整合对1,2,4-三嗪-异嗪杂合配体与Cu(II)、Ni(II)和Cd(II)配合物的结构、细胞毒性和计算研究

《Journal of Molecular Structure》:Integrating Structural, Cytotoxic, and Computational Studies of Cu(II), Ni(II), and Cd(II) Complexes of a 1,2,4-Triazine–Isatin Hybrid Ligand

【字体: 时间:2026年04月22日 来源:Journal of Molecular Structure 4.7

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  新型三嗪-色氨酸杂环配体MTTI及其Cu2?、Ni2?、Cd2?配合物通过缩合反应合成,经元素分析、热重分析、光谱学及电导率测试证实为1:1配位结构,其中Cu(MTTI)具有显著抗癌活性(IC50=11±0.31 μM)。DFT计算和分子对接验证了配体-金属协同作用机制,ADMET分析显示其低毒性和良好药代性质。

  
Mohamed Abdel-Megid|Omima M.I. Adly|Magdy A. Ibrahim|R. Fouad
沙特阿拉伯利雅得伊玛目穆罕默德·伊本·沙特伊斯兰大学(IMSIU)理学院化学系。

摘要

通过4-氨基-6-甲基-3-硫氧-3,4-二氢-1,2,4-三嗪-5(2H)-酮(1)与异苯胺(2)的缩合,合成了一种新型肼配体3-[(6-甲基-5-氧代-3-硫氧-2,5-二氢-1,2,4-三嗪-4(3H)-基)亚氨基]-1,3-二氢-2H-吲哚-2-酮(MTTI, 3)。该配体与Cu2?、Ni2?和Cd2?离子形成1:1的金属与配体摩尔比的复合物。通过元素分析、热重分析(TGA)、磁化率、摩尔电导率、红外光谱(IR)、质谱(1H和13C-NMR)、紫外-可见光谱(UV–Vis)以及电子自旋共振(ESR)对所得化合物进行了全面表征。光谱数据显示,MTTI作为一种中性的三齿配体,通过偶氮甲炔氮原子、羰基吲哚氧原子和硫醇硫原子进行配位。所有MTTI复合物的几何构型均为八面体。摩尔电导率结果表明,Cu(MTTI)和Ni(MTTI)复合物呈中性,而Cd(MTTI)复合物则表现出典型的1:1电解质性质。研究了MTTI配体及其金属复合物对人类肝癌细胞(HepG-2)的抗癌活性。在所有合成的化合物中,Cu(MTTI)复体的细胞毒性最强,IC50值为11±0.31 μM,优于配体本身、其他制备的复合物以及标准参考药物。通过密度泛函理论(DFT)计算验证了MTTI及其复合物的优化分子结构,并阐明了它们的电子和量子化学性质。此外,建立了结构-活性关系,将DFT衍生的描述符与化合物的生物活性(pIC50)相关联。物理化学性质的评估证实这些化合物完全符合Lipinski五规则,表明其具有良好的口服生物利用度。理论预测与实验抗癌结果的一致性也支持了金属复合物的增强生物活性。计算机模拟的ADMET和毒性分析表明,MTTI配体及其MTTI复合物具有良好的药代动力学性质,包括可接受的口服生物利用度、低预测的系统毒性和高代谢兼容性。进一步的分子对接研究显示,MTTI及其MTTI复合物与CDK2激酶之间存在强相互作用,进一步证明了它们的潜在生物相关性。

引言

含氮杂环化合物因其独特的结构多样性和广泛的生物活性而在有机化学和药物化学中占据重要地位[[1], [2], [3]]。其中,三嗪衍生物作为药物发现、材料科学和食品化学中的多功能骨架受到了广泛关注[4,5]。三嗪核具有缺电子的芳香结构,已被纳入许多具有抗菌[6]、抗癌[7]、抗疟疾[8]、抗炎[9]、抗抑郁[10]、抗糖尿病[11]、抗惊厥[12]和抗氧化[13]特性的生物活性分子中。除了治疗用途外,三嗪还用作稳定剂、染料和聚合物化学中的中间体,凸显了其多功能性[14,15]。
异苯胺(1H-吲哚-2,3-二酮)及其衍生物也表现出多种药理活性,包括抗菌、抗肿瘤、抗病毒和抗结核作用[[16], [17], [18], [19]]。其基于吲哚的骨架含有亲电的羰基和反应性的芳香体系,使其成为合成结构多样的杂环化合物的多功能前体。将异苯胺核引入杂化分子通常通过协同效应增强生物活性[20,21]。结合三嗪和异苯胺骨架是设计多功能药物的合理策略,这种组合将异苯胺的药理潜力与三嗪的药物特性相结合,可能提高效力、选择性和药代动力学行为。最新研究表明,三嗪-异苯胺衍生物可作为酶抑制剂、抗癌候选物和抗菌剂,显示出在治疗开发中的潜力[22,23]。此外,三嗪和异苯胺衍生物均具有与过渡金属离子的强配位能力,进一步增强了它们的化学和药用价值。三嗪-异苯胺配体的金属复合物相比游离配体表现出更强的细胞毒性、抗菌性和催化性能[[24], [25], [26], [27]]。螯合作用稳定了生物相关的金属中心,调节了它们的氧化还原性质和生物相互作用[28,29],从而将其应用范围扩展到催化、材料科学和环境修复领域[[30], [31]]。随着杂环骨架的发展,最近的研究强调了将计算建模与合理药物设计相结合的重要性,加速了高效和选择性治疗剂的发现[[32], [33], [34]]。
铜、镍和镉的过渡金属复合物因其多样的生物活性(包括抗癌和抗菌效果)而备受关注。铜和镍复合物尤其具有前景,因为它们高效且相对安全;尽管镉复合物活性强,但仍需优化以减轻毒性问题。它们的作用机制通常涉及DNA/蛋白质结合、活性氧(ROS)的产生以及通过螯合作用增强细胞膜通透性[[35], [36], [37]]。Schiff碱配体(含偶氮甲炔基)与金属离子的配位能力很强,从而调节了亲脂性、稳定性和生物活性。所得金属复合物表现出增强的抗菌、抗癌和酶抑制性能,其效果受金属离子性质、配体结构和配位环境的影响[[38,39]]。
鉴于这些因素,合成新型三嗪-异苯胺杂环配体及其金属复合物是一个有前景的研究方向。结合这两种药效团与过渡金属的配位,有望增强和多样化生物活性。在本研究中,我们报道了一种新的肼配体(MTTI)的合成和表征,该配体是通过4-氨基-6-甲基-3-硫氧-3,4-二氢-1,2,4-三嗪-5(2H)-酮与异苯胺的缩合得到的,随后与选定的金属离子进行了配位。使用体外细胞毒性实验评估了合成复合物对肝癌细胞系的生物活性。通过DFT计算确认了分子几何结构,估算了相关的量子化学参数,并阐明了影响抗癌活性的因素。同时进行了结构-活性关系(SAR)分析,以建立分子描述符与pIC50值之间的统计显著相关性。还进行了药物相似性评估和ADMET分析,以评估药代动力学行为和潜在毒性。最后,通过分子对接研究证实了MTTI和MTTI复合物的抗癌效果。

材料与测量

本研究中使用的所有物质、试剂和溶剂均购自Sigma-Aldrich Chemicals,无需进一步纯化。所用化学品包括Cu2?、Ni2?和Cd2?硝酸盐、异苯胺、肼水合物、二硫化碳、丙酮酸钠、DMF、甲醇和乙醇。化合物4-氨基-6-甲基-3-硫氧-3,4-二氢-1,2,4-三嗪-5(2H)-酮(1)的合成方法遵循了文献中先前描述的步骤[40]。本工作中使用的分析仪器

MTTI配体的结构表征

将4-氨基-6-甲基-3-硫氧-3,4-二氢-1,2,4-三嗪-5(2H)-酮(1)与异苯胺(2)在无水乙醇中回流处理后,形成了目标肼配体MTTI,其中吲哚和1,2,4-三嗪环整合在同一分子骨架中(图1)。MTTI的结构通过光谱分析得到确认。MTTI(3)的红外光谱在3354、3170(2NH)、1694(C=O_三嗪)、1635(C=O_异苯胺)和1608厘米波数处显示出特征吸收峰

对HepG-2细胞系的细胞毒性(体外测试)

评估了MTTI配体及其金属复合物Cu(MTTI)、Ni(MTTI)和Cd(MTTI)对HepG-2细胞系的抗癌潜力。如图5所示,这些化合物在浓度分别为54±0.24、11±0.31、23±0.25和19±0.45 μM时抑制了HepG-2细胞的增殖。单因素方差分析(ANOVA)显示测试复合物之间存在统计学上的显著差异(p < 0.05)。使用Student's t检验进行的成对比较表明

前沿分子轨道(FMOs)

分子轨道及其相应的能级是量子化学分析的基本参数,其中前沿分子轨道,特别是最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占据分子轨道(LUMO),在决定分子稳定性和化学反应性方面起着关键作用。这些FMOs对电荷转移过程、光学行为和全局反应性描述符(如化学硬度)有重要影响

结论

总之,通过将异苯胺(1)与4-氨基-6-甲基-3-硫氧-3,4-二氢-1,2,4-三嗪-5(2H)-酮(2)缩合,成功合成了一种新型肼配体MTTI(3)。MTTI与Cu2?、Ni2?和Cd2?离子的相互作用形成了相应的配合物,其形成通过详细的光谱和分析研究得到了验证。光谱和结构分析结果

资助

本工作得到了伊玛目穆罕默德·伊本·沙特伊斯兰大学(IMSIU)科学研究处的支持和资助(项目编号IMSIU-DDRSP2601)。

CRediT作者贡献声明

Mohamed Abdel-Megid:撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、监督、资源提供、方法学设计、研究实施、资金获取、数据分析、数据管理、概念构思。Omima M.I. Adly:撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、监督、资源提供、方法学设计、研究实施、资金获取、数据分析、数据管理、概念构思。Magdy A. Ibrahim:撰写 – 审稿与编辑

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。
署名作者对科学工作做出了充分贡献,因此对结果承担共同责任。
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