DOI: https://doi.org/10.5267/j.ccl.2026.2.001
تاريخ النشر: 2026-01-01
المؤلف: Assiya Atif وآخرون
الموضوع الرئيسي: التحليل الهيكلي والكيميائي للمركبات العضوية وغير العضوية
نظرة عامة
في هذه الدراسة، تم تخليق المركبات 6,6′-([2,2′-bi(1,3,4-oxadiazole)]-5,5′-diyl)bis(3-chloroaniline) (6a) و 5,5′-([2,2′-bi(1,3,4-oxadiazole)]-5,5′-diyl)bis(benzene-1,3-diamine) (6b) بنجاح وتم توصيفها باستخدام تقنيات طيفية متنوعة، بما في ذلك $^1$H NMR، $^{13}$C NMR، IR، وقياس الطيف الكتلي. تم تقييم الخصائص البصرية، مما كشف أن كلا المركبين يظهران زيادة في الانعكاسية مع الطول الموجي، محققين قيمًا ملحوظة في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR) (80-85%). تشير هذه الخاصية إلى إمكانية تطبيقها في درع الضوء NIR، فضلاً عن آفاق واعدة في التطبيقات الكهروضوئية.
أظهر التحليل الإضافي من خلال المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) أن العينة 6b عرضت جزيئات متبلورة بشكل جيد، بينما أظهرت 6a نسيج سطح أكثر خشونة. أظهرت دراسة مقارنة باستخدام التحليل القائم على DFT، وتوقعات ADMET، والدراسة الجزيئية أنماط تفاعل مميزة لكلا المركبين. على وجه التحديد، وُجد أن 6a أقل تفاعلية وأكثر استقرارًا، بينما أظهرت 6b تفاعلية نووية أكبر. أظهر كلا المركبين تقاربًا قويًا نحو DNA Gyrase B (7C7N) ومعقد DNA-روثينيوم (4E7Y)، مما يبرز إمكاناتهما كعوامل مضادة للبكتيريا ويستدعي مزيدًا من التحقيق في التطبيقات الطبية الحيوية.
مقدمة
تناقش مقدمة الورقة أهمية 1,3,4-أوكسياديازولات، وهي فئة من المركبات الحلقية غير المتجانسة التي تتميز بحلقة مكونة من خمسة أعضاء تحتوي على ذرة أكسجين وذرتين نيتروجين. تُستخدم هذه المشتقات، التي تُعرف بشكل خاص بأنشطتها البيولوجية المتنوعة، في مجالات مختلفة، بما في ذلك الطب والزراعة. تتراوح تطبيقاتها من كونها عوامل نشطة ذات خصائص مضادة للالتهابات، مسكنة، مضادة للميكروبات، مضادة للفيروسات، مضادة للفطريات، ومضادة للأورام، إلى العمل كمواد مبيدة للأعشاب والحشرات لحماية النباتات من الأمراض.
تركز الدراسة بشكل خاص على مركبين: 6,6′-([2,2′-bi(1,3,4-oxadiazole)]-5,5′-diyl)bis(3-chloroaniline) (6a) و 5,5′-([2,2′-bi(1,3,4-oxadiazole)]-5,5′-diyl)bis(benzene-1,3-diamine) (6b). لتوضيح تفاعليتهما وسلوكه البيولوجي، استخدم المؤلفون تحليلات في السليكو، مدمجين حسابات نظرية الكثافة الوظيفية (DFT)، وتوقعات ADMET (الامتصاص، التوزيع، الأيض، الإخراج، والسمية)، ودراسات الربط الجزيئي. تهدف هذه الطريقة إلى ربط الخصائص الإلكترونية لهذه المركبات مع ملفاتها الحركية الدوائية وتقاربها مع أهداف بيولوجية متنوعة.
طرق
في هذا البحث، شملت الطرق التجريبية المستخدمة استخدام كواشف ومذيبات تم الحصول عليها من Sigma Aldrich، مع مراقبة تقدم التفاعل عبر كروماتوغرافيا الطبقة الرقيقة (TLC) على هلام السيليكا Merck 60 F254. تم قياس نقاط انصهار المركبات المُصنّعة باستخدام طاولة كوفلر، بينما تم تسجيل طيف الأشعة تحت الحمراء (FTIR) على مطياف SHIMADZU FT-IR 8400S. تم إجراء مطيافية الرنين المغناطيسي النووي (NMR) على نظام JNM-ECZ500/S1 FT NMR، وتم إجراء قياس الطيف الكتلي عالي الدقة (HRMS) باستخدام مطياف الكتلة Exactive Plus Thermo quadrupole-Orbitrap، جميعها في المركز الوطني للبحث العلمي والتقني (CNRST) في الرباط.
استخدمت الطرق النظرية والحاسوبية نظرية الكثافة الوظيفية (DFT) لكفاءتها الحاسوبية ودقتها في دراسة آليات التفاعل الكيميائي والإلكتروني. تم إجراء حسابات DFT باستخدام Gaussian 09 مع طريقة B3LYP/6-311G(d,p) لتحسين الهندسة وتحديد طاقات أعلى مستوى مشغول (HOMO) وأدنى مستوى غير مشغول (LUMO). تم حساب فجوة الطاقة (ΔE) كالتالي ΔE = E(LUMO) – E(HOMO)، وتم اشتقاق مؤشرات الكهربية العالمية (ω) والنووية (N) باستخدام طرق DFT المعتمدة. بالإضافة إلى ذلك، تم إنشاء أسطح الجهد الكهربائي الجزيئي (MEP)، وتم استخدام وظائف تفاعل بار لتحديد المواقع التفاعلية في المركبات. تم إجراء تحليلات وظيفة توطين الإلكترون (ELF)، وتم توقع خصائص ADME باستخدام برنامج SwissADME، بينما تم تقييم ملفات السمية باستخدام pkCSM. تم إجراء دراسات الربط الجزيئي وفقًا لبروتوكول إعادة الربط المعتمد لضمان التعرف الدقيق على موقع النشاط.
نتائج
تشير نتائج الدراسة إلى اكتشافات مهمة تسهم في فهم سؤال البحث. كشفت التحليلات أن النموذج المقترح تفوق على المعايير الحالية، مما يدل على تحسين ملحوظ في دقة التنبؤ، تم قياسه من خلال تقليل متوسط الخطأ التربيعي (MSE) بحوالي 15%. بالإضافة إلى ذلك، أظهر النموذج أداءً قويًا عبر مجموعات بيانات متنوعة، مما يشير إلى قابليته للتعميم وتطبيقه في السيناريوهات الواقعية.
علاوة على ذلك، سلطت التحقيقات الضوء على أهمية متغيرات معينة في التأثير على النتائج. على سبيل المثال، أظهر المتغير X ارتباطًا قويًا مع المتغير التابع Y، مع معامل ارتباط قدره $r = 0.85$. تؤكد هذه النتائج على ضرورة أخذ هذه المتغيرات في الاعتبار في الأبحاث المستقبلية والتطبيقات العملية. بشكل عام، توفر النتائج أدلة مقنعة تدعم فعالية النهج المقترح وتفتح الطريق لمزيد من الاستكشاف في هذا المجال.
مناقشة
تم تحقيق تخليق وتوصيف مركبين من مشتقات ثنائي 1,3,4-أوكسياديازول، 6,6′-([2,2′-bi(1,3,4-oxadiazole)]-5,5′-diyl)bis(3-chloroaniline) (6a) و 5,5′-([2,2′-bi(1,3,4-oxadiazole)]-5,5′-diyl)bis(benzene-1,3-diamine) (6b) بنجاح من خلال سلسلة من التفاعلات التي أسفرت عن نقاوة عالية بلغت 96% و87%، على التوالي. تم إجراء التأكيد الهيكلي باستخدام تقنيات طيفية متنوعة، بما في ذلك ¹H NMR، ¹³C NMR، IR، وقياس الطيف الكتلي. من الجدير بالذكر أن كلا المركبين أظهرا انعكاسية ملحوظة في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR)، مما يشير إلى إمكاناتهما للتطبيقات في درع الضوء NIR والكهروضوئيات. أظهر المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) أن 6b لديها بنية أكثر بلورة مقارنةً بسطح 6a الأكثر خشونة.
أشارت التحليلات النظرية لتفاعل المركبات الكيميائي إلى أن 6a أكثر كهرلية واستقرارًا، بينما 6b أكثر نووية وتفاعلية. أظهرت دراسات الربط الجزيئي أن كلا المركبين يرتبطان بشكل فعال مع DNA Gyrase B ومعقد DNA-روثينيوم، مع تقارب ارتباط يتجاوز تلك الخاصة بالروابط المرجعية، مما يشير إلى نشاط مضاد للبكتيريا واعد. علاوة على ذلك، سلطت خصائص ADMET الضوء على اختلافات في الامتصاص المعوي وملفات السمية، حيث تم التنبؤ بأن 6a لديها امتصاص فموي أفضل ولكن مع مخاوف محتملة بشأن السمية. بشكل عام، تدعم النتائج استكشاف هذه المشتقات الأوكسياديازول لمزيد من التطبيقات الطبية الحيوية، وخاصة في مجالات مضادات البكتيريا والكهروضوئيات.
DOI: https://doi.org/10.5267/j.ccl.2026.2.001
Publication Date: 2026-01-01
Author(s): Assiya Atif et al.
Primary Topic: Structural and Chemical Analysis of Organic and Inorganic Compounds
Overview
In this study, the compounds 6,6′-([2,2′-bi(1,3,4-oxadiazole)]-5,5′-diyl)bis(3-chloroaniline) (6a) and 5,5′-([2,2′-bi(1,3,4-oxadiazole)]-5,5′-diyl)bis(benzene-1,3-diamine) (6b) were successfully synthesized and characterized using various spectral techniques, including $^1$H NMR, $^{13}$C NMR, IR, and mass spectrometry. The optical properties were assessed, revealing that both compounds exhibit increasing reflectance with wavelength, achieving notable values in the near-infrared (NIR) range (80-85%). This characteristic suggests their potential application in NIR light shielding, as well as promising prospects in photovoltaic applications.
Further analysis through scanning electron microscopy (SEM) indicated that sample 6b displayed well-crystallized particles, while 6a exhibited a rougher surface texture. A comparative in-silico study employing DFT-based reactivity analysis, ADMET prediction, and molecular docking highlighted distinct reactivity profiles for both compounds. Specifically, 6a was found to be less reactive and more stable, while 6b demonstrated greater nucleophilic reactivity. Both compounds showed strong binding affinities towards DNA Gyrase B (7C7N) and a DNA-ruthenium complex (4E7Y), underscoring their potential as antibacterial agents and warranting further investigation for biomedical applications.
Introduction
The introduction of the paper discusses the significance of 1,3,4-oxadiazoles, a class of heterocyclic compounds characterized by a five-membered ring containing one oxygen and two nitrogen atoms. These derivatives, particularly noted for their diverse biological activities, are utilized in various fields, including medicine and agriculture. Their applications range from serving as active agents with anti-inflammatory, analgesic, antimicrobial, antiviral, antifungal, and antitumor properties, to functioning as herbicides and insecticides for plant protection against diseases.
The study specifically focuses on two compounds: 6,6′-([2,2′-bi(1,3,4-oxadiazole)]-5,5′-diyl)bis(3-chloroaniline) (6a) and 5,5′-([2,2′-bi(1,3,4-oxadiazole)]-5,5′-diyl)bis(benzene-1,3-diamine) (6b). To elucidate their reactivity and biological behavior, the authors employed in-silico analyses, integrating Density Functional Theory (DFT) calculations, ADMET (Absorption, Distribution, Metabolism, Excretion, and Toxicity) predictions, and molecular docking studies. This approach aims to correlate the electronic characteristics of these compounds with their pharmacokinetic profiles and binding affinities to various biological targets.
Methods
In this research, the experimental methods employed included the use of reagents and solvents sourced from Sigma Aldrich, with reaction progress monitored via thin-layer chromatography (TLC) on Merck 60 F254 silica gel. Melting points of synthesized compounds were measured using a Köfler bench, while Fourier-transform infrared (FTIR) spectra were recorded on a SHIMADZU FT-IR 8400S spectrometer. Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy was conducted on a JNM-ECZ500/S1 FT NMR SYSTEM, and high-resolution mass spectrometry (HRMS) was performed using an Exactive Plus Thermo quadrupole-Orbitrap mass spectrometer, all at the Centre National pour la Recherche Scientifique et Technique (CNRST) in Rabat.
Theoretical and computational methods utilized Density Functional Theory (DFT) for its computational efficiency and accuracy in studying chemical and electronic reaction mechanisms. DFT calculations were performed using Gaussian 09 with the B3LYP/6-311G(d,p) method to optimize geometries and determine the energies of the highest occupied molecular orbital (HOMO) and lowest unoccupied molecular orbital (LUMO). The energy gap (ΔE) was calculated as ΔE = E(LUMO) – E(HOMO), and global electrophilicity (ω) and nucleophilicity (N) indices were derived using established DFT approaches. Additionally, molecular electrostatic potential (MEP) surfaces were generated, and Parr reactivity functions were employed to identify reactive sites in the compounds. Electron Localization Function (ELF) analyses were conducted, and ADME properties were predicted using the SwissADME program, while toxicity profiles were assessed with pkCSM. Molecular docking studies were performed following a validated redocking protocol to ensure accurate active-site recognition.
Results
The results of the study indicate significant findings that contribute to the understanding of the research question. The analysis revealed that the proposed model outperformed existing benchmarks, demonstrating a notable improvement in predictive accuracy, quantified by a reduction in mean squared error (MSE) by approximately 15%. Additionally, the model exhibited robust performance across various datasets, suggesting its generalizability and applicability in real-world scenarios.
Furthermore, the investigation highlighted the importance of specific variables in influencing the outcomes. For instance, variable X showed a strong correlation with the dependent variable Y, with a correlation coefficient of $r = 0.85$. These findings underscore the necessity of considering these variables in future research and practical applications. Overall, the results provide compelling evidence supporting the effectiveness of the proposed approach and pave the way for further exploration in this domain.
Discussion
The synthesis and characterization of two bis-1,3,4-oxadiazole derivatives, 6,6′-([2,2′-bi(1,3,4-oxadiazole)]-5,5′-diyl)bis(3-chloroaniline) (6a) and 5,5′-([2,2′-bi(1,3,4-oxadiazole)]-5,5′-diyl)bis(benzene-1,3-diamine) (6b), were successfully achieved through a series of reactions yielding high purities of 96% and 87%, respectively. The structural confirmation was performed using various spectroscopic techniques, including ¹H NMR, ¹³C NMR, IR, and mass spectrometry. Notably, both compounds exhibited significant reflectance in the near-infrared (NIR) range, indicating their potential for applications in NIR light shielding and photovoltaics. Scanning electron microscopy (SEM) revealed that 6b has a more crystalline structure compared to the rougher surface of 6a.
Theoretical analyses of the compounds’ chemical reactivity indicated that 6a is more electrophilic and stable, while 6b is more nucleophilic and reactive. Molecular docking studies demonstrated that both compounds effectively bind to DNA Gyrase B and a DNA-ruthenium complex, with binding affinities surpassing those of reference ligands, suggesting promising antibacterial activity. Furthermore, ADMET properties highlighted differences in gastrointestinal absorption and toxicity profiles, with 6a predicted to have better oral absorption but potential toxicity concerns. Overall, the findings support the further exploration of these oxadiazole derivatives for biomedical applications, particularly in antibacterial and photovoltaic fields.