关于2-氧代-2-苯基-N-(吡啶-2-基甲基)乙硫酰胺（一种潜在的生物活性物质）中弱非共价相互作用本质的见解：X射线、密度泛函理论（DFT）和分子对接分析

《Journal of Molecular Structure》：Insights into the nature of weak noncovalent interactions in 2-oxo-2-phenyl-N-(pyridin-2-ylmethyl)ethanethioamide, a potential bioactive agent: X-ray, DFT and molecular docking analysis

　　

S. Doreswamy | C. Santhosh | T.N. Lohith | S. Neetha | R. Rajesh | D.C. Vinay Kumar | C.S. Rakshitha | M.P. Sadashiva

印度迈索尔国家工程学院物理系

摘要

本研究对2-氧代-2-苯基-N-(吡啶-2-基甲基)乙硫酰胺（4a）进行了详细的结构分析，采用了实验技术和计算方法来探讨其非共价相互作用及其潜在的抗癌特性。通过单晶X射线衍射，我们确定4a属于单斜晶系，揭示了对其稳定性的重要分子间相互作用，这些相互作用主要依赖于氢键链。Hirshfeld表面分析量化了这些相互作用的作用，表明范德华力在结构稳定性中起主导作用。密度泛函理论（DFT）计算使我们更深入地了解了分子的电子结构，特别是HOMO-LUMO能隙，这表明该分子具有较高的化学反应性和潜在的生物活性。利用分子静电势图可视化了分子内的电荷分布。为了研究合成的化合物4a对人类周期依赖性激酶亚基1（CKSHS1，PDB ID：1DKT）的抑制潜力，进行了分子对接实验。与常用的多柔比星相比，对接结果显示4a对CKSHS1的结合亲和能为-6.8 kcal/mol，形成了四个常规的氢键。

引言

含有硫酰胺的杂环化合物因其多样的结构特征和广泛的生物学及药理学应用而受到广泛关注。这些化合物在药物化学、配位化学和材料科学中发挥着重要作用，这归功于它们强大的氢键能力、多功能的配位行为以及可调的电子性质[1,2]。特别是，芳香族和杂芳香族基团（如吡啶和苯基）的引入，通过氢键、π–π堆叠和硫属元素相互作用增强了分子间的相互作用能力，这对于超分子组装、晶体工程和分子识别过程至关重要[3,4]。

尽管取得了这些进展，但在全面理解同时包含羰基、硫酰胺和杂芳香族功能的多功能硫酰胺衍生物的结构-性质关系方面仍存在明显的研究空白。虽然已有许多研究独立报道了结构表征或计算分析，但将实验晶体学、分子间相互作用分析、电子结构计算和生物学评估相结合的系统研究仍然有限。这种缺乏综合性的研究限制了基于硫酰胺的分子在先进功能和药物应用中的合理设计和优化。

合成的化合物4a是一个重要的分子骨架，它结合了羰基、硫酰胺和杂芳香族基团，提供了多个用于分子间相互作用和电子离域的活性位点。因此，对其分子结构、超分子架构和理论性质的详细研究对于建立其结构与功能行为之间的有意义关联至关重要[[5], [6], [7]]。

除了结构考虑外，评估这类化合物的生物学相关性同样重要。为了探究化合物4a的抑制潜力，对其与人周期依赖性激酶亚基1（CKSHS1，PDB ID：1DKT）的抑制潜力，进行了分子对接实验。这种蛋白质在调节参与细胞周期进展和细胞增殖的周期依赖性激酶中起着关键作用。CDK相关通路的失调与癌症和其他增殖性疾病密切相关，使得CKSHS1成为抗癌药物发现的重要靶点[8,9]。此外，1DKT的高分辨率晶体结构提供了适合可靠对接分析的明确结合区域[10]。

为了在激酶抑制研究中进行比较和背景理解，蛋白质数据库中的条目1AQ1被广泛用作参考模型，它代表了与强效抑制剂staurosporine结合的人类周期依赖性激酶2（CDK2）的晶体结构，用于ATP结合位点的相互作用研究[12,13]。需要注意的是，常用的抗癌药物如多柔比星主要通过DNA插人和抑制拓扑异构酶II来发挥活性，而不是直接抑制激酶[11]。此外，1AQ1结构中不包含多柔比星，任何涉及它的相互作用研究都依赖于计算建模而非实验晶体学证据[14]。这突显了通过可靠的计算方法识别和评估具有潜在激酶抑制活性的新小分子的重要性。由于CKS1在细胞周期进展中起着关键的调节作用，尤其是在促进G1期向S期的过渡中，因此抑制这种蛋白质具有生物学意义。作为周期依赖性激酶（CDKs）的辅因子，CKS1在细胞周期抑制剂的泛素介导的降解中起着关键作用。在许多恶性肿瘤中，CKS1的过表达会导致p27的过度降解，从而消除一个关键的检查点，允许细胞不受控制地生长。多柔比星主要抑制拓扑异构酶II并插入DNA，但对接研究表明它也与CKS1相互作用，这可能提供一种额外的或互补的抗癌机制。如果CKS1的活性被多柔比星或类似物质抑制，p27的水平可能会稳定下来，从而导致细胞周期停滞和肿瘤生长减缓。通过同时关注DNA复制和细胞周期控制，这种互补机制增强了整体的抗癌效果。因此，研究多柔比星对CKS1的抑制作用至关重要，不仅因为它反映了药物的主要作用机制，还可能揭示出药物的次要或协同作用机制，从而改进我们对药物整个药理特性的理解。

因此，本研究旨在通过提供合成硫酰胺衍生物（4a）的全面和综合分析来填补现有的研究空白，结合了实验和理论方法。使用单晶X射线衍射分析确定了精确的分子几何结构和晶体堆积情况。进行了Hirshfeld表面和空隙分析以量化分子间相互作用和堆积效率，提供了关于结构稳定性的见解。通过密度泛函理论（DFT）计算研究了分子的电子结构和反应性。此外，还进行了分子对接实验，以评估化合物4a与CKSHS1（PDB ID：1DKT）的结合亲和力，从而评估其作为抗癌候选物的潜力。

章节摘录

材料与方法

本研究中使用的试剂和溶剂购自Tokyo Chemical Industry和Sigma-Aldrich，按收到时的状态使用，无需进一步纯化。所描述的化学反应在0°C至室温范围内使用磁力搅拌器进行。反应进度通过预先涂层的硅胶TLC板（60-F₂₅₄，厚度0.25 mm）在254 nm紫外灯下进行可视化监测。反应后处理步骤采用双

合成

合成的化合物2-氧代-2-苯基-N-(吡啶-2-基甲基)乙硫酰胺(4a)的结构通过多种光谱技术得到明确确认，包括傅里叶变换红外（FTIR）光谱、核磁共振（NMR）光谱和高分辨率质谱（HRMS）。2-氧代-2-苯基-N-(吡啶-2-基甲基)乙硫酰胺的结构通过1H和13C NMR光谱得到确认，其化学位移和信号模式一致

结论

通过单晶X射线衍射合成并表征了一种新型硫酰胺化合物（4a）。晶体学分析显示4a属于单斜晶系，空间群为P2₁/n。该结构通过重要的非共价相互作用得到稳定，包括N3-H3···N2和C2-H2···O1相互作用，这些相互作用有助于形成超分子R²₂(10)架构。Hirshfeld表面分析表明，范德华力，特别是H???H相互作用（41.3

致谢

感谢迈索尔国家工程学院的NIE-CRD提供的财政支持。

CRediT作者贡献声明

S. Doreswamy：撰写——原始草稿，可视化，软件。C. Santhosh：撰写——原始草稿，方法学，概念化。T.N. Lohith：撰写——原始草稿，软件，研究。S. Neetha：撰写——审阅与编辑，监督，项目管理。R. Rajesh：数据管理。D.C. Vinay Kumar：撰写——审阅与编辑，可视化，软件。C.S. Rakshitha：方法学。M.P. Sadashiva：撰写——审阅与编辑。

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竞争性财务利益或个人关系。