多功能掺锆二氧化锆-CdS纳米复合材料的潜在光催化降解性能及循环稳定性在环境修复应用中的研究

《Polyhedron》：The potential photocatalytic degradation and cyclic stability of multifunctional zirconia-doped CdS nanocomposites for environmental remediation applications

合成二氮杂环衍生物及其Cu2?、Fe2?、Ni2?金属配合物，产率47–92%。通过FTIR、1H/13CNMR、UV-Vis等光谱及XRD证实双齿配位结构（N=N和NH?）。抗菌实验显示SC2抑菌圈17mm与阿米卡星相当，MIC/MBC值已测定。抗氧化活性IC50为1.82 μg/mL，优于抗坏血酸。分子对接表明SC2与糖苷酶4J5T、3AJ7作用能-8.7 kcal/mol和-7.2 kcal/mol。

　　

作者：Shaista Habib、Rukhsana Tabassum、Zulfiqar Ali Shahid、Muhammad Saad Ashraf、Khurram Fayyaz

巴基斯坦巴哈瓦尔普尔伊斯兰大学化学研究所，巴哈瓦尔普尔 36100

摘要

通过高效的方法合成了二氮基衍生物及其金属配合物（Cu²⁺、Fe²⁺ 和 Ni²⁺），产率高达 47–92%。通过多种光谱技术（包括紫外-可见光谱、FTIR、¹H NMR、¹³C NMR、质谱和元素分析）确认了合成衍生物的结构。经过严格分析发现，这些衍生物（SC1-SC7）可作为双齿配体。它们利用 NN 和 NH₂ 基团与金属离子进行配位。XRD 分析显示，SC2、SC2Cu、SC2Fe 和 SC2Ni 的晶粒尺寸分别为 8.48、8.77、5.45 和 10.11 nm。衍生物 SC2 具有很强的抗菌活性，对 Pseudomonas 的抑菌圈为 17 mm，与其标准药物阿米卡星相当。还计算了 MIC 和 MBC 值。此外，衍生物 SC2 具有很强的抗氧化活性（IC₅₀ = 1.82 μg/mL），优于其标准物质抗坏血酸（IC₅₀ = 3.16 μg/mL）。计算机模拟 研究表明，该衍生物与目标酶的相互作用能为曼诺糖寡糖苷酶（4J5T）和寡-1,6-葡萄糖苷酶（3AJ7）提供 -8.7 kcal/mol 和 -7.2 kcal/mol 的自由能。这些发现推动了药物化学领域的发展，凸显了这些衍生物的治疗潜力。需要进一步研究以彻底了解其分子机制。

引言

现代无机和生物无机化学在很大程度上依赖于配位化合物。它们被视为许多化学工业的基础 [1]。配位化合物对生命系统也至关重要，因为它们可以调节电解质、传输电子和氧气，并在多种金属酶中充当辅因子 [2]。配位化合物的几何结构多样，从线性到八面体都有，这些结构提供了多种电子拓扑或空间特性，从而增强了其药理性质，如提高选择性、减少副作用、增加亲脂性和提高水溶性 [3]。 二氮基化合物是具有重要生物应用价值的杂环化合物。1858 年，Peter Griess 首次制备了二氮基化合物，并发现了一种新的多功能化学反应 [4]。过去许多疾病通过二氮基化合物得到治疗，例如普鲁托西尔（抗菌剂）、苯并吡啶（麻醉剂）、阿莫西林（抗真菌剂）、克拉福明（抗尿路感染剂）等。随着时间的推移，所有病原体都会对药物产生抗性。因此，需要改进或开发新的药物来治疗可能引发严重问题甚至死亡的疾病。基于配位化合物的药物在对抗多种癌症、真菌和细菌疾病方面表现出显著的化学和结构多样性。我们制备的二氮基化合物在抗氧化 [5]、抗菌 [6]、[7] 和分子对接研究 [8]、[9]、[10] 方面取得了显著成果。 已经发现二氮基化合物具有多种生物活性，包括抗黑色素生成、抗炎、抗惊厥、抗结核 [11]、[12]、镇痛、DNA 结合和抗溃疡等作用。二氮基取代基还具有抗真菌 [13]、抗癌 [11]、[14]、抗氧化 [15]、[16]、抗菌和抗糖尿病 [17]、[18] 等特性。二氮基化合物还被用作染料，是一种用途广泛的多功能染料分子 [19]。由于其含有 S、O 和 N 等杂原子，杂环化合物在化疗、药物化合物和药理学领域具有潜在的应用价值 [20]、[21]。制备杂环二氮基化合物的主要方法是芳香胺或杂环胺的重氮化 [22]。 杂环衍生物在多种应用中非常有用，如抗菌 [23]、溶剂化、抗病毒 [24]、抗真菌 [25]、抗肿瘤 [26]、抗黄瓜花叶病毒 [27] 和抗烟草花叶病毒 [28]。此外，杂环化合物还应用于纸张、纺织品、静电复印、激光材料、皮革、化学传感器 [29] 和激光打印 [30] 等科学和技术领域。除了用于纺织品染色外，二氮基化合物还应用于液晶显示器、电光设备、计算研究、喷墨打印机、生物成像和固态发光材料 [31] 等领域。 此外，自然界中最重要的相互作用之一是金属离子相互作用 [32]。药物的作用启动和持续时间受到金属离子与化合物配位的显著影响 [33]。当以螯合配位化合物的形式存在时，金属离子更容易被吸收，并在微摩尔浓度下对人类癌细胞表现出更强的抗癌效果 [34]。在制药领域，氮杂环化合物在有机分子中广为人知 [35]。为了防止现有药物迅速产生抗药性，开发新的抗菌治疗方法是一项极其艰巨的任务。为了增强治疗效果，两个生物活性基团通过重氮键（N=N）连接在一起 [22]。 在本研究中，合成了二氮基衍生物及其金属配合物（Cu²⁺、Fe²⁺ 和 Ni²⁺）。使用多种光谱技术（包括紫外-可见光谱、FTIR、¹H NMR、¹³C NMR、质谱和元素分析）确认了合成衍生物的结构。还计算了抗菌活性（抑菌圈）、MIC 和 MBC 值。同时进行了 计算机模拟 研究，以检测化合物与目标酶的潜在相互作用。

材料

3-氨基吡啶、β-萘酚、间苯二酚、4-羟基香豆素、硫代巴比妥酸、巴比妥酸、二甲酮、Meldrum 酸、NaNO₂、NaOH 和 HCl 从 Merck、Sigma Aldrich、Aesar 和 Alfa 购买。溶剂包括乙醇、甲醇、二甲基亚砜（DMSO）、四氢呋喃（THF）、二甲甲酰胺（DMF）、丙酮、正己烷、环己烷、氯仿、CCl₄、苯和蒸馏水。

所用仪器

使用硅胶板通过薄层色谱法监测反应进展

化学方法

按照文献 [118] 中描述的方法，通过重氮偶联法制备了所需的二氮基衍生物。该方法基于亲电化合物（重氮盐）和亲核试剂（偶联剂）之间的反应，遵循亲电芳香取代机制 [119]。为了制备二氮基衍生物，将取代的吡啶（特别是 3-氨基吡啶）在 0–5 °C 下用浓 HCl 和硝酸钠（NaNO₂）处理。

结论

在本研究中，成功合成了两系列新的药用二氮基衍生物 3-氨基吡啶，产率高达 47–92%，反应温度范围为 0–5 °C。该合成过程无需使用有毒溶剂、催化剂、贵金属或苛刻条件。采用多种表征技术（如 FTIR、¹H NMR、¹³CNMR、UV/VIS、XRD 和 TGA）分析和理解了合成产物的结构。

作者贡献

研究计划由 R.T. 设计并监督。所有实验工作、原始草稿的撰写、正式分析以及所有实验结果的验证均由 Z.A.S.、S.H.、K.F. 和 M.S.A. 完成。所有合著者均阅读并批准了手稿的发表。

CRediT 作者贡献声明

Shaista Habib： 原始草稿撰写、软件使用、数据管理。 Rukhsana Tabassum： 文稿审阅与编辑、项目监督。 Zulfiqar Ali Shahid： 数据可视化、软件使用。 Muhammad Saad Ashraf： 数据可视化、软件使用。 Khurram Fayyaz： 实验研究、正式分析。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本项工作得到了巴基斯坦高等教育委员会（项目编号 ASIP/R&D/HEC/2023/5/12594/91）的支持，由巴基斯坦巴哈瓦尔普尔伊斯兰大学资助。