Asante kwa kutembelea nature.com. Toleo la kivinjari unachotumia lina usaidizi mdogo wa CSS. Kwa matumizi bora zaidi, tunapendekeza utumie toleo jipya la kivinjari (au uzime hali ya utangamano katika Internet Explorer). Zaidi ya hayo, ili kuhakikisha usaidizi unaoendelea, tovuti hii haitajumuisha mitindo au JavaScript.
Synthon 3-(anthracen-9-yl)-2-cyanoacryloyl kloridi 4 ilitengenezwa na kutumika kutengeneza aina mbalimbali za misombo ya heterocyclic yenye nguvu sana kupitia mmenyuko wake na nyukleofili mbalimbali za nitrojeni. Muundo wa kila misombo ya heterocyclic iliyotengenezwa ulibainishwa kikamilifu kwa kutumia uchanganuzi wa spectroscopic na elemental. Kumi kati ya misombo kumi na tatu mpya ya heterocyclic ilionyesha ufanisi wa kutia moyo dhidi ya bakteria sugu kwa dawa nyingi (MRSA). Miongoni mwao, misombo 6, 7, 10, 13b, na 14 ilionyesha shughuli ya juu zaidi ya antibacterial ikiwa na maeneo ya kuzuia karibu sentimita 4. Hata hivyo, tafiti za uwekaji wa molekuli zilionyesha kuwa misombo hiyo ilikuwa na uhusiano tofauti wa kufungamana na protini ya penicillin 2a (PBP2a), shabaha muhimu ya upinzani wa MRSA. Baadhi ya misombo kama vile 7, 10 na 14 ilionyesha mshikamano wa juu zaidi wa kufungamana na utulivu wa mwingiliano katika eneo linalofanya kazi la PBP2a ikilinganishwa na ligand ya quinazolinone iliyounganishwa kwa fuwele. Kwa upande mwingine, misombo 6 na 13b ilikuwa na alama za chini za kuwekea vizimba lakini bado ilionyesha shughuli kubwa ya bakteria, huku misombo 6 ikiwa na thamani ya chini kabisa ya MIC (9.7 μg/100 μL) na MBC (78.125 μg/100 μL). Uchambuzi wa kuwekea vizimba ulionyesha mwingiliano muhimu ikiwa ni pamoja na kuunganishwa kwa hidrojeni na upangaji wa π, haswa na mabaki kama vile Lys 273, Lys 316 na Arg 298, ambayo yalitambuliwa kama yanayoingiliana na ligand iliyounganishwa katika muundo wa fuwele wa PBP2a. Mabaki haya ni muhimu kwa shughuli ya kimeng'enya ya PBP2a. Matokeo haya yanaonyesha kwamba misombo iliyosanisiwa inaweza kutumika kama dawa za kupambana na MRSA zenye matumaini, ikisisitiza umuhimu wa kuchanganya kuwekea vizimba vya molekuli na vipimo vya kibiolojia ili kubaini wagombea bora wa matibabu.
Katika miaka michache ya kwanza ya karne hii, juhudi za utafiti zililenga zaidi katika kutengeneza taratibu na mbinu mpya na rahisi za usanisi wa mifumo kadhaa bunifu ya heterocyclic yenye shughuli za antimicrobial kwa kutumia vifaa vya kuanzia vilivyopatikana kwa urahisi.
Viungo vya akrilonitrile huchukuliwa kama nyenzo muhimu za kuanzia kwa ajili ya usanisi wa mifumo mingi ya ajabu ya heterocyclic kwa sababu ni misombo yenye tendaji sana. Zaidi ya hayo, derivatives za kloridi 2-cyanoacryloyl zimetumika sana katika miaka ya hivi karibuni kwa ajili ya ukuzaji na usanisi wa bidhaa muhimu sana katika uwanja wa matumizi ya kifamasia, kama vile dawa za kati1,2,3, vitangulizi vya anti-VVU, antiviral, anticancer, antibacterial, depressant na antioxidant4,5,6,7,8,9,10. Hivi karibuni, ufanisi wa kibiolojia wa anthracene na derivatives zake, ikiwa ni pamoja na antibiotiki zao, anticancer11,12, antibacterial13,14,15 na sifa za kuua wadudu16,17, umevutia umakini mkubwa18,19,20,21. Misombo ya antimicrobial iliyo na akrilonitrile na anthracene imeonyeshwa katika Mchoro 1 na 2.
Kulingana na Shirika la Afya Duniani (WHO) (2021), upinzani dhidi ya vijidudu (AMR) ni tishio la kimataifa kwa afya na maendeleo22,23,24,25. Wagonjwa hawawezi kuponywa, na kusababisha kukaa hospitalini kwa muda mrefu na hitaji la dawa ghali zaidi, pamoja na kuongezeka kwa vifo na ulemavu. Ukosefu wa vijidudu vyenye ufanisi mara nyingi husababisha kushindwa kwa matibabu kwa maambukizi mbalimbali, haswa wakati wa chemotherapy na upasuaji mkubwa.
Kulingana na ripoti ya Shirika la Afya Duniani ya 2024, Staphylococcus aureus (MRSA) na E. coli zinazostahimili methicillin zimejumuishwa katika orodha ya vimelea vinavyopewa kipaumbele. Bakteria zote mbili zinastahimili viuavijasumu vingi, kwa hivyo zinawakilisha maambukizi ambayo ni magumu kutibu na kudhibiti, na kuna haja ya haraka ya kutengeneza misombo mipya na yenye ufanisi ya viuavijasumu ili kushughulikia tatizo hili. Anthracene na derivatives zake ni viuavijasumu vinavyojulikana ambavyo vinaweza kutenda kwa bakteria zote mbili za Gram-chanya na Gram-hasi. Lengo la utafiti huu ni kutengeneza derivative mpya ambayo inaweza kupambana na vimelea hivi ambavyo ni hatari kwa afya.
Shirika la Afya Duniani (WHO) linaripoti kwamba vimelea vingi vya bakteria vina upinzani dhidi ya viuavijasumu vingi, ikiwa ni pamoja na Staphylococcus aureus (MRSA) sugu kwa methicillin, ambayo ni chanzo cha kawaida cha maambukizi katika jamii na mazingira ya huduma za afya. Wagonjwa walio na maambukizi ya MRSA wanaripotiwa kuwa na kiwango cha juu cha vifo kwa 64% kuliko wale walio na maambukizi yanayoweza kuathiriwa na dawa. Zaidi ya hayo, E. coli inahatarisha dunia kwa sababu safu ya mwisho ya ulinzi dhidi ya Enterobacteriaceae sugu kwa carbapenem (yaani, E. coli) ni colistin, lakini bakteria sugu kwa colistin wameripotiwa hivi karibuni katika nchi kadhaa. 22,23,24,25
Kwa hivyo, kulingana na Mpango wa Kimataifa wa Utekelezaji wa Shirika la Afya Duniani kuhusu Upinzani wa Viuavijasumu26, kuna haja ya haraka ya ugunduzi na usanisi wa dawa mpya za kuua vijidudu. Uwezo mkubwa wa anthracene na acrylonitrile kama mawakala wa antibacterial27, antifungal28, anticancer29 na antioxidant30 umeangaziwa katika karatasi nyingi zilizochapishwa. Katika suala hili, inaweza kusemwa kwamba derivatives hizi ni wagombea wazuri wa matumizi dhidi ya Staphylococcus aureus (MRSA) inayostahimili methicillin.
Mapitio ya awali ya fasihi yalituchochea kutengeneza derivatives mpya katika madarasa haya. Kwa hivyo, utafiti huu ulilenga kutengeneza mifumo mipya ya heterocyclic iliyo na anthracene na acrylonitrile, kutathmini ufanisi wao wa antimicrobial na antibacterial, na kuchunguza mwingiliano wao unaowezekana wa kufungamana na protini inayofunga penicillin 2a (PBP2a) kwa kutumia kizimbani cha molekuli. Kwa kuzingatia masomo ya awali, utafiti huu uliendelea na usanisi, tathmini ya kibiolojia, na uchambuzi wa kompyuta wa mifumo ya heterocyclic ili kubaini mawakala wa kuaminika wa Staphylococcus aureus (MRSA) sugu kwa antimethicillin wenye shughuli kali ya kuzuia PBP2a31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49.
Utafiti wetu wa sasa unazingatia usanisi na tathmini ya viuavijasumu ya misombo mipya ya heterocyclic iliyo na sehemu za anthracene na acrylonitrile. 3-(anthracen-9-yl)-2-cyanoacryloyl chloride 4 ilitayarishwa na kutumika kama msingi wa ujenzi wa mifumo mipya ya heterocyclic.
Muundo wa kiwanja 4 ulibainishwa kwa kutumia data ya spektrali. Wigo wa 1H-NMR ulionyesha uwepo wa CH= katika 9.26 ppm, wigo wa IR ulionyesha uwepo wa kikundi cha kabonili katika 1737 cm−1 na kikundi cha siano katika 2224 cm−1, na wigo wa 13CNMR pia ulithibitisha muundo uliopendekezwa (tazama sehemu ya Majaribio).
Usanisi wa kloridi 4 ya 3-(anthracen-9-yl)-2-cyanoacryloyl ulikamilishwa kwa hidrolisisi ya vikundi vya aromatiki 250, 41, 42, 53 kwa kutumia myeyusho wa hidroksidi ya sodiamu ya ethanoli (10%) ili kutoa asidi 354, 45, 56, ambazo kisha zilitibiwa na kloridi ya thionyl kwenye bafu ya maji ili kutoa derivative ya kloridi ya akriloyl 4 katika mavuno mengi (88.5%), kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 3.
Ili kuunda misombo mipya ya heterocyclic yenye ufanisi unaotarajiwa wa antibacterial, mmenyuko wa acyl chloride 4 na dinucleophiles mbalimbali ulifanyika.
Kloridi ya asidi 4 ilitibiwa na hidrazini hidrati kwa 0° kwa saa moja. Kwa bahati mbaya, pyrazolone 5 haikupatikana. Bidhaa hiyo ilikuwa derivative ya acrylamide ambayo muundo wake ulithibitishwa na data ya spektri. Wigo wake wa IR ulionyesha bendi za unyonyaji za C=O kwa 1720 cm−1, C≡N kwa 2228 cm−1 na NH kwa 3424 cm−1. Wigo wa 1H-NMR ulionyesha ishara ya kubadilishana kwa protoni za olefini na protoni za NH kwa 9.3 ppm (tazama Sehemu ya Majaribio).
Mole mbili za kloridi ya asidi 4 zilifanyiwa kazi na mole moja ya phenylhydrazine ili kutoa derivative ya N-phenylacryloylhydrazine 7 katika mavuno mazuri (77%) (Mchoro 5). Muundo wa 7 ulithibitishwa na data ya spektroskopia ya infrared, ambayo ilionyesha ufyonzaji wa vikundi viwili vya C=O katika 1691 na 1671 cm−1, ufyonzaji wa kikundi cha CN katika 2222 cm−1 na ufyonzaji wa kikundi cha NH katika 3245 cm−1, na wigo wake wa 1H-NMR ulionyesha kikundi cha CH katika 9.15 na 8.81 ppm na protoni ya NH katika 10.88 ppm (tazama sehemu ya Majaribio).
Katika utafiti huu, mmenyuko wa acyl chloride 4 na 1,3-dinucleophiles ulichunguzwa. Matibabu ya acyl chloride 4 na 2-aminopyridine katika 1,4-dioxane na TEA kama msingi kwenye joto la kawaida ilitoa derivative ya acrylamide 8 (Mchoro 5), muundo wake ambao ulitambuliwa kwa kutumia data ya spektrali. Spektra za IR zilionyesha bendi za unyonyaji za cyano zilizonyooka kwa 2222 cm−1, NH kwa 3148 cm−1, na kabonili kwa 1665 cm−1; Spektra za NMR za 1H zilithibitisha uwepo wa protoni za olefini kwa 9.14 ppm (tazama Sehemu ya Majaribio).
Kiwanja 4 humenyuka na thiourea ili kutoa pyrimidinethione 9; kiwanja 4 humenyuka na thiosemicarbazide ili kutoa derivative ya thiopyrazole 10 (Mchoro 5). Miundo ya misombo 9 na 10 ilithibitishwa na uchambuzi wa spektrali na elementi (tazama sehemu ya Majaribio).
Tetrazine-3-thiol 11 ilitayarishwa kwa mmenyuko wa kiwanja 4 na thiocarbazide kama 1,4-dinucleophile (Mchoro 5), na muundo wake ulithibitishwa kwa spektroskopia na uchambuzi wa elementi. Katika wigo wa infrared, dhamana ya C=N ilionekana kwa 1619 cm−1. Wakati huo huo, wigo wake wa 1H-NMR ulihifadhi ishara za sahani nyingi za protoni zenye harufu nzuri kwa 7.78–8.66 ppm na protoni za SH kwa 3.31 ppm (tazama Sehemu ya Majaribio).
Kloridi ya akriloli 4 humenyuka na 1,2-diaminobenzene, 2-aminothiofenoli, asidi ya anthraniliki, 1,2-diaminoethane, na ethanolamine kama dinukleofili 1,4 ili kuunda mifumo mipya ya heterocyclic (13–16).
Miundo ya misombo hii iliyotengenezwa hivi karibuni ilithibitishwa kwa uchambuzi wa spektrali na elementi (tazama sehemu ya Majaribio). Derivative ya 2-Hydroxyphenylacrylamide 17 ilipatikana kwa mmenyuko na 2-aminofenoli kama dinukleofili (Mchoro 6), na muundo wake ulithibitishwa kwa uchambuzi wa spektrali na elementi. Wigo wa infrared wa kiwanja 17 ulionyesha kuwa ishara za C=O na C≡N zilionekana katika 1681 na 2226 cm−1, mtawalia. Wakati huo huo, wigo wake wa 1H-NMR ulihifadhi ishara ya singlet ya protoni ya olefin katika 9.19 ppm, na protoni ya OH ilionekana katika 9.82 ppm (tazama sehemu ya Majaribio).
Mwitikio wa kloridi ya asidi 4 na nukleofili moja (km, ethylamine, 4-toluidine, na 4-methoksianilini) katika dioksani kama kiyeyusho na TEA kama kichocheo kwenye joto la kawaida ilitoa derivatives za akrilamide za kijani kibichi 18, 19a, na 19b. Data ya elementi na ya spektrali ya misombo 18, 19a, na 19b ilithibitisha miundo ya derivatives hizi (tazama Sehemu ya Majaribio) (Mchoro 7).
Baada ya kuchunguza shughuli za viuavijasumu za misombo mbalimbali ya sintetiki, matokeo tofauti yalipatikana kama inavyoonyeshwa kwenye Jedwali 1 na Mchoro 8 (tazama faili la mchoro). Misombo yote iliyojaribiwa ilionyesha viwango tofauti vya kizuizi dhidi ya bakteria ya Gram-chanya MRSA, huku bakteria ya Gram-hasi Escherichia coli ilionyesha upinzani kamili kwa misombo yote. Misombo iliyojaribiwa inaweza kugawanywa katika makundi matatu kulingana na kipenyo cha eneo la kizuizi dhidi ya MRSA. Jamii ya kwanza ilikuwa inayofanya kazi zaidi na ilikuwa na misombo mitano (6, 7, 10, 13b na 14). Kipenyo cha eneo la kizuizi cha misombo hii kilikuwa karibu na sm 4; misombo inayofanya kazi zaidi katika kategoria hii ilikuwa misombo 6 na 13b. Jamii ya pili ilikuwa na shughuli za wastani na ilikuwa na misombo mingine mitano (11, 13a, 15, 18 na 19a). Eneo la kizuizi cha misombo hii lilikuwa kati ya sm 3.3 hadi 3.65, huku misombo 11 ikionyesha eneo kubwa zaidi la kizuizi cha sm 3.65 ± 0.1. Kwa upande mwingine, kundi la mwisho lilikuwa na misombo mitatu (8, 17 na 19b) yenye shughuli ya chini kabisa ya antimicrobial (chini ya sentimita 3). Mchoro 9 unaonyesha usambazaji wa maeneo tofauti ya kuzuia.
Uchunguzi zaidi wa shughuli za viuavijasumu za misombo iliyojaribiwa ulihusisha kubaini MIC na MBC kwa kila kiwanja. Matokeo yalitofautiana kidogo (kama inavyoonyeshwa kwenye Jedwali 2, 3 na Mchoro 10 (tazama faili ya mchoro)), huku misombo 7, 11, 13a na 15 ikionekana kuainishwa upya kama misombo bora zaidi. Zilikuwa na thamani sawa za chini kabisa za MIC na MBC (39.06 μg/100 μL). Ingawa misombo 7 na 8 zilikuwa na thamani za chini za MIC (9.7 μg/100 μL), thamani zao za MBC zilikuwa za juu zaidi (78.125 μg/100 μL). Kwa hivyo, zilizingatiwa kuwa dhaifu kuliko misombo iliyotajwa hapo awali. Hata hivyo, misombo hii sita ilikuwa na ufanisi zaidi kati ya ile iliyojaribiwa, kwani thamani zao za MBC zilikuwa chini ya 100 μg/100 μL.
Misombo (10, 14, 18 na 19b) haikuwa na nguvu nyingi ikilinganishwa na misombo mingine iliyojaribiwa kwani thamani zake za MBC zilikuwa kati ya 156 hadi 312 μg/100 μL. Kwa upande mwingine, misombo (8, 17 na 19a) haikuwa na matumaini makubwa kwani ilikuwa na thamani za juu zaidi za MBC (625, 625 na 1250 μg/100 μL, mtawalia).
Hatimaye, kulingana na viwango vya uvumilivu vilivyoonyeshwa katika Jedwali la 3, misombo iliyojaribiwa inaweza kugawanywa katika makundi mawili kulingana na aina ya utendaji wao: misombo yenye athari ya kuua bakteria (7, 8, 10, 11, 13a, 15, 18, 19b) na misombo yenye athari ya kuua bakteria (6, 13b, 14, 17, 19a). Miongoni mwao, misombo 7, 11, 13a na 15 hupendelewa, ambayo huonyesha shughuli ya kuua kwa kiwango cha chini sana (39.06 μg/100 μL).
Misombo kumi kati ya kumi na tatu iliyojaribiwa ilionyesha uwezo dhidi ya Staphylococcus aureus (MRSA) inayostahimili viuavijasumu sugu kwa methicillin. Kwa hivyo, uchunguzi zaidi na vimelea sugu zaidi kwa viuavijasumu (hasa vijidudu vya ndani vinavyofunika bakteria wa Gram-chanya na Gram-hasi) na chachu ya viuavijasumu unapendekezwa, pamoja na upimaji wa sumu kwa kila kiwanja ili kutathmini usalama wake.
Uchunguzi wa uwekaji wa molekuli ulifanywa ili kutathmini uwezo wa misombo iliyotengenezwa kama vizuizi vya protini 2a inayofunga penicillin (PBP2a) katika Staphylococcus aureus (MRSA) inayostahimili methicillin. PBP2a ni kimeng'enya muhimu kinachohusika katika uundaji wa ukuta wa seli za bakteria, na kizuizi cha kimeng'enya hiki huingilia uundaji wa ukuta wa seli, na hatimaye kusababisha uundaji wa bakteria na kifo cha seli1. Matokeo ya uwekaji wa misombo yameorodheshwa katika Jedwali la 4 na kuelezewa kwa undani zaidi katika faili ya data ya ziada, na matokeo yanaonyesha kuwa misombo kadhaa ilionyesha mshikamano mkubwa wa ufungaji kwa PBP2a, haswa mabaki muhimu ya tovuti inayofanya kazi kama vile Lys 273, Lys 316, na Arg 298. Mwingiliano, ikiwa ni pamoja na ufungaji wa hidrojeni na upangaji wa π, ulikuwa sawa sana na ule wa ligand ya quinazolinone iliyounganishwa (CCL) pamoja, ikionyesha uwezo wa misombo hii kama vizuizi vikali.
Data ya uwekaji wa molekuli, pamoja na vigezo vingine vya hesabu, ilipendekeza kwa nguvu kwamba kizuizi cha PBP2a kilikuwa utaratibu muhimu unaohusika na shughuli ya bakteria iliyoonekana ya misombo hii. Alama za uwekaji na thamani za mzizi wa wastani wa mraba (RMSD) zilifunua zaidi mshikamano na uthabiti wa kufungamana, zikiunga mkono dhana hii. Kama inavyoonyeshwa katika Jedwali la 4, ingawa misombo kadhaa ilionyesha mshikamano mzuri wa kufungamana, baadhi ya misombo (km, 7, 9, 10, na 14) ilikuwa na alama za juu za uwekaji wa kufungamana kuliko ligandi iliyounganishwa kwa fuwele, ikionyesha kwamba zinaweza kuwa na mwingiliano mkubwa zaidi na mabaki ya tovuti inayofanya kazi ya PBP2a. Hata hivyo, misombo inayofanya kazi zaidi ya kibiolojia 6 na 13b ilionyesha alama za uwekaji wa kufungamana za chini kidogo (-5.98 na -5.63, mtawalia) ikilinganishwa na ligandi zingine. Hii inaonyesha kwamba ingawa alama za uwekaji wa kufungamana zinaweza kutumika kutabiri mshikamano wa kufungamana, mambo mengine (km, uthabiti wa ligandi na mwingiliano wa molekuli katika mazingira ya kibiolojia) pia yana jukumu muhimu katika kubaini shughuli za bakteria. Ikumbukwe kwamba thamani za RMSD za misombo yote iliyotengenezwa zilikuwa chini ya 2 Å, ikithibitisha kwamba mkao wao wa kuwekea gati unaendana kimuundo na umbo la kufungamana la ligandi iliyounganishwa, na hivyo kuunga mkono zaidi uwezo wao kama vizuizi vikali vya PBP2a.
Ingawa alama za kuwekea vizimba na thamani za RMS hutoa utabiri muhimu, uhusiano kati ya matokeo haya ya kuwekea vizimba na shughuli za kuua vijidudu si wazi kila wakati mwanzoni. Ingawa kizuizi cha PBP2a kinaungwa mkono sana kama sababu muhimu inayoathiri shughuli za kuua vijidudu, tofauti kadhaa zinaonyesha kwamba sifa zingine za kibiolojia pia zina jukumu muhimu. Misombo 6 na 13b zilionyesha shughuli ya juu zaidi ya kuua vijidudu, ikiwa na kipenyo cha eneo la kizuizi cha sentimita 4 na thamani ya chini kabisa ya MIC (9.7 μg/100 μL) na MBC (78.125 μg/100 μL), licha ya alama zao za chini za kuwekea vizimba ikilinganishwa na misombo 7, 9, 10 na 14. Hii inaonyesha kwamba ingawa kizuizi cha PBP2a huchangia shughuli za kuua vijidudu, mambo kama vile umumunyifu, upatikanaji wa bioavailability na mienendo ya mwingiliano katika mazingira ya bakteria pia huathiri shughuli kwa ujumla. Mchoro 11 unaonyesha mkao wao wa kuwekea vizimba, ikionyesha kwamba misombo yote miwili, hata ikiwa na alama za chini za kufungamana, bado inaweza kuingiliana na mabaki muhimu ya PBP2a, ikiwezekana kuleta utulivu wa tata ya kizuizi. Hii inaangazia kwamba ingawa uwekaji wa molekuli hutoa maarifa muhimu kuhusu kizuizi cha PBP2a, vipengele vingine vya kibiolojia lazima vizingatiwe ili kuelewa kikamilifu athari halisi za viuavijasumu za misombo hii.
Kwa kutumia muundo wa fuwele wa PBP2a (Kitambulisho cha PDB: 4CJN), ramani za mwingiliano wa 2D na 3D za misombo inayofanya kazi zaidi 6 na 13b zilizowekwa kwenye kizimba cha protini 2a inayofunga penicillin (PBP2a) ya Staphylococcus aureus (MRSA) inayostahimili methicillin zilijengwa. Ramani hizi zinalinganisha mifumo ya mwingiliano wa misombo hii na ligandi ya quinazolinone iliyounganishwa tena (CCL), zikiangazia mwingiliano muhimu kama vile kuunganisha hidrojeni, upangaji wa π, na mwingiliano wa ioni.
Muundo kama huo ulionekana kwa kiwanja 7, ambacho kilionyesha alama ya juu ya kuwekea (-6.32) na kipenyo sawa cha eneo la kizuizi (3.9 cm) na kiwanja 10. Hata hivyo, MIC yake (39.08 μg/100 μL) na MBC (39.06 μg/100 μL) zilikuwa za juu zaidi, ikionyesha kwamba ilihitaji viwango vya juu zaidi ili kuonyesha athari ya bakteria. Hii inaonyesha kwamba ingawa kiwanja 7 kilionyesha mshikamano mkubwa wa kufungamana katika tafiti za kuwekea, mambo kama vile upatikanaji wa bioavailability, ufyonzaji wa seli, au sifa zingine za kifizikia zinaweza kupunguza ufanisi wake wa kibiolojia. Ingawa kiwanja 7 kilionyesha sifa za kuua bakteria, haikuwa na ufanisi mkubwa katika kuzuia ukuaji wa bakteria ikilinganishwa na misombo 6 na 13b.
Kiwanja 10 kilionyesha tofauti kubwa zaidi huku alama ya juu zaidi ya kufunga (-6.40), ikionyesha mshikamano mkubwa wa kufungamana na PBP2a. Hata hivyo, eneo lake la kipenyo cha kizuizi (3.9 cm) lililinganishwa na kiwanja 7, na MBC yake (312 μg/100 μL) ilikuwa kubwa zaidi kuliko kiwanja 6, 7, na 13b, ikionyesha shughuli dhaifu ya kuua bakteria. Hii inaonyesha kwamba licha ya utabiri mzuri wa kufunga, kiwanja 10 hakikuwa na ufanisi mkubwa katika kuua MRSA kutokana na mambo mengine yanayozuia kama vile umumunyifu, uthabiti, au upenyezaji duni wa utando wa bakteria. Matokeo haya yanaunga mkono uelewa kwamba ingawa kizuizi cha PBP2a kina jukumu muhimu katika shughuli za kuua bakteria, hakielezi kikamilifu tofauti katika shughuli za kibiolojia zilizoonekana miongoni mwa misombo iliyojaribiwa. Tofauti hizi zinaonyesha kwamba uchambuzi zaidi wa majaribio na tathmini za kina za kibiolojia zinahitajika ili kufafanua kikamilifu mifumo ya kuua bakteria inayohusika.
Ufungashaji wa molekuli husababisha Jedwali la 4 na Faili ya Data ya Ziada kuonyesha uhusiano tata kati ya alama za ufungashaji na shughuli za antimicrobial. Ingawa misombo 6 na 13b zina alama za ufungashaji chini kuliko misombo 7, 9, 10, na 14, zinaonyesha shughuli ya juu zaidi ya antimicrobial. Ramani zao za mwingiliano (zinazoonyeshwa kwenye Mchoro 11) zinaonyesha kwamba licha ya alama zao za chini za ufungashaji, bado huunda vifungo muhimu vya hidrojeni na mwingiliano wa π-stacking na mabaki muhimu ya PBP2a ambayo yanaweza kuimarisha tata ya kizuizi cha vimeng'enya kwa njia yenye manufaa ya kibiolojia. Licha ya alama za chini za ufungashaji za 6 na 13b, shughuli zao zilizoimarishwa za antimicrobial zinaonyesha kwamba sifa zingine kama vile umumunyifu, uthabiti, na ufyonzaji wa seli zinapaswa kuzingatiwa pamoja na data ya ufungashaji wakati wa kutathmini uwezo wa vizuizi. Hii inaangazia umuhimu wa kuchanganya tafiti za ufungashaji na uchambuzi wa majaribio wa antimicrobial ili kutathmini kwa usahihi uwezo wa matibabu wa misombo mipya.
Matokeo haya yanaangazia kwamba ingawa uwekaji wa molekuli ni zana yenye nguvu ya kutabiri mshikamano wa kufungamana na kutambua mifumo inayowezekana ya kizuizi, haipaswi kutegemewa pekee ili kubaini ufanisi wa antimicrobial. Data ya molekuli inaonyesha kwamba kizuizi cha PBP2a ni jambo muhimu linaloathiri shughuli za antimicrobial, lakini mabadiliko katika shughuli za kibiolojia yanaonyesha kwamba sifa zingine za kifizikia na kifamasia lazima ziboreshwe ili kuongeza ufanisi wa matibabu. Masomo ya baadaye yanapaswa kuzingatia kuboresha muundo wa kemikali wa misombo 7 na 10 ili kuboresha upatikanaji wa bioavailability na ufyonzaji wa seli, kuhakikisha kwamba mwingiliano mkubwa wa uwekaji unatafsiriwa kuwa shughuli halisi ya antimicrobial. Masomo zaidi, ikiwa ni pamoja na uchunguzi wa ziada wa bioavailability na uchambuzi wa uhusiano wa muundo-shughuli (SAR), yatakuwa muhimu ili kuongeza uelewa wetu wa jinsi misombo hii inavyofanya kazi kama vizuizi vya PBP2a na kutengeneza mawakala bora zaidi wa antimicrobial.
Misombo iliyotengenezwa kutoka kloridi 3-(anthracen-9-yl)-2-cyanoacryloyl 4 ilionyesha viwango tofauti vya shughuli za antimicrobial, huku misombo kadhaa ikionyesha kizuizi kikubwa cha Staphylococcus aureus (MRSA) inayostahimili methicillin. Uchambuzi wa uhusiano wa muundo-shughuli (SAR) ulifunua sifa muhimu za kimuundo zinazosababisha ufanisi wa antimicrobial wa misombo hii.
Uwepo wa vikundi vya acrylonitrile na anthracene ulithibitika kuwa muhimu kwa kuongeza shughuli za antimicrobial. Kundi la nitrile lenye tendaji kubwa katika acrylonitrile ni muhimu ili kurahisisha mwingiliano na protini za bakteria, na hivyo kuchangia sifa za antimicrobial za kiwanja hicho. Misombo yenye acrylonitrile na anthracene ilionyesha mara kwa mara athari kubwa za antimicrobial. Unukia wa kikundi cha anthracene uliimarisha zaidi misombo hii, na hivyo kuongeza shughuli zao za kibiolojia.
Kuanzishwa kwa pete za heterocyclic kuliboresha kwa kiasi kikubwa ufanisi wa antibacterial wa derivatives kadhaa. Hasa, derivative ya benzothiazole 13b na derivative ya acrylhydrazide 6 zilionyesha shughuli ya juu zaidi ya antibacterial yenye eneo la kizuizi cha takriban sentimita 4. Derivatives hizi za heterocyclic zilionyesha athari kubwa zaidi za kibiolojia, ikionyesha kwamba muundo wa heterocyclic una jukumu muhimu katika athari za antibacterial. Vile vile, pyrimidinethione katika kiwanja 9, thiopyrazole katika kiwanja 10, na pete ya tetrazine katika kiwanja 11 zilichangia sifa za antibacterial za misombo, na kusisitiza zaidi umuhimu wa marekebisho ya heterocyclic.
Miongoni mwa misombo iliyotengenezwa, 6 na 13b zilijitokeza kwa shughuli zao bora za antibacterial. Kiwango cha chini kabisa cha kuzuia (MIC) cha kiwanja 6 kilikuwa 9.7 μg/100 μL, na kiwango cha chini kabisa cha bakteria (MBC) kilikuwa 78.125 μg/100 μL, ikionyesha uwezo wake bora wa kuondoa Staphylococcus aureus (MRSA) inayostahimili methicillin. Vile vile, kiwanja 13b kilikuwa na eneo la kuzuia la sentimita 4 na thamani za chini za MIC na MBC, ikithibitisha shughuli yake kubwa ya antibacterial. Matokeo haya yanaangazia majukumu muhimu ya vikundi vya utendaji kazi vya acrylohydrazide na benzothiazole katika kubaini ufanisi wa kibiolojia wa misombo hii.
Kwa upande mwingine, misombo 7, 10, na 14 ilionyesha shughuli ya wastani ya bakteria yenye maeneo ya kuzuia kuanzia 3.65 hadi 3.9 cm. Misombo hii ilihitaji viwango vya juu zaidi ili kuua kabisa bakteria, kama inavyoonyeshwa na thamani zao za juu za MIC na MBC. Ingawa misombo hii haikuwa na kazi nyingi kuliko misombo 6 na 13b, bado ilionyesha uwezo mkubwa wa bakteria, ikidokeza kwamba kuingizwa kwa sehemu za acrylonitrile na anthracene kwenye pete ya heterocyclic huchangia athari zao za bakteria.
Misombo hii ina njia tofauti za utendaji, baadhi inaonyesha sifa za kuua bakteria na zingine zinaonyesha athari za bakteria. Misombo 7, 11, 13a, na 15 ni ya kuua bakteria na inahitaji viwango vya chini ili kuua bakteria kabisa. Kwa upande mwingine, misombo 6, 13b, na 14 ni ya kuua bakteria na inaweza kuzuia ukuaji wa bakteria kwa viwango vya chini, lakini inahitaji viwango vya juu ili kuua bakteria kabisa.
Kwa ujumla, uchanganuzi wa uhusiano wa muundo-shughuli unaangazia umuhimu wa kuanzisha sehemu za akrilonitrile na anthracene na miundo ya heterocyclic ili kufikia shughuli muhimu ya antibacterial. Matokeo haya yanaonyesha kwamba uboreshaji wa vipengele hivi vya kimuundo na uchunguzi wa marekebisho zaidi ili kuboresha umumunyifu na upenyezaji wa utando kunaweza kusababisha maendeleo ya dawa bora zaidi za kupambana na MRSA.
Vitendanishi na miyeyusho yote ilisafishwa na kukaushwa kwa kutumia taratibu za kawaida (El Gomhouria, Misri). Sehemu za kuyeyuka zilibainishwa kwa kutumia kifaa cha kielektroniki cha kiwango cha kuyeyuka cha GallenKamp na ziliripotiwa bila marekebisho. Spektra ya infrared (IR) (cm⁻1) ilirekodiwa katika Idara ya Kemia, Kitivo cha Sayansi, Chuo Kikuu cha Ain Shams kwa kutumia chembechembe za potasiamu bromidi (KBr) kwenye spktromita ya Thermo Electron Nicolet iS10 FTIR (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, Marekani).
Spektra za NMR za 1H zilipatikana kwa 300 MHz kwa kutumia spektromita ya GEMINI NMR (GEMINI Manufacturing & Engineering, Anaheim, CA, Marekani) na spektromita ya NMR ya BRUKER 300 MHz (BRUKER Manufacturing & Engineering, Inc.). Tetramethylsilane (TMS) ilitumika kama kiwango cha ndani chenye dimethyl sulfoxide iliyosafishwa (DMSO-d₆). Vipimo vya NMR vilifanywa katika Kitivo cha Sayansi, Chuo Kikuu cha Cairo, Giza, Misri. Uchambuzi wa elementi (CHN) ulifanywa kwa kutumia Perkin-Elmer 2400 Elemental Analyzer na matokeo yaliyopatikana yanakubaliana vyema na thamani zilizohesabiwa.
Mchanganyiko wa asidi 3 (5 mmol) na kloridi ya thionyl (5 ml) ulipashwa moto katika umwagaji wa maji kwa joto la 65 °C kwa saa 4. Kloridi ya thionyl iliyozidi iliondolewa kwa kunereka chini ya shinikizo lililopunguzwa. Chumvi nyekundu iliyotokana ilikusanywa na kutumika bila utakaso zaidi. Kiwango cha kuyeyuka: 200-202 °C, mavuno: 88.5%. IR (KBr, ν, cm−1): 2224 (C≡N), 1737 (C=O). 1H-NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 9.26 (s, 1H, CH=), 7.27-8.57 (m, 9H, heteroaromatization). 13C NMR (75 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 115.11 (C≡N), 124.82–130.53 (CH anthracene), 155.34, 114.93 (CH=C–C=O), 162.22 (C=O); HRMS (ESI) m/z [M + H]+: 291.73111. Mchambuzi. Imehesabiwa kwa C18H10ClNO (291.73): C, 74.11; H, 3.46; N, 4.80. Imepatikana: C, 74.41; H, 3.34; N, 4.66%.
Katika 0°C, 4 (2 mmol, 0.7 g) iliyeyushwa katika dioksani isiyo na maji (20 ml) na hidrazini hidrati (2 mmol, 0.16 ml, 80%) iliongezwa kwa njia ya matone na kukorogwa kwa saa 1. Kioevu kilichowekwa kwenye maji kilikusanywa kwa kuchujwa na kutengenezwa upya kutoka kwa ethanoli ili kutoa kiwanja 6.
Fuwele za kijani, kiwango cha kuyeyuka 190-192℃, mavuno 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, inayoweza kubadilishwa), 7.69-8.51 (m, 18H, heteroaromatic), 9.16 (s, 1H, CH=), 8.54 (s, 1H, CH=); Thamani iliyohesabiwa kwa C33H21N3O (475.53): C, 83.35; H, 4.45; N, 8.84. Imepatikana: C, 84.01; H, 4.38; N, 8.05%.
Futa 4 (mililita 2, 0.7 g) katika mililita 20 za mchanganyiko wa dioksani isiyo na maji (iliyo na matone machache ya triethylamine), ongeza phenylhydrazine/2-aminopyridine (mililita 2) na koroga kwenye joto la kawaida kwa saa 1 na 2, mtawalia. Mimina mchanganyiko wa mmenyuko kwenye barafu au maji na uongeze asidi kwa asidi hidrokloriki iliyopunguzwa. Chuja kigumu kilichotenganishwa na urudishe tena kutoka kwa ethanoli ili kupata 7 na urudishe tena kutoka kwa benzini ili kupata 8.
Fuwele za kijani, kiwango cha kuyeyuka 160-162℃, hutoa 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, inayoweza kubadilishwa), 9.15 (s, 1H, CH=), 8.81 (s, 1H, CH=), 6.78-8.58 (m, 23H, heteroaromatic); Thamani iliyohesabiwa kwa C42H26N4O2 (618.68): C, 81.54; H, 4.24; N, 9.06. Imepatikana: C, 81.96; H, 3.91; N, 8.91%.
4 (2 mmol, 0.7 g) iliyeyushwa katika mililita 20 za myeyusho wa dioksani isiyo na maji (iliyo na matone machache ya triethylamine), 2-aminopyridine (2 mmol, 0.25 g) iliongezwa na mchanganyiko huo ulikorogwa kwenye joto la kawaida kwa saa 2. Mchanganyiko wa mmenyuko ulimwagwa ndani ya maji ya barafu na kutiwa asidi na asidi hidrokloriki iliyopunguzwa. Mtiririko ulioundwa ulichujwa na kutengenezwa upya kutoka kwa benzeni, na kutoa fuwele za kijani za 8 zenye kiwango cha kuyeyuka cha 146-148 °C na mavuno ya 82.5%; wigo wa infrared (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, inayoweza kubadilishwa), 9.14 (s, 1H, CH=), 7.36-8.55 (m, 13H, uundaji wa harufu ya heteroaromatization); Imehesabiwa kwa C23H15N3O (348.38): C, 79.07; H, 4.33; N, 12.03. Imepatikana: C, 78.93; H, 3.97; N, 12.36%.
Kiwanja 4 (2 mmol, 0.7 g) kiliyeyushwa katika mililita 20 za dioksani kavu (yenye matone machache ya triethylamine na mililita 2 za thiourea/semicarbazide) na kupashwa moto chini ya reflux kwa saa 2. Kiyeyusho kilivukizwa kwenye utupu. Mabaki yalibadilishwa kuwa fuwele kutoka kwa dioksani ili kutoa mchanganyiko.