinh lại từ dioxan để thu được hỗn hợp.