苯基硅(IV) Schiff碱配合物的综合光谱学、计算方法及抗菌特性分析

《Journal of the Indian Chemical Society》：Integrated spectroscopic, computational, and antimicrobial profiling of Phenylsilicon(IV) Schiff base complexes

该研究合成了一新型苯基硅(IV)配合物系列，通过光谱和DFT分析证实其变形八面体构型，并发现PhSi(OEt)(L2)硬度较高、稳定性强。抗菌测试显示化合物5、6、9对细菌和真菌的抑制效果优于标准药物，其中化合物5对E. coli DNA回旋酶的分子对接显示最佳结合能（-179.15 kcal/mol）。

　　本研究由Nikita Sharma、Naveen Dhingra、Garima Choudhary、Shama Chauhan和Har Lal Singh共同完成，团队来自印度拉贾斯坦邦Sikar地区的Mody University of Science and Technology化学系。该研究聚焦于合成一系列新型的苯基硅(IV)配合物，这些配合物来源于由查尔酮衍生的席夫碱。合成过程取得了较高的产率，随后通过多种分析手段对化合物进行了详细表征，包括摩尔电导率、元素分析、紫外-可见光谱（UV–Vis）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、核磁共振（NMR）以及理论计算。研究团队基于实验和计算结果，推测硅离子周围呈现出一种变形的八面体结构。此外，通过密度泛函理论（DFT）计算，研究发现合成的硅(IV)配合物相较于自由席夫碱具有更高的稳定性。DFT计算还用于确定理想的几何参数，包括键长、键角、带隙能量、电亲和指数、硬度和软度等。根据反应性参数的分析，化合物PhSi(OEt)(L2)?表现出较高的硬度（η = 0.922 eV）和较低的软度（s = 1.085 eV），这表明其在化学性质上更为稳定，反应性较低。在抗菌活性测试中，该配合物对两种细菌和一种真菌菌株表现出与链霉素相当的抑制区，并且其抗真菌活性优于氟康唑。其中，化合物5和6表现出最高活性，其抑制区（ZI）值分别为22.6 mm和28.4 mm。进一步的计算机分子对接研究揭示了化合物5与DNA gyrase受体的结合特性，其结合能为?179.15 kcal mol?1，显示出最高的结合亲和力，并与活性氨基酸（Asp73和Pro79）发生相互作用。

查尔酮-席夫碱是一类在化学、生物学和医学领域具有重要意义的化合物，其潜在应用涵盖多个学科。随着抗生素耐药性的不断上升，全球范围内的感染问题愈发严峻，对公众健康和医疗体系构成了巨大挑战。因此，开发具有更高治疗指数的新合成分子成为当务之急。席夫碱及其金属配合物因其结构多样性和广泛的生物活性而受到广泛关注。这些化合物可以通过氨基酸与羰基化合物的缩合反应生成，具备氮、硫和氧等供体原子，使其成为理想的配位配体。席夫碱作为药效团，能够参与多种生物活性分子的构建，包括抗微生物、抗疟疾、抗炎、抗病毒、退热和抗增殖作用。其在医药和农药领域的应用也逐渐显现，尤其是在对抗阿尔茨海默病和糖尿病管理方面展现出潜力。

查尔酮及其衍生席夫碱的结构特性使其在多种疾病治疗中发挥重要作用。查尔酮-席夫碱通常含有–C=N–的键，这种结构在抗菌、抗癌、抗氧化、抗糖尿病和免疫抑制方面具有显著效果。查尔酮衍生物在生物活性方面表现出多样性和独特性，例如其对昆虫的杀灭作用已被广泛研究。因此，开发具有杀虫活性的新查尔酮化合物成为全球关注的焦点。此外，近年来关于有机锡(IV)、碲(IV)、三唑和噻二唑类配合物的研究进一步强调了其作为多功能治疗药物的潜力。这些化合物不仅在配位化学中具有重要地位，还在合成有机化学中发挥关键作用。例如，半卡巴腙和硫代半卡巴腙等化合物因其独特的骨架结构而备受重视，它们的供体原子能够与金属离子形成稳定的螯合结构，从而增强其生物活性。

在药物研发过程中，过渡金属配合物因其在化疗中的应用而受到高度重视。例如，钛、金、钴和铂等过渡金属的配合物已被用于癌症治疗。面对多重耐药菌株的挑战，开发新的抗菌药物以及通过结构修饰提高现有药物的疗效成为解决感染问题的有效途径。为了应对这一问题，全球范围内对能够靶向关键细菌酶的新型抗菌药物进行了深入研究。DNA gyrase作为一种II型拓扑异构酶，近年来被确认为抗菌药物的重要靶点。DNA gyrase在细菌的DNA复制和转录过程中起着关键作用，通过引入负超螺旋维持细菌基因组的拓扑结构和功能。抑制DNA gyrase的活性会破坏DNA复制过程，最终导致细菌细胞死亡，因此成为抗菌药物开发的热门目标。通过结合计算建模、光谱表征和实验合成，研究人员能够更深入地理解结构与活性之间的关系，从而实现新型金属药物的合理设计。

分子对接技术作为药物发现早期阶段的重要计算方法，已被广泛应用于预测小分子（配体）与生物靶点（如酶或受体）的结合方式。该技术能够估算结合亲和力，识别潜在的相互作用位点，并评估结构-活性关系，为配体与受体的识别机制提供重要信息。通过将分子对接模拟与结构生物学相结合，研究人员可以高效筛选大量化合物库，并优先选择具有潜力的化合物进行合成和实验测试。在本研究中，团队利用分子对接技术评估了选定生物活性药物与DNA gyrase的结合特性，旨在寻找能够抑制细菌生长的潜在先导化合物，这些化合物通过与DNA gyrase的ATP酶结构域相互作用，从而影响其功能。

在合成方面，团队通过查尔酮衍生席夫碱与1:2比例的PhSi(OEt)?反应，成功合成了新型的PhSi(OEt)(L)?配合物。所有反应均在乙醇环境中进行，生成的有机硅(IV)配合物具有良好的溶解性，可溶于乙醇、二甲基甲酰胺（DMF）和二甲基亚砜（DMSO）。这些配合物呈现出独特的颜色，表明其结构的多样性。为了进一步验证配合物的结构特性，团队对10?3 M溶液的摩尔电导率进行了测定。这些实验数据不仅有助于理解配合物的物理化学性质，还为后续的生物活性研究提供了基础。

本研究中，团队采用了多种物理化学和光谱分析技术对新型苯基硅(IV)配合物进行了全面表征。这些技术包括红外光谱（IR）、核磁共振（NMR）、紫外-可见光谱（UV–Vis）、元素分析和密度泛函理论（DFT）计算。通过对这些数据的分析，团队验证了席夫碱配体的双齿配位行为，并确定了其与硅中心的结合方式，即通过亚胺氮和硫醇硫供体原子形成稳定的配位结构。几何优化研究和DFT计算进一步支持了这一结论，并揭示了配合物的电子结构特性。此外，团队通过抗菌活性测试评估了这些配合物对多种细菌和真菌的抑制效果，结果显示其在抗菌活性方面表现出色，尤其在抗真菌活性上优于现有药物。结合分子对接研究，团队进一步揭示了这些配合物与DNA gyrase的相互作用机制，为其作为抗菌药物的开发提供了理论依据和实验支持。

研究团队在本研究中不仅关注了配合物的合成与表征，还致力于探索其在药物开发中的潜在应用。通过结合实验数据和计算模拟，团队能够更全面地理解配合物的结构与活性之间的关系，从而为新型抗菌药物的设计提供指导。此外，团队在研究过程中注重方法的创新性和科学性，采用多种技术手段对化合物进行分析，确保研究结果的准确性和可靠性。研究团队的共同努力使得本研究在多个方面取得了突破，为未来的药物研发提供了新的思路和方向。