(1-(1-芳基乙基)-1H-1,2,3-三唑基-2-苯基喹啉-4-羧酸酯衍生物的合成、抗菌活性及计算机模拟研究（采用点击化学方法）

《Bioorganic Chemistry》：Synthesis, antimicrobial activity and in-silico studies of (1-(1-arylethyl)-1 H-1,2,3-triazolyl-2-phenylquinoline-4-carboxylate derivatives with click chemistry

　　新型1,2,3-三唑-2-苯基喹啉-4-羧酸衍生物合成及其抗真菌活性研究，化合物6a–s经IR、NMR和质谱表征，对黑曲霉（MIC 31.25–62.50 μg/mL）和白色念珠菌等具有显著抗菌活性，分子对接显示与CYP51B靶蛋白强结合（≤-12.0 kcal/mol），动态模拟证实结构稳定性。

　　

Santosh Hande|Abhijit Chavan|Pravin C. Mhaske|Anjali Gupta

印度大诺伊达加尔戈蒂亚斯大学基础科学学院化学与可持续发展系

摘要

合成了一系列新的(1-(1-芳基乙基)-1H-1,2,3-三唑-4-基)甲基-2-苯基喹啉-4-羧酸酯衍生物(6a–s)。通过红外光谱、核磁共振光谱和质谱对合成化合物进行了表征。研究了这些化合物对大肠杆菌(E. coli)、奇异变形杆菌(P. mirabilis)、枯草芽孢杆菌(B. subtilis)、金黄色葡萄球菌(S. aureus)、白色念珠菌(C. albicans)和黑曲霉(A. niger)的体外抗菌活性。大多数(1-(1-芳基乙基)-1H-1,2,3-三唑基-2-苯基喹啉-4-羧酸酯衍生物表现出良好的抗真菌活性。其中，9种化合物(6h、6l、6m、6n、6o、6p、6q、6r和6s)对黑曲霉表现出良好活性；6种化合物(6c、6d、6h、6k、6p和6q)对白色念珠菌的抑菌浓度(MIC)为31.25–62.50 μg/mL。化合物6l和6q对大肠杆菌具有良好活性，化合物6p对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有强效抑制作用。化合物6h和6r对枯草芽孢杆菌也表现出良好活性。化合物(1-(1-(4-氯苯基)乙基)-1H-1,2,3-三唑-4-基)甲基-6-氟-2-苯基喹啉-4-羧酸酯(6p)具有广谱抗菌活性。计算机模拟显示这些化合物与目标蛋白5FRB的结合亲和力很高(≤ ?12.0 kcal/mol)。分子对接分析表明这些化合物能与5FRB蛋白有效结合，提示它们可能抑制甾醇14-α-脱甲基酶(CYP51B)。分子动力学模拟证实，配体-蛋白复合物5FRB_6h和5FRB_6q在100纳秒的模拟过程中结构稳定。

引言

根据世界卫生组织(WHO)的报告，微生物感染——尤其是那些具有抗菌耐药性的感染——对全球健康构成了重大威胁[1,2]。由于疫情和流行病的发生，全球范围内微生物感染的风险有所增加[3]。对抗耐药微生物已成为抗击微生物感染的重点任务。WHO将开发新型抗菌药物的需求列为“中等”、“高”或“紧急”优先级，特别是针对耐药细菌和真菌[4, [5], [6]]。真菌感染是医院获得性感染的主要原因之一[7,8]。然而，由于耐药菌株的出现，现有抗真菌药物(如氟胞嘧啶和唑类药物)的效果正在下降，而两性霉素B等药物则具有较高的毒性[9,10]。

含有喹诺酮和喹啉药理结构的天然和合成化合物在过去六十年中满足了医疗需求。由于其广泛的生物活性，喹啉衍生物在药物化学领域发挥了重要作用[11,12]。许多喹啉衍生物已被开发并用作抗疟疾、抗菌、抗结核和抗癌药物[13]。对喹啉核的修饰使其表现出多种生物活性，包括抗菌[14,15]、抗疟疾[16,17]、抗结核[18, [19], [20]、抗病毒[21]、抗癌[22]和抗炎[23]作用。

在过去二十年里，三唑药理结构因其在众多生物活性先导分子中的重要作用而受到更多关注[24,25]。三唑是多种抗真菌药物(如拉伏康唑、氟康唑、伊沙康唑和伏立康唑[2])中的关键药理结构，它在新型抗真菌药物的研发中继续发挥着主导作用[26]。

最近，1,2,3-三唑核在新型药物的开发中发挥了重要作用，含有1,2,3-三唑药理结构的抗菌剂如图2所示。1,2,3-三唑衍生物还表现出多种生物活性[25,27,28]，如抗菌[29], [30], [31]、抗真菌[32,33]、抗病毒[34]、抗结核[35]、抗疟疾[36,37]、抗惊厥[38]、抗癌[40,41]、抗炎[42]、阿尔茨海默病神经保护[43,44]和抗利什曼病[45]作用。

喹啉分子有八个位置可以进行结构修饰。研究表明，在2、3、4、6和7位引入烷基、芳基、胺基、卤素、烷氧基或羧基等基团会显著影响其生物活性[46]。与喹啉结合的1,2,3-三唑化合物因其广泛的生物活性而成为潜在的先导分子。不同取代的1,2,3-三唑基喹啉表现出抗菌[47]、抗真菌[48]、抗结核[49]、抗疟疾[50]、抗疟原虫[51]、抗病毒[52]和抗癌[53]活性。文献综述显示，1-(2-氧代-2-(苯氨基)乙基)-1H-1,2,3-三唑-4-基通过羧基与喹啉连接时具有抗菌活性[54]。目前尚未报道在喹啉4位通过羧基连接(1-苯基-1H-1,2,3-三唑-4-基)的合成方法。基于我们之前关于喹啉和1,2,3-三唑衍生物合成及抗菌活性的研究，我们提出了新的1,2,3-三唑基-2-苯基喹啉-4-羧酸酯衍生物的合成方法(图3)。这些发现促使我们在喹啉的4位引入(1-(1-苯基乙基)-1H-1,2,3-三唑-4-基甲基羧基，并研究了用H、Br、Cl或F取代喹啉6位对其抗菌活性的影响。

化学部分

合成过程

(1-(1-苯基乙基)-1H-1,2,3-三唑-4-基)甲基-6-取代-2-苯基喹啉-4-羧酸酯(6a–s)是通过点击化学反应实现的，具体过程见方案1。5-取代的吲哚-2,3-二酮(1a-d)与33%氢氧化钾水溶液反应后，再与乙酰苯(2)反应生成6-取代-2-苯基喹啉-4-羧酸(3a-d)。然后，3a-d与1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC·HCl)和N,N-二甲基咪唑反应。

结论

通过prop-2-yn-1-yl 6-取代-2-苯基喹啉-4-羧酸与(1-氨基乙基)苯的点击反应，合成了19种(1-(1-芳基乙基)-1H-1,2,3-三唑-4-基)甲基-2-苯基喹啉-4-羧酸酯(6a–s)衍生物。prop-2-yn-1-yl 6-取代-2-苯基喹啉-4-羧酸(5a–d)是通过从取代的吲哚-2,3-二酮(1a–d)开始的两步反应有效合成的。对这些化合物(6a–s)进行了抗菌活性测试，结果显示它们对黑曲霉(A. niger)具有抑制作用。

化学方法

熔点测定使用Thiele管装置进行，数据未经校正。反应进程通过Merck 60 F-254硅胶薄层色谱板进行监测。红外光谱使用Agilent Cary 630 FTIR仪器记录。核磁共振光谱使用Bruker Advance III HD 500 MHz核磁共振仪记录。¹H和¹³C核磁共振光谱分别在500 MHz和125 MHz频率下记录。液相色谱-质谱/高分辨质谱数据在Bruker Impact HD质谱仪上进行分析。

作者贡献声明

Santosh Hande:撰写初稿、方法设计、实验研究。Abhijit Chavan:数据可视化、结果验证、项目管理、数据分析。Pravin C. Mhaske:撰写初稿、数据可视化、资源协调、项目管理。Anjali Gupta:审稿与编辑、实验监督、概念构思。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

作者感谢浦那Savitribai Phule大学的中央仪器设施提供的光谱分析支持。AC和PCM感谢印度政府在“Rashtriya Uchchatar Shiksha Abhiyan (RUSA 2.0)”项目下的基础设施建设支持。