新型吡唑[3,4-d]嘧啶衍生物：设计、合成、抗菌活性及分子对接研究

《Tetrahedron》：Novel Pyrazolo[3,4-d]pyrimidine Derivatives : Design, Synthesis, Antimicrobial Activity and Molecular Docking Studies

　　

Tejas H. Pandya | Kishan M. Patel | Priyanka A. Solanki | Siddique Abubakar | Darshan H. Divetia | Navnit J. Chothani | Vikunjana K. Akbari

化学系，C.B. Patel计算机学院与J.N.M. Patel科学学院，Bharthana, Vesu, Surat, Gujarat – 395017

摘要

通过一种基于碱催化的多步方法合成了系列新型吡唑[3,4-d]嘧啶衍生物，该方法首先生成氨基吡唑中间体，然后与取代的芳香醛发生环缩合反应。通过¹H NMR、¹³C NMR和质谱分析确认了合成化合物的结构。对这些化合物的抗菌活性进行了评估，测试对象包括选定的革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌菌株以及真菌种类。其中一些衍生物表现出显著的抗菌和抗真菌活性，尤其是含有卤素、羟基和甲氧基取代基的衍生物。针对HeLa细胞系的体外细胞毒性研究表明，在测试浓度下没有明显的毒性。针对细菌DNA旋转酶和真菌羊毛甾醇14-α-脱甲基酶（CYP51）的分子对接研究显示了有利的结合相互作用，这支持了观察到的生物活性。这些发现表明吡唑[3,4-d]嘧啶衍生物是开发抗菌药物的有希望的骨架。

引言

杂环化学仍然是有机化学中的一个重要课题，因为杂环结构是许多具有生物和商业价值的化合物的基础。这些框架是多种天然和合成药物、农用化学品、染料、杀虫剂以及发光剂的基础。由于其广泛的重要性，含有杂环的新分子的制备在有机化学和药物化学中一直是研究的重点。此外，组合化学的发展使得快速生成富含杂环骨架的庞大库成为可能，进一步证明了它们在当前药物发现中的关键作用[1]。

氮杂环化合物，特别是嘧啶和嘌呤，是核酸和维生素（如硫胺素[2]、核黄素[3]和叶酸[4]）等关键生物分子的基础。由于它们的普遍存在及其合成类似物的多种药理特性，人们对嘧啶化学保持着浓厚的兴趣[5]。

吡唑并嘧啶是由吡唑环和嘧啶环结合而成的化合物，由于其在医学上的重要性（如抗高尿酸血症[6]、抗癌[7]、抗炎[8]、抗菌[9]、抗真菌[9]、抗病毒[10]、抗氧化[11]、抗惊厥[12]、抗结核[13]、抗生素[14]、镇痛[15]、解热[16]、降压[17]、抗组胺[18]、抗利什曼病[19]、抗糖尿病[20]、除草[21]等作用），因此受到了广泛研究。在各种形式中，吡唑[3,4-d]嘧啶尤为重要，因为它们与嘌呤相似，并表现出广泛的生物效应。吡唑环和嘧啶环都具有有用的生物特性，当它们融合在一起时，可以展现出额外的活性，例如对中枢神经系统[22]、结核病[23]和腺苷受体的影响[24]。改变分子中的特定部分——特别是吡唑环上的氢原子——会对药物的功能产生显著影响，促使研究人员开发新的变体，包括氟化衍生物。改进的合成技术（如微波辅助工艺）使得这些分子的制备更加容易和快捷[25, 26, 27, 28, 29]。由于其可调节的结构和广泛的应用范围，吡唑并嘧啶仍然是治疗开发中有趣的化合物[30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38]。

由于吡唑[3,4-d]嘧啶的相关性，已经发明了许多合成方法。这些方法涉及将5-氨基吡唑-4-碳腈与多种化学物质反应，包括酰胺、羧酸、胺、腈和卤代烃。另一种选择是将5-氨基吡唑-4-羧酰胺与酰胺、脲、酯或酰氯环化。氨基吡唑与酰胺之间的反应也被利用。

在我们的研究中，我们旨在通过将5-氨基-3-(4-溴苯基)-1-苯基-1H-吡唑-4-碳腈与不同的亲核试剂和亲电试剂反应来创造新的吡唑衍生物。

章节片段

化学

各种3-(4-溴苯基)-4-甲氧基-6-（取代苯基）-1-苯基-1H-吡唑[3,4-d]嘧啶[6(a-j)]的合成路线如下图图2所示。反应方案的第一步是使用适量的甲醇作为溶剂和甲醇钠作为碱，使苯肼[1]、4-溴苯甲醛[2]和马来酰腈[3]发生三组分缩合反应，生成中间体化合物

材料与方法

所有原料和溶剂主要来自Merck和Aldrich公司，无需进一步纯化。熔点在Veego VMP-DS上测定。产物通过结晶和沉淀技术分离。使用硅胶板（Merck 60 F254）进行TLC监测和纯度检测。¹H NMR光谱在便携式双束Bruker NMR台式仪上记录，¹³C NMR光谱也在便携式双束Bruker NMR仪上记录

合成化合物6(a-j)的抗菌活性讨论

使用传统的肉汤稀释法，对新合成的化合物6(a–j)的抗菌性能进行了体外评估，测试对象为两种革兰氏阴性细菌（大肠杆菌和铜绿假单胞菌）以及两种革兰氏阳性细菌（金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌），标准药物为氯霉素和环丙沙星。抗真菌活性则针对两种真菌（白色念珠菌和黑曲霉）进行了评估，参考标准为尼斯塔丁和灰黄霉素。

化合物6(a-j)的细胞毒性讨论

通过MTT比色法[41, 42]测试了化合物6(a-j)对人类宫颈癌细胞系（HeLa）的体外细胞毒性，表4显示了IC₅₀值。结果表明，在测试浓度下，大多数化合物的细胞毒性较低或可忽略不计。具体来说，化合物6a、6d、6f和6j的IC₅₀值大于100 μM，表明其具有较低的细胞毒性，提示其具有良好的安全性。相比之下，化合物6c的IC

合成化合物6(a-j)的计算机模拟分子对接研究

使用Schr?dinger Suite（Maestro 11.x）的Glide模块进行了计算机模拟分子对接研究，以预测合成分子的潜在抗菌机制。所有合成化合物的化学结构均使用LigPrep制备，其中添加了氢原子，并在pH 7.0 ± 2.0的条件下使用Epik生成了离子化状态。使用OPLS4力场对配体进行了能量最小化处理，以评估其抗菌潜力

结论

在本研究中，通过基于碱催化的多步合成策略高效地合成了一系列新型取代的吡唑[3,4-d]嘧啶衍生物6(a–j)。合成路线首先包括苯肼、4-溴苯甲醛和马来酰腈的三组分缩合，生成关键中间体5-氨基-3-(4-溴苯基)-1-苯基-1H-吡唑-4-碳腈，随后与各种取代的芳香醛发生环缩合反应

CRediT作者贡献声明

AKBARI VIKUNJANA：指导。Kishan M. Patel：概念设计。Tejas H. Pandya：初稿撰写。Siddique Abubakar：方法学研究。Priyanka A. Solanki：方法学研究。Navnit J. Chothani：可视化分析。Darshan H. Divetia：软件支持。

作者声明不存在利益冲突。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系，该文章题为“新型吡唑[3,4-d]嘧啶衍生物：设计、合成、抗菌活性和分子对接研究”。

所有作者确认在本文的发表过程中不存在利益冲突。

致谢

我们要感谢我们的研究指导老师Vikunjana K. Akbari提供的指导和监督。感谢Ahmedabad的K.M.Pharma提供质谱数据，Tamilnadu的The Gandhigram农村研究所提供NMR光谱数据，Surat的Lilaba分析实验室和Microcare实验室提供HPLC纯度分析，以及Surat的Microcare实验室进行活性研究。同时感谢Mr. Darshan H. Divetia提供分子对接数据并撰写整个分子对接部分。