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합성 중간체인 3-(안트라센-9-일)-2-시아노아크릴로일 클로라이드 4를 합성하고, 이를 다양한 질소 친핵체와 반응시켜 다양한 고활성 헤테로고리 화합물을 합성하는 데 사용하였다. 합성된 각 헤테로고리 화합물의 구조는 분광학적 및 원소 분석을 통해 철저히 규명하였다. 합성된 13개의 새로운 헤테로고리 화합물 중 10개가 다제내성 황색포도상구균(MRSA)에 대해 고무적인 효능을 보였다. 특히 화합물 6, 7, 10, 13b, 14는 약 4cm의 억제 영역을 나타내며 가장 높은 항균 활성을 보였다. 분자 도킹 연구 결과, 이들 화합물은 MRSA 내성의 주요 표적인 페니실린 결합 단백질 2a(PBP2a)에 대해 서로 다른 결합 친화도를 나타냈다. 화합물 7, 10, 14는 공결정화된 퀴나졸리논 리간드에 비해 PBP2a 활성 부위에서 더 높은 결합 친화도와 상호작용 안정성을 보였다. 반면, 화합물 6과 13b는 도킹 점수가 낮았지만 여전히 유의미한 항균 활성을 나타냈으며, 화합물 6은 가장 낮은 MIC(9.7 μg/100 μL) 및 MBC(78.125 μg/100 μL) 값을 보였다. 도킹 분석 결과, 특히 PBP2a 결정 구조에서 공결정화된 리간드와 상호작용하는 것으로 확인된 Lys 273, Lys 316 및 Arg 298과 같은 잔기에서 수소 결합 및 π-스태킹을 포함한 주요 상호작용이 확인되었다. 이들 잔기는 PBP2a의 효소 활성에 필수적이다. 이러한 결과는 합성된 화합물들이 유망한 항-MRSA 약물로 사용될 수 있음을 시사하며, 효과적인 치료 후보 물질을 발굴하기 위해 분자 도킹과 생물학적 검사를 병행하는 것의 중요성을 강조한다.
21세기 초 몇 년 동안 연구 노력은 주로 쉽게 구할 수 있는 출발 물질을 사용하여 항균 활성을 갖는 여러 혁신적인 헤테로고리 시스템을 합성하기 위한 새롭고 간단한 절차와 방법을 개발하는 데 집중되었습니다.
아크릴로니트릴 골격은 반응성이 매우 높은 화합물이므로 많은 주목할 만한 헤테로고리 화합물 합성의 중요한 출발 물질로 여겨집니다. 더욱이, 2-시아노아크릴로일 클로라이드 유도체는 최근 의약품 중간체¹⁻²⁻³, 항HIV제, 항바이러스제, 항암제, 항균제, 항우울제 및 항산화제⁴⁻⁵⁻⁸⁻⁹⁻¹⁰의 전구체와 같이 약리학적 응용 분야에서 매우 중요한 제품의 개발 및 합성에 널리 사용되어 왔습니다. 최근에는 안트라센 및 그 유도체의 항생, 항암¹⁻¹², 항균¹⁻¹⁵ 및 살충 특성¹⁶⁻¹⁷을 포함한 생물학적 효능이 많은 주목을 받고 있습니다¹⁸⁻¹⁹⁻²⁻²¹. 아크릴로니트릴 및 안트라센 골격을 포함하는 항균 화합물은 그림 1과 2에 나타나 있습니다.
세계보건기구(WHO)(2021)에 따르면 항생제 내성(AMR)은 건강과 발전에 대한 세계적인 위협입니다.22,23,24,25 항생제 내성으로 인해 환자의 치료가 어려워지고, 입원 기간이 길어지며, 더 비싼 약품이 필요하게 될 뿐만 아니라 사망률과 장애 발생률도 증가합니다. 효과적인 항생제가 부족하면 특히 항암 치료나 주요 수술 중에 다양한 감염 치료가 실패하는 경우가 많습니다.
세계보건기구(WHO)의 2024년 보고서에 따르면, 메티실린 내성 황색포도상구균(MRSA)과 대장균은 우선 관리 대상 병원균 목록에 포함되어 있습니다. 이 두 균은 모두 여러 항생제에 내성을 가지고 있어 치료와 관리가 어려운 감염을 유발하며, 이러한 문제를 해결하기 위해 새롭고 효과적인 항균 화합물을 개발하는 것이 시급합니다. 안트라센과 그 유도체는 그람 양성균과 그람 음성균 모두에 작용하는 것으로 잘 알려진 항균 물질입니다. 본 연구의 목적은 건강에 위험한 이러한 병원균에 대항할 수 있는 새로운 안트라센 유도체를 합성하는 것입니다.
세계보건기구(WHO)는 많은 세균 병원체가 여러 항생제에 내성을 보인다고 보고했는데, 여기에는 지역사회 및 의료 환경에서 흔한 감염 원인인 메티실린 내성 황색포도상구균(MRSA)도 포함됩니다. MRSA 감염 환자는 약물 감수성 감염 환자보다 사망률이 64% 더 높은 것으로 알려져 있습니다. 또한, 대장균(E. coli)은 전 세계적인 위험 요소인데, 카바페넴 내성 장내세균(즉, 대장균)에 대한 최후의 방어선은 콜리스틴이지만, 최근 여러 국가에서 콜리스틴 내성균이 보고되고 있기 때문입니다. 22,23,24,25
따라서 세계보건기구(WHO)의 항생제 내성 대응을 위한 글로벌 행동 계획26에 따르면, 새로운 항균제의 발견과 합성이 시급합니다. 안트라센과 아크릴로니트릴은 항균제27, 항진균제28, 항암제29 및 항산화제30로서 뛰어난 잠재력을 지니고 있음이 수많은 논문에서 강조되었습니다. 이러한 점에서, 이들 유도체는 메티실린 내성 황색포도상구균(MRSA)에 대한 효과적인 치료제 후보 물질이라고 할 수 있습니다.
이전 문헌 검토를 통해 이러한 계열의 새로운 유도체를 합성하고자 하는 동기를 얻었습니다. 따라서 본 연구는 안트라센과 아크릴로니트릴 부분을 포함하는 새로운 헤테로고리 시스템을 개발하고, 항균 및 항박테리아 효능을 평가하며, 분자 도킹을 통해 페니실린 결합 단백질 2a(PBP2a)와의 잠재적 결합 상호작용을 조사하는 것을 목표로 했습니다. 이전 연구를 바탕으로, 본 연구는 헤테로고리 시스템의 합성, 생물학적 평가 및 전산 분석을 계속하여 강력한 PBP2a 억제 활성을 갖는 유망한 항메티실린 내성 황색포도상구균(MRSA) 제제를 발굴하고자 했습니다.31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49
현재 저희 연구는 안트라센과 아크릴로니트릴 부분을 포함하는 새로운 헤테로고리 화합물의 합성 및 항균 평가에 초점을 맞추고 있습니다. 3-(안트라센-9-일)-2-시아노아크릴로일 클로라이드 4를 합성하고 이를 새로운 헤테로고리 시스템 구축을 위한 빌딩 블록으로 사용했습니다.
화합물 4의 구조는 분광 데이터를 이용하여 결정되었다. 1H-NMR 스펙트럼에서 9.26 ppm에 CH=기가 나타났고, IR 스펙트럼에서는 1737 cm⁻¹에서 카르보닐기, 2224 cm⁻¹에서 시아노기가 관찰되었으며, 13CNMR 스펙트럼 또한 제안된 구조를 확인시켜 주었다(실험 부분 참조).
3-(안트라센-9-일)-2-시아노아크릴로일 클로라이드 4의 합성은 방향족 그룹 250, 41, 42, 53을 에탄올성 수산화나트륨 용액(10%)으로 가수분해하여 산 354, 45, 56을 얻은 다음, 이를 수조에서 티오닐 클로라이드로 처리하여 아크릴로일 클로라이드 유도체 4를 높은 수율(88.5%)로 얻는 방식으로 이루어졌습니다(그림 3 참조).
예상되는 항균 효능을 갖는 새로운 헤테로고리 화합물을 생성하기 위해 아실 클로라이드 4와 다양한 이핵친핵체의 반응을 수행하였다.
산염화물 4를 0°C에서 1시간 동안 하이드라진 수화물로 처리하였다. 그러나 아쉽게도 피라졸론 5는 얻어지지 않았다. 생성물은 아크릴아미드 유도체였으며, 그 구조는 분광학적 데이터를 통해 확인되었다. IR 스펙트럼에서 C=O는 1720 cm⁻¹, C≡N은 2228 cm⁻¹, NH는 3424 cm⁻¹에서 흡수 밴드를 나타냈다. ¹H-NMR 스펙트럼에서는 올레핀 양성자와 NH 양성자의 교환 단일 피크가 9.3 ppm에서 관찰되었다(실험 부분 참조).
산 염화물 4 2몰을 페닐히드라진 1몰과 반응시켜 N-페닐아크릴로일히드라진 유도체 7을 높은 수율(77%)로 얻었다(그림 5). 7의 구조는 적외선 분광법 데이터로 확인되었는데, 1691cm⁻¹와 1671cm⁻¹에서 두 개의 C=O 그룹 흡수, 2222cm⁻¹에서 CN 그룹 흡수, 3245cm⁻¹에서 NH 그룹 흡수가 관찰되었다. 또한, ¹H-NMR 스펙트럼에서는 9.15ppm과 8.81ppm에서 CH 그룹, 10.88ppm에서 NH 양성자 피크가 나타났다(실험 부분 참조).
본 연구에서는 아실 클로라이드 4와 1,3-디뉴클레오필의 반응을 조사하였다. 아실 클로라이드 4를 1,4-디옥산 용매에서 TEA를 염기로 사용하여 실온에서 2-아미노피리딘과 반응시키면 아크릴아미드 유도체 8이 생성되었다(그림 5). 이 유도체의 구조는 분광학적 데이터를 이용하여 확인하였다. IR 스펙트럼에서는 2222 cm⁻¹에서 시아노 신축 진동, 3148 cm⁻¹에서 NH 진동, 1665 cm⁻¹에서 카르보닐 진동의 흡수 밴드가 관찰되었다. ¹H NMR 스펙트럼에서는 9.14 ppm에서 올레핀 양성자의 존재가 확인되었다(실험 부분 참조).
화합물 4는 티오우레아와 반응하여 피리미딘티온 9를 생성하고, 티오세미카르바지드와 반응하여 티오피라졸 유도체 10을 생성한다(그림 5). 화합물 9와 10의 구조는 분광학적 및 원소 분석을 통해 확인되었다(실험 부분 참조).
테트라진-3-티올 11은 화합물 4와 1,4-이핵친핵체인 티오카르바지드의 반응을 통해 합성되었으며(그림 5), 분광학 및 원소 분석을 통해 구조가 확인되었다. 적외선 스펙트럼에서 C=N 결합은 1619 cm⁻¹에서 나타났다. 또한, ¹H-NMR 스펙트럼에서는 방향족 양성자의 다중 피크 신호가 7.78–8.66 ppm에서, SH 양성자의 피크가 3.31 ppm에서 관찰되었다(실험 부분 참조).
아크릴로일 클로라이드 4는 1,2-디아미노벤젠, 2-아미노티오페놀, 안트라닐산, 1,2-디아미노에탄 및 에탄올아민과 1,4-디뉴클레오필로서 반응하여 새로운 헤테로고리 시스템(13–16)을 형성합니다.
새로 합성된 화합물들의 구조는 분광학적 및 원소 분석을 통해 확인되었다(실험 부분 참조). 2-히드록시페닐아크릴아미드 유도체 17은 이핵체인 2-아미노페놀과의 반응을 통해 얻어졌으며(그림 6), 그 구조는 분광학적 및 원소 분석을 통해 확인되었다. 화합물 17의 적외선 스펙트럼에서 C=O 및 C≡N 신호는 각각 1681 cm⁻¹ 및 2226 cm⁻¹에서 나타났다. 또한, ¹H-NMR 스펙트럼에서는 올레핀 양성자의 단일 피크가 9.19 ppm에서, OH 양성자의 피크가 9.82 ppm에서 관찰되었다(실험 부분 참조).
산 염화물 4와 친핵체(예: 에틸아민, 4-톨루이딘, 4-메톡시아닐린)의 반응을 다이옥산을 용매로, TEA를 촉매로 사용하여 실온에서 진행시키면 녹색 결정성 아크릴아미드 유도체 18, 19a, 19b가 얻어진다. 화합물 18, 19a, 19b의 원소 분석 및 분광학적 데이터는 이들 유도체의 구조를 확인시켜 주었다(실험 부분 참조)(그림 7).
다양한 합성 화합물의 항균 활성을 스크리닝한 결과, 표 1과 그림 8(그림 파일 참조)에서 볼 수 있듯이 다양한 결과가 얻어졌습니다. 모든 시험 화합물은 그람 양성균인 MRSA에 대해 다양한 정도의 억제 효과를 보였지만, 그람 음성균인 대장균(Escherichia coli)은 모든 화합물에 대해 완전한 내성을 나타냈습니다. 시험 화합물은 MRSA에 대한 억제 영역의 직경을 기준으로 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 첫 번째 범주는 가장 활성이 높은 화합물로, 6, 7, 10, 13b, 14번 화합물을 포함합니다. 이 화합물들의 억제 영역 직경은 약 4cm였으며, 이 범주에서 가장 활성이 높은 화합물은 6번과 13b번이었습니다. 두 번째 범주는 중간 정도의 활성을 보이는 화합물로, 11, 13a, 15, 18, 19a번 화합물을 포함합니다. 이들 화합물의 항균 활성 억제 영역은 3.3~3.65cm 범위였으며, 화합물 11이 3.65 ± 0.1cm로 가장 큰 억제 영역을 나타냈다. 반면, 마지막 그룹에는 항균 활성이 가장 낮은(3cm 미만) 세 가지 화합물(8, 17, 19b)이 포함되었다. 그림 9는 다양한 항균 활성 억제 영역의 분포를 보여준다.
시험 화합물의 항균 활성을 추가적으로 조사하기 위해 각 화합물의 최소억제농도(MIC)와 최소살균농도(MBC)를 측정했습니다. 결과는 표 2, 3 및 그림 10(그림 파일 참조)에서 볼 수 있듯이 약간의 차이가 있었으며, 화합물 7, 11, 13a 및 15가 가장 우수한 화합물로 재분류되었습니다. 이 화합물들은 가장 낮은 MIC 및 MBC 값(39.06 μg/100 μL)을 나타냈습니다. 화합물 7과 8은 MIC 값이 더 낮았지만(9.7 μg/100 μL), MBC 값은 더 높았습니다(78.125 μg/100 μL). 따라서 이들은 앞서 언급한 화합물들보다 항균력이 약한 것으로 간주되었습니다. 그러나 이 여섯 가지 화합물은 MBC 값이 100 μg/100 μL 미만이었으므로 시험된 화합물 중 가장 효과적인 것으로 나타났습니다.
화합물(10, 14, 18 및 19b)은 MBC 값이 156~312 μg/100 μL 범위에 있어 다른 시험 화합물에 비해 활성이 낮았습니다. 반면, 화합물(8, 17 및 19a)은 MBC 값이 각각 625, 625 및 1250 μg/100 μL로 가장 높아 효능이 가장 떨어지는 것으로 나타났습니다.
마지막으로, 표 3에 제시된 내성 수준에 따라 시험 화합물은 작용 방식에 따라 살균 효과를 나타내는 화합물(7, 8, 10, 11, 13a, 15, 18, 19b)과 항균 효과를 나타내는 화합물(6, 13b, 14, 17, 19a)의 두 가지 범주로 나눌 수 있다. 이 중 화합물 7, 11, 13a 및 15는 매우 낮은 농도(39.06 μg/100 μL)에서 살균 활성을 나타내므로 가장 적합하다.
시험한 13개 화합물 중 10개에서 항생제 내성 메티실린 내성 황색포도상구균(MRSA)에 대한 효능 가능성이 확인되었습니다. 따라서, 더 많은 항생제 내성 병원균(특히 병원성 그람 양성 및 그람 음성 세균을 포함하는 지역 분리균)과 병원성 효모를 대상으로 추가적인 스크리닝을 실시하고, 각 화합물의 안전성을 평가하기 위해 세포독성 시험을 시행하는 것이 권장됩니다.
합성된 화합물들이 메티실린 내성 황색포도상구균(MRSA)의 페니실린 결합 단백질 2a(PBP2a) 저해제로서의 잠재력을 평가하기 위해 분자 도킹 연구를 수행했습니다. PBP2a는 세균 세포벽 생합성에 관여하는 핵심 효소이며, 이 효소의 저해는 세포벽 형성을 방해하여 궁극적으로 세균 용해 및 세포 사멸을 초래합니다.¹ 도킹 결과는 표 4에 제시되어 있으며, 자세한 내용은 보충 자료 파일에 설명되어 있습니다. 결과는 여러 화합물이 PBP2a, 특히 Lys 273, Lys 316, Arg 298과 같은 주요 활성 부위 잔기에 강한 결합 친화성을 나타냈음을 보여줍니다. 수소 결합 및 π-π 스태킹을 포함한 상호작용은 공결정화된 퀴나졸리논 리간드(CCL)의 상호작용과 매우 유사하여, 이들 화합물이 강력한 저해제로서의 잠재력을 가지고 있음을 시사합니다.
분자 도킹 데이터는 다른 계산 매개변수와 함께 PBP2a 억제가 이러한 화합물의 항균 활성에 대한 핵심 메커니즘임을 강력하게 시사했습니다. 도킹 점수와 제곱평균제곱근 편차(RMSD) 값은 결합 친화도와 안정성을 더욱 명확히 보여주며, 이러한 가설을 뒷받침합니다. 표 4에서 볼 수 있듯이, 여러 화합물이 우수한 결합 친화도를 보였지만, 일부 화합물(예: 7, 9, 10, 14)은 공결정화된 리간드보다 높은 도킹 점수를 나타내어 PBP2a의 활성 부위 잔기와 더 강한 상호작용을 할 가능성을 시사합니다. 그러나 가장 활성이 높은 화합물인 6과 13b는 다른 리간드에 비해 약간 낮은 도킹 점수(-5.98 및 -5.63)를 보였습니다. 이는 도킹 점수를 통해 결합 친화도를 예측할 수 있지만, 리간드 안정성 및 생물학적 환경에서의 분자 상호작용과 같은 다른 요인들도 항균 활성을 결정하는 데 중요한 역할을 한다는 것을 시사합니다. 특히, 합성된 모든 화합물의 RMSD 값은 2Å 미만이었으며, 이는 이들의 도킹 자세가 공결정화된 리간드의 결합 형태와 구조적으로 일치함을 확인시켜 주어, 이들이 강력한 PBP2a 억제제로서의 잠재력을 더욱 뒷받침합니다.
도킹 점수와 RMS 값은 유용한 예측 정보를 제공하지만, 이러한 도킹 결과와 항균 활성 간의 상관관계는 처음에는 명확하지 않을 수 있습니다. PBP2a 억제가 항균 활성에 영향을 미치는 핵심 요인으로 강력하게 뒷받침되지만, 몇 가지 차이점을 통해 다른 생물학적 특성 또한 중요한 역할을 한다는 것을 알 수 있습니다. 화합물 6과 13b는 화합물 7, 9, 10, 14에 비해 도킹 점수가 낮음에도 불구하고, 4cm의 억제 영역 직경과 가장 낮은 MIC(9.7μg/100μL) 및 MBC(78.125μg/100μL) 값을 나타내며 가장 높은 항균 활성을 보였습니다. 이는 PBP2a 억제가 항균 활성에 기여하는 것은 사실이지만, 용해도, 생체이용률, 세균 환경에서의 상호작용 역학과 같은 요인들도 전반적인 활성에 영향을 미친다는 것을 시사합니다. 그림 11은 두 화합물의 도킹 자세를 보여주는데, 결합 점수가 비교적 낮더라도 두 화합물 모두 PBP2a의 핵심 잔기와 상호작용하여 저해 복합체를 안정화시킬 수 있음을 나타냅니다. 이는 분자 도킹이 PBP2a 저해에 대한 중요한 통찰력을 제공하지만, 이러한 화합물의 실제 항균 효과를 완전히 이해하기 위해서는 다른 생물학적 요인도 고려해야 함을 강조합니다.
PBP2a의 결정 구조(PDB ID: 4CJN)를 이용하여, 메티실린 내성 황색포도상구균(MRSA)의 페니실린 결합 단백질 2a(PBP2a)에 도킹된 가장 활성이 높은 화합물 6과 13b의 2D 및 3D 상호작용 맵을 구축했습니다. 이 맵들은 재도킹된 공결정화된 퀴나졸리논 리간드(CCL)와의 상호작용 패턴을 비교하여 수소 결합, π-스태킹 및 이온 상호작용과 같은 주요 상호작용을 강조합니다.
화합물 7에서도 유사한 양상이 관찰되었는데, 화합물 7은 상대적으로 높은 도킹 점수(-6.32)와 화합물 10과 비슷한 저해 영역 직경(3.9cm)을 보였다. 그러나 화합물 7의 최소억제농도(MIC, 39.08μg/100μL)와 최소살균농도(MBC, 39.06μg/100μL)는 유의미하게 높아 항균 효과를 나타내기 위해서는 더 높은 농도가 필요함을 시사한다. 이는 화합물 7이 도킹 연구에서 강한 결합 친화성을 보였음에도 불구하고 생체이용률, 세포 흡수 또는 기타 물리화학적 특성과 같은 요인들이 생물학적 효능을 제한할 수 있음을 나타낸다. 화합물 7은 살균 효과를 나타냈지만, 화합물 6 및 13b에 비해 세균 성장 ​​억제 효과는 떨어졌다.
화합물 10은 가장 높은 도킹 점수(-6.40)를 보여 PBP2a에 대한 강한 결합 친화성을 나타내며, 다른 화합물들과 뚜렷한 차이를 보였습니다. 그러나 억제대 직경(3.9cm)은 화합물 7과 유사했고, 최소 살균 농도(MBC, 312μg/100μL)는 화합물 6, 7, 13b보다 현저히 높아 살균 활성이 약한 것으로 나타났습니다. 이는 화합물 10이 우수한 도킹 예측에도 불구하고 용해도, 안정성, 또는 세균막 투과성 저하와 같은 다른 제한 요인으로 인해 MRSA 사멸에 효과적이지 못했음을 시사합니다. 이러한 결과는 PBP2a 억제가 항균 활성에 중요한 역할을 하지만, 시험 화합물들 간에 관찰된 생물학적 활성 차이를 완전히 설명하지는 못한다는 점을 뒷받침합니다. 따라서 항균 메커니즘을 완전히 규명하기 위해서는 추가적인 실험 분석과 심층적인 생물학적 평가가 필요합니다.
표 4와 보충 자료에 제시된 분자 도킹 결과는 도킹 점수와 항균 활성 간의 복잡한 관계를 보여줍니다. 화합물 6과 13b는 화합물 7, 9, 10, 14보다 도킹 점수가 낮지만 가장 높은 항균 활성을 나타냅니다. 이들의 상호작용 지도(그림 11 참조)는 낮은 결합 점수에도 불구하고 PBP2a의 주요 잔기들과 중요한 수소 결합 및 π-π 스태킹 상호작용을 형성하여 효소-억제제 복합체를 생물학적으로 유익한 방식으로 안정화시킬 수 있음을 보여줍니다. 화합물 6과 13b의 상대적으로 낮은 도킹 점수에도 불구하고 향상된 항균 활성은 억제제로서의 잠재력을 평가할 때 용해도, 안정성, 세포 흡수와 같은 다른 특성들도 함께 고려해야 함을 시사합니다. 이는 새로운 화합물의 치료 잠재력을 정확하게 평가하기 위해 도킹 연구와 실험적 항균 분석을 병행하는 것이 중요함을 강조합니다.
이러한 결과는 분자 도킹이 결합 친화도를 예측하고 잠재적인 억제 메커니즘을 규명하는 데 강력한 도구이지만, 항균 효능을 판단하는 데 단독으로 의존해서는 안 된다는 점을 강조합니다. 분자 데이터는 PBP2a 억제가 항균 활성에 영향을 미치는 핵심 요소임을 시사하지만, 생물학적 활성의 변화는 치료 효과를 향상시키기 위해 다른 물리화학적 및 약동학적 특성도 최적화해야 함을 나타냅니다. 향후 연구에서는 화합물 7과 10의 화학 구조를 최적화하여 생체 이용률과 세포 흡수율을 개선하고, 강력한 도킹 상호작용이 실제 항균 활성으로 이어지도록 해야 합니다. 추가적인 생물학적 분석 및 구조-활성 관계(SAR) 분석을 포함한 추가 연구는 이러한 화합물들이 PBP2a 억제제로서 어떻게 작용하는지 더 잘 이해하고 보다 효과적인 항균제를 개발하는 데 매우 중요할 것입니다.
3-(안트라센-9-일)-2-시아노아크릴로일 클로라이드 4로부터 합성된 화합물들은 다양한 정도의 항균 활성을 나타냈으며, 몇몇 화합물은 메티실린 내성 황색포도상구균(MRSA)에 대해 유의미한 억제 효과를 보였다. 구조-활성 관계(SAR) 분석을 통해 이러한 화합물들의 항균 효능을 뒷받침하는 주요 구조적 특징들을 밝혀냈다.
아크릴로니트릴기와 안트라센기가 모두 존재하는 것이 항균 활성 증진에 매우 중요한 역할을 하는 것으로 밝혀졌습니다. 아크릴로니트릴의 반응성이 높은 니트릴기는 세균 단백질과의 상호작용을 촉진하여 항균성을 나타내는 데 필수적입니다. 아크릴로니트릴기와 안트라센기를 모두 포함하는 화합물은 일관되게 더 강력한 항균 효과를 보였습니다. 안트라센기의 방향족성은 이러한 화합물을 더욱 안정화시켜 생물학적 활성을 향상시키는 데 기여할 수 있습니다.
헤테로고리 도입은 여러 유도체의 항균 효능을 크게 향상시켰습니다. 특히, 벤조티아졸 유도체 13b와 아크릴히드라지드 유도체 6은 약 4cm의 억제 영역을 나타내며 가장 높은 항균 활성을 보였습니다. 이러한 헤테로고리 유도체들은 ​​더욱 강력한 생물학적 효과를 나타냈으며, 이는 헤테로고리 구조가 항균 효과에 중요한 역할을 한다는 것을 시사합니다. 마찬가지로, 화합물 9의 피리미딘티온, 화합물 10의 티오피라졸, 그리고 화합물 11의 테트라진 고리 또한 화합물의 항균성에 기여하여 헤테로고리 변형의 중요성을 더욱 강조합니다.
합성된 화합물 중 6번과 13b번 화합물은 탁월한 항균 활성을 나타냈다. 화합물 6번의 최소억제농도(MIC)는 9.7 μg/100 μL, 최소살균농도(MBC)는 78.125 μg/100 μL로, 메티실린 내성 황색포도상구균(MRSA)을 사멸시키는 데 탁월한 효과를 보였다. 마찬가지로, 화합물 13b번은 4 cm의 억제대와 낮은 MIC 및 MBC 값을 나타내어 강력한 항균 활성을 확인시켜 주었다. 이러한 결과는 아크릴로히드라지드 및 벤조티아졸 작용기가 이들 화합물의 생물학적 효능을 결정하는 데 중요한 역할을 한다는 것을 보여준다.
반면, 화합물 7, 10, 14는 3.65~3.9cm 범위의 억제 영역을 나타내며 중간 정도의 항균 활성을 보였다. 이들 화합물은 상대적으로 높은 MIC 및 MBC 값에서 알 수 있듯이 세균을 완전히 사멸시키기 위해 더 높은 농도가 필요했다. 이들 화합물은 화합물 6 및 13b보다 활성은 낮았지만, 여전히 상당한 항균 잠재력을 보여주었으며, 이는 헤테로고리 구조에 아크릴로니트릴 및 안트라센 부분이 도입된 것이 항균 효과에 기여함을 시사한다.
이 화합물들은 서로 다른 작용 방식을 가지고 있으며, 일부는 살균 효과를 나타내고 다른 일부는 정균 효과를 나타낸다. 화합물 7, 11, 13a, 15는 살균 효과가 있어 세균을 완전히 사멸시키는 데 낮은 농도가 필요하다. 반면, 화합물 6, 13b, 14는 정균 효과가 있어 낮은 농도에서도 세균의 성장을 억제할 수 있지만, 세균을 완전히 사멸시키려면 더 높은 농도가 필요하다.
전반적으로, 구조-활성 관계 분석은 아크릴로니트릴 및 안트라센 부분과 헤테로고리 구조를 도입하는 것이 상당한 항균 활성을 달성하는 데 중요하다는 점을 강조합니다. 이러한 결과는 이러한 구조적 구성 요소의 최적화와 용해도 및 막 투과성을 개선하기 위한 추가적인 변형 탐색이 보다 효과적인 항MRSA 약물 개발로 이어질 수 있음을 시사합니다.
모든 시약과 용매는 표준 절차에 따라 정제 및 건조되었습니다(엘 곰후리아, 이집트). 융점은 GallenKamp 전자 융점 측정기를 사용하여 측정하였으며, 보정 없이 보고되었습니다. 적외선(IR) 스펙트럼(cm⁻¹)은 아인샴스 대학교 과학대학 화학과에서 브롬화칼륨(KBr) 펠릿을 사용하여 Thermo Electron Nicolet iS10 FTIR 분광기(Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA)로 측정했습니다.
1H NMR 스펙트럼은 GEMINI NMR 분광기(GEMINI Manufacturing & Engineering, Anaheim, CA, USA)와 BRUKER 300 MHz NMR 분광기(BRUKER Manufacturing & Engineering, Inc.)를 사용하여 300 MHz에서 측정하였다. 테트라메틸실란(TMS)을 내부 표준물질로 사용하였고, 중수소화 디메틸설폭사이드(DMSO-d₆)를 용매로 사용하였다. NMR 측정은 이집트 기자에 위치한 카이로 대학교 과학대학에서 수행하였다. 원소 분석(CHN)은 Perkin-Elmer 2400 원소 분석기를 사용하여 수행하였으며, 측정 결과는 계산값과 잘 일치하였다.
산 3(5mmol)과 티오닐 클로라이드(5ml)의 혼합물을 65°C의 수조에서 4시간 동안 가열하였다. 과량의 티오닐 클로라이드는 감압 증류하여 제거하였다. 얻어진 붉은색 고체를 수집하여 추가 정제 없이 사용하였다. 융점: 200-202°C, 수율: 88.5%. IR(KBr, ν, cm⁻¹): 2224(C≡N), 1737(C=O). ¹H-NMR(400MHz, DMSO-d₆) δ(ppm): 9.26(s, 1H, CH=), 7.27-8.57(m, 9H, 헤테로방향족화). 13C NMR (75 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 115.11 (C≡N), 124.82–130.53 (CH 안트라센), 155.34, 114.93 (CH=C–C=O), 162.22 (C=O); HRMS (ESI) m/z [M + H]+: 291.73111. 분석자. C18H10ClNO (291.73)에 대해 계산값: C, 74.11; H, 3.46; N, 4.80. 측정값: C, 74.41; H, 3.34; N, 4.66%.
0°C에서 화합물 4(2mmol, 0.7g)를 무수 다이옥산(20ml)에 용해시키고 하이드라진 수화물(2mmol, 0.16ml, 80%)을 한 방울씩 첨가하면서 1시간 동안 교반하였다. 침전된 고체를 여과하여 분리하고 에탄올에서 재결정하여 화합물 6을 얻었다.
녹색 결정, 융점 190-192℃, 수율 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, 교환 가능), 7.69-8.51 (m, 18H, 헤테로방향족), 9.16 (s, 1H, CH=), 8.54 (s, 1H, CH=); C33H21N3O (475.53)에 대한 계산값: C, 83.35; H, 4.45; N, 8.84. 측정값: C, 84.01; H, 4.38; N, 8.05%.
무수 다이옥산 용액 20 ml(트리에틸아민 몇 방울 함유)에 화합물 4(2 mmol, 0.7 g)를 용해시키고, 페닐히드라진/2-아미노피리딘(2 mmol)을 첨가한 후 실온에서 각각 1시간과 2시간 동안 교반한다. 반응 혼합물을 얼음이나 물에 붓고 묽은 염산으로 산성화시킨다. 분리된 고체를 여과하고 에탄올에서 재결정하여 화합물 7을 얻고, 벤젠에서 재결정하여 화합물 8을 얻는다.
녹색 결정, 융점 160-162℃, 수율 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, 교환 가능), 9.15 (s, 1H, CH=), 8.81 (s, 1H, CH=), 6.78-8.58 (m, 23H, 헤테로방향족); C₄₂H₂₆N₄O₂ (618.68)에 대한 계산값: C, 81.54; H, 4.24; N, 9.06. 측정값: C, 81.96; H, 3.91; N, 8.91%.
4 (2 mmol, 0.7 g)를 무수 다이옥산 용액 20 ml(트리에틸아민 몇 방울 함유)에 용해시키고, 2-아미노피리딘 (2 mmol, 0.25 g)을 첨가한 후, 혼합물을 실온에서 2시간 동안 교반하였다. 반응 혼합물을 얼음물에 붓고 묽은 염산으로 산성화시켰다. 생성된 침전물을 여과하고 벤젠에서 재결정하여 녹는점 146-148 °C, 수율 82.5%의 녹색 결정 8을 얻었다. 적외선 스펙트럼(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, 교환 가능), 9.14 (s, 1H, CH=), 7.36-8.55 (m, 13H, 헤테로방향족화); C23H15N3O (348.38)에 대해 계산값: C, 79.07; H, 4.33; N, 12.03. 측정값: C, 78.93; H, 3.97; N, 12.36%.
화합물 4 (2 mmol, 0.7 g)를 건조 다이옥산 20 ml (트리에틸아민 몇 방울과 티오우레아/세미카르바지드 2 mmol 함유)에 용해시키고 2시간 동안 환류 가열하였다. 용매를 감압 하에 증발시켰다. 잔류물을 다이옥산에서 재결정하여 혼합물을 얻었다.