《Journal of Molecular Structure》：Terahertz spectroscopy combined with density functional theory to investigate the single and synergistic antioxidant properties of L(+)-Ascorbic acid and quercetin
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本研究合成并表征了新型化合物EPC，通过SC-XRD、NMR、FT-IR及LC-MS确认其结构，DFT计算揭示其电子性质及分子间作用力，分子对接显示其对α-葡萄糖苷酶等糖尿病相关酶有抑制活性。
Madalambika|Kumar AC|Bharath Kumar PM|J Rangaswamy|Priyanka R Patil|Akshaya Simha N|Ramith Ramu|Nagaraja Naik
印度卡纳塔克邦迈索尔大学Manasagangotri分校化学研究系，邮编570006。
摘要
本研究报道了一种新的化合物ethyl 4-((2-bromophenyl)carbamothioyl)-5-hydroxy-1-(4-methoxyphenyl)-1H-pyrazole-3-carboxylate（EPC）的合成及其全面的结构分析。EPC的分子结构通过1H NMR、13C NMR、FT-IR、LC-MS和单晶X射线衍射（SC-XRD）技术得到了确认。SC-XRD分析表明，该化合物属于单斜晶系，空间群为P 1 21/c 1，其晶体结构由分子内的氢键作用（-C=S···H-O和N-H···O=C-）以及π-π堆叠相互作用稳定。为了优化分子几何结构并研究其电子性质，采用了B3LYP/6-311++G (d,p)水平的密度泛函理论（DFT）计算。计算得到的HOMO-LUMO能隙为3.9198 eV，分子静电势（MEP）分析揭示了分子的电荷分布和反应位点。理论计算得到的振动频率和1H/13C NMR化学位移与实验数据相符。Hirshfeld表面分析用于量化晶体堆积中的分子间相互作用。此外，通过计算机模拟（in silico）分子对接研究显示，该化合物与三种关键糖尿病酶具有良好的结合亲和力，对接得分分别为-7.527、-7.619和-7.607 kcal/mol。进一步进行了ADMET预测，以评估该化合物的成药性和药代动力学特性。
引言
糖尿病是一种慢性代谢疾病，其特征是葡萄糖稳态受损，并伴有影响多个器官的长期并发症[[1], [2], [3]]。2型糖尿病（TDM）涉及的关键酶包括α-葡萄糖苷酶、α-淀粉酶和醛糖还原酶[4]。抑制这些酶对于治疗TDM至关重要。由于该疾病的复杂性，人们持续关注能够与葡萄糖调节相关生物靶点相互作用的结构多样的小分子[5]。在这方面，杂环衍生物受到了广泛研究，进一步激发了人们对它们结构和分子特性的兴趣[6]。在各种杂环化合物中，吡唑及其衍生物因其芳香骨架、化学稳定性以及环上不同位置的取代基所赋予的结构多样性而受到关注，这些取代基可以参与多种相互作用[7]。含有吡唑的化合物具有广泛的生物应用，包括抗菌[8]、抗癌[9]、抗炎[10]、抗结核[11]、抗糖尿病[12]以及抑制多种酶[13], [14]。将氨基甲酰硫基（carbamothioyl）和取代苯基等官能团引入吡唑骨架可增加分子的复杂性。氨基甲酰硫基含有硫和氮原子，为分子间相互作用提供了多个位点，并在调节分子构象和晶体堆积中起关键作用。同样，芳香苯基取代基有助于π-π堆叠相互作用，显著影响固态组织和稳定性[15,16]。全面理解这些官能团如何影响分子几何结构和超分子组装对于建立化学结构与物理化学行为之间的可靠关联至关重要[17,18]。
这些化合物的生物活性本质上受其结构、电子和构象特征的控制[19]。单晶X射线衍射（SC-XRD）能够提供精确的分子几何结构和固态构象信息，以及关于控制晶体堆积的分子间相互作用的详细信息。此外，Hirshfeld表面分析作为一种强大的工具，可用于可视化和量化分子间接触，深入理解晶体堆积力和稳定机制[20]。结合实验晶体学研究，密度泛函理论（DFT）计算为分析电子结构、电荷分布和分子稳定性提供了可靠的基础[21,22]。当与实验确定的晶体结构进行对比时，DFT计算有助于准确解释振动光谱、核磁共振化学位移和前线分子轨道特性。这种实验-理论相结合的方法对于深入了解杂环化合物的结构和电子行为特别有价值[23]。
除了结构分析外，分子对接研究还能提供关于小分子在酶活性位点可能结合模式和分子间相互作用的定性信息，从而初步评估其生物学相关性。结合计算机模拟的ADMET预测，对接研究可以作为评估成药性和药代动力学特性的辅助工具，而不会偏离研究的主要结构焦点[24,25]。
因此，本研究报道了ethyl 4-((2-bromophenyl)carbamothioyl)-5-hydroxy-1-(4-methoxyphenyl)-1H-pyrazole-3-carboxylate（EPC）的合成及其全面的晶体学和计算研究。通过SC-XRD确定了EPC的分子结构，并进行了详细的DFT计算以支持实验结果并阐明其电子性质。Hirshfeld表面分析用于研究晶体晶格内的分子间相互作用，而分子对接和ADMET研究则作为补充的计算机模拟评估。
化学试剂
化学试剂
二乙基乙炔二羧酸（>96%，TCI有限公司），肼一水合物（>98%，TCI有限公司），4-甲氧基苯肼盐酸盐（>98%，TCI有限公司），2-溴苯异硫氰酸酯（>98%，Sigma Aldrich）。其他所有溶剂均为分析级，购自Merck和SDFCL化学品有限公司，无需进一步纯化。使用预涂硅胶板（Merck 60 F254，厚度0.25毫米）进行薄层色谱（TLC）以监测反应进程。合成路线
新型化合物ethyl 4-((2-bromophenyl)carbamothioyl)-5-hydroxy-1-(4-methoxyphenyl)-1H-pyrazole-3-carboxylate（EPC）的合成路线如图1所示，分为两步进行。首先，在无催化剂条件下，二乙基乙炔二羧酸与4-甲氧基苯肼盐酸盐在K2CO3存在下，在回流乙醇中（60°C，12小时）发生环缩合，生成中间体ethyl 5-hydroxy-1-(4-methoxyphenyl)-1H-pyrazole-3-carboxylate（2）。
结论
总之，通过SC-XRD、FT-IR、1H NMR、13C NMR和质谱技术对4-((2-bromophenyl)carbamothioyl)-5-hydroxy-1-(4-methoxyphenyl)-1H-pyrazole-3-carboxylate（EPC）的分子结构进行了全面表征。通过DFT计算支持实验结构数据，并通过前线分子轨道（HOMO-LUMO）和分子静电势（MEP）分析探讨了EPC的电子性质。
CRediT作者贡献声明
Madalambika：撰写——初稿、方法学、研究、概念构思。Kumar AC：方法学、研究、概念构思。Bharath Kumar PM：方法学。J Rangaswamy：撰写——审稿与编辑。Priyanka R Patil：撰写——审稿与编辑。Akshaya Simha N：撰写——初稿、可视化、验证。Ramith Ramu：撰写——初稿、可视化、验证。Nagaraja Naik：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、监督、研究。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
作者衷心感谢Vellore理工学院（VIT）提供单晶X射线衍射（SC-XRD）设施。同时，作者也感谢迈索尔大学提供的必要研究支持。此外，还感谢卡纳塔克州科学技术促进协会（KSTePS）在DST博士奖学金计划下的财政资助。
