吗啉修饰硅(IV)酞菁的结构-活性关系及其作为潜在抗糖尿病药物的潜力

《Dalton Transactions》：Structure–activity relationships of morpholine-modified silicon(IV) phthalocyanines as potential antidiabetic agents

　　2型糖尿病（DM）是一种慢性代谢紊乱疾病，其全球患病率正在迅速增加，这凸显了需要更安全、更有效的治疗策略的紧迫性。在这项研究中，合成了一系列含有 morpholine 官能团的轴向双取代硅（IV）酞菁及其水溶性衍生物，对其进行了结构表征，并评估了它们的抗糖尿病潜力。这些化合物通过 FT-IR、1H 和 13C NMR、UV–Vis 光谱以及质谱进行了表征。通过 α-糖苷酶和 α-淀粉酶抑制实验评估了这些化合物的体外抗糖尿病活性。非离子型硅（IV）酞菁衍生物 MT-C3-H-Si 和 MT-C3-D-Si 显示出较强的 α-糖苷酶抑制活性，其 IC50 值分别为 16.02 ± 0.94 μM 和 44.14 ± 4.06 μM，高于标准抑制剂 acarbose 的 IC50 值（60.51 ± 4.66 μM）。相比之下，水溶性衍生物 MT-C3-H-SiQ 和 MT-C3-D-SiQ 的抑制活性较低（IC50 分别为 68.80 ± 5.12 μM 和 >100 μM），表明增加亲水性并不一定能够增强酶的抑制作用。所有化合物的 α-淀粉酶抑制作用都较弱（IC50 > 100 μM），而 acarbose 的 IC50 为 25.29 ± 3.50 μM。动力学研究表明，MT-C3-H-Si 和 MT-C3-D-Si 通过非竞争性机制抑制 α-糖苷酶，其 Ki 值分别为 9.45 ± 1.45 μM 和 29.06 ± 5.16 μM。这一特征表现为 Vmax 值降低，而 Km 值无显著变化，表明它们与酶的别构区域发生了相互作用。总体而言，这些发现强调了轴向双取代硅（IV）酞菁作为有前景的分子骨架的潜力，并为关于其抗糖尿病酶抑制特性的有限文献提供了宝贵的见解。

1. 引言

糖尿病（DM）是一种多因素引起的代谢疾病，其特征是慢性高血糖。当胰岛素的分泌或作用不足时，就会发生高血糖。由于其与胰岛素的关系，糖尿病会影响脂肪组织、骨骼肌和肝脏。在糖尿病患者中，会出现多食、多饮、多尿、体重减轻和视力障碍等症状。如果未经治疗，疾病会进展并可能导致严重的并发症，包括失明、心血管疾病、中风和肾功能障碍。根据国际糖尿病联合会的数据，2021 年约有 5.4 亿成年人患有糖尿病，预计到 2030 年这一数字将上升到约 6.4 亿，到 2045 年将达到 7.9 亿。因此，该疾病的医疗支出相当高，2021 年的医疗费用为 9660 亿美元，预计到 2045 年将增加到 10540 亿美元。

糖尿病是一个重大的全球健康问题，虽然目前没有根治方法，但可以通过胰岛素治疗、药物以及生活方式的改变（包括饮食和体力活动）来有效管理。1 型和 2 型糖尿病是最常见的糖尿病类型。其中，2 型糖尿病约占所有病例的 90%，其特征是由于胰腺 β 细胞功能障碍导致胰岛素分泌受损以及胰岛素受体异常引起的胰岛素敏感性下降。管理 2 型糖尿病的关键治疗策略之一是抑制碳水化合物消化酶。在这方面，α-糖苷酶和 α-淀粉酶成为药物开发中的重要靶点。α-糖苷酶在 α-(1,6)-d-糖苷键的水解中起关键作用，有助于将复杂的碳水化合物分解成可吸收的单糖。抑制这种酶有助于调节餐后高血糖，而不会直接影响胰岛素的分泌。类似地，α-淀粉酶催化 α-(1,4)-d-糖苷键的水解，有助于淀粉的消化。临床使用的抑制剂如 acarbose、miglitol 和 voglibose 均有效，但它们常伴有胃肠道副作用，包括胀气、腹部不适和腹胀。这些不良反应主要是由于 α-淀粉酶和 α-糖苷酶被强烈抑制，导致未消化的碳水化合物发酵。因此，开发具有增强疗效、最小副作用以及强 α-糖苷酶抑制作用和轻度 α-淀粉酶抑制作用的新抑制剂仍然是一个重要的研究目标。在二十世纪中叶，通过向酞菁核心引入不同的元素，在新型大环化合物的开发方面取得了显著进展。

2. 材料与方法

所有用于反应的溶剂和试剂均为试剂级质量，从商业供应商处获得。此外，实验数据（包括材料、设备、体外 α-糖苷酶和 α-淀粉酶抑制试验、动力学和统计分析）详见补充信息（SI）。

2.1. 4-(3-(3-氯丙氧基)苯基)morpholine (MT-C3-Cl) 的合成

在 250 mL 双颈烧瓶中，将 1 g (5.60 mmol) 的 3-(4-morphonyl)phenol 和 200 mg (8.40 mmol) 的 NaH 加入 10 mL 干 DMF 中，在氮气气氛下于 0 °C 至 ?5 °C 的温度下搅拌 1 小时。然后使用滴管缓慢加入 0.60 mL (5.60 mmol) 的 1-溴-3-氯丙烷到 3 mL 干 DMF 混合物中。将反应混合物在室温下在氮气气氛下搅拌 1 天。时间结束后，将烧瓶内容物倒入冰水混合物中，加入 50 mL 氯仿并继续搅拌 1 天。然后用氯仿/水混合物提取粗产物 3 次。在减压条件下蒸发氯仿，再用装有氧化铝的色谱柱纯化粗产物，以氯仿作为流动相。产率为 650 mg (46%)。红外光谱（ATR）显示最大吸收峰位于：3095–3031 (Ar–H), 2962–2824 (Aliph. C–H), 1600, 1496, 1450, 1382, 1304, 1257, 1192, 1122, 1051, 993, 877, 835, 759, 687, 651 cm?1。1H-NMR (DMSO-d6) 的 δ 值分别为：7.10 (t, 1H, Ar–H), 6.52 (d, 1H, Ar–H), 6.45 (s, 1H, Ar–H), 6.40 (d, 1H, Ar–H), 4.03 (t, 2H, Ar–O–CH2), 3.76 (t, 2H, CH2–Cl), 3.70 (t, 4H, CH2–O), 3.06 (t, 4H, CH2–N), 2.15–2.09 (m, 2H, –CH2–)。13C-NMR (DMSO-d6) 的 δ 值分别为：159.75, 152.91, 130.11, 108.35, 105.35, 102.23, 66.52, 64.42, 48.82, 42.47, 32.24。液相色谱/质谱（LC/MS, ESI）的 m/z 值为：256.210 [M]+。

2.2. (4-(3-(3-morpholinophenoxy)propoxy)苯基)methanol (MT-C3-H-OH) 的合成

在 250 mL 烧瓶中，将 315 mg (2.53 mmol) 的 4-羟基苯甲醇和 2.4 g (17.70 mmol) 的干 K2CO3 溶解在 60 mL 丙酮中。向反应混合物中加入 650 mg (2.53 mmol) 的 4-(3-(3-氯丙氧基)苯基)morpholine (MT-C3-Cl) 和 528 mg (2 mmol) 的 18-crown-6，在氮气气氛下于 70 °C 下搅拌 2 天。反应混合物冷却至室温后，通过黑色滤纸过滤，并蒸发溶剂。用氯仿/水混合物提取粗产物 3 次。完全蒸发有机相的溶剂后，使用装有中性硅胶的色谱柱纯化粗产物。产率为 380 mg (44%)，熔点为 85–87 °C。红外光谱（ATR）显示最大吸收峰位于：3426 (–OH), 3051 (Ar. C–H), 2967–2837 (Aliph. C–H), 1614, 1576, 1512, 1448, 1393, 1301, 1266, 1240, 1196, 1113, 1042, 963, 876, 837, 745, 680 cm?1。1H-NMR (DMSO-d6) 的 δ 值分别为：7.21 (d, 2H, Ar–H), 7.09 (t, 1H, Ar–H), 6.89 (d, 2H, Ar–H), 6.51 (d, 1H, Ar–H), 6.45 (s, 1H, Ar–H), 6.40 (d, 2H, Ar–H), 4.39 (s, 2H, CH2–OH), 4.08 (t, 4H, Ar–O–CH2), 3.70 (t, 4H, CH2–O), 3.06 (t, 4H, CH2–N), 2.13–2.10 (m, 2H, –CH2–)。13C-NMR (DMSO-d6) 的 δ 值分别为：159.88, 157.80, 152.87, 135.04, 130.10, 128.34, 114.48, 108.27, 105.47, 102.24, 66.51, 64.61, 64.43, 62.97, 48.85, 29.20。液相色谱/质谱（LC/MS, ESI）的 m/z 值为：344.310 [M + H]+。

2.3. (3,5-双(3-(3-morpholinophenoxy)propoxy)苯基)methanol (MT-C3-D-OH) 的合成

MT-C3-D-OH 的合成方法与 MT-C3-H-OH 相似，但使用的是 3,5-二羟基苯甲醇代替 4-羟基苯甲醇。产率为 400 mg (55%)。红外光谱（ATR）显示最大吸收峰位于：3437 (–OH), 3092–3035 (Ar–H), 2963–2830 (Aliph. C–H), 1598, 1497, 1450, 1383, 1266, 1193, 1163, 1119, 1066, 996, 834, 760, 688 cm?1。1H-NMR (DMSO-d6) 的 δ 值分别为：7.09 (t, 2H, Ar–H), 6.48 (t, 6H, Ar–H), 6.37 (t, 3H, Ar–H), 4.39 (s, 2H, CH2–OH), 4.06 (t, 8H, Ar–O–CH2), 3.68 (t, 8H, CH2–O), 3.05 (t, 8H, CH2–N), 2.11–2.08 (m, 4H, –CH2–)。13C-NMR (DMSO-d6) 的 δ 值分别为：159.97, 159.87, 152.90, 145.64, 130.09, 108.25, 105.42, 105.09, 102.19, 99.86, 66.51, 64.60, 64.39, 63.22, 48.83, 29.17。MALDI-TOF-MS 的 m/z 值为：578.038 [M]+。

2.4. 硅（IV）酞菁化合物 (MT-C3-H-Si) 的合成

在 50 mL 烧瓶中，将 120 mg (0.35 mmol) 的 (4-(4-(3-(3-morpholinphenoxy)propoxy)苯基)methanol (MT-C3-H-OH) 溶解在 10 mL 干甲苯中，并加入 100 mg (0.16 mmol) 的硅酞菁二氯化物，在氮气气氛下搅拌 10 分钟。然后加入 8.40 mg (0.35 mmol) 的氢化钠，混合物在 110 °C 下搅拌 1 天。时间结束后，将混合物冷却至室温并蒸发溶剂。用装有氧化铝的色谱柱（以氯仿为流动相）纯化粗产物。产率为 45 mg (18%)，熔点高于 250 °C。红外光谱（ATR）显示最大吸收峰位于：3069 (Ar–H), 2964–2855 (Aliph.C–H)：1600, 1507, 1429, 1335, 1291, 1242, 1193, 1167, 1121, 1077, 908, 759, 731, 680。1H-NMR (CDCl3) (δ: ppm)：9.58 (m, 8H, Pc-Hα), 8.31 (m, 8H, Pc-Hβ), 7.14 (t, 4H, Ar–H), 6.51 (d, 4H, Ar–H), 6.40 (s, 4H, Ar–H), 5.68 (d, 4H, Ar–H), 4.24 (t, 4H, –Ar–O–CH2)b, 3.96 (s, 4H, Ar–O–CH2)d, 3.81 (t, 8H, CH2–O)f, 3.11 (t, 8H, CH2–N)e, 2.00 (m, 4H, –CH2–)c, ?0.78 (s, 4H, Si–O–CH2)a。13C-NMR (CDCl3) (δ: ppm)：159.87, 156.17, 152.65, 149.28, 136.03, 131.29, 130.68, 129.81, 124.59, 123.55, 112.55, 108.46, 105.35, 102.63, 66.85, 64.30, 63.98, 57.42, 49.24, 29.10。UV-Vis (DMF) 最大吸收波长 (log ε)：678 (5.04), 650 (4.29), 612 (4.33), 332 (4.66)。MALDI-TOF-MS m/z：1225.105 [M]+。

2.5. 四价硅酞菁化合物 (MT-C3-D-Si) 的合成

MT-C3-D-Si 的合成方法与 MT-C3-H-Si 类似，但有所改进，使用 (3,5-双(3-吗啉苯氧基)丙氧基)苯甲醇 (MT-C3-D-OH) 代替 MT-C3-H-OH。粗产物通过中性硅胶柱层析纯化，流动相为氯仿。产率为 60 mg (22%)，熔点 >250 °C。红外光谱 (ATR)：最大吸收峰分别为 3081 (Ar–H), 2960–2860 (脂肪族 C–H), 1597, 1496, 1450, 1336, 1260, 1192, 1162, 1121, 1066, 996, 832, 757, 738, 688。1H-NMR (CDCl3)：9.57 (m, 8H, Pc-Hα), 8.27 (m, 8H, Pc-Hβ), 7.18 (t, 6H, Ar–H), 6.53 (d, 6H, Ar–H), 6.43 (t, 8H, Ar–H), 5.50 (s, 2H, Ar–H), 3.85 (t, 8H, Ar–O–CH2)b, 3.83 (d, 16H, CH2–O)f, 3.17 (t, 8H, Ar–O–CH2)d, 3.12 (t, 16H, CH2–N)e, 1.84 (m, 8H, –CH2–)c, ?0.72 (s, 4H, Si–O–CH2)a。13C-NMR (CDCl3)：159.87, 158.27, 152.66, 149.37, 141.45, 135.99, 130.78, 129.82, 123.54, 108.46, 105.45, 102.68, 101.21, 99.20, 66.86, 64.34, 63.42, 58.16, 49.28, 29.05。UV-Vis (DMF) 最大吸收波长 (log ε)：681 (5.00), 648 (4.26), 615 (4.30), 335 (4.65)。MALDI-TOF-MS m/z：1695.166 [M]+。

2.6. 水溶性四价硅酞菁的通用合成方法

将 20 mg (0.016 mmol) 的 MT-C3-H-Si 和 MT-C3-D-Si 分别溶于 2.50 mL 的氯仿中，然后加入 2 mL 的碘甲烷。将反应混合物在室温下避光搅拌 6 天。反应结束后，通过玻璃坩埚过滤沉淀物。未反应的部分用氯仿和乙醚洗纯并从中除去。所得部分在真空中干燥。

2.6.1. MT-C3-H-SiQ 的合成

产率为 15 mg (61%)，熔点 >300 °C。红外光谱 (ATR)：最大吸收峰分别为 3056 (Ar–H), 2932–2807 (脂肪族 C–H), 1612, 1519, 1469, 1429, 1337, 1290, 1166, 1119, 1067, 911, 830, 759。UV-Vis (DMF) 最大吸收波长 (log ε)：668 (5.04), 643 (4.63), 604 (4.35), 355 (4.88)。MALDI-TOF-MS m/z：682.570 [M ? 2I + 3H2O + H]2+。

2.6.2. MT-C3-D-SiQ 的合成

产率为 10 mg (38%)，熔点 >300 °C。红外光谱 (ATR)：最大吸收峰分别为 3060 (Ar–H), 2985–2881 (脂肪族 C–H), 1610, 1519, 1471, 1425, 1332, 1287, 1167, 1119, 1064, 910, 832, 757, 729。UV-Vis (DMF) 最大吸收波长 (log ε)：668 (5.03), 643 (4.33), 604 (4.35), 355 (4.60)。MALDI-TOF-MS m/z：440.849 [M ? 4I + H]4+。

3. 结果与讨论

3.1. 合成与表征

方案 1 展示了吗啉取代的四价硅酞菁 (MT-C3-H-Si 和 MT-C3-D-Si) 及其水溶性衍生物 (MT-C3-H-SiQ 和 MT-C3-D-SiQ) 的合成路线。首先，通过 3-吗啉酚和 1-溴-3-氯丙烷在 DMF 中进行亲核取代反应，使用 NaH 作为碱来合成 MT-C3-Cl。合成的配体前体 MT-C3-Cl 通过 FT-IR、NMR 和 ESI-MS 技术进行了表征，以确认其分子结构。在 MT-C3-Cl 的红外光谱中，芳香族 C–H 振动出现在 3095–3031 cm?1，而脂肪族 C–H 振动出现在 2962–2824 cm?1，表明分子中同时存在芳香族和脂肪族基团。特征性的芳香族 CC 振动出现在 1600 cm?1，证实了芳香族环的存在。此外，C–O–C 和 C–N–C 振动分别出现在 1257 和 1122 cm?1，这些振动是吗啉环的特征，进一步证实了结构中存在醚基和三级胺官能团（图 S1）。MT-C3-Cl 的 1H NMR (DMSO-d6) 显示四个芳香族质子在 7.10–6.40 ppm 范围内，对应于取代芳香环上的质子。十四个脂肪族质子在 4.03–2.15 ppm 范围内，归属于与吗啉和丙基片段相关的亚甲基（图 S2a）。13C NMR 显示芳香族碳信号在 159.75–102.23 ppm 范围内，而脂肪族碳信号分别出现在 66.52 (CH2–O)、64.42 (Ar–O–CH2)、48.82 (CH2–N) 和 42.47 (CH2–Cl) ppm，证实了化合物的结构完整性（图 S2b）。值得注意的是，42.47 ppm 的信号是 C–Cl 碳的环境特征，而 C–Br 碳通常出现在较低的化学位移值（约 30–40 ppm）。这一观察结果表明取代是通过溴置换发生的，生成了含氯的产物，与文献报道一致。ESI-MS 光谱进一步支持了提出的结构，显示分子离子峰 m/z = 256.21，对应于质子化的分子 M + H+（图 S3）。此外，还检测到一个 m/z = 298.21 的信号，并进行了详细分析。放大后的光谱显示该峰没有溴的特征同位素模式（79Br/81Br 的强度比为约 1:1）。因此，可以排除存在溴化物的可能性。该信号归因于溶剂衍生物，这在 ESI-MS 分析中是常见的。随后，通过使用 K2CO3 作为碱，在丙酮中分别用 4-羟基苯甲醇和 3,5-二羟基苯甲醇对 MT-C3-Cl 进行亲核取代，合成了 MT-C3-H-OH 和 MT-C3-D-OH。这一反应途径通过亲核置换氯原子引入了羟基苯基取代基，生成了醚连接的衍生物。MT-C3-H-OH 和 MT-C3-D-OH 的红外光谱证实了取代反应的成功。特别是，MT-C3-H-OH 在 3426 cm?1 和 MT-C3-D-OH 在 3437 cm?1 处显示出宽的 O–H 振动带，明确表明分子结构中存在羟基。MT-C3-H-OH 的芳香族 C–H 振动出现在 3051 cm?1，MT-C3-D-OH 的芳香族 C–H 振动出现在 3092–3035 cm?1，而脂肪族 C–H 振动分别出现在 2967–2837 cm?1 和 2963–2830 cm?1，表明配体中同时存在芳香族和脂肪族片段（图 S4 和 S7）。MT-C3-H-OH 的 1H NMR 显示芳香族质子在 7.21–6.40 ppm 范围内，脂肪族质子在 4.39–2.10 ppm 范围内（图 S5a）。13C NMR 显示十六个碳信号在 159.88–29.20 ppm 范围内，证实了结构中存在芳香族和脂肪族碳原子（图 S5b）。MT-C3-D-OH 的 1H NMR 显示芳香族质子在 7.09–6.37 ppm 范围内，脂肪族质子在 4.39–2.11 ppm 范围内（图 S8a）。13C NMR 显示十六个碳信号在 159.97–29.17 ppm 范围内，与含有芳香环和脂肪族链的分子结构一致（图 S8b）。质谱进一步确认了合成配体的分子结构。MT-C3-H-OH 的分子离子峰 m/z 为 344.310 [M + H]+，MT-C3-D-OH 的分子离子峰 m/z 为 578.038 [M]+，与预期的分子量一致，证实了目标化合物的生成。四价硅酞菁 MT-C3-H-Si 和 MT-C3-D-Si 是通过将相应的羟基衍生物与 NaH 和 SiPcCl2 在甲苯中在 110 °C 下反应 24 小时获得的。FT-IR 光谱显示 O–H 振动带的消失证实了轴向取代。MT-C3-H-Si 的芳香族 C–H 振动出现在 3069 cm?1，MT-C3-D-Si 的芳香族 C–H 振动出现在 3081 cm?1，而脂肪族 C–H 振动分别出现在 2964–2855 cm?1 和 2960–2860 cm?1（图 S10 和 S11）。MT-C3-H-Si 的 1H NMR 显示典型的酞菁大环质子信号。Pc-Hα 和 Pc-Hβ 质子分别出现在 9.58 和 8.31 ppm，这是四价硅酞菁衍生物的特征，证实了酞菁核的存在。此外，在 7.14–5.68 ppm 范围内观察到额外的芳香族质子信号，对应于通过轴向取代引入的苯基芳香环，而脂肪族质子信号在 4.24–2.00 ppm 范围内，来源于吗啉和丙基片段。值得注意的是，Si–O–CH2 质子在 ?0.78 ppm 处被检测到。这种不寻常的高场位移可以归因于酞菁大环的强磁各向异性，其中共轭 π-系统的环电流效应在宏环平面的上方和下方产生了屏蔽环境，导致位于该区域的轴向取代质子在负化学位移值处共振。这一观察进一步支持了取代基成功轴向配位到硅中心（图 1a）。13C NMR 显示芳香族碳信号在 159.87–102.63 ppm 范围内，归属于酞菁大环和芳香基苯基的碳原子。此外，脂肪族碳信号分别出现在 66.85 和 29.10 ppm 范围内，对应于通过轴向取代引入的吗啉和丙基碳（图 1b）。

MT-C3-H-Si 在 CDCl3 中记录的 1H NMR (a) 和 13C NMR (b) 光谱。同样，MT-C3-D-Si 也显示了典型的酞菁大环质子信号，Pc-Hα 和 Pc-Hβ 质子分别出现在 9.57 和 8.27 ppm。这些信号是四价硅酞菁衍生物的特征，证实了酞菁核的完整性。此外，在 7.18–5.50 ppm 范围内观察到额外的芳香族质子信号，对应于通过轴向取代连接的苯基芳香环，而脂肪族质子信号出现在 3.85–1.84 ppm 范围内，归属于吗啉基团和丙基片段。与 MT-C3-H-Si 衍生物类似，由于酞菁大环的强磁各向异性和环电流效应，Si–O–CH2 质子在 ?0.72 ppm 处被检测到（图 2a）。13C NMR 显示十四个芳香族碳信号在 159.87–99.20 ppm 范围内，归属于酞菁大环和芳香基取代基的碳原子。此外，在 66.86–29.05 ppm 范围内观察到六个脂肪族碳信号，归属于吗啉和丙基链的碳原子，进一步支持了在合成的四价硅酞菁结构中存在轴向取代基（图 2b）。

MT-C3-H-Si 在 CDCl3 中记录的 1H NMR (a) 和 13C NMR (b) 光谱。MALDI-TOF MS 分析显示 MT-C3-H-Si 的分子离子峰 m/z 为 1225.105 [M]+，MT-C3-D-Si 的分子离子峰 m/z 为 1695.166 [M]+（图 3）。这些分子离子信号与目标四价硅酞菁衍生物的预期分子量一致，进一步证实了与非季铵化硅(iv)酞菁相比，水溶性衍生物在Q带区域显示出明显的变化，这归因于引入的离子取代基对酞菁大环电子环境的影响。相比之下，在相同的溶剂条件下，水溶性衍生物MT-C3-H-SiQ观察到了部分聚集现象。这种行为可能是由于离子取代基导致的分子间相互作用增强，尽管存在轴向取代的立体效应，但仍促进了聚集。

水溶性衍生物通过使用二硫醇（DIT）和3-吲哚丙烯酸（IAA）作为基质，通过MALDI-TOF质谱进行了表征。对于MT-C3-H-SiQ，未观察到预期的分子离子；相反，检测到较低m/z值的信号（356.563、556.514、682.570、881.249和912.496），这些信号被认为是碘离子丢失后形成的碎片离子。特别是，m/z 682.570的峰可以归因于[M ? 2I + 3H2O + H]2+物种，表明碘离子丢失后发生了水合作用（图5a）。这种行为与已知季铵盐在MALDI条件下的电离特性一致。对于MT-C3-D-SiQ，在m/z 440.849处观察到一个明显的峰，并被归因于M ? 4I + H4+物种，支持了四阳离子结构的形成。其他m/z 557.495、577.397、594.448和609.730的信号被归因于较低电荷状态和/或部分碎片化的物种（图5b）。总体光谱特征，包括碘离子丢失、多电荷离子和碎片化模式，与提出的季铵结构一致。

3.2 酶抑制试验

评估了合成化合物对α-糖苷酶和α-淀粉酶的抑制活性，结果总结在表1中。根据α-糖苷酶抑制数据，MT-C3-H-Si表现出最高的抑制活性，IC50值为16.02 ± 0.94 μM，其次是MT-C3-D-Si，IC50值为44.14 ± 4.06 μM。水溶性衍生物MT-C3-H-SiQ和MT-C3-D-SiQ显示出较低的抑制活性，IC50值分别为68.80 ± 5.12 μM和>100 μM。标准抑制剂阿卡波糖的IC50值为60.51 ± 4.66 μM。值得注意的是，MT-C3-H-Si和MT-C3-D-Si的抑制活性显著高于阿卡波糖（p < 0.0001）。表1

化合物
α-糖苷酶（μM）
α-淀粉酶（μM）
MT-C3-H-Si
16.02 ± 0.94***
>100
MT-C3-D-Si
44.14 ± 4.06***
>100
MT-C3-H-SiQ
68.80 ± 5.12
>100
MT-C3-D-SiQ
>100
>100
阿卡波糖
60.51 ± 4.66
25.29 ± 3.50

*** p < 0.0001 与阿卡波糖相比。文献中也有报道类似的抑制趋势。?elik等人研究了含有1,2,3-三唑Schiff碱或甲氧基类似取代基的硅(iv)酞菁对α-糖苷酶的抑制活性，并报告称甲氧基取代的酞菁的效力约为标准抑制剂的700倍，IC50值为22.4 ± 1.0 μM。同样，Barut和Demirba?评估了非边缘三氯生取代的无金属铜(ii)和镍(ii)酞菁，发现铜(ii)衍生物表现出强烈的α-糖苷酶抑制作用（IC50 = 25.12 ± 0.62 μM），超过了其他两种化合物和标准抑制剂。

在另一项研究中，Khan等人合成了含有N-甲基吗啉基的苯并咪唑盐，并报告了α-糖苷酶的IC50值范围为15 ± 0.03至110 ± 0.11 μM，其中溴取代衍生物被鉴定为最有效的抑制剂（IC50 = 15 ± 0.03 μM）。Mente?e等人报告了某些吗啉衍生物的更强抑制作用，IC50值在0.18 ± 0.021至20.46 ± 0.21 μM之间，而4-甲氧基苯基取代的化合物的抑制作用比标准抑制剂高约900倍。?akmak等人研究了吗啉取代的喹啉衍生物，并报告了IC50值在584.20 ± 62.51至1023.16 ± 103.27 μM之间，仍高于标准抑制剂（IC50 = 1160.7 ± 172 μM），其中5-硝基-3,6,8-三溴喹啉衍生物表现出最高的抑制作用。

在本研究中，MT-C3-H-Si和MT-C3-D-Si被认为是α-糖苷酶抑制作用最强的硅(iv)酞菁。吗啉取代基的存在似乎对α-糖苷酶的抑制具有积极作用，这与先前的结构-活性关系一致。然而，专门关注硅(iv)酞菁对α-糖苷酶抑制作用的文献报道仍然有限，本研究的结果与现有的发现一致。多项研究表明吗啉衍生物作为开发体外抗糖尿病药物的支架结构的有效性。Kayukova及其同事测试了芳酰-(吗啉-1-基)丙酰胺肟基及其盐类的酶抑制潜力。这些化合物对α-糖苷酶的抑制作用为22.8%至78.7%，对α-淀粉酶的抑制作用为25.6%至48.0%。它们显示的α-糖苷酶抑制效果与阿卡波糖相当，而对α-淀粉酶的抑制效果较弱。在另一项研究中，Saroha及其同事研究了吗啉偶联的奥龙衍生物的体外淀粉酶抑制活性，发现这些化合物对α-淀粉酶的抑制作用介于7.22%至22.48%之间。

关于α-淀粉酶的抑制作用，所有合成的化合物的IC50值均高于100 μM，表明抑制作用较弱，而标准抑制剂阿卡波糖的IC50值为25.29 ± 3.50 μM。这种抑制模式与II型糖尿病管理的理想药理行为一致，其中更倾向于选择性地抑制α-糖苷酶而不是α-淀粉酶。?elik等人的研究表明，硅(iv)酞菁对α-淀粉酶的IC50值为78 ± 2 μM和>400 μM，而阿卡波糖的IC50值为48 ± 2 μM，证实了其弱的α-淀粉酶抑制作用。同样，Saka等人报告了外围铜(ii)和锌(ii)酞菁的α-淀粉酶抑制作用较低，IC50值分别为>450 μM和128.2 ± 1.5 μM，与标准抑制剂（IC50 = 6.9 ± 0.1 μM）相比。

进一步的研究支持了这一趋势。Huneif等人研究了一种香草醛–噻唑二酮–吗啉杂化化合物，报告标准抑制剂的IC50值为10.32 ± 1.02 μM，合成化合物的IC50值为19.51 ± 1.34 μM，表明其效力低于标准抑制剂。Askarzadeh等人也表明，含有吗啉的酞亚胺–苯磺酰胺衍生物在300 μM时没有α-淀粉酶抑制作用，而阿卡波糖的IC50值为108 ± 0.71 μM。

水溶性硅(iv)酞菁（MT-C3-H-SiQ和MT-C3-D-SiQ）对α-糖苷酶和α-淀粉酶的抑制活性均低于其非离子对应物（MT-C3-H-Si和MT-C3-D-Si）。这一观察表明，增加的亲水性和季铵化可能对酶-抑制剂相互作用产生不利影响。增强的水溶性并不一定转化为改善的酶抑制效果，这突显了在抑制剂设计中保持水溶性和生物活性之间的最佳平衡的重要性。吗啉衍生物的体外α-淀粉酶抑制活性仍处于较低至中等水平，这强调了需要进行结构修饰以提高其效能。另一方面，关于吗啉取代酞菁的抗糖尿病潜力的研究在文献中相当有限。值得注意的是，专注于轴向双取代和水溶性硅(iv)酞菁的研究很少。因此，这项工作通过系统地评估单一硅(iv)酞菁框架内的α-糖苷酶和α-淀粉酶抑制作用，并通过动力学分析提供有价值的见解，从而填补了现有文献的空白。

3.3 化合物的动力学分析

通过酶动力学分析研究了表现出最高α-葡萄糖苷酶抑制活性的MT-C3-H-Si和MT-C3-D-Si的抑制机制和抑制常数（Ki）。获得的动力学参数总结在表2中。表2

MT-C3-H-Si和MT-C3-D-Si对α-葡萄糖苷酶的动力学分析

如图6所示，MT-C3-H-Si的存在导致Vmax值降低，而Km值保持不变。这种动力学行为表明MT-C3-H-Si通过非竞争性抑制机制抑制α-葡萄糖苷酶。MT-C3-H-Si的抑制常数计算为9.45 ± 1.45 μM。图6

MT-C3-H-Si对α-葡萄糖苷酶的Lineweaver–Burk图。同样，如图7所示，添加MT-C3-D-Si会导致Vm值降低，而不影响Km值，表明其对α-葡萄糖苷酶的非竞争性抑制模式。MT-C3-D-Si的计算Ki值为29.06 ± 5.16 μM，表明其结合亲和力低于MT-C3-H-Si。图7

MT-C3-D-Si对α-葡萄糖苷酶的Lineweaver–Burk图。MT-C3-H-Si和MT-C3-D-Si的动力学评估为这些硅(iv)酞菁对α-葡萄糖苷酶的抑制行为提供了重要见解。Vmax的降低而没有显著改变Km值，清楚地表明了非竞争性抑制机制，表明这两种化合物与酶的活性位点不同的位点相互作用。这种行为意味着酶抑制不受底物浓度直接影响，也无法通过增加底物水平来克服。MT-C3-H-Si和MT-C3-D-Si观察到的非竞争性抑制模式可归因于轴向双取代硅(iv)酞菁的结构特征。刚性的大环框架和轴向取代模式可能有助于与酶的别构区域相互作用，导致构象变化，从而降低催化效率。这种抑制机制对于治疗应用特别有利，因为它可能在不同的生理底物浓度下提供更一致的酶抑制作用。

比较抑制常数进一步表明，MT-C3-H-Si对α-葡萄糖苷酶的亲和力强于MT-C3-D-Si，这由其较低的Ki值所证明。这种差异可能与轴向取代基的架构变化有关，这可以影响分子灵活性、立体可及性和与酶表面的整体相互作用强度。这些发现表明，轴向功能化的微妙修饰在调节酶-抑制剂相互作用中起着关键作用。从药理学的角度来看，强α-葡萄糖苷酶抑制、有限的α-淀粉酶抑制和非竞争性抑制机制的结合对于2型糖尿病的管理非常理想。这种抑制模式可能有助于降低餐后血糖水平，同时最小化与强α-淀粉酶抑制相关的胃肠道副作用。总体而言，合成的硅(iv)酞菁的动力学行为支持它们作为潜在的抗糖尿病药物的进一步开发。

4. 结论

在这项研究中，合成了一系列轴向双取代的硅(iv)酞菁及其水溶性衍生物，并使用光谱技术进行了全面表征。体外生物学评估表明，选定的硅(iv)酞菁对α-葡萄糖苷酶表现出显著的抑制活性，而对α-淀粉酶的抑制作用相对较弱。这种选择性抑制模式被认为有利于2型糖尿病的管理，因为强α-葡萄糖苷酶抑制与有限的α-淀粉酶抑制相结合，可以帮助降低餐后高血糖，同时减少胃肠道副作用。酶动力学研究表明，最活跃的化合物MT-C3-H-Si和MT-C3-D-Si通过非竞争性机制抑制α-葡萄糖苷酶。总体而言，这项研究的结果强调了选择性酶抑制和非竞争性抑制机制的结合，为这些化合物的进一步药理学研究提供了潜力。未来的研究将重点关注结构优化、计算机模拟和先进的生物学评估，以进一步阐明这类化合物在2型糖尿病管理中的治疗潜力。

作者贡献

Turgut Kele?：研究、方法学和数据管理。Zekeriya Biyiklioglu：概念化、监督和写作——审稿和编辑。G?k?e Seyhan：研究、数据管理和形式分析。Burak Barut：形式分析和写作——初稿。

没有需要声明的利益冲突。

数据可用性

支持本文的数据已包含在补充信息（SI）中。补充文件包括原始数据、额外图表和统计分析细节。请参阅DOI: https://doi.org/10.1039/d6dt00405a。

这项工作得到了土耳其科学和技术研究委员会（TüB?TAK）在项目编号124Z983下的支持。参考文献