Terima kasih telah mengunjungi nature.com. Versi peramban yang Anda gunakan memiliki dukungan CSS yang terbatas. Untuk pengalaman terbaik, kami sarankan Anda menggunakan versi peramban terbaru (atau matikan mode kompatibilitas di Internet Explorer). Selain itu, untuk memastikan dukungan berkelanjutan, situs ini tidak akan menyertakan gaya atau JavaScript.
Sintesis 3-(antrasen-9-il)-2-sianoakriloil klorida 4 dilakukan dan digunakan untuk mensintesis berbagai senyawa heterosiklik yang sangat aktif melalui reaksinya dengan berbagai nukleofil nitrogen. Struktur setiap senyawa heterosiklik yang disintesis dikarakterisasi secara menyeluruh menggunakan analisis spektroskopi dan unsur. Sepuluh dari tiga belas senyawa heterosiklik baru menunjukkan kemanjuran yang menjanjikan terhadap bakteri resisten multidrug (MRSA). Di antara mereka, senyawa 6, 7, 10, 13b, dan 14 menunjukkan aktivitas antibakteri tertinggi dengan zona inhibisi mendekati 4 cm. Namun, studi penambatan molekuler mengungkapkan bahwa senyawa-senyawa tersebut memiliki afinitas pengikatan yang berbeda terhadap protein pengikat penisilin 2a (PBP2a), target utama resistensi MRSA. Beberapa senyawa seperti 7, 10, dan 14 menunjukkan afinitas pengikatan dan stabilitas interaksi yang lebih tinggi pada situs aktif PBP2a dibandingkan dengan ligan kuinazolinon yang dikristalisasi bersama. Sebaliknya, senyawa 6 dan 13b memiliki skor docking yang lebih rendah tetapi tetap menunjukkan aktivitas antibakteri yang signifikan, dengan senyawa 6 memiliki nilai MIC (9,7 μg/100 μL) dan MBC (78,125 μg/100 μL) terendah. Analisis docking mengungkapkan interaksi kunci termasuk ikatan hidrogen dan penumpukan π, khususnya dengan residu seperti Lys 273, Lys 316, dan Arg 298, yang diidentifikasi berinteraksi dengan ligan yang dikristalisasi bersama dalam struktur kristal PBP2a. Residu-residu ini penting untuk aktivitas enzimatik PBP2a. Hasil ini menunjukkan bahwa senyawa yang disintesis dapat berfungsi sebagai obat anti-MRSA yang menjanjikan, menyoroti pentingnya menggabungkan docking molekuler dengan bioassay untuk mengidentifikasi kandidat terapi yang efektif.
Pada beberapa tahun pertama abad ini, upaya penelitian terutama difokuskan pada pengembangan prosedur dan metode baru yang sederhana untuk sintesis beberapa sistem heterosiklik inovatif dengan aktivitas antimikroba menggunakan bahan baku yang mudah didapat.
Gugus akrilonitril dianggap sebagai bahan awal penting untuk sintesis banyak sistem heterosiklik yang luar biasa karena merupakan senyawa yang sangat reaktif. Selain itu, turunan 2-sianoakriloil klorida telah banyak digunakan dalam beberapa tahun terakhir untuk pengembangan dan sintesis produk yang sangat penting di bidang aplikasi farmakologis, seperti zat perantara obat1,2,3, prekursor agen anti-HIV, antivirus, antikanker, antibakteri, antidepresan, dan antioksidan4,5,6,7,8,9,10. Baru-baru ini, kemanjuran biologis antrasena dan turunannya, termasuk sifat antibiotik, antikanker11,12, antibakteri13,14,15 dan insektisida16,17, telah menarik banyak perhatian18,19,20,21. Senyawa antimikroba yang mengandung gugus akrilonitril dan antrasena ditunjukkan pada Gambar 1 dan 2.
Menurut Organisasi Kesehatan Dunia (WHO) (2021), resistensi antimikroba (AMR) merupakan ancaman global terhadap kesehatan dan pembangunan22,23,24,25. Pasien tidak dapat disembuhkan, sehingga mengakibatkan masa rawat inap yang lebih lama dan kebutuhan akan obat-obatan yang lebih mahal, serta peningkatan angka kematian dan kecacatan. Kurangnya antimikroba yang efektif seringkali menyebabkan kegagalan pengobatan untuk berbagai infeksi, terutama selama kemoterapi dan operasi besar.
Menurut laporan Organisasi Kesehatan Dunia tahun 2024, Staphylococcus aureus resisten metisilin (MRSA) dan E. coli termasuk dalam daftar patogen prioritas. Kedua bakteri ini resisten terhadap banyak antibiotik, sehingga menimbulkan infeksi yang sulit diobati dan dikendalikan, dan terdapat kebutuhan mendesak untuk mengembangkan senyawa antimikroba baru dan efektif untuk mengatasi masalah ini. Antrasena dan turunannya merupakan antimikroba yang terkenal dan dapat bekerja pada bakteri Gram-positif dan Gram-negatif. Tujuan penelitian ini adalah untuk mensintesis turunan baru yang dapat melawan patogen berbahaya bagi kesehatan ini.
Organisasi Kesehatan Dunia (WHO) melaporkan bahwa banyak patogen bakteri resisten terhadap berbagai antibiotik, termasuk Staphylococcus aureus resisten metisilin (MRSA), penyebab umum infeksi di masyarakat dan fasilitas kesehatan. Pasien dengan infeksi MRSA dilaporkan memiliki tingkat kematian 64% lebih tinggi daripada pasien dengan infeksi yang sensitif terhadap obat. Selain itu, E. coli menimbulkan risiko global karena lini pertahanan terakhir terhadap Enterobacteriaceae resisten karbapenem (yaitu, E. coli) adalah kolistin, tetapi bakteri resisten kolistin baru-baru ini dilaporkan di beberapa negara. 22,23,24,25
Oleh karena itu, menurut Rencana Aksi Global Organisasi Kesehatan Dunia tentang Resistensi Antimikroba26, ada kebutuhan mendesak untuk penemuan dan sintesis antimikroba baru. Potensi besar antraken dan akrilonitril sebagai agen antibakteri27, antijamur28, antikanker29 dan antioksidan30 telah disoroti dalam banyak makalah yang diterbitkan. Dalam hal ini, dapat dikatakan bahwa turunan ini merupakan kandidat yang baik untuk digunakan melawan Staphylococcus aureus yang resisten terhadap metisilin (MRSA).
Tinjauan literatur sebelumnya memotivasi kami untuk mensintesis turunan baru dalam kelas ini. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan sistem heterosiklik baru yang mengandung gugus antrasena dan akrilonitril, mengevaluasi kemanjuran antimikroba dan antibakterinya, dan menyelidiki potensi interaksi pengikatannya dengan protein pengikat penisilin 2a (PBP2a) melalui penambatan molekuler. Berdasarkan penelitian sebelumnya, penelitian ini melanjutkan sintesis, evaluasi biologis, dan analisis komputasi sistem heterosiklik untuk mengidentifikasi agen antimethicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) yang menjanjikan dengan aktivitas penghambatan PBP2a yang kuat31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49.
Penelitian kami saat ini berfokus pada sintesis dan evaluasi antimikroba dari senyawa heterosiklik baru yang mengandung gugus antrasena dan akrilonitril. 3-(antrasen-9-il)-2-sianoakriloil klorida 4 disiapkan dan digunakan sebagai blok penyusun untuk konstruksi sistem heterosiklik baru.
Struktur senyawa 4 ditentukan menggunakan data spektra. Spektrum 1H-NMR menunjukkan adanya CH= pada 9,26 ppm, spektrum IR menunjukkan adanya gugus karbonil pada 1737 cm−1 dan gugus siano pada 2224 cm−1, dan spektrum 13CNMR juga mengkonfirmasi struktur yang diusulkan (lihat bagian Eksperimental).
Sintesis 3-(antrasen-9-il)-2-sianoakriloil klorida 4 dilakukan dengan hidrolisis gugus aromatik 250, 41, 42, 53 dengan larutan natrium hidroksida etanol (10%) untuk menghasilkan asam 354, 45, 56, yang kemudian direaksikan dengan tionil klorida pada penangas air untuk menghasilkan turunan akriloil klorida 4 dengan hasil tinggi (88,5%), seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.
Untuk menciptakan senyawa heterosiklik baru dengan khasiat antibakteri yang diharapkan, reaksi asil klorida 4 dengan berbagai dinukleofil dilakukan.
Asam klorida 4 diperlakukan dengan hidrazin hidrat pada suhu 0°C selama satu jam. Sayangnya, pirazolon 5 tidak diperoleh. Produk yang dihasilkan adalah turunan akrilamida yang strukturnya dikonfirmasi oleh data spektra. Spektrum IR-nya menunjukkan pita serapan C=O pada 1720 cm−1, C≡N pada 2228 cm−1 dan NH pada 3424 cm−1. Spektrum 1H-NMR menunjukkan sinyal singlet pertukaran proton olefin dan proton NH pada 9,3 ppm (lihat Bagian Eksperimental).
Dua mol klorida asam 4 direaksikan dengan satu mol fenilhidrazin untuk menghasilkan turunan N-fenilakriloilhidrazin 7 dengan hasil yang baik (77%) (Gambar 5). Struktur 7 dikonfirmasi oleh data spektroskopi inframerah, yang menunjukkan serapan dua gugus C=O pada 1691 dan 1671 cm−1, serapan gugus CN pada 2222 cm−1 dan serapan gugus NH pada 3245 cm−1, dan spektrum 1H-NMR-nya menunjukkan gugus CH pada 9,15 dan 8,81 ppm dan proton NH pada 10,88 ppm (lihat bagian Eksperimental).
Dalam penelitian ini, reaksi asil klorida 4 dengan 1,3-dinukleofil diselidiki. Perlakuan asil klorida 4 dengan 2-aminopiridin dalam 1,4-dioksana dengan TEA sebagai basa pada suhu kamar menghasilkan turunan akrilamida 8 (Gambar 5), yang strukturnya diidentifikasi menggunakan data spektra. Spektrum IR menunjukkan pita serapan peregangan siano pada 2222 cm−1, NH pada 3148 cm−1, dan karbonil pada 1665 cm−1; spektrum 1H NMR mengkonfirmasi keberadaan proton olefin pada 9,14 ppm (lihat Bagian Eksperimental).
Senyawa 4 bereaksi dengan tiourea menghasilkan pirimidintion 9; senyawa 4 bereaksi dengan tiosemikarbazida menghasilkan turunan tiopirazol 10 (Gambar 5). Struktur senyawa 9 dan 10 dikonfirmasi melalui analisis spektra dan unsur (lihat bagian Eksperimental).
Tetrazin-3-tiol 11 disiapkan melalui reaksi senyawa 4 dengan tiokarbazida sebagai 1,4-dinukleofil (Gambar 5), dan strukturnya dikonfirmasi melalui spektroskopi dan analisis unsur. Pada spektrum inframerah, ikatan C=N muncul pada 1619 cm−1. Pada saat yang sama, spektrum 1H-NMR-nya mempertahankan sinyal multiplate proton aromatik pada 7,78–8,66 ppm dan proton SH pada 3,31 ppm (lihat Bagian Eksperimental).
Akriloil klorida 4 bereaksi dengan 1,2-diaminobenzena, 2-aminotiophenol, asam antranilat, 1,2-diaminoetana, dan etanolamina sebagai 1,4-dinukleofil untuk membentuk sistem heterosiklik baru (13–16).
Struktur senyawa-senyawa yang baru disintesis ini dikonfirmasi melalui analisis spektra dan unsur (lihat bagian Eksperimental). Turunan 2-hidroksifenilakrilamida 17 diperoleh melalui reaksi dengan 2-aminofenol sebagai dinukleofil (Gambar 6), dan strukturnya dikonfirmasi melalui analisis spektra dan unsur. Spektrum inframerah senyawa 17 menunjukkan bahwa sinyal C=O dan C≡N muncul masing-masing pada 1681 dan 2226 cm−1. Sementara itu, spektrum 1H-NMR-nya mempertahankan sinyal singlet proton olefin pada 9,19 ppm, dan proton OH muncul pada 9,82 ppm (lihat bagian Eksperimental).
Reaksi klorida asam 4 dengan satu nukleofil (misalnya, etilamina, 4-toluidin, dan 4-metoksianilin) ​​dalam dioksana sebagai pelarut dan TEA sebagai katalis pada suhu kamar menghasilkan turunan akrilamida kristal hijau 18, 19a, dan 19b. Data unsur dan spektral senyawa 18, 19a, dan 19b mengkonfirmasi struktur turunan ini (lihat Bagian Eksperimental) (Gambar 7).
Setelah melakukan penyaringan aktivitas antimikroba dari berbagai senyawa sintetik, diperoleh hasil yang berbeda seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1 dan Gambar 8 (lihat file gambar). Semua senyawa yang diuji menunjukkan berbagai tingkat penghambatan terhadap bakteri Gram-positif MRSA, sedangkan bakteri Gram-negatif Escherichia coli menunjukkan resistensi total terhadap semua senyawa. Senyawa yang diuji dapat dibagi menjadi tiga kategori berdasarkan diameter zona penghambatan terhadap MRSA. Kategori pertama adalah yang paling aktif dan terdiri dari lima senyawa (6, 7, 10, 13b dan 14). Diameter zona penghambatan senyawa-senyawa ini mendekati 4 cm; senyawa yang paling aktif dalam kategori ini adalah senyawa 6 dan 13b. Kategori kedua adalah yang cukup aktif dan terdiri dari lima senyawa lainnya (11, 13a, 15, 18 dan 19a). Zona inhibisi senyawa-senyawa ini berkisar antara 3,3 hingga 3,65 cm, dengan senyawa 11 menunjukkan zona inhibisi terbesar yaitu 3,65 ± 0,1 cm. Di sisi lain, kelompok terakhir berisi tiga senyawa (8, 17 dan 19b) dengan aktivitas antimikroba terendah (kurang dari 3 cm). Gambar 9 menunjukkan distribusi zona inhibisi yang berbeda.
Investigasi lebih lanjut mengenai aktivitas antimikroba dari senyawa yang diuji melibatkan penentuan MIC dan MBC untuk setiap senyawa. Hasilnya sedikit bervariasi (seperti yang ditunjukkan pada Tabel 2, 3 dan Gambar 10 (lihat file gambar)), dengan senyawa 7, 11, 13a dan 15 tampaknya diklasifikasikan ulang sebagai senyawa terbaik. Mereka memiliki nilai MIC dan MBC terendah yang sama (39,06 μg/100 μL). Meskipun senyawa 7 dan 8 memiliki nilai MIC yang lebih rendah (9,7 μg/100 μL), nilai MBC mereka lebih tinggi (78,125 μg/100 μL). Oleh karena itu, mereka dianggap lebih lemah daripada senyawa yang disebutkan sebelumnya. Namun, keenam senyawa ini adalah yang paling efektif dari yang diuji, karena nilai MBC mereka di bawah 100 μg/100 μL.
Senyawa (10, 14, 18 dan 19b) kurang aktif dibandingkan dengan senyawa lain yang diuji karena nilai MBC-nya berkisar antara 156 hingga 312 μg/100 μL. Di sisi lain, senyawa (8, 17 dan 19a) paling tidak menjanjikan karena memiliki nilai MBC tertinggi (masing-masing 625, 625 dan 1250 μg/100 μL).
Terakhir, berdasarkan tingkat toleransi yang ditunjukkan pada Tabel 3, senyawa yang diuji dapat dibagi menjadi dua kategori berdasarkan cara kerjanya: senyawa dengan efek bakterisida (7, 8, 10, 11, 13a, 15, 18, 19b) dan senyawa dengan efek antibakteri (6, 13b, 14, 17, 19a). Di antara senyawa tersebut, senyawa 7, 11, 13a dan 15 lebih disukai karena menunjukkan aktivitas membunuh pada konsentrasi yang sangat rendah (39,06 μg/100 μL).
Sepuluh dari tiga belas senyawa yang diuji menunjukkan potensi melawan Staphylococcus aureus resisten metisilin (MRSA) yang resisten terhadap antibiotik. Oleh karena itu, pengujian lebih lanjut dengan lebih banyak patogen resisten antibiotik (terutama isolat lokal yang mencakup bakteri Gram-positif dan Gram-negatif patogen) dan ragi patogen direkomendasikan, serta pengujian sitotoksik dari setiap senyawa untuk menilai keamanannya.
Studi penambatan molekuler dilakukan untuk mengevaluasi potensi senyawa yang disintesis sebagai inhibitor protein pengikat penisilin 2a (PBP2a) pada Staphylococcus aureus resisten metisilin (MRSA). PBP2a adalah enzim kunci yang terlibat dalam biosintesis dinding sel bakteri, dan penghambatan enzim ini mengganggu pembentukan dinding sel, yang pada akhirnya menyebabkan lisis bakteri dan kematian sel1. Hasil penambatan tercantum dalam Tabel 4 dan dijelaskan lebih rinci dalam file data tambahan, dan hasilnya menunjukkan bahwa beberapa senyawa menunjukkan afinitas pengikatan yang kuat terhadap PBP2a, khususnya residu situs aktif kunci seperti Lys 273, Lys 316, dan Arg 298. Interaksi, termasuk ikatan hidrogen dan penumpukan π, sangat mirip dengan ligan kuinazolinon (CCL) yang dikristalisasi bersama, menunjukkan potensi senyawa ini sebagai inhibitor yang ampuh.
Data docking molekuler, bersama dengan parameter komputasi lainnya, sangat menunjukkan bahwa penghambatan PBP2a adalah mekanisme kunci yang bertanggung jawab atas aktivitas antibakteri yang diamati dari senyawa-senyawa ini. Skor docking dan nilai deviasi akar kuadrat rata-rata (RMSD) lebih lanjut mengungkapkan afinitas dan stabilitas pengikatan, mendukung hipotesis ini. Seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4, sementara beberapa senyawa menunjukkan afinitas pengikatan yang baik, beberapa senyawa (misalnya, 7, 9, 10, dan 14) memiliki skor docking yang lebih tinggi daripada ligan yang dikristalisasi bersama, menunjukkan bahwa mereka mungkin memiliki interaksi yang lebih kuat dengan residu situs aktif PBP2a. Namun, senyawa yang paling bioaktif, 6 dan 13b, menunjukkan skor docking yang sedikit lebih rendah (-5,98 dan -5,63, masing-masing) dibandingkan dengan ligan lainnya. Hal ini menunjukkan bahwa meskipun skor docking dapat digunakan untuk memprediksi afinitas pengikatan, faktor lain (misalnya, stabilitas ligan dan interaksi molekuler dalam lingkungan biologis) juga memainkan peran kunci dalam menentukan aktivitas antibakteri. Perlu dicatat bahwa nilai RMSD dari semua senyawa yang disintesis berada di bawah 2 Å, yang menegaskan bahwa posisi penambatan (docking pose) mereka secara struktural konsisten dengan konformasi pengikatan ligan yang dikristalisasi bersama, sehingga semakin mendukung potensi mereka sebagai inhibitor PBP2a yang ampuh.
Meskipun skor docking dan nilai RMS memberikan prediksi yang berharga, korelasi antara hasil docking ini dan aktivitas antimikroba tidak selalu jelas pada pandangan pertama. Meskipun inhibisi PBP2a sangat didukung sebagai faktor kunci yang memengaruhi aktivitas antimikroba, beberapa perbedaan menunjukkan bahwa sifat biologis lainnya juga memainkan peran penting. Senyawa 6 dan 13b menunjukkan aktivitas antimikroba tertinggi, dengan diameter zona inhibisi 4 cm dan nilai MIC (9,7 μg/100 μL) dan MBC (78,125 μg/100 μL) terendah, meskipun skor dockingnya lebih rendah dibandingkan dengan senyawa 7, 9, 10 dan 14. Hal ini menunjukkan bahwa meskipun inhibisi PBP2a berkontribusi pada aktivitas antimikroba, faktor-faktor seperti kelarutan, bioavailabilitas, dan dinamika interaksi dalam lingkungan bakteri juga memengaruhi aktivitas keseluruhan. Gambar 11 menunjukkan posisi penambatan (docking) kedua senyawa tersebut, yang mengindikasikan bahwa kedua senyawa, bahkan dengan skor pengikatan yang relatif rendah, masih mampu berinteraksi dengan residu kunci PBP2a, berpotensi menstabilkan kompleks inhibisi. Hal ini menyoroti bahwa meskipun penambatan molekuler memberikan wawasan penting tentang inhibisi PBP2a, faktor biologis lain harus dipertimbangkan untuk sepenuhnya memahami efek antimikroba senyawa-senyawa ini di dunia nyata.
Dengan menggunakan struktur kristal PBP2a (PDB ID: 4CJN), peta interaksi 2D dan 3D dari senyawa paling aktif 6 dan 13b yang di-docking dengan protein pengikat penisilin 2a (PBP2a) dari Staphylococcus aureus resisten metisilin (MRSA) dibangun. Peta-peta ini membandingkan pola interaksi senyawa-senyawa ini dengan ligan kuinazolinon (CCL) yang di-docking ulang dan dikristalisasi bersama, menyoroti interaksi kunci seperti ikatan hidrogen, penumpukan π, dan interaksi ionik.
Pola serupa diamati pada senyawa 7, yang menunjukkan skor docking yang relatif tinggi (-6,32) dan diameter zona inhibisi yang serupa (3,9 cm) dengan senyawa 10. Namun, MIC-nya (39,08 μg/100 μL) dan MBC-nya (39,06 μg/100 μL) secara signifikan lebih tinggi, menunjukkan bahwa senyawa ini membutuhkan konsentrasi yang lebih tinggi untuk menunjukkan efek antibakteri. Hal ini menunjukkan bahwa meskipun senyawa 7 menunjukkan afinitas pengikatan yang kuat dalam studi docking, faktor-faktor seperti bioavailabilitas, penyerapan seluler, atau sifat fisikokimia lainnya dapat membatasi kemanjuran biologisnya. Meskipun senyawa 7 menunjukkan sifat bakterisida, senyawa ini kurang efektif dalam menghambat pertumbuhan bakteri dibandingkan dengan senyawa 6 dan 13b.
Senyawa 10 menunjukkan perbedaan yang lebih dramatis dengan skor docking tertinggi (-6,40), yang mengindikasikan afinitas pengikatan yang kuat terhadap PBP2a. Namun, diameter zona inhibisinya (3,9 cm) sebanding dengan senyawa 7, dan MBC-nya (312 μg/100 μL) secara signifikan lebih tinggi daripada senyawa 6, 7, dan 13b, yang mengindikasikan aktivitas bakterisida yang lebih lemah. Hal ini menunjukkan bahwa meskipun prediksi dockingnya baik, senyawa 10 kurang efektif dalam membunuh MRSA karena faktor pembatas lainnya seperti kelarutan, stabilitas, atau permeabilitas membran bakteri yang buruk. Hasil ini mendukung pemahaman bahwa meskipun inhibisi PBP2a memainkan peran kunci dalam aktivitas antibakteri, hal itu tidak sepenuhnya menjelaskan perbedaan aktivitas biologis yang diamati di antara senyawa yang diuji. Perbedaan ini menunjukkan bahwa analisis eksperimental lebih lanjut dan evaluasi biologis mendalam diperlukan untuk sepenuhnya menjelaskan mekanisme antibakteri yang terlibat.
Hasil penambatan molekuler pada Tabel 4 dan File Data Tambahan menyoroti hubungan kompleks antara skor penambatan dan aktivitas antimikroba. Meskipun senyawa 6 dan 13b memiliki skor penambatan yang lebih rendah daripada senyawa 7, 9, 10, dan 14, keduanya menunjukkan aktivitas antimikroba tertinggi. Peta interaksi mereka (ditunjukkan pada Gambar 11) menunjukkan bahwa meskipun skor pengikatan mereka lebih rendah, mereka masih membentuk ikatan hidrogen dan interaksi penumpukan π yang signifikan dengan residu kunci PBP2a yang dapat menstabilkan kompleks enzim-inhibitor dengan cara yang bermanfaat secara biologis. Terlepas dari skor penambatan 6 dan 13b yang relatif rendah, peningkatan aktivitas antimikroba mereka menunjukkan bahwa sifat lain seperti kelarutan, stabilitas, dan penyerapan seluler harus dipertimbangkan bersama dengan data penambatan ketika menilai potensi inhibitor. Hal ini menyoroti pentingnya menggabungkan studi penambatan dengan analisis antimikroba eksperimental untuk secara akurat menilai potensi terapeutik senyawa baru.
Hasil ini menyoroti bahwa meskipun penambatan molekuler merupakan alat yang ampuh untuk memprediksi afinitas pengikatan dan mengidentifikasi mekanisme penghambatan potensial, alat ini tidak boleh diandalkan sepenuhnya untuk menentukan kemanjuran antimikroba. Data molekuler menunjukkan bahwa penghambatan PBP2a merupakan faktor kunci yang memengaruhi aktivitas antimikroba, tetapi perubahan aktivitas biologis menunjukkan bahwa sifat fisikokimia dan farmakokinetik lainnya harus dioptimalkan untuk meningkatkan kemanjuran terapeutik. Studi selanjutnya harus fokus pada pengoptimalan struktur kimia senyawa 7 dan 10 untuk meningkatkan bioavailabilitas dan penyerapan seluler, memastikan bahwa interaksi penambatan yang kuat diterjemahkan menjadi aktivitas antimikroba yang sebenarnya. Studi lebih lanjut, termasuk bioassay tambahan dan analisis hubungan struktur-aktivitas (SAR), akan sangat penting untuk meningkatkan pemahaman kita tentang bagaimana senyawa-senyawa ini berfungsi sebagai penghambat PBP2a dan untuk mengembangkan agen antimikroba yang lebih efektif.
Senyawa yang disintesis dari 3-(antrasen-9-il)-2-sianoakriloil klorida 4 menunjukkan berbagai tingkat aktivitas antimikroba, dengan beberapa senyawa menunjukkan penghambatan signifikan terhadap Staphylococcus aureus resisten metisilin (MRSA). Analisis hubungan struktur-aktivitas (SAR) mengungkapkan fitur struktural utama yang mendasari kemanjuran antimikroba dari senyawa-senyawa ini.
Keberadaan gugus akrilonitril dan antrasena terbukti sangat penting untuk meningkatkan aktivitas antimikroba. Gugus nitril yang sangat reaktif dalam akrilonitril diperlukan untuk memfasilitasi interaksi dengan protein bakteri, sehingga berkontribusi pada sifat antimikroba senyawa tersebut. Senyawa yang mengandung akrilonitril dan antrasena secara konsisten menunjukkan efek antimikroba yang lebih kuat. Aromatitas gugus antrasena lebih lanjut menstabilkan senyawa-senyawa ini, berpotensi meningkatkan aktivitas biologisnya.
Pengenalan cincin heterosiklik secara signifikan meningkatkan kemanjuran antibakteri dari beberapa derivatif. Secara khusus, derivatif benzothiazole 13b dan derivatif acrylhydrazide 6 menunjukkan aktivitas antibakteri tertinggi dengan zona inhibisi sekitar 4 cm. Derivatif heterosiklik ini menunjukkan efek biologis yang lebih signifikan, menunjukkan bahwa struktur heterosiklik memainkan peran kunci dalam efek antibakteri. Demikian pula, pirimidintion pada senyawa 9, tiopirazol pada senyawa 10, dan cincin tetrazin pada senyawa 11 berkontribusi pada sifat antibakteri senyawa tersebut, lebih lanjut menyoroti pentingnya modifikasi heterosiklik.
Di antara senyawa yang disintesis, senyawa 6 dan 13b menonjol karena aktivitas antibakterinya yang sangat baik. Konsentrasi penghambatan minimum (MIC) senyawa 6 adalah 9,7 μg/100 μL, dan konsentrasi bakterisida minimum (MBC) adalah 78,125 μg/100 μL, yang menunjukkan kemampuannya yang sangat baik untuk membersihkan Staphylococcus aureus resisten metisilin (MRSA). Demikian pula, senyawa 13b memiliki zona inhibisi 4 cm dan nilai MIC dan MBC yang rendah, yang mengkonfirmasi aktivitas antibakterinya yang ampuh. Hasil ini menyoroti peran kunci gugus fungsi akrilohidrazida dan benzotiazol dalam menentukan bioefikasi senyawa-senyawa ini.
Sebaliknya, senyawa 7, 10, dan 14 menunjukkan aktivitas antibakteri sedang dengan zona inhibisi berkisar antara 3,65 hingga 3,9 cm. Senyawa-senyawa ini membutuhkan konsentrasi yang lebih tinggi untuk membunuh bakteri sepenuhnya, sebagaimana tercermin dari nilai MIC dan MBC yang relatif tinggi. Meskipun senyawa-senyawa ini kurang aktif dibandingkan senyawa 6 dan 13b, mereka tetap menunjukkan potensi antibakteri yang signifikan, menunjukkan bahwa penggabungan gugus akrilonitril dan antrasena ke dalam cincin heterosiklik berkontribusi pada efek antibakterinya.
Senyawa-senyawa tersebut memiliki cara kerja yang berbeda, beberapa menunjukkan sifat bakterisida dan yang lainnya menunjukkan efek bakteriostatik. Senyawa 7, 11, 13a, dan 15 bersifat bakterisida dan membutuhkan konsentrasi yang lebih rendah untuk membunuh bakteri sepenuhnya. Sebaliknya, senyawa 6, 13b, dan 14 bersifat bakteriostatik dan dapat menghambat pertumbuhan bakteri pada konsentrasi yang lebih rendah, tetapi membutuhkan konsentrasi yang lebih tinggi untuk membunuh bakteri sepenuhnya.
Secara keseluruhan, analisis hubungan struktur-aktivitas menyoroti pentingnya memperkenalkan gugus akrilonitril dan antrasena serta struktur heterosiklik untuk mencapai aktivitas antibakteri yang signifikan. Hasil ini menunjukkan bahwa optimasi komponen struktural ini dan eksplorasi modifikasi lebih lanjut untuk meningkatkan kelarutan dan permeabilitas membran dapat mengarah pada pengembangan obat anti-MRSA yang lebih efektif.
Semua reagen dan pelarut dimurnikan dan dikeringkan menggunakan prosedur standar (El Gomhouria, Mesir). Titik leleh ditentukan menggunakan alat penentu titik leleh elektronik GallenKamp dan dilaporkan tanpa koreksi. Spektrum inframerah (IR) (cm⁻1) direkam di Departemen Kimia, Fakultas Sains, Universitas Ain Shams menggunakan pelet kalium bromida (KBr) pada spektrometer FTIR Thermo Electron Nicolet iS10 (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA).
Spektrum 1H NMR diperoleh pada 300 MHz menggunakan spektrometer NMR GEMINI (GEMINI Manufacturing & Engineering, Anaheim, CA, USA) dan spektrometer NMR BRUKER 300 MHz (BRUKER Manufacturing & Engineering, Inc.). Tetrametilsilana (TMS) digunakan sebagai standar internal dengan dimetil sulfoksida terdeuterasi (DMSO-d₆). Pengukuran NMR dilakukan di Fakultas Sains, Universitas Kairo, Giza, Mesir. Analisis unsur (CHN) dilakukan menggunakan Perkin-Elmer 2400 Elemental Analyzer dan hasil yang diperoleh sesuai dengan nilai yang dihitung.
Campuran asam 3 (5 mmol) dan tionil klorida (5 ml) dipanaskan dalam penangas air pada suhu 65 °C selama 4 jam. Kelebihan tionil klorida dihilangkan dengan distilasi di bawah tekanan rendah. Padatan merah yang dihasilkan dikumpulkan dan digunakan tanpa pemurnian lebih lanjut. Titik leleh: 200-202 °C, hasil: 88,5%. IR (KBr, ν, cm−1): 2224 (C≡N), 1737 (C=O). 1H-NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 9,26 (s, 1H, CH=), 7,27-8,57 (m, 9H, heteroaromatisasi). Spektrum 13C NMR (75 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 115,11 (C≡N), 124,82–130,53 (CH antrasena), 155,34, 114,93 (CH=C–C=O), 162,22 (C=O); HRMS (ESI) m/z [M + H]+: 291,73111. Analis. Dihitung untuk C18H10ClNO (291,73): C, 74,11; H, 3,46; N, 4,80. Ditemukan: C, 74,41; H, 3,34; N, 4,66%.
Pada suhu 0°C, senyawa 4 (2 mmol, 0,7 g) dilarutkan dalam dioksana anhidrat (20 ml) dan hidrazin hidrat (2 mmol, 0,16 ml, 80%) ditambahkan tetes demi tetes sambil diaduk selama 1 jam. Padatan yang mengendap dikumpulkan dengan penyaringan dan dikristalisasi ulang dari etanol untuk menghasilkan senyawa 6.
Kristal hijau, titik leleh 190-192℃, hasil 69,36%; IR (KBr) ν=3424 (NH), 2228 (C≡N), 1720 (C=O), 1621 (C=N) cm−1. 1H-NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 9,3 (br s, H, NH, dapat dipertukarkan), 7,69-8,51 (m, 18H, heteroaromatik), 9,16 (s, 1H, CH=), 8,54 (s, 1H, CH=); Nilai terhitung untuk C33H21N3O (475,53): C, 83,35; H, 4,45; N, 8,84. Ditemukan: C, 84,01; H, 4,38; N, 8,05%.
Larutkan 4 (2 mmol, 0,7 g) dalam 20 ml larutan dioksana anhidrat (mengandung beberapa tetes trietilamina), tambahkan fenilhidrazin/2-aminopiridin (2 mmol) dan aduk pada suhu kamar selama 1 dan 2 jam. Tuangkan campuran reaksi ke dalam es atau air dan asamkan dengan asam klorida encer. Saring padatan yang terpisah dan rekristalisasi dari etanol untuk mendapatkan 7 dan rekristalisasi dari benzena untuk mendapatkan 8.
Kristal hijau, titik leleh 160-162℃, hasil 77%; IR (KBr, ν, cm−1): 3245 (NH), 2222 (C≡N), 1691 (C=O), 1671 (C=O) cm−1. 1H-NMR (400 MHz, DMSO-d6): δ (ppm): 10,88 (s, 1H, NH, dapat dipertukarkan), 9,15 (s, 1H, CH=), 8,81 (s, 1H, CH=), 6,78-8,58 (m, 23H, heteroaromatik); Nilai terhitung untuk C42H26N4O2 (618,68): C, 81,54; H, 4,24; N, 9,06. Ditemukan: C, 81,96; H, 3,91; N, 8,91%.
Senyawa 4 (2 mmol, 0,7 g) dilarutkan dalam 20 ml larutan dioksana anhidrat (mengandung beberapa tetes trietilamina), 2-aminopiridin (2 mmol, 0,25 g) ditambahkan dan campuran diaduk pada suhu kamar selama 2 jam. Campuran reaksi dituangkan ke dalam air es dan diasamkan dengan asam klorida encer. Endapan yang terbentuk disaring dan dikristalisasi ulang dari benzena, menghasilkan kristal hijau senyawa 8 dengan titik leleh 146-148 °C dan hasil 82,5%; spektrum inframerah (KBr) ν: 3148 (NH), 2222 (C≡N), 1665 (C=O) cm−1. Spektrum 1H NMR (400 MHz, DMSO-d6): δ (ppm): 8,78 (s, H, NH, dapat dipertukarkan), 9,14 (s, 1H, CH=), 7,36-8,55 (m, 13H, heteroaromatisasi); Dihitung untuk C23H15N3O (348,38): C, 79,07; H, 4,33; N, 12,03. Ditemukan: C, 78,93; H, 3,97; N, 12,36%.
Senyawa 4 (2 mmol, 0,7 g) dilarutkan dalam 20 ml dioksana kering (mengandung beberapa tetes trietilamina dan 2 mmol tiourea/semikarbazida) dan dipanaskan di bawah refluks selama 2 jam. Pelarut diuapkan dalam vakum. Residu dikristalisasi ulang dari dioksana untuk menghasilkan campuran.