荧光苯亚茚并噻唑吡啶酮的多组分合成、表征及其双重抗菌与伤口愈合活性研究：结合计算机模拟分析

《Journal of Molecular Structure》：Multicomponent Synthesis, Characterization, and Dual Antibacterial–Wound Healing Activity of Fluorescent Benzylidene Thiazolopyrimidinones with In Silico Evaluation

该研究通过连续Biginelli和Hantzsch-Knoevenagel反应合成了R-取代苯并噁唑并[3,2-a]嘧啶-3(2H)-酮衍生物（产率>90%），结构经IR、NMR和MS确认。体外显示中等至强抗菌活性，CbBr对K. pneumoniae抑制效果达环丙沙星95%。动物实验表明CbF、CbOMe等促进伤口收缩（>85%于第九天）。分子模拟揭示电子结构影响抗菌及愈合活性，为绿色合成抗菌药物提供新策略。

　　本研究围绕一种新型的含氮杂环化合物——苯基亚甲基融合的噻唑并[3,2-a]嘧啶-3(2H)-酮衍生物展开，旨在开发具有抗菌和促进伤口愈合双重功能的局部治疗药物。随着多药耐药（MDR）细菌的不断出现，传统抗生素的治疗效果逐渐减弱，给临床带来了巨大挑战。特别是在手术伤口感染等慢性伤口环境中，细菌的耐药性不仅使得感染更难以控制，还延缓了伤口的愈合过程。因此，寻找能够同时抑制耐药菌并促进组织修复的化合物成为当前研究的重点。

在这一背景下，本研究团队设计并合成了多个含有不同取代基的CbR衍生物（R为H、OH、Me、OMe、F、2-Cl、4-Cl、Br、NO?）。这些化合物通过一种连续的多组分反应合成，即先进行Biginelli反应，再进行Hantzsch–Knoevenagel反应。这种方法不仅提高了合成效率，还符合绿色化学的原则，减少了反应步骤和副产物的生成。实验结果显示，所有目标化合物的产率均超过90%，表明该合成方法具有高度的可行性与经济性。

为了确保化合物的结构正确性，研究团队对合成产物进行了详细的结构表征。通过红外光谱（IR）、1H/13C核磁共振（NMR）和电子轰击质谱（EI-MS）分析，确认了所有化合物的分子结构。其中，CbF（氟取代的衍生物）的13C–1?F耦合常数（J?CF = 245 Hz）与理论预测一致，进一步验证了其结构特征。此外，EI-MS分析还揭示了化合物的碎片化路径和同位素分布，为后续的活性研究提供了坚实的基础。

在抗菌活性方面，CbR系列衍生物在体外测试中表现出中等至强的抗菌效果。其中，CbBr（溴取代的衍生物）对肺炎克雷伯菌（K. pneumoniae）的抑制作用尤为显著，其抑菌圈直径达到17 ± 0.5 mm，接近环丙沙星（ciprofloxacin）的抑菌效果（约95%）。这一结果表明，CbBr在对抗耐药菌方面具有较大的潜力。同时，研究团队还对其他临床相关的革兰氏阴性和阳性菌株进行了测试，包括大肠杆菌（E. coli）、金黄色葡萄球菌（S. aureus）和B族链球菌（S. agalactiae），结果显示这些化合物在不同菌种中均表现出一定的抗菌活性。

在促进伤口愈合的方面，研究团队采用全层皮肤切除模型（full-thickness excision model）对CbF、CbOMe（甲氧基取代的衍生物）和Cb4Cl（4-氯取代的衍生物）进行了初步的体内测试。实验结果表明，这些化合物在伤口局部应用后，能够显著加速伤口的宏观收缩。例如，到第9天时，伤口面积收缩率超过85%，明显优于未处理对照组。这一发现提示，CbR系列化合物不仅具有抗菌活性，还可能在促进组织修复方面发挥重要作用。

为了进一步理解这些化合物的抗菌机制和促进伤口愈合的潜在途径，研究团队还进行了分子对接（molecular docking）和MM-GBSA（分子力学-广义Born溶剂化自由能）分析。通过这些计算方法，团队评估了CbR衍生物与五种关键细菌酶（二氢叶酸还原酶DHFR、拓扑异构酶IV、DNA旋转酶B、D-Ala–D-Ala连接酶和MurD连接酶）之间的相互作用。结果显示，这些化合物能够与目标酶形成稳定的结合，其结合模式与密度泛函理论（DFT）下的分子电子势（MEP）分析结果一致。这表明，CbR衍生物的抗菌活性与其电子结构密切相关，而电子供体或电子受体取代基的存在可能影响其与靶点的结合能力。

此外，研究团队还利用计算机模拟技术对化合物的安全性和耐受性进行了初步评估。通过ADME（吸收、分布、代谢和排泄）预测和毒性分析，发现这些化合物在局部应用时具有良好的安全性和耐受性，这为它们的临床开发提供了理论依据。结合这些数据，研究团队认为，CbR系列化合物在设计针对耐药性伤口环境的局部治疗药物方面具有广阔的应用前景。

从更广泛的角度来看，本研究的意义不仅限于药物开发，还与联合国可持续发展目标（SDGs）密切相关。首先，该研究直接支持SDG 3（良好健康与福祉），通过开发新型抗菌和促进伤口愈合的化合物，有助于缓解由耐药菌引起的严重感染问题。其次，本研究采用的绿色合成方法符合SDG 9（产业、创新与基础设施）的要求，即通过创新的合成策略推动可持续的化学工业发展。最后，研究过程中采用的可持续化学实践也符合SDG 12（负责任的消费与生产）的目标，有助于减少对环境的负担。

本研究的成果表明，通过合理设计和合成具有特定电子结构的杂环化合物，可以有效提升其抗菌活性和促进伤口愈合的能力。这种化合物的结构-活性关系（SAR）研究不仅为后续的药物开发提供了重要的理论指导，还展示了杂环化合物在多靶点治疗中的潜力。此外，本研究的合成方法为快速筛选和优化具有生物活性的化合物提供了新的思路，有助于缩短药物研发周期，提高研究效率。

在实际应用中，CbR系列化合物的抗菌和促进伤口愈合的双重功能使其成为治疗耐药性感染的理想候选药物。尤其是在手术伤口、慢性溃疡和烧伤等需要快速控制感染并促进组织修复的临床场景中，这些化合物可能具有重要的应用价值。然而，尽管初步实验结果令人鼓舞，仍需进一步研究以验证其在体内的安全性和有效性，特别是在长期使用和大规模应用的情况下。

本研究的另一个重要贡献在于其对电子供体和电子受体取代基在抗菌活性和促进伤口愈合中的影响进行了系统分析。这种分析有助于理解化合物的分子结构如何影响其生物活性，从而为后续的结构优化提供科学依据。例如，氟取代的CbF在抗菌和促进伤口愈合方面表现出色，这可能与其独特的电子效应和分子构型有关。类似地，溴和氯取代的衍生物也显示出较高的抗菌活性，而甲氧基取代的化合物则在促进伤口愈合方面表现突出。这些结果提示，通过调整取代基的种类和位置，可以进一步优化CbR系列化合物的生物活性。

此外，本研究还强调了多组分反应在药物合成中的重要性。传统的药物合成方法通常需要多个步骤，不仅增加了合成难度，还可能导致副产物的产生和环境负担的增加。相比之下，多组分反应能够在单一步骤中将多种反应物结合，从而提高合成效率并减少对环境的影响。这种合成策略的推广和应用，将有助于推动绿色化学的发展，并为药物研发提供更加环保和高效的途径。

综上所述，本研究通过设计和合成一系列具有抗菌和促进伤口愈合功能的CbR衍生物，为应对耐药性感染提供了新的解决方案。这些化合物不仅在体外表现出良好的抗菌活性，还在体内实验中显示出促进伤口愈合的潜力。同时，研究团队采用的绿色合成方法和多组分反应策略，为未来的药物开发提供了重要的技术支撑。未来的研究可以进一步探索这些化合物的体内作用机制，优化其结构以提高疗效，并评估其在临床应用中的可行性和安全性。通过这些努力，有望开发出更加高效、安全和环保的新型治疗药物，为全球抗生素耐药问题的解决做出贡献。