磺化Schiff碱：合成、表征及其抗菌和抗氧化活性的评价

《Journal of Molecular Structure》：Sulfonated Schiff Bases: Synthesis, Characterization, and Evaluation of Antimicrobial and Antioxidant Activities

水溶性Schiff碱的合成及其抗菌抗氧化活性研究。采用3-氨基-4-羟基苯磺酸与不同醛酮缩合合成L1-L4，经多种表征方法确证结构。抗菌测试显示L1、L2对革兰氏阳性菌（抑制圈26mm）和阴性菌（22-25mm）活性显著，与标准抗生素相当；L3抗菌较弱，L4无效。抗氧化测试表明L3自由基清除率达56.6%，L1、L2金属螯合活性达70.4-74.4%。证实取代基类型（卤素/甲氧基/磺酸基）显著影响生物活性，存在明确结构-活性关系。

　　

Seda ?PEKBAYRAK|Murat BEYTUR|Muhammed K?SE|?lyas G?NüL|Fevzi AYTEM?Z|Zeynep ?ilan TURHAN|Emel YILDIZ

土耳其阿达纳Cukurova大学艺术与科学学院化学系，邮编01250

摘要

本研究利用伯胺与多种羰基化合物的缩合反应制备了水溶性Schiff碱。在制备Schiff碱的过程中，使用了3-氨基-4-羟基苯磺酸作为胺类物质，而5-溴水杨醛（L₁）、5-氯水杨醛（L₂）、2-羟基-3-甲氧基苯甲醛（L₃）和水杨醛（L₄）作为醛类物质。这些配体的结构通过FTIR、1H NMR、ICP-OES、元素分析和X射线衍射技术进行了表征。

通过琼脂孔扩散法评估了L₁-L₄配体对革兰氏阳性菌（Bacillus subtilis, Bacillus cereus, Staphylococcus aureus）和革兰氏阴性菌（Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneumoniae）的体外抗菌活性。L₁和L₂配体表现出显著的抗菌活性，其对B. cereus的抑制圈为26毫米，对K. pneumoniae的抑制圈为22–25毫米，其效果与标准抗生素（氨苄西林、新霉素和链霉素）相当。尽管L₃配体的抗菌效果有限，但L₄配体则完全没有抗菌活性。

通过金属螯合和自由基清除实验研究了这些配体的抗氧化性能。在30–60 μg/mL的浓度范围内，L₁和L₂配体的金属螯合活性为70.4–74.4%，与α-生育酚的结果相当。在自由基清除实验中，L₃配体在37.5 μg/mL浓度下的清除活性最高，达到56.6%。相比之下，L₄配体在两种实验中均无显著活性。结果表明，配体的生物活性取决于芳香环上取代基的类型，并且存在明显的结构-活性关系（SAR）。

引言

Schiff碱是一类重要的有机化合物，其结构特征是含有偶氮甲烷（–C=N–）基团[1]。近年来，由于它们易于合成、可以从多种醛类/酮类和胺类物质制备，并且能够与金属离子形成稳定的复合物[[2], [3], [4], [5], [6]]，因此受到了广泛关注。Schiff碱的应用领域不断扩展，特别是在生物活性、催化和材料科学方面[[7], [8], [9], [10], [11]]。

随着抗菌耐药性（尤其是抗生素耐药性）的不断增加，开发新的有效分子变得至关重要[12,13]。研究表明，Schiff碱的抗菌和抗真菌活性与其分子结构、取代基的电子效应、亲脂性/亲水性平衡以及金属螯合能力密切相关[[14], [15], [16], [17], [18]]。含有吸电子基团（–Cl, –Br, –F）或供电子基团（–OH, OCH?, –NH?, –CH?）的Schiff碱与细胞膜和酶的相互作用更为有效[19,20]。鉴于这些结构和电子因素在生物相互作用中的作用，水溶性Schiff碱比疏水性Schiff碱更适用于生物系统，因此具有显著优势[[21], [22], [23]]。Fetoh等人对先前合成的具有抗菌和抗氧化特性的Schiff碱衍生物（硫代半卡巴嗪）进行了结构修饰，发现添加磺酸基团（–SO??）后，这些化合物在水中的溶解性提高，从而增强了它们的抗菌和抗氧化活性[24]。Darmawan等人对4-氨基安替吡林衍生物衍生的Schiff碱进行了磺酸化修饰，实验表明未磺酸化的配体和复合物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制效果较弱；而含有磺酸基团的配体和复合物则表现出更强的抑制作用。密度泛函理论（DFT）和分子对接研究也证实，磺酸基团通过增加偶极矩和反应性增强了与生物靶标的相互作用，进而提高了抗菌活性[25]。

氧化应激是由于自由基对DNA、蛋白质和脂质的损伤而引发多种疾病的重要因素[23]。因此，开发具有强抗氧化性能的新分子是当前研究的重点[26], [27], [28]。由于氧化应激主要发生在水生生物环境中，水溶性Schiff碱在抗氧化应用中具有明显优势[16,29,30]。??nar合成了芳香磺酸化的Schiff碱衍生物，并全面研究了它们的抗氧化活性。使用DPPH（2,2-二苯基-1-吡啶肼）、ABTS（2,2′-偶氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)和CUPRAC（铜离子还原抗氧化能力）测试评估了这些化合物的抗氧化性能，结果与参考化合物相当，表明合成的Schiff碱具有较好的抗氧化效果。研究表明，磺酸基团通过调节分子的电子分布，增强了与自由基的相互作用。

文献中广泛报道，Schiff碱上的官能团（–Cl, –Br, –I, –OCH?, –SO?H/–SO??）能够提高其生物活性。这种增强作用与卤素原子的强吸电子诱导效应有关，它增强了偶氮甲烷（–C=N–）基团的亲电性并提高了分子的亲脂性，从而促进了细胞膜的通透性[19]。另一方面，供电子的醇基（–OCH?, –OC?H?）通过π–π堆叠作用帮助Schiff碱与目标细胞（细菌、真菌等）中的蛋白质或DNA结合[20]。基于这些因素，本研究合成了四种新的水溶性Schiff碱，系统研究了它们的抗菌和抗氧化性能。通过琼脂孔扩散法测定了这些配体的抗菌活性，并与标准抗生素进行了比较。使用Dinis和Blois方法评估了抗氧化活性，结果发现这些配体的自由基清除效果与常见抗氧化剂相似。本研究旨在填补文献中的空白，系统地探讨了官能团的抗菌和抗氧化效应，因为目前系统评估水溶性Schiff碱生物活性的研究较少。

化学试剂和设备

所有化合物和溶剂均为分析级，均可从市场购买。使用的化学试剂包括：3-氨基-4-羟基苯磺酸、水杨醛、5-溴水杨醛、5-氯水杨醛、2-羟基-3-甲氧基苯甲醛、Mueller Hinton肉汤、DMSO（二甲基亚砜）、乙醇、FeCl₂.4H₂O、Ferrozin、α-生育酚、EDTA（乙二胺四乙酸）、1,1-二苯基-2-吡啶肼、丁基化羟基甲苯（BHT）、丁基化羟基茴香醚（BHA）和氢氧化钠（NaOH）

化学分析

通过对L₁、L₂、L₃和L₄配体的元素分析结果及理论数据进行比较，发现这些化合物中的碳（C%）、氢（H%）和氮（N%）比例相互吻合。

FT-IR光谱中–C=N伸缩振动是Schiff碱的特征性峰，Ar-C=N基团的峰位于约1600 cm^?1处。L₁、L₂、L₃和L₄配体的相应峰分别出现在1619、1617和1607厘米波数处

结论

本研究合成了水溶性Schiff碱（L₁–L₄），并通过FT-IR、¹H-NMR、ICP-OES、元素分析和单晶X射线衍射对其进行了表征，确认其属于三斜晶系。

研究了L₁–L₄配体的抗菌和抗氧化性能。结果表明，L₁、L₂和L₃配体对革兰氏阳性和阴性菌均表现出显著抗菌活性，其效果与标准抗生素相当。

CRediT作者贡献声明

Seda ?PEKBAYRAK：撰写、审稿与编辑、实验研究。Murat BEYTUR：实验研究、数据管理。Muhammed K?SE：撰写、审稿与编辑、实验研究、数据管理。?lyas G?NüL：实验研究、数据管理。Fevzi AYTEM?Z：实验研究、数据管理。Zeynep ?ilan TURHAN：实验研究。Emel YILDIZ：初稿撰写。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了TüB?TAK（项目编号：113Z280）的支持。作者感谢TüB?TAK的财政支持。