一种氟化异香豆素骨架的多模式研究：合成、晶体结构以及通过密度泛函理论（DFT）、分子对接（Docking）和药代动力学-药效学（ADMET）分析进行的抗癌活性评估

新型氨基氟代异香豆素化合物4的理性设计与多维度研究：通过三组分反应合成化合物4，结合单晶XRD、Hirshfeld表面分析和DFT计算，揭示了其晶体结构中氢键和π-π堆积的分子 packing机制，并证实其与LRIG1受体的高亲和力（-7.2 kcal/mol），为开发EGFR-LRIG1通路抑制剂提供新思路。

　　

乌姆-埃-法尔瓦（Um-e-Farwa）、阿默尔·赛义德（Aamer Saeed）、希娜·扎曼（Hina Zaman）、阿马拉·穆姆塔兹（Amarah Mumtaz）、通杰尔·霍克莱克（Tuncer H?kelek）、班桑特·法拉格（Basant Farag）、索比·M·戈姆哈（Sobhi M. Gomha）、萨巴·梅赫林（Saba Mehreen）、基兰·扎法尔（Kiran Zafar）

巴基斯坦伊斯兰堡奎阿德-阿扎姆大学（Quaid-i-Azam University）化学系，邮编45320。

摘要

本文合理设计并合成了一种新型氨基-氟取代的异香豆素衍生物——3-氨基-4-((2-氟苯基)氨基)-1H-异香豆素-1-酮（4），旨在研究目标氟原子引入对异香豆素骨架的结构、电子性质和生物相互作用的影响。该化合物通过三组分反应制备，并通过FTIR、NMR和单晶X射线衍射技术进行了全面表征。XRD结果证实其属于三斜晶系P-1，分子间存在强烈的氢键（N–H···O、N–H···F、N–H···N）及π···π堆叠相互作用，这些作用稳定了分子结构。Hirshfeld表面分析和空隙分析以及分子堆积能量表明存在显著的H···H和H···C接触，进一步证实了分子的紧密堆积。DFT计算显示HOMO与LUMO之间的能隙（ΔE = 4.06 eV），表明该化合物具有平衡的化学反应性和稳定性；分子静电势分析揭示了潜在的富电子区域和缺电子区域，这些区域可能与生物相互作用相关。针对LRIG1受体的分子对接实验显示其结合亲和力较强（–7.2 kcal/mol），超过了标准EGFR抑制剂厄洛替尼（–6.2 kcal/mol）和阿法替尼（–7.9 kcal/mol）。计算机模拟的ADMET预测表明该化合物具有良好的口服生物利用度和可接受的药代动力学特性，但Ames试验结果呈阳性，提示需要进一步优化。值得注意的是，这是首次将单晶结构分析、Hirshfeld表面研究、DFT计算、针对LRIG1的分子对接以及ADMET分析相结合，对这种氨基-氟取代的异香豆素衍生物进行全面研究。这些综合实验和计算结果表明，化合物4可能成为进一步探索LRIG1-EGFR调控途径的有希望的先导化合物。

引言

癌症仍是全球主要的疾病和死亡原因，其特征是细胞无限制增殖、转移以及对现有疗法的耐药性[1]。表皮生长因子受体（EGFR）是肿瘤发生的关键分子驱动因素，调控着细胞增殖、分化和存活等关键过程[2]。异常的EGFR信号传导（通常由过表达或突变引起）与多种癌症的进展有关，包括非小细胞肺癌、乳腺癌和结直肠癌[3]。因此，针对EGFR及其下游信号通路仍是抗癌药物开发的重点。

富含亮氨酸重复序列和免疫球蛋白样结构域蛋白1（LRIG1）是一种跨膜肿瘤抑制因子，通过促进EGFR等受体的降解并减弱下游信号传导来负调控它们[4,5]。LRIG1表达降低与EGFR活性增强、肿瘤行为侵袭性增强及多种癌症的临床预后不良相关[6]。最新研究表明，LRIG1在肿瘤发生信号传导中起重要作用，稳定或调节LRIG1可能间接抑制EGFR驱动的肿瘤进展[7]。

异香豆素是一类天然存在的内酯，属于苯并吡酮家族中的异构体[8]。它们的衍生物具有多种生物活性，包括抗癌[9]、抗菌[10]、抗病毒[11]、抗氧化[12]和抗炎作用[13]（见图1）。异香豆素骨架常见于多种天然代谢物中，如毛蕊花素[14]、图恩贝金醇[15]和迪阿波尔丁[16]，这些化合物表现出显著的细胞毒性和酶抑制活性。异香豆素的药理活性主要归因于其平面芳香骨架与共轭内酯结构的结合，这种结构使得分子能够进行π–π堆叠、氢键形成及与生物大分子的疏水相互作用[17,18]。对异香豆素核心结构的修饰，尤其是在3位和4位，显著影响其生物活性[19]。已有报道指出，含有烷基、芳基或杂环基团的3,4-二取代异香豆素具有细胞毒性或激酶调节作用[20,21]。然而，大多数研究主要集中在生物活性筛选上，对固态结构验证或详细的电子结构-活性关系的研究较少。尽管氟原子能显著提高候选药物的代谢稳定性、脂溶性和结合亲和力[22,23]，但含氟异香豆素的研究仍相对不足。

值得注意的是，以往报道的3,4-二取代异香豆素很少同时在这些位置引入氟原子和氨基官能团，也未对晶体结构、电子性质及靶标特异性分子相互作用进行综合研究。特别是，针对这类化合物的综合性研究（包括单晶X射线衍射、Hirshfeld表面分析、密度泛函理论（DFT）计算、针对LRIG1的分子对接及ADMET分析）较为缺乏。本研究合理设计并合成了新型氨基-氟取代的异香豆素3-氨基-4-((2-氟苯基)氨基)-1H-异香豆素-1-酮（4），旨在通过整合实验和计算方法，填补现有研究的空白，提供关于氟取代异香豆素的结构-性质-相互作用关系的新见解，并探讨其作为抗癌先导化合物的潜力。

实验方法

化学方法

新型异香豆素衍生物4是通过三组分反应合成的，反应涉及2-甲酰苯甲酸（1）、氰化钾（3）和取代苯胺（3），具体过程如方案1所示。反应通过Strecker型机制进行：2-甲酰苯甲酸（1）与芳胺（3）缩合形成亚胺中间体，随后与氰化物反应生成两性α-氨基腈。该中间体在酸性条件下发生分子内环化

实验细节

用于单晶合成的所有试剂均购自Sigma-Aldrich公司，使用前无需进一步纯化。溶剂按照标准实验室规程干燥和蒸馏。熔点使用Stuart SMP3熔点仪测定。FTIR光谱采用Thermo Fisher Scientific光谱仪采集。¹H NMR（300 MHz）和¹³C NMR（75 MHz）光谱由Bruker Avance光谱仪测量。反应进程通过薄层色谱法监测

结论

本研究设计并合成了一种新型氟取代的3,4-二取代异香豆素衍生物3-氨基-4-((2-氟苯基)氨基)-1H-异香豆素-1-酮（4），并通过实验和计算方法对其进行了全面表征。单晶X射线衍射分析显示，该分子具有稳定的超分子结构，氢键和π–π堆叠相互作用对其结构起到了关键作用。

资助情况

本研究未接受任何外部资助。

作者贡献声明

乌姆-埃-法尔瓦（Um-e-Farwa）：合成、表征、方法学研究
阿默尔·赛义德（Aamer Saeed）：概念设计、监督、撰写、审稿与编辑
希娜·扎曼（Hina Zaman, Amara Mumtaz）：撰写、审稿与编辑、软件应用、DFT计算、分子对接
通杰尔·霍克莱克（Tuncer H?kelek）：晶体学描述及Hirshfeld表面分析
班桑特·法拉格（Basant Farag, Sobhi M. Gomha）：资源提供、软件支持、实验协助与数据分析
萨巴·梅赫林（Saba Mehreen, Kiran Zafar）：撰写、审稿与编辑

出版同意

所有作者均同意本文的发表。

补充材料

checkcif报告和CIF文件已准备好

作者贡献声明

乌姆-埃-法尔瓦（Um-e-Farwa）：初稿撰写、数据验证、软件应用、项目管理、方法学研究
阿默尔·赛义德（Aamer Saeed）：撰写、审稿与编辑、监督、软件应用、方法学研究、资金申请、概念设计
希娜·扎曼（Hina Zaman）：撰写、审稿与编辑、数据验证、正式分析
阿马拉·穆姆塔兹（Amarah Mumtaz）：初稿撰写、数据可视化、软件应用、资源提供、正式分析
通杰尔·霍克莱克（Tuncer H?kelek）：初稿撰写、软件应用

利益冲突声明

作者声明无利益冲突。

致谢

通杰尔·霍克莱克感谢哈切特佩大学（Hacettepe University）科学研究部门提供的资助（项目编号013-D04–602–004）。