DOI: https://doi.org/10.1186/s13065-025-01421-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40057724
تاريخ النشر: 2025-03-08
المؤلف: Reham E. Abdelwahab وآخرون
الموضوع الرئيسي: توليف وتوصيف المركبات غير المتجانسة
نظرة عامة
في هذه الدراسة، تم استخدام تفاعل حلقة الإضافة لتخليق بنزو[4،5]إيميدازو[1،2-a][1،3،5]ترازاين، وتحديداً 1،3،4a،9-تترازا-4H-فلورين-2-أمينات، التي تم تعديلها باستخدام فينوكسي-N-أريل أستاميد، بيرازول، وموحدات ذات صلة باستخدام 1-(1H-بنزو[d]إيميدازول-2-يل)غوانيدين وألدهيدات مناسبة. تم تأكيد التكوين الناجح لهذه المركبات الجديدة من خلال التحليل الطيفي. تم تقييم الخصائص المضادة للبكتيريا للمركبات المُصنّعة ضد سلالتين من البكتيريا سالبة الجرام وسلالتين من البكتيريا موجبة الجرام، مما كشف أن المركب 12b أظهر أعلى نشاط مضاد للبكتيريا ضد المكورات العنقودية الذهبية، مع منطقة تثبيط قدرها 16 ± 0.7 مم، متجاوزاً ذلك من الجنتاميسين (15 ± 0 مم). بالإضافة إلى ذلك، أظهرت المركبات 5a و5d نشاطاً مشابهاً ضد S. aureus.
تشير النتائج إلى أن 1،3،4a،9-تترازا-4H-فلورين-2-أمينات المُصنّعة تُظهر إمكانات مضادة للبكتيريا كبيرة، وخاصة المركب 12b، الذي كان لديه أقل تركيز مثبط أدنى (MIC) قدره 78.1 ميكروغرام/مل ضد S. aureus. يُفترض أن التأثيرات المضادة للبكتيريا الواعدة للمركبات 5d و5a و5c تنبع من تثبيط إنزيم MurG وإنزيم التيروزيل tRNA سينثيتاز البكتيري، كما تدعمه دراسات الربط الجزيئي. تقدم هذه الدراسة نهجاً جديداً لتطوير عوامل مضادة للبكتيريا فعالة تستهدف إنزيمات بكتيرية حيوية.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث أهمية البنزيميدازولات والترازاينات كمكونات رئيسية في مختلف المركبات الكيميائية الحيوية والدوائية، مع تسليط الضوء على خصائصها الدوائية المتنوعة. تُظهر مشتقات البنزيميدازول مجموعة من الأنشطة البيولوجية، بما في ذلك التأثيرات المضادة للأورام، والمضادة للفطريات، والمضادة للفيروسات، والمضادة للهستامين، والمضادة للبكتيريا، والمضادة للاختلاج. تُعتبر الترازاينات، وخاصة إيزومر 1،3،5-ترازاين، معروفة بنشاطها البيولوجي الواسع، مع تحديد مركبات معينة مثل 1،3،5-ترازاين-ثيازوليدين-ديون كمثبط DPP-4 مع خصائص مضادة للبكتيريا وتطبيقات محتملة في علاج السكري.
بالإضافة إلى ذلك، تؤكد المقدمة على الإمكانات العلاجية للمركبات ذات الروابط الأستاميدية والبيرازولات، المرتبطة بأنشطة بيولوجية متنوعة، بما في ذلك التأثيرات المضادة للسرطان والمضادة للالتهابات. تذكر الورقة أيضاً الثنائيات غير المتجانسة وتطبيقاتها في تنظيم نمو النباتات وكعوامل مخلبية. يعبر المؤلفون عن نيتهم في تخليق ثنائيات غير متجانسة هجينة تضم 1،3،4a،9-تترازا-4H-فلورين-2-أمينات، فينوكسي-N-أريل أستاميد، وموحدات البيرازول، بهدف استكشاف خصائصها النشطة بيولوجياً بشكل أكبر.
طرق
في هذه الدراسة، تم تحديد نقاط انصهار المركبات باستخدام جهاز انصهار ستيوارت، دون تطبيق أي تصحيحات على القياسات. تم الحصول على طيف الأشعة تحت الحمراء (IR) باستخدام مطياف الأشعة تحت الحمراء Vector 22 FTIR (بروكير، ألمانيا)، باستخدام كريات KBr لتحضير العينات. تم إجراء مطيافية الرنين المغناطيسي النووي (NMR) في DMSO-d₆ كمذيب، باستخدام مطياف NMR Mercury VXR-300 (فاريان، الولايات المتحدة الأمريكية) يعمل بترددات 300 ميغاهيرتز لـ ^1H NMR و75 ميغاهيرتز لـ ^13C NMR، مع تيترا ميثيل سيليان (TMS) كمعيار داخلي. تم الإبلاغ عن التحولات الكيميائية بوحدات الأجزاء في المليون (ppm) كقيم δ.
تم إجراء قياسات الطيف الكتلي باستخدام مطياف الكتلة GCMS-QP-1000 EX (شيمادزو، اليابان) في وضع التأين الإلكتروني (EI) عند 70 eV. بالإضافة إلى ذلك، تم إجراء تحليلات عنصرية باستخدام محلل العناصر CHNS-932 Vario (LECO، الولايات المتحدة الأمريكية) في المركز التحليلي الدقيق، جامعة القاهرة، لتوفير بيانات تركيبية شاملة للعينات.
نتائج
في هذه الدراسة، تم تفاعل o-phenylenediamine (1) مع السيانوجوانيدين (2) في خليط من الماء-HCl تحت الغليان، مما أسفر عن إنتاج 1-(1H-بنزو[d]إيميدازول-2-يل)غوانيدين (3). بعد ذلك، تفاعل المركب 3 مع مجموعة متنوعة من 2-(4-formylphenoxy)-N-أريل أستاميد (4a-d) في الإيثانول، بمساعدة البيبيريدين، مما أدى إلى تكوين 2-(4-(2-amino-3،4-dihydrobenzo[4،5]imidazo[1،2-a][1،3،5]triazine-4-yl)phenoxy)-N-phenylacetamides (5a-d). تم تأكيد سلامة الهيكل لهذه المنتجات من خلال التحليل الطيفي، بما في ذلك قياسات الطيف الكتلي، IR، وNMR، والتي أشارت إلى وجود مجموعات وظيفية وهياكل جزيئية مميزة.
محاولات إضافية لتخليق بنزو[4،5]إيميدازو[1،2-a][1،3،5]ترازاينات (7) المرتبطة ببنزويلوكسي أستاميد كانت غير ناجحة، حيث أسفرت فقط عن إيثيل 4-(2-amino-3،4-dihydrobenzo[4،5]imidazo[1،2-a][1،3،5]triazine-4-yl)benzoate (8) بسبب التحويل الاستر. تم توضيح تكوين المركب 8 من خلال آلية مقترحة تتضمن هجوم نووي بواسطة الإيثانول. بالإضافة إلى ذلك، تم إدخال حلقة بيرازول في هيكل 1،3،4a،9-تترازا-4H-فلورين-2-أمينات من خلال تفاعل 1-فينيل-3-أريل-1H-بيرازول-4-كاربالدهيد (11a-c) مع المركب 3، مما أدى إلى التخليق الناجح لبنزو[4،5]إيميدازو[1،2-a][1،3،5]ترازاينات (12a-c) المرتبطة بموحدة بيرازول. تم تأكيد التركيبات الكيميائية لجميع المركبات المُصنّعة من خلال تحليلات طيفية شاملة، مما يظهر الإمكانية لاستكشاف هذه المركبات غير المتجانسة الجديدة بشكل أكبر.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم تقييم النشاط المضاد للبكتيريا للمركبات المُصنّعة باستخدام اختبار انتشار الآغار ضد سلالات بكتيرية متنوعة، بما في ذلك المكورات العنقودية الذهبية موجبة الجرام وباسيلاس سوبتيليس، بالإضافة إلى الإشريكية القولونية وسودوموناس أيروجينوزا سالبة الجرام. بشكل ملحوظ، أظهرت المركبات 5a و5d و12b تثبيطاً كبيراً ضد S. aureus، حيث أظهر المركب 12b أعلى فعالية (16 ± 0.7 مم منطقة تثبيط)، متجاوزاً التحكم الإيجابي الجنتاميسين (15 ± 0 مم). بالنسبة لباسيلاس سوبتيليس، لوحظ نشاط معتدل في المركبات 5a و5d و12a و12b، بينما أظهر المركب 5d أقوى تأثير ضد سودوموناس أيروجينوزا (16 ± 0.7 مم). ومع ذلك، لم تظهر أي من المركبات نشاطاً ضد الإشريكية القولونية. تم تحديد الحد الأدنى من التركيز المثبط (MIC) للمركب 12b ليكون 78.1 ميكروغرام/مل، مما يشير إلى إمكانيته للتطوير الإضافي.
كشفت تحليل علاقة الهيكل بالنشاط أن المشتقات التي تحتوي على مجموعات مانحة للإلكترونات، مثل مجموعة 4-ميثوكسي في المركب 5d، أظهرت نشاطاً مضاداً للبكتيريا معززاً. في المقابل، ارتبط وجود مجموعات ساحب للإلكترونات، مثل مجموعة 4-كلوروفينيل في المركب 5b، بتقليل الفعالية. تشير النتائج إلى أن الخصائص المضادة للبكتيريا لهذه المركبات قد تكون مرتبطة بقدرتها على تثبيط إنزيمات بكتيرية معينة، مثل MurG وإنزيم التيروزيل tRNA سينثيتاز، كما تدعمه دراسات الربط الجزيئي. بشكل عام، تسلط الدراسة الضوء على إمكانيات هذه المركبات الجديدة كعوامل مضادة للبكتيريا فعالة، خاصة ضد S. aureus وP. aeruginosa.
DOI: https://doi.org/10.1186/s13065-025-01421-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40057724
Publication Date: 2025-03-08
Author(s): Reham E. Abdelwahab et al.
Primary Topic: Synthesis and Characterization of Heterocyclic Compounds
Overview
In this study, a ring annelation reaction was employed to synthesize benzo[4,5]imidazo[1,2-a][1,3,5]triazines, specifically 1,3,4a,9-tetraza-4H-fluoren-2-amines, which were functionalized with phenoxy-N-arylacetamide, pyrazole, and related moieties using 1-(1H-benzo[d]imidazol-2-yl)guanidine and suitable aldehydes. The successful formation of these novel compounds was confirmed through spectral analysis. The antibacterial properties of the synthesized compounds were assessed against two gram-negative and two gram-positive bacterial strains, revealing that compound 12b exhibited the highest antibacterial activity against Staphylococcus aureus, with an inhibition zone of 16 ± 0.7 mm, surpassing that of Gentamycin (15 ± 0 mm). Additionally, compounds 5a and 5d showed comparable activity against S. aureus.
The findings indicate that the synthesized 1,3,4a,9-tetraza-4H-fluoren-2-amines demonstrate significant antibacterial potential, particularly compound 12b, which had the lowest minimum inhibitory concentration (MIC) of 78.1 µg/mL against S. aureus. The promising antibacterial effects of compounds 5d, 5a, and 5c are hypothesized to stem from their inhibition of the MurG enzyme and bacterial tyrosyl tRNA synthetase, as supported by molecular docking studies. This research presents a novel approach to developing effective antibacterial agents targeting critical bacterial enzymes.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the significance of benzimidazoles and triazines as key components in various biochemical and medicinal compounds, highlighting their diverse pharmacological properties. Benzimidazole derivatives exhibit a range of biological activities, including antitumor, antifungal, antiviral, antihistaminic, antibacterial, and anticonvulsant effects. Triazines, particularly the 1,3,5-triazine isomer, are noted for their extensive biological activity, with specific compounds such as 1,3,5-triazine-thiazolidine-dione identified as a DPP-4 inhibitor with antibacterial properties and potential applications in diabetes treatment.
Additionally, the introduction emphasizes the therapeutic potential of compounds with acetamide linkages and pyrazoles, which are associated with various biological activities, including anticancer and anti-inflammatory effects. The paper also mentions bis-heterocycles and their applications in plant growth regulation and as chelating agents. The authors express their intent to synthesize hybrid heterocycles that incorporate 1,3,4a,9-tetraza-4H-fluoren-2-amines, phenoxy-N-arylacetamide, and pyrazole moieties, aiming to explore their bioactive properties further.
Methods
In this study, the melting points of the compounds were determined using a Stuart melting point apparatus, with no corrections applied to the measurements. Infrared (IR) spectra were obtained using a Vector 22 FTIR spectrophotometer (Bruker, Germany), employing KBr pellets for sample preparation. Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy was conducted in DMSO-d₆ as the solvent, utilizing a Mercury VXR-300 NMR spectrometer (Varian, USA) operating at frequencies of 300 MHz for ^1H NMR and 75 MHz for ^13C NMR, with tetramethylsilane (TMS) as the internal standard. Chemical shifts were reported in parts per million (ppm) as δ values.
Mass spectrometry was performed using a GCMS-QP-1000 EX mass spectrometer (Shimadzu, Japan) in electron ionization (EI) mode at 70 eV. Additionally, elemental analyses were carried out with a CHNS-932 Vario elemental analyzer (LECO, USA) at the Micro Analytical Centre, Cairo University, to provide comprehensive compositional data of the samples.
Results
In this study, the reaction of o-phenylenediamine (1) with cyanoguanidine (2) in a refluxing water-HCl mixture successfully yielded 1-(1H-benzo[d]imidazol-2-yl)guanidine (3). Subsequently, compound 3 reacted with various 2-(4-formylphenoxy)-N-arylacetamides (4a-d) in ethanol, facilitated by piperidine, resulting in the formation of 2-(4-(2-amino-3,4-dihydrobenzo[4,5]imidazo[1,2-a][1,3,5]triazine-4-yl)phenoxy)-N-phenylacetamides (5a-d). The structural integrity of these products was confirmed through spectral analysis, including mass spectrometry, IR, and NMR, which indicated the presence of characteristic functional groups and molecular structures.
Further attempts to synthesize benzo[4,5]imidazo[1,2-a][1,3,5]triazines (7) linked to benzoyloxyacetamide were unsuccessful, yielding only ethyl 4-(2-amino-3,4-dihydrobenzo[4,5]imidazo[1,2-a][1,3,5]triazine-4-yl)benzoate (8) due to transesterification. The formation of compound 8 was elucidated through a proposed mechanism involving nucleophilic attack by ethanol. Additionally, the introduction of a pyrazole ring into the structure of 1,3,4a,9-tetraza-4H-fluoren-2-amines was achieved by reacting 1-phenyl-3-aryl-1H-pyrazole-4-carbaldehydes (11a-c) with compound 3, resulting in the successful synthesis of benzo[4,5]imidazo[1,2-a][1,3,5]triazines (12a-c) linked to a pyrazole moiety. The chemical compositions of all synthesized compounds were confirmed through comprehensive spectral analyses, demonstrating the potential for further exploration of these novel heterocyclic compounds.
Discussion
In this study, the antibacterial activity of synthesized compounds was evaluated using the agar well diffusion assay against various bacterial strains, including gram-positive Staphylococcus aureus and Bacillus subtilis, as well as gram-negative Escherichia coli and Pseudomonas aeruginosa. Notably, compounds 5a, 5d, and 12b exhibited significant inhibition against S. aureus, with compound 12b demonstrating the highest efficacy (16 ± 0.7 mm inhibition zone), surpassing the positive control Gentamycin (15 ± 0 mm). For B. subtilis, moderate activity was observed in compounds 5a, 5d, 12a, and 12b, while compound 5d showed the strongest action against P. aeruginosa (16 ± 0.7 mm). However, none of the compounds displayed activity against E. coli. The minimum inhibitory concentration (MIC) for compound 12b was determined to be 78.1 µg/mL, indicating its potential for further development.
The structure-activity relationship analysis revealed that derivatives containing electron-donating groups, such as the 4-methoxyphenyl group in compound 5d, exhibited enhanced antibacterial activity. In contrast, the presence of electron-withdrawing groups, like the 4-chlorophenyl moiety in compound 5b, correlated with reduced efficacy. The findings suggest that the antibacterial properties of these compounds may be linked to their ability to inhibit specific bacterial enzymes, such as MurG and tyrosyl tRNA synthetase, as supported by molecular docking studies. Overall, the study highlights the potential of these novel compounds as effective antibacterial agents, particularly against S. aureus and P. aeruginosa.