DOI: https://doi.org/10.1016/j.jics.2025.101591
تاريخ النشر: 2025-01-23
المؤلف: Erbay Kalay وآخرون
الموضوع الرئيسي: المستشعرات الجزيئية واكتشاف الأيونات
نظرة عامة
في هذه الدراسة، تم تخليق جزيئين جديدين من مشتقات الرودانين، (E)-2-(5-(4-(((2,5-ثنائي كلوروفينيل)سلفونيل)أوكسي)بنزيليدين)-4-أوكسي-2-ثيوكثيازوليدين-3-يل)حمض الأسيتيك (3) و(E)-2-(5-(4-(((4-بروموفينيل)سلفونيل)أوكسي)بنزيليدين)-4-أوكسي-2-ثيوكثيازوليدين-3-يل)حمض الأسيتيك (4)، وتمت دراستها وتوصيفها باستخدام تقنيات طيفية متنوعة، بما في ذلك 1H-NMR، 13C-NMR، FT-IR، وQ-TOF. تم تقييم خصائص المستشعر لهذه المشتقات من خلال طرق الجهد الكهربائي، حيث عملت كمستقبلات في مستشعرات أغشية البوليمر. من بين المستشعرات المطورة، أظهر المستشعر IX انتقائية أعلى بكثير لأيونات Cu²⁺ مقارنة بالمستشعر II، حيث أظهرت كلا المستشعرين استجابات خطية ونيرستية عبر نطاق تركيز من \(1.0 \times 10^{-1}\) إلى \(1.0 \times 10^{-5}\) مول L⁻¹. وُجدت حدود الكشف لتكون \(9.77 \times 10^{-6}\) مول L⁻¹ للمستقبل 3 و\(9.36 \times 10^{-6}\) مول L⁻¹ للمستقبل 4، مع أوقات استجابة تبلغ 10 ثوانٍ و5 ثوانٍ، على التوالي. حافظ كلا المستشعرين على وظيفتهما عبر نطاق pH من 4.0 إلى 10.0 وأظهرا معدلات استرداد عالية في تطبيقات العينات الحقيقية.
بالإضافة إلى ذلك، تم تقييم التأثيرات المضادة للميكروبات للجزيئات التي تم تخليقها ضد ستة أنواع من البكتيريا، مما كشف أنها منعت نمو بعض البكتيريا بينما لم تظهر أي تأثير على أخرى. تسلط هذه الدراسة الضوء على إمكانيات مشتقات الرودانين التي تم تخليقها كمستقبلات فعالة في المستشعرات الجهدية وخصائصها المضادة للميكروبات الانتقائية، مما يمهد الطريق لدراسات مستقبلية في هذه المجالات.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على إمكانيات التعديل الكيميائي المتنوعة للرودانين (2-ثيوكثيازوليدين-4-ون)، خاصة من خلال استبدالات N-3 و”الميثيلين النشط” C-5، مما يؤدي إلى مجموعة متنوعة من المركبات النشطة بيولوجيًا. لقد حظيت مشتقات حمض الرودانين-3-الأسيتيك باهتمام كبير بسبب أنشطتها البيولوجية المتنوعة، بما في ذلك الخصائص المضادة للفطريات، والمبيدات الحشرية، ومضادات السرطان، والمضادات الميكروبية. ومن الجدير بالذكر أن هذه المشتقات أظهرت تأثيرات مثبطة للنمو ضد مسببات الأمراض مثل المتفطرة السلية وStaphylococcus aureus المقاومة للميثيسيلين. تعزز قدرة نواة الرودانين على تشكيل معقدات مع أيونات المعادن من فائدتها في التطبيقات المتعلقة بالكشف عن المعادن الثقيلة.
تناقش هذه الفقرة أيضًا مزايا المستشعرات الجهدية الانتقائية للأيونات، التي تقدم بديلاً أبسط وأقل تكلفة للطرق التحليلية التقليدية لمراقبة مختلف المحللات عبر مجالات متعددة، بما في ذلك الرعاية الصحية ورصد البيئة. تركز الدراسة الحالية على تخليق وتوصيف مشتقتين جديدتين من الرودانين، وهما (E)-2-(5-(4-(((2,5-ثنائي كلوروفينيل)سلفونيل)أوكسي)بنزيليدين)-4-أوكسي-2-ثيوكثيازوليدين-3-يل)حمض الأسيتيك و(E)-2-(5-(4-(((4-بروموفينيل)سلفونيل)أوكسي)بنزيليدين)-4-أوكسي-2-ثيوكثيازوليدين-3-يل)حمض الأسيتيك. تم تقييم إمكانيتهما كمواد مستشعرات باستخدام الجهد الكهربائي، وتم تقييم أنشطتهما المضادة للميكروبات من خلال اختبار حساسية انتشار قرص كيربي-باور ضد أنواع مختلفة من البكتيريا.
طرق
تحدد فقرة “الطرق” الإجراءات التجريبية المستخدمة في الدراسة. توضح تصميم التجارب، بما في ذلك اختيار المواد، وإعداد الأجهزة، والبروتوكولات المتبعة لضمان القابلية للتكرار والدقة. يتم إيلاء اهتمام خاص للمتغيرات الضابطة والأساليب الإحصائية المستخدمة في تحليل البيانات، والتي تعتبر حاسمة للتحقق من النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، تصف الفقرة تقنيات أخذ العينات والمعايير المستخدمة لاختيار المشاركين، مما يضمن أن النتائج تمثل السكان الأوسع. تم تصميم المنهجيات لتقليل التحيز وتعزيز موثوقية النتائج، مما يدعم الاستنتاجات العامة المستخلصة من البحث.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم تخليق جزيئين جديدين من مشتقات الرودانين (3 و4) وتوصيفهما باستخدام تقنيات طيفية متنوعة، بما في ذلك NMR، IR، وقياس الطيف الكتلي. شملت عملية التخليق بروتوكولًا من خطوة واحدة ينتج حمض الرودانين-3-الأسيتيك، الذي تم التفاعل معه لاحقًا مع بنزالدهيدات تحتوي على سلفونات لإنتاج المركبات المستهدفة بعوائد بلغت 74% و70%، على التوالي. تم استخدام الجزيئات التي تم تخليقها لاحقًا كمستقبلات في تطوير مستشعرات جهدية، والتي أظهرت انتقائية لأيونات Cu(II). احتوت التركيبات المثلى للمستشعرات على نسب محددة من المستقبل، PVC، مادة بلاستيكية، ومستبعدات الأنيون، حيث أظهر المستشعر IX أداءً متفوقًا من حيث الانتقائية، ووقت الاستجابة، والثبات عبر نطاق pH من 4.0-10.0.
بالإضافة إلى ذلك، تم تقييم النشاط المضاد للميكروبات للمركبات التي تم تخليقها ضد ستة أنواع من البكتيريا باستخدام طريقة انتشار القرص. أظهر الجزيء 3 تأثيرات مثبطة كبيرة على Acinetobacter baumannii، Proteus mirabilis، وStaphylococcus aureus، متفوقًا على المضادات الحيوية القياسية مثل البنسلين G والفانكومايسين ضد بعض السلالات. كان الجزيء 4 فعالًا بشكل خاص ضد E. coli وProteus mirabilis. تشير هذه النتائج إلى أن مشتقات الرودانين التي تم تخليقها تمتلك إمكانيات واعدة كمستشعرات وخصائص مضادة للميكروبات، مما يمهد الطريق لأبحاث مستقبلية في التطبيقات التحليلية والعلاجية.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.jics.2025.101591
Publication Date: 2025-01-23
Author(s): Erbay Kalay et al.
Primary Topic: Molecular Sensors and Ion Detection
Overview
In this study, two novel rhodanine derivative molecules, (E)-2-(5-(4-(((2,5-dichlorophenyl)sulfonyl)oxy)benzylidene)-4-oxo-2-thioxothiazolidin-3-yl)acetic acid (3) and (E)-2-(5-(4-(((4-bromophenyl)sulfonyl)oxy)benzylidene)-4-oxo-2-thioxothiazolidin-3-yl)acetic acid (4), were synthesized and characterized using various spectroscopic techniques, including 1H-NMR, 13C-NMR, FT-IR, and Q-TOF. The sensor properties of these derivatives were evaluated through potentiometric methods, where they served as ionophores in polymer membrane sensors. Among the sensors developed, Sensor IX demonstrated significantly higher selectivity for Cu²⁺ ions compared to Sensor II, with both sensors exhibiting linear and Nernstian responses across a concentration range of \(1.0 \times 10^{-1}\) to \(1.0 \times 10^{-5}\) mol L⁻¹. The detection limits were found to be \(9.77 \times 10^{-6}\) mol L⁻¹ for ionophore 3 and \(9.36 \times 10^{-6}\) mol L⁻¹ for ionophore 4, with response times of 10 seconds and 5 seconds, respectively. Both sensors maintained functionality across a pH range of 4.0 to 10.0 and demonstrated high recovery rates in real sample applications.
Additionally, the antimicrobial effects of the synthesized molecules were assessed against six bacterial species, revealing that they inhibited the growth of certain bacteria while showing no effect on others. This research highlights the potential of the synthesized rhodanine derivatives as effective ionophores in potentiometric sensors and their selective antimicrobial properties, laying the groundwork for future studies in these areas.
Introduction
The introduction highlights the versatile chemical modification potential of rhodanine (2-thioxothiazolidin-4-one), particularly through N-3 and “active methylene” C-5 substitutions, leading to a variety of bioactive compounds. Rhodanine-3-acetic acid derivatives have garnered significant attention due to their diverse biological activities, including antifungal, pesticidal, anticancer, and antimicrobial properties. Notably, these derivatives have demonstrated growth inhibitory effects against pathogens such as Mycobacterium tuberculosis and methicillin-resistant Staphylococcus aureus. The rhodanine core’s ability to chelate metal ions enhances its utility in applications involving heavy metal detection.
The section further discusses the advantages of potentiometric ion-selective sensors, which offer a simpler, cost-effective alternative to traditional analytical methods for monitoring various analytes across multiple fields, including healthcare and environmental monitoring. The present study focuses on the synthesis and characterization of two novel rhodanine derivatives, specifically (E)-2-(5-(4-(((2,5-dichlorophenyl)sulfonyl)oxy)benzylidene)-4-oxo-2-thioxothiazolidin-3-yl)acetic acid and (E)-2-(5-(4-(((4-bromophenyl)sulfonyl)oxy)benzylidene)-4-oxo-2-thioxothiazolidin-3-yl)acetic acid. Their potential as sensor materials was evaluated using potentiometry, and their antimicrobial activities were assessed through the Kirby-Bauer Disk Diffusion Susceptibility Test against various bacterial species.
Methods
The “Methods” section outlines the experimental procedures employed in the study. It details the design of the experiments, including the selection of materials, the setup of apparatus, and the protocols followed to ensure reproducibility and accuracy. Specific attention is given to the control variables and the statistical methods used for data analysis, which are crucial for validating the findings.
Additionally, the section describes the sampling techniques and the criteria for participant selection, ensuring that the results are representative of the broader population. The methodologies are designed to minimize bias and enhance the reliability of the results, thereby supporting the overall conclusions drawn from the research.
Discussion
In this study, two novel rhodanine derivative molecules (3 and 4) were synthesized and characterized using various spectroscopic techniques, including NMR, IR, and mass spectrometry. The synthesis involved a one-pot protocol yielding rhodanine-3-acetic acid, which was further reacted with sulfonate-containing benzaldehydes to produce the target compounds with yields of 74% and 70%, respectively. The synthesized molecules were subsequently employed as ionophores in the development of potentiometric sensors, which demonstrated selectivity for Cu(II) ions. The optimal sensor formulations contained specific ratios of ionophore, PVC, plasticizer, and anion excluder, with Sensor IX exhibiting superior performance in terms of selectivity, response time, and stability across a pH range of 4.0-10.0.
Additionally, the antimicrobial activity of the synthesized compounds was assessed against six bacterial species using the disk diffusion method. Molecule 3 showed significant inhibitory effects on Acinetobacter baumannii, Proteus mirabilis, and Staphylococcus aureus, outperforming standard antibiotics like penicillin G and vancomycin against certain strains. Molecule 4 was particularly effective against E. coli and Proteus mirabilis. These findings suggest that the synthesized rhodanine derivatives possess promising sensor capabilities and antimicrobial properties, laying the groundwork for future research in both analytical and therapeutic applications.