《Respiratory Physiology & Neurobiology》：Synthesis of novel tryptanthrin hydrazide hydrazones for photophysical and biological applications
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本文报道了一系列新型色胺酮酰肼腙的合成及其光物理与生物学应用。研究发现，氯代衍生物（3b）可作为高选择性、高灵敏度的荧光化学传感器，用于检测环境污染物及爆炸物苦味酸（PA），检测限低至0.012 μM，且抗其他硝基芳香化合物干扰能力强。其荧光淬灭机制涉及内滤效应（IFE）和分子间氢键相互作用。同时，部分衍生物（3d-h）表现出优异的抗结核分枝杆菌（Mtb）活性，最低抑菌浓度（MIC）为0.125–16 μg mL?1，其中3d和3e的选择性指数（SI）分别大于200和160，显示出良好的成药潜力。该研究为开发兼具环境监测与抗感染治疗应用的新型多功能分子提供了新策略。
在环境监测和公共安全领域，高能爆炸物苦味酸（PA）的快速、灵敏检测是一项持续的技术挑战。同时，全球健康正面临耐药结核病，特别是完全耐药结核病（TDR-TB）的严峻威胁，亟需开发新型抗结核药物。有趣的是，自然界存在的色胺酮生物碱及其衍生物，已被证明在光物理传感和抗菌方面均具有潜在应用价值。那么，能否设计出一种多功能分子，既能作为高性能传感器用于检测危险物质，又能作为有效药物对抗致命传染病呢？这正是发表在《Respiratory Physiology》上的这项研究试图回答的核心问题。
研究人员巧妙地设计并合成了一系列新型色胺酮酰肼腙分子杂交体。为了探究这些化合物的性质，他们主要运用了以下关键技术方法：有机合成化学方法构建目标分子；紫外-可见吸收光谱和荧光光谱进行光物理性质表征；密度泛函理论（DFT）计算分析分子间相互作用机理；以及针对结核分枝杆菌H37Rv等菌株的微量肉汤稀释法进行体外抗菌活性评价和细胞毒性试验（MTT法）评估化合物安全性。
2.1. 合成与表征
研究人员通过色胺酮与苯甲酰肼或异烟肼在甲苯中回流反应，成功合成了8个新型色胺酮酰肼腙衍生物（3a-h），并通过核磁共振氢谱（1H NMR）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和元素分析等手段确认了其结构，所有化合物收率良好（86%-94%）。
2.2. 光物理应用
2.2.1. 吸收与发射研究
光物理研究表明，所有合成化合物均具有强荧光，其中氯代衍生物3b在乙腈（ACN）中荧光强度最高，量子产率（Φ）为0.56，摩尔吸光系数（ε）为5588 L mol?1cm?1，因此被选作进一步研究的荧光探针。
2.2.2. 对硝基芳香化合物的荧光响应
在测试的多种硝基芳香化合物（NACs）中，化合物3b对苦味酸（PA）表现出最显著的特异性荧光淬灭响应。随着PA的加入，3b的荧光强度被迅速、显著地淬灭。
2.2.3. 传感器的灵敏度与选择性
竞争性实验表明，化合物3b对PA具有极高的选择性，其他NACs的存在几乎不干扰其对PA的检测。其检测限（LOD）低至0.012 μM（12 nM），性能与或优于许多已报道的PA传感器。
2.2.4-2.2.8. 淬灭机制探究
通过寿命衰减、紫外-可见光谱滴定、1H NMR滴定以及DFT计算，研究证实PA对3b的荧光淬灭主要通过内滤效应（IFE，因PA吸收谱与3b激发谱重叠）和分子间氢键相互作用（3b的NH与PA的OH之间）实现。DFT计算支持了氢键复合物的形成，并排除了基态电荷转移的可能性。
2.2.9-2.2.10. 实际应用
传感器3b在海水、池塘水、自来水等多种实际水样中对PA的检测表现出高回收率（接近100%），证明了其在实际环境中的可靠性。此外，基于3b制备的测试条可实现PA的现场快速、可视化检测（荧光Turn-off）。
2.3. 生物学应用
2.3.1. 体外抗菌活性
抗菌活性评价显示，衍生物3d-h对结核分枝杆菌H37Rv表现出优异的抑制活性，MIC值在0.125–16 μg mL?1之间，其中异烟肼衍生物3e的活性最高（MIC = 0.125 μg mL?1）。这些化合物对其他的分枝杆菌（如脓肿分枝杆菌等）活性较弱，显示出对Mtb的选择性。
2.3.2. 细胞毒性研究
细胞毒性试验表明，活性化合物3d和3e对Vero细胞毒性较低，其选择性指数（SI）分别大于200和160，显示出良好的安全性窗口，具有进一步开发的潜力。
本研究成功开发了一系列新型色胺酮酰肼腙衍生物，并揭示了其双重功能。化合物3b被证明是一种高性能的PA荧光化学传感器，具备高灵敏度、高选择性、抗干扰能力强、适用于实际水样和现场检测等优点，其淬灭机制主要归因于内滤效应和氢键相互作用。另一方面，部分衍生物（特别是3d和3e）展现出强大的抗结核活性和高的选择性指数，表明其作为抗结核药物先导化合物的巨大潜力。这项工作不仅为环境有害物质的检测提供了一种强有力的工具，也为应对日益严峻的耐药结核病挑战提供了新的候选分子，充分展示了合理药物设计在开发多功能材料方面的价值。
