nature.com'u ziyaret ettiğiniz için teşekkür ederiz. Kullandığınız tarayıcı sürümünün CSS desteği sınırlıdır. En iyi deneyim için, en son tarayıcı sürümünü kullanmanızı (veya Internet Explorer'da uyumluluk modunu kapatmanızı) öneririz. Ayrıca, sürekli desteği sağlamak için bu sitede stil veya JavaScript yer almayacaktır.
Senton 3-(antrasen-9-il)-2-siyanoakriloil klorür 4 sentezlendi ve çeşitli azot nükleofilleriyle reaksiyonu yoluyla çeşitli yüksek aktiviteli heterosiklik bileşiklerin sentezinde kullanıldı. Sentezlenen her heterosiklik bileşiğin yapısı, spektroskopik ve elementel analiz kullanılarak ayrıntılı olarak karakterize edildi. On üç yeni heterosiklik bileşiğin on tanesi, çoklu ilaç dirençli bakterilere (MRSA) karşı umut verici etkinlik gösterdi. Bunlar arasında, 6, 7, 10, 13b ve 14 numaralı bileşikler, 4 cm'ye yakın inhibisyon bölgeleriyle en yüksek antibakteriyel aktiviteyi gösterdi. Bununla birlikte, moleküler kenetlenme çalışmaları, bileşiklerin MRSA direnci için önemli bir hedef olan penisilin bağlayıcı protein 2a'ya (PBP2a) farklı bağlanma afinitelerine sahip olduğunu ortaya koydu. 7, 10 ve 14 gibi bazı bileşikler, ko-kristalize kinazolinon ligandına kıyasla PBP2a'nın aktif bölgesinde daha yüksek bağlanma afinitesi ve etkileşim kararlılığı gösterdi. Buna karşılık, 6 ve 13b bileşiklerinin bağlanma skorları daha düşüktü ancak yine de önemli antibakteriyel aktivite gösterdiler; 6 numaralı bileşik en düşük MIC (9,7 μg/100 μL) ve MBC (78,125 μg/100 μL) değerlerine sahipti. Bağlanma analizi, özellikle PBP2a'nın kristal yapısında birlikte kristalleştirilmiş ligand ile etkileşime girdiği belirlenen Lys 273, Lys 316 ve Arg 298 gibi kalıntılarla hidrojen bağı ve π-istifleme dahil olmak üzere önemli etkileşimleri ortaya çıkardı. Bu kalıntılar, PBP2a'nın enzimatik aktivitesi için gereklidir. Bu sonuçlar, sentezlenen bileşiklerin umut vadeden anti-MRSA ilaçları olarak hizmet edebileceğini ve etkili terapötik adayları belirlemek için moleküler bağlanmayı biyolojik testlerle birleştirmenin önemini vurgulamaktadır.
Bu yüzyılın ilk birkaç yılında, araştırma çalışmaları esas olarak, kolayca temin edilebilen başlangıç ​​maddeleri kullanılarak antimikrobiyal aktiviteye sahip çeşitli yenilikçi heterosiklik sistemlerin sentezi için yeni, basit prosedürler ve yöntemler geliştirmeye odaklanmıştır.
Akrilonitril grupları, oldukça reaktif bileşikler oldukları için birçok dikkat çekici heterosiklik sistemin sentezi için önemli başlangıç ​​maddeleri olarak kabul edilir. Dahası, 2-siyanoakriloil klorür türevleri, son yıllarda ilaç ara maddeleri1,2,3, anti-HIV, antiviral, antikanser, antibakteriyel, antidepresan ve antioksidan ajanların öncüleri4,5,6,7,8,9,10 gibi farmakolojik uygulamalar alanında hayati öneme sahip ürünlerin geliştirilmesi ve sentezinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Son zamanlarda, antrasen ve türevlerinin antibiyotik, antikanser11,12, antibakteriyel13,14,15 ve insektisit özellikleri16,17 dahil olmak üzere biyolojik etkinliği büyük ilgi görmüştür18,19,20,21. Akrilonitril ve antrasen grupları içeren antimikrobiyal bileşikler Şekil 1 ve 2'de gösterilmiştir.
Dünya Sağlık Örgütü'ne (DSÖ) (2021) göre, antimikrobiyal direnç (AMR) sağlık ve kalkınma için küresel bir tehdittir22,23,24,25. Hastaların tedavi edilememesi, daha uzun hastane yatış sürelerine ve daha pahalı ilaçlara ihtiyaç duyulmasına, ayrıca ölüm ve sakatlık oranlarının artmasına neden olmaktadır. Etkili antimikrobiyallerin eksikliği, özellikle kemoterapi ve büyük ameliyatlar sırasında çeşitli enfeksiyonların tedavisinde başarısızlığa yol açmaktadır.
Dünya Sağlık Örgütü'nün 2024 raporuna göre, metisiline dirençli Staphylococcus aureus (MRSA) ve E. coli, öncelikli patojenler listesinde yer almaktadır. Her iki bakteri de birçok antibiyotiğe dirençlidir, bu nedenle tedavi ve kontrolü zor enfeksiyonları temsil ederler ve bu sorunu çözmek için yeni ve etkili antimikrobiyal bileşikler geliştirmeye acil ihtiyaç vardır. Antrasen ve türevleri, hem Gram-pozitif hem de Gram-negatif bakteriler üzerinde etkili olabilen iyi bilinen antimikrobiyallerdir. Bu çalışmanın amacı, sağlığa zararlı olan bu patojenlerle mücadele edebilecek yeni bir türev sentezlemektir.
Dünya Sağlık Örgütü (DSÖ), birçok bakteriyel patojenin, toplumda ve sağlık hizmeti ortamlarında yaygın bir enfeksiyon nedeni olan metisiline dirençli Staphylococcus aureus (MRSA) dahil olmak üzere, birden fazla antibiyotiğe dirençli olduğunu bildirmektedir. MRSA enfeksiyonu olan hastaların, ilaca duyarlı enfeksiyonu olanlara göre %64 daha yüksek ölüm oranına sahip olduğu bildirilmektedir. Ayrıca, E. coli küresel bir risk oluşturmaktadır çünkü karbapenem dirençli Enterobacteriaceae'ye (yani E. coli'ye) karşı son savunma hattı kolistindir, ancak son zamanlarda birçok ülkede kolistine dirençli bakteriler bildirilmiştir. 22,23,24,25
Bu nedenle, Dünya Sağlık Örgütü'nün Antimikrobiyal Direnç Üzerine Küresel Eylem Planı'na26 göre, yeni antimikrobiyallerin keşfi ve sentezi için acil bir ihtiyaç vardır. Antrasen ve akrilonitrilin antibakteriyel27, antifungal28, antikanser29 ve antioksidan30 ajanlar olarak büyük potansiyeli, çok sayıda yayınlanmış makalede vurgulanmıştır. Bu bağlamda, bu türevlerin metisiline dirençli Staphylococcus aureus'a (MRSA) karşı kullanım için iyi adaylar olduğu söylenebilir.
Önceki literatür incelemeleri, bu sınıflarda yeni türevler sentezlememizi motive etti. Bu nedenle, mevcut çalışma, antrasen ve akrilonitril kısımları içeren yeni heterosiklik sistemler geliştirmeyi, antimikrobiyal ve antibakteriyel etkinliklerini değerlendirmeyi ve moleküler kenetleme yoluyla penisilin bağlayıcı protein 2a (PBP2a) ile potansiyel bağlanma etkileşimlerini araştırmayı amaçlamıştır. Önceki çalışmalara dayanarak, mevcut çalışma, güçlü PBP2a inhibitör aktivitesine sahip umut vadeden metisiline dirençli Staphylococcus aureus (MRSA) karşıtı ajanları belirlemek için heterosiklik sistemlerin sentezini, biyolojik değerlendirmesini ve hesaplamalı analizini sürdürdü31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49.
Mevcut araştırmamız, antrasen ve akrilonitril kısımları içeren yeni heterosiklik bileşiklerin sentezi ve antimikrobiyal değerlendirmesine odaklanmaktadır. 3-(antrasen-9-il)-2-siyanoakriloil klorür 4 hazırlanmış ve yeni heterosiklik sistemlerin oluşturulmasında yapı taşı olarak kullanılmıştır.
Bileşik 4'ün yapısı spektral veriler kullanılarak belirlendi. 1H-NMR spektrumu 9,26 ppm'de CH= grubunun varlığını, IR spektrumu 1737 cm⁻¹'de bir karbonil grubunun ve 2224 cm⁻¹'de bir siyano grubunun varlığını gösterdi ve 13CNMR spektrumu da önerilen yapıyı doğruladı (bkz. Deneysel bölüm).
3-(antrasen-9-il)-2-siyanoakriloil klorür 4'ün sentezi, aromatik gruplar 250, 41, 42, 53'ün etanolik sodyum hidroksit çözeltisi (%10) ile hidroliziyle 354, 45, 56 asitlerinin elde edilmesi ve ardından bu asitlerin su banyosunda tiyonil klorür ile işlenmesiyle gerçekleştirildi; bu işlem sonucunda Şekil 3'te gösterildiği gibi yüksek verimle (%88,5) akriloil klorür türevi 4 elde edildi.
Beklenen antibakteriyel etkinliğe sahip yeni heterosiklik bileşikler oluşturmak için, asil klorür 4'ün çeşitli dinükleofillerle reaksiyonu gerçekleştirildi.
Asit klorür 4, 0°C'de bir saat boyunca hidrazin hidrat ile işleme tabi tutuldu. Ne yazık ki, pirazolon 5 elde edilemedi. Ürün, yapısı spektral verilerle doğrulanan bir akrilamid türeviydi. IR spektrumu, 1720 cm⁻¹'de C=O, 2228 cm⁻¹'de C≡N ve 3424 cm⁻¹'de NH'nin absorbsiyon bantlarını gösterdi. ¹H-NMR spektrumu, olefin protonlarının ve NH protonlarının 9,3 ppm'de bir değişim singlet sinyalini gösterdi (bkz. Deneysel Bölüm).
İki mol asit klorür 4, bir mol fenilhidrazin ile reaksiyona sokularak iyi bir verimle (%77) N-fenilakriloilhidrazin türevi 7 elde edildi (Şekil 5). 7'nin yapısı, 1691 ve 1671 cm⁻¹'de iki C=O grubunun, 2222 cm⁻¹'de CN grubunun ve 3245 cm⁻¹'de NH grubunun absorbsiyonunu gösteren kızılötesi spektroskopi verileriyle doğrulandı ve 1H-NMR spektrumu 9,15 ve 8,81 ppm'de CH grubunu ve 10,88 ppm'de NH protonunu gösterdi (bkz. Deneysel bölüm).
Bu çalışmada, asil klorür 4'ün 1,3-dinükleofillerle reaksiyonu araştırıldı. Asil klorür 4'ün 2-aminopiridin ile 1,4-dioksanda TEA baz olarak kullanılarak oda sıcaklığında işlenmesiyle akrilamid türevi 8 (Şekil 5) elde edildi ve yapısı spektral veriler kullanılarak belirlendi. IR spektrumları, 2222 cm⁻¹'de siyano gerilmesi, 3148 cm⁻¹'de NH ve 1665 cm⁻¹'de karbonil absorpsiyon bantlarını gösterdi; ¹H NMR spektrumları, 9,14 ppm'de olefin protonlarının varlığını doğruladı (bkz. Deneysel Bölüm).
Bileşik 4, tiyoüre ile reaksiyona girerek pirimidintiyon 9'u oluşturur; bileşik 4, tiyosemikarbazit ile reaksiyona girerek tiyopirazol türevi 10'u oluşturur (Şekil 5). 9 ve 10 numaralı bileşiklerin yapıları spektral ve elementel analiz ile doğrulandı (bkz. Deneysel bölüm).
Tetrazin-3-tiyol 11, bileşik 4'ün 1,4-dinükleofil olarak tiyokarbazit ile reaksiyonu sonucu hazırlandı (Şekil 5) ve yapısı spektroskopi ve elementel analiz ile doğrulandı. Kızılötesi spektrumda, C=N bağı 1619 cm⁻¹'de göründü. Aynı zamanda, ¹H-NMR spektrumunda aromatik protonların çoklu sinyalleri 7,78–8,66 ppm'de ve SH protonlarının sinyalleri 3,31 ppm'de korundu (bkz. Deneysel Bölüm).
Akriloil klorür 4, 1,4-dinükleofiller olarak 1,2-diaminobenzen, 2-aminotiyofenol, antranilik asit, 1,2-diaminoetan ve etanolamin ile reaksiyona girerek yeni heterosiklik sistemler oluşturur (13–16).
Yeni sentezlenen bu bileşiklerin yapıları spektral ve elementel analizlerle doğrulandı (bkz. Deneysel bölüm). 2-Hidroksifenilakrilamid türevi 17, dinükleofil olarak 2-aminofenol ile reaksiyon sonucu elde edildi (Şekil 6) ve yapısı spektral ve elementel analizlerle doğrulandı. Bileşik 17'nin kızılötesi spektrumu, C=O ve C≡N sinyallerinin sırasıyla 1681 ve 2226 cm⁻¹'de göründüğünü gösterdi. Bu arada, ¹H-NMR spektrumu, olefin protonunun tekli sinyalini 9,19 ppm'de ve OH protonunun sinyalini 9,82 ppm'de korudu (bkz. Deneysel bölüm).
Asit klorür 4'ün, çözücü olarak dioksan ve katalizör olarak TEA kullanılarak oda sıcaklığında bir nükleofil (örneğin, etilamin, 4-toluidin ve 4-metoksianilin) ​​ile reaksiyonu, yeşil kristal akrilamid türevleri 18, 19a ve 19b'yi vermiştir. 18, 19a ve 19b bileşiklerinin elementel ve spektral verileri, bu türevlerin yapılarını doğrulamıştır (bkz. Deneysel Bölüm) (Şekil 7).
Çeşitli sentetik bileşiklerin antimikrobiyal aktivitesinin taranmasının ardından, Tablo 1 ve Şekil 8'de (şekil dosyasına bakınız) gösterildiği gibi farklı sonuçlar elde edildi. Test edilen tüm bileşikler, Gram-pozitif bakteri MRSA'ya karşı farklı derecelerde inhibisyon gösterirken, Gram-negatif bakteri Escherichia coli tüm bileşiklere karşı tam direnç gösterdi. Test edilen bileşikler, MRSA'ya karşı inhibisyon bölgesinin çapına göre üç kategoriye ayrılabilir. Birinci kategori en aktif olan ve beş bileşikten (6, 7, 10, 13b ve 14) oluşan kategoridir. Bu bileşiklerin inhibisyon bölgesinin çapı 4 cm'ye yakındır; bu kategorideki en aktif bileşikler 6 ve 13b bileşikleridir. İkinci kategori orta derecede aktif olup, beş bileşikten (11, 13a, 15, 18 ve 19a) oluşmaktadır. Bu bileşiklerin inhibisyon bölgeleri 3,3 ila 3,65 cm arasında değişmekte olup, bileşik 11 en büyük inhibisyon bölgesini (3,65 ± 0,1 cm) göstermiştir. Öte yandan, son grup en düşük antimikrobiyal aktiviteye sahip üç bileşik (8, 17 ve 19b) içermektedir (3 cm'den az). Şekil 9, farklı inhibisyon bölgelerinin dağılımını göstermektedir.
Test edilen bileşiklerin antimikrobiyal aktivitesinin daha ayrıntılı incelenmesi, her bir bileşik için MIC ve MBC değerlerinin belirlenmesini içeriyordu. Sonuçlar biraz farklılık gösterdi (Tablo 2, 3 ve Şekil 10'da gösterildiği gibi (şekil dosyasına bakınız)), 7, 11, 13a ve 15 numaralı bileşikler en iyi bileşikler olarak yeniden sınıflandırıldı. Aynı en düşük MIC ve MBC değerlerine sahiptiler (39,06 μg/100 μL). 7 ve 8 numaralı bileşiklerin MIC değerleri daha düşük olmasına rağmen (9,7 μg/100 μL), MBC değerleri daha yüksekti (78,125 μg/100 μL). Bu nedenle, daha önce bahsedilen bileşiklerden daha zayıf kabul edildiler. Bununla birlikte, bu altı bileşik, MBC değerleri 100 μg/100 μL'nin altında olduğu için test edilenler arasında en etkili olanlardı.
(10, 14, 18 ve 19b) bileşikleri, MBC değerleri 156 ile 312 μg/100 μL arasında değiştiği için diğer test edilen bileşiklere kıyasla daha az aktifti. Öte yandan, (8, 17 ve 19a) bileşikleri en yüksek MBC değerlerine (sırasıyla 625, 625 ve 1250 μg/100 μL) sahip oldukları için en az umut vadedenlerdi.
Son olarak, Tablo 3'te gösterilen tolerans seviyelerine göre, test edilen bileşikler etki mekanizmalarına göre iki kategoriye ayrılabilir: bakterisidal etkiye sahip bileşikler (7, 8, 10, 11, 13a, 15, 18, 19b) ve antibakteriyel etkiye sahip bileşikler (6, 13b, 14, 17, 19a). Bunlar arasında, çok düşük konsantrasyonda (39,06 μg/100 μL) öldürücü aktivite gösteren 7, 11, 13a ve 15 numaralı bileşikler tercih edilmektedir.
Test edilen on üç bileşikten on tanesi, antibiyotiğe dirençli metisiline dirençli Staphylococcus aureus'a (MRSA) karşı potansiyel göstermiştir. Bu nedenle, daha fazla antibiyotiğe dirençli patojen (özellikle patojenik Gram-pozitif ve Gram-negatif bakterileri kapsayan yerel izolatlar) ve patojenik mayalarla daha fazla tarama yapılması ve her bir bileşiğin güvenliğini değerlendirmek için sitotoksik testlerin yapılması önerilir.
Sentezlenen bileşiklerin metisiline dirençli Staphylococcus aureus'ta (MRSA) penisilin bağlayıcı protein 2a'nın (PBP2a) inhibitörleri olarak potansiyellerini değerlendirmek için moleküler kenetlenme çalışmaları yapılmıştır. PBP2a, bakteriyel hücre duvarı biyosentezinde rol oynayan önemli bir enzimdir ve bu enzimin inhibisyonu hücre duvarı oluşumunu engeller ve sonuç olarak bakteriyel lizi ve hücre ölümüne yol açar¹. Kenetlenme sonuçları Tablo 4'te listelenmiştir ve ek veri dosyasında daha ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Sonuçlar, çeşitli bileşiklerin PBP2a'ya, özellikle Lys 273, Lys 316 ve Arg 298 gibi önemli aktif bölge kalıntılarına güçlü bağlanma afinitesi gösterdiğini ortaya koymaktadır. Hidrojen bağı ve π-istifleme dahil olmak üzere etkileşimler, ko-kristalize kinazolinon ligandının (CCL) etkileşimlerine çok benzer olup, bu bileşiklerin güçlü inhibitörler olarak potansiyelini göstermektedir.
Moleküler kenetlenme verileri, diğer hesaplama parametreleriyle birlikte, bu bileşiklerin gözlemlenen antibakteriyel aktivitesinden sorumlu ana mekanizmanın PBP2a inhibisyonu olduğunu güçlü bir şekilde göstermiştir. Kenetlenme skorları ve kök ortalama kare sapma (RMSD) değerleri, bu hipotezi destekleyerek bağlanma afinitesini ve stabilitesini daha da ortaya koymuştur. Tablo 4'te gösterildiği gibi, birkaç bileşik iyi bağlanma afinitesi gösterirken, bazı bileşikler (örneğin, 7, 9, 10 ve 14) birlikte kristalleştirilmiş liganttan daha yüksek kenetlenme skorlarına sahipti; bu da PBP2a'nın aktif bölge kalıntılarıyla daha güçlü etkileşimlere sahip olabileceklerini göstermektedir. Bununla birlikte, en biyolojik olarak aktif bileşikler olan 6 ve 13b, diğer ligantlara kıyasla biraz daha düşük kenetlenme skorları (-5,98 ve -5,63, sırasıyla) göstermiştir. Bu, kenetlenme skorlarının bağlanma afinitesini tahmin etmek için kullanılabileceğini, ancak diğer faktörlerin (örneğin, ligant stabilitesi ve biyolojik ortamdaki moleküler etkileşimler) de antibakteriyel aktiviteyi belirlemede önemli bir rol oynadığını göstermektedir. Özellikle, sentezlenen tüm bileşiklerin RMSD değerleri 2 Å'ın altındaydı; bu da bağlanma pozisyonlarının, birlikte kristalleştirilmiş ligandın bağlanma konformasyonuyla yapısal olarak tutarlı olduğunu doğruluyor ve bu bileşiklerin güçlü PBP2a inhibitörleri olarak potansiyellerini daha da destekliyor.
Bağlanma skorları ve RMS değerleri değerli tahminler sağlasa da, bu bağlanma sonuçları ile antimikrobiyal aktivite arasındaki korelasyon ilk bakışta her zaman açık değildir. PBP2a inhibisyonunun antimikrobiyal aktiviteyi etkileyen önemli bir faktör olarak güçlü bir şekilde desteklenmesine rağmen, çeşitli farklılıklar diğer biyolojik özelliklerin de önemli bir rol oynadığını düşündürmektedir. Bileşik 6 ve 13b, bileşik 7, 9, 10 ve 14'e kıyasla daha düşük bağlanma skorlarına rağmen, hem 4 cm'lik bir inhibisyon bölgesi çapı hem de en düşük MIC (9,7 μg/100 μL) ve MBC (78,125 μg/100 μL) değerleriyle en yüksek antimikrobiyal aktiviteyi göstermiştir. Bu, PBP2a inhibisyonunun antimikrobiyal aktiviteye katkıda bulunmasına rağmen, çözünürlük, biyoyararlanım ve bakteriyel ortamdaki etkileşim dinamikleri gibi faktörlerin de genel aktiviteyi etkilediğini düşündürmektedir. Şekil 11, bağlanma pozisyonlarını göstermekte olup, nispeten düşük bağlanma skorlarına sahip olsalar bile her iki bileşiğin de PBP2a'nın kilit kalıntılarıyla etkileşime girebildiğini ve potansiyel olarak inhibisyon kompleksini stabilize edebildiğini göstermektedir. Bu durum, moleküler kenetlenmenin PBP2a inhibisyonu hakkında önemli bilgiler sağlarken, bu bileşiklerin gerçek dünyadaki antimikrobiyal etkilerini tam olarak anlamak için diğer biyolojik faktörlerin de dikkate alınması gerektiğini vurgulamaktadır.
PBP2a'nın kristal yapısı (PDB ID: 4CJN) kullanılarak, metisiline dirençli Staphylococcus aureus'un (MRSA) penisilin bağlayıcı protein 2a'sı (PBP2a) ile kenetlenmiş en aktif bileşikler olan 6 ve 13b'nin 2 boyutlu ve 3 boyutlu etkileşim haritaları oluşturuldu. Bu haritalar, bu bileşiklerin etkileşim modellerini yeniden kenetlenmiş eş kristalize kinazolinon ligandı (CCL) ile karşılaştırarak hidrojen bağı, π-istifleme ve iyonik etkileşimler gibi temel etkileşimleri vurgulamaktadır.
Bileşik 7 için de benzer bir örüntü gözlemlendi; bu bileşik, nispeten yüksek bir bağlanma skoru (-6,32) ve bileşik 10'a benzer bir inhibisyon bölgesi çapı (3,9 cm) gösterdi. Bununla birlikte, MIC (39,08 μg/100 μL) ve MBC (39,06 μg/100 μL) değerleri önemli ölçüde daha yüksekti, bu da antibakteriyel etki göstermesi için daha yüksek konsantrasyonlara ihtiyaç duyduğunu gösteriyor. Bu, bileşik 7'nin bağlanma çalışmalarında güçlü bağlanma afinitesi göstermesine rağmen, biyoyararlanım, hücresel alım veya diğer fiziko-kimyasal özellikler gibi faktörlerin biyolojik etkinliğini sınırlayabileceğini düşündürmektedir. Bileşik 7 bakterisidal özellikler göstermesine rağmen, bakteri büyümesini engellemede bileşik 6 ve 13b'ye kıyasla daha az etkiliydi.
Bileşik 10, en yüksek bağlanma skoru (-6,40) ile daha belirgin bir fark göstererek PBP2a'ya güçlü bağlanma afinitesi sergiledi. Bununla birlikte, inhibisyon bölgesi çapı (3,9 cm) bileşik 7 ile karşılaştırılabilir düzeydeydi ve MBC'si (312 μg/100 μL) bileşik 6, 7 ve 13b'den önemli ölçüde daha yüksekti, bu da daha zayıf bakterisidal aktiviteye işaret etmektedir. Bu, iyi bağlanma tahminlerine rağmen, bileşik 10'un çözünürlük, stabilite veya bakteriyel membranın zayıf geçirgenliği gibi diğer sınırlayıcı faktörler nedeniyle MRSA'yı öldürmede daha az etkili olduğunu düşündürmektedir. Bu sonuçlar, PBP2a inhibisyonunun antibakteriyel aktivitede önemli bir rol oynadığını, ancak test edilen bileşikler arasında gözlemlenen biyolojik aktivite farklılıklarını tam olarak açıklamadığını desteklemektedir. Bu farklılıklar, ilgili antibakteriyel mekanizmaları tam olarak aydınlatmak için daha fazla deneysel analiz ve derinlemesine biyolojik değerlendirmeye ihtiyaç duyulduğunu göstermektedir.
Tablo 4'teki moleküler kenetlenme sonuçları ve Ek Veri Dosyası, kenetlenme skorları ile antimikrobiyal aktivite arasındaki karmaşık ilişkiyi vurgulamaktadır. Bileşik 6 ve 13b, bileşik 7, 9, 10 ve 14'e göre daha düşük kenetlenme skorlarına sahip olmalarına rağmen, en yüksek antimikrobiyal aktiviteyi sergilemektedirler. Etkileşim haritaları (Şekil 11'de gösterilmiştir), daha düşük bağlanma skorlarına rağmen, PBP2a'nın temel kalıntılarıyla önemli hidrojen bağları ve π-istifleme etkileşimleri oluşturduklarını ve bu sayede enzim-inhibitör kompleksini biyolojik olarak faydalı bir şekilde stabilize edebildiklerini göstermektedir. 6 ve 13b'nin nispeten düşük kenetlenme skorlarına rağmen, artan antimikrobiyal aktiviteleri, inhibitör potansiyelini değerlendirirken çözünürlük, stabilite ve hücresel alım gibi diğer özelliklerin de kenetlenme verileriyle birlikte dikkate alınması gerektiğini düşündürmektedir. Bu, yeni bileşiklerin terapötik potansiyelini doğru bir şekilde değerlendirmek için kenetlenme çalışmalarını deneysel antimikrobiyal analizle birleştirmenin önemini vurgulamaktadır.
Bu sonuçlar, moleküler kenetlenmenin bağlanma afinitesini tahmin etmek ve potansiyel inhibisyon mekanizmalarını belirlemek için güçlü bir araç olmasına rağmen, antimikrobiyal etkinliği belirlemek için tek başına güvenilmemesi gerektiğini vurgulamaktadır. Moleküler veriler, PBP2a inhibisyonunun antimikrobiyal aktiviteyi etkileyen önemli bir faktör olduğunu göstermektedir, ancak biyolojik aktivitedeki değişiklikler, terapötik etkinliği artırmak için diğer fizikoşimik ve farmakokinetik özelliklerin optimize edilmesi gerektiğini düşündürmektedir. Gelecekteki çalışmalar, güçlü kenetlenme etkileşimlerinin gerçek antimikrobiyal aktiviteye dönüşmesini sağlayarak, biyoyararlanımı ve hücresel alımı iyileştirmek için 7 ve 10 numaralı bileşiklerin kimyasal yapısını optimize etmeye odaklanmalıdır. Ek biyolojik testler ve yapı-aktivite ilişkisi (SAR) analizi de dahil olmak üzere daha ileri çalışmalar, bu bileşiklerin PBP2a inhibitörleri olarak nasıl işlev gördüğünü daha iyi anlamamız ve daha etkili antimikrobiyal ajanlar geliştirmemiz için kritik öneme sahip olacaktır.
3-(antrasen-9-il)-2-siyanoakriloil klorür 4'ten sentezlenen bileşikler, değişen derecelerde antimikrobiyal aktivite sergiledi ve bazı bileşikler metisiline dirençli Staphylococcus aureus'un (MRSA) önemli ölçüde inhibisyonunu gösterdi. Yapı-aktivite ilişkisi (SAR) analizi, bu bileşiklerin antimikrobiyal etkinliğinin altında yatan temel yapısal özellikleri ortaya çıkardı.
Hem akrilonitril hem de antrasen gruplarının varlığı, antimikrobiyal aktiviteyi artırmak için kritik öneme sahip olduğu kanıtlanmıştır. Akrilonitrildeki yüksek reaktif nitril grubu, bakteriyel proteinlerle etkileşimleri kolaylaştırmak için gereklidir ve böylece bileşiğin antimikrobiyal özelliklerine katkıda bulunur. Hem akrilonitril hem de antrasen içeren bileşikler, sürekli olarak daha güçlü antimikrobiyal etkiler göstermiştir. Antrasen grubunun aromatikliği, bu bileşikleri daha da stabilize ederek biyolojik aktivitelerini potansiyel olarak artırmıştır.
Heterosiklik halkaların eklenmesi, çeşitli türevlerin antibakteriyel etkinliğini önemli ölçüde artırdı. Özellikle, benzotiyazol türevi 13b ve akrilhidrazit türevi 6, yaklaşık 4 cm'lik bir inhibisyon bölgesi ile en yüksek antibakteriyel aktiviteyi gösterdi. Bu heterosiklik türevler daha belirgin biyolojik etkiler gösterdi ve bu da heterosiklik yapının antibakteriyel etkilerde kilit rol oynadığını gösterdi. Benzer şekilde, bileşik 9'daki pirimidintiyon, bileşik 10'daki tiopirazol ve bileşik 11'deki tetrazin halkası, bileşiklerin antibakteriyel özelliklerine katkıda bulundu ve heterosiklik modifikasyonun önemini daha da vurguladı.
Sentezlenen bileşikler arasında, 6 ve 13b mükemmel antibakteriyel aktiviteleriyle öne çıktı. Bileşik 6'nın minimum inhibitör konsantrasyonu (MIC) 9,7 μg/100 μL ve minimum bakterisidal konsantrasyonu (MBC) 78,125 μg/100 μL olup, metisiline dirençli Staphylococcus aureus'u (MRSA) temizleme yeteneğinin mükemmel olduğunu vurgulamaktadır. Benzer şekilde, bileşik 13b'nin inhibisyon bölgesi 4 cm olup düşük MIC ve MBC değerlerine sahip olması, güçlü antibakteriyel aktivitesini doğrulamaktadır. Bu sonuçlar, akrilohidrazit ve benzotiyazol fonksiyonel gruplarının bu bileşiklerin biyolojik etkinliğinin belirlenmesindeki kilit rollerini vurgulamaktadır.
Buna karşılık, 7, 10 ve 14 numaralı bileşikler, 3,65 ila 3,9 cm arasında değişen inhibisyon bölgeleriyle orta düzeyde antibakteriyel aktivite sergiledi. Bu bileşiklerin, nispeten yüksek MIC ve MBC değerlerinden de anlaşılacağı gibi, bakterileri tamamen öldürmek için daha yüksek konsantrasyonlara ihtiyaç duyduğu görüldü. Bu bileşikler, 6 ve 13b numaralı bileşiklerden daha az aktif olsalar da, yine de önemli bir antibakteriyel potansiyel gösterdiler; bu da akrilonitril ve antrasen kısımlarının heterosiklik halkaya dahil edilmesinin antibakteriyel etkilerine katkıda bulunduğunu düşündürmektedir.
Bileşiklerin farklı etki mekanizmaları vardır; bazıları bakterisidal özellikler gösterirken, diğerleri bakteriyostatik etkiler gösterir. 7, 11, 13a ve 15 numaralı bileşikler bakterisidaldir ve bakterileri tamamen öldürmek için daha düşük konsantrasyonlar gerektirir. Buna karşılık, 6, 13b ve 14 numaralı bileşikler bakteriyostatiktir ve daha düşük konsantrasyonlarda bakteri büyümesini engelleyebilir, ancak bakterileri tamamen öldürmek için daha yüksek konsantrasyonlar gerektirir.
Genel olarak, yapı-aktivite ilişkisi analizi, önemli antibakteriyel aktivite elde etmek için akrilonitril ve antrasen kısımlarının ve heterosiklik yapıların eklenmesinin önemini vurgulamaktadır. Bu sonuçlar, bu yapısal bileşenlerin optimizasyonunun ve çözünürlüğü ve membran geçirgenliğini iyileştirmek için daha fazla modifikasyonun araştırılmasının, daha etkili MRSA karşıtı ilaçların geliştirilmesine yol açabileceğini göstermektedir.
Tüm reaktifler ve çözücüler standart prosedürler kullanılarak saflaştırıldı ve kurutuldu (El Gomhouria, Mısır). Erime noktaları GallenKamp elektronik erime noktası cihazı kullanılarak belirlendi ve düzeltme yapılmadan rapor edildi. Kızılötesi (IR) spektrumları (cm⁻1), Ain Shams Üniversitesi Fen Fakültesi Kimya Bölümü'nde, Thermo Electron Nicolet iS10 FTIR spektrometresi (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, ABD) üzerinde potasyum bromür (KBr) peletleri kullanılarak kaydedildi.
1H NMR spektrumları, GEMINI NMR spektrometresi (GEMINI Manufacturing & Engineering, Anaheim, CA, ABD) ve BRUKER 300 MHz NMR spektrometresi (BRUKER Manufacturing & Engineering, Inc.) kullanılarak 300 MHz'de elde edildi. Tetrametilsilan (TMS), döteryumlanmış dimetil sülfoksit (DMSO-d₆) ile birlikte iç standart olarak kullanıldı. NMR ölçümleri, Mısır, Giza, Kahire Üniversitesi Fen Fakültesi'nde gerçekleştirildi. Elementel analiz (CHN), Perkin-Elmer 2400 Elementel Analiz Cihazı kullanılarak yapıldı ve elde edilen sonuçlar hesaplanan değerlerle iyi bir uyum gösterdi.
3 numaralı asit (5 mmol) ve tiyonil klorür (5 ml) karışımı, 65 °C'de su banyosunda 4 saat ısıtıldı. Fazla tiyonil klorür, düşük basınç altında damıtılarak uzaklaştırıldı. Elde edilen kırmızı katı toplandı ve daha fazla saflaştırma yapılmadan kullanıldı. Erime noktası: 200-202 °C, verim: %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, heteroaromatizasyon). 13C NMR (75 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 115.11 (C≡N), 124.82–130.53 (CH antrasen), 155.34, 114.93 (CH=C–C=O), 162.22 (C=O); HRMS (ESI) m/z [M + H]+: 291.73111. Analist. C18H10ClNO (291.73) için hesaplanan değerler: C, 74.11; H, 3.46; N, 4.80. Bulunan değerler: C, 74.41; H, 3.34; N, 4.66%.
0°C'de, 4 (2 mmol, 0,7 g) susuz dioksanda (20 ml) çözüldü ve hidrazin hidrat (2 mmol, 0,16 ml, %80) damla damla eklendi ve 1 saat karıştırıldı. Çökelen katı, süzme yoluyla toplandı ve etanolde yeniden kristalleştirilerek bileşik 6 elde edildi.
Yeşil kristaller, erime noktası 190-192℃, verim %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, değiştirilebilir), 7,69-8,51 (m, 18H, heteroaromatik), 9,16 (s, 1H, CH=), 8,54 (s, 1H, CH=); C33H21N3O (475,53) için hesaplanan değer: C, 83,35; H, 4,45; N, 8,84. Bulunan: C, 84,01; H, 4.38; N, 8.05%.
4 (2 mmol, 0,7 g) maddesini 20 ml susuz dioksan çözeltisinde (birkaç damla trietilamin içeren) çözün, fenilhidrazin/2-aminopiridin (2 mmol) ekleyin ve sırasıyla 1 ve 2 saat oda sıcaklığında karıştırın. Reaksiyon karışımını buz veya suya dökün ve seyreltik hidroklorik asit ile asitlendirin. Ayrılan katıyı süzün ve etanolde yeniden kristalleştirerek 7'yi, benzende yeniden kristalleştirerek ise 8'i elde edin.
Yeşil kristaller, erime noktası 160-162℃, verim %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, değiştirilebilir), 9.15 (s, 1H, CH=), 8.81 (s, 1H, CH=), 6.78-8.58 (m, 23H, heteroaromatik); C42H26N4O2 (618.68) için hesaplanan değer: C, 81.54; H, 4.24; N, 9.06. Bulunan: C, 81.96; H, 3.91; N, 8.91%.
4 (2 mmol, 0,7 g) 20 ml susuz dioksan çözeltisinde (birkaç damla trietilamin içeren) çözüldü, 2-aminopiridin (2 mmol, 0,25 g) eklendi ve karışım oda sıcaklığında 2 saat karıştırıldı. Reaksiyon karışımı buzlu suya döküldü ve seyreltik hidroklorik asit ile asitlendirildi. Oluşan çökelti süzülerek benzen içinde yeniden kristalleştirildi ve erime noktası 146-148 °C olan ve %82,5 verimle elde edilen 8'in yeşil kristalleri elde edildi; kızılötesi spektrumu (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, değiştirilebilir), 9.14 (s, 1H, CH=), 7.36-8.55 (m, 13H, heteroaromatizasyon); C23H15N3O (348.38) için hesaplanan değerler: C, 79.07; H, 4.33; N, 12.03. Bulunan değerler: C, 78.93; H, 3.97; N, 12.36%.
Bileşik 4 (2 mmol, 0,7 g), birkaç damla trietilamin ve 2 mmol tiyoüre/semikarbazit içeren 20 ml kuru dioksanda çözüldü ve 2 saat boyunca geri akış altında ısıtıldı. Çözücü vakum altında buharlaştırıldı. Kalıntı, bir karışım elde etmek için dioksandan yeniden kristalleştirildi.