芳基硫半卡巴唑类似物的合成、生物学评价、分子对接研究、ADME（吸收、分布、代谢和排泄）毒性分析、酶靶点预测以及FMO（自由基介导的氧化）分析

本文合成了15种ary thiosemicarbazone衍生物，并评估其抗菌和抗氧化活性。实验显示，3b、3h等化合物对多种革兰氏阳性及阴性细菌（如S. aureus、E. coli）具有显著抑制作用，其中3n和3o的IC50值分别为0.33和3.052 μg/mL，优于抗坏血酸。分子对接表明3b和3h能有效结合S. aureus DNA回旋酶，而3n通过氢键与人类抗氧化酶受体结合。ADME分析显示多数化合物符合药典规则，具有低毒性和良好药代动力学特性，提示其作为新型抗菌和抗氧化剂的潜力。

　　
### 酰基硫代甲酰亚胺类化合物的抗菌与抗氧化活性研究综述

#### 1. 研究背景与目的
近年来，含氮硫杂环化合物因其在生物医学领域的广泛潜力而备受关注。其中，硫代甲酰亚胺（thiosemicarbazone）类化合物因其独特的结构特征和多样的生物活性，成为药物研发的热点方向。本研究通过合成15种酰基硫代甲酰亚胺衍生物（3a–3o），系统评估了其抗菌与抗氧化活性，并结合分子对接和计算化学手段揭示了作用机制，为新型抗感染和抗氧化药物的开发提供了理论依据。

#### 2. 化合物合成与表征
研究团队采用乙腈作为溶剂，通过硫代甲酰亚胺与不同取代的苯甲醛缩合反应，成功合成了15种目标化合物。合成路线简洁高效，产率介于62%至94%之间。
**表征手段**：
- **FT-IR光谱**：检测到特征吸收峰（如3463–3422 cm?1对应NH?伸缩振动，1298 cm?1对应C=S伸缩振动），证实了目标化合物的结构特征。
- **1H NMR**：通过质子核磁共振氢谱确认了苯环取代基的位置及硫代甲酰亚胺基团的化学环境。例如，化合物3b（2,4-二羟基苯甲酰亚胺）在δ 6.27处显示邻位羟基的耦合信号，δ 7.65和8.24处为苯环质子的特征峰。
- **质谱分析**：EI-MS证实了化合物的分子离子峰，例如3n的分子离子峰（M?）为246.06 Da，与理论值高度吻合。

#### 3. 抗菌活性评价
**测试方法**：采用 Kirby-Bauer琼脂扩散法，以环丙沙星（MIC=12.5 μg/mL）为阳性对照，对革兰氏阳性菌（如金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯菌）和革兰氏阴性菌（如大肠杆菌、铜绿假单胞菌）进行活性筛选。
**关键发现**：
- **广谱活性**：所有化合物均对至少一种革兰氏阳性菌或阴性菌表现出抑制作用。其中，3b（2,4-二羟基苯甲酰亚胺）和3h（4-氯代苯甲酰亚胺）对金黄色葡萄球菌（MIC=50 μg/mL）和铜绿假单胞菌（MIC=100 μg/mL）的抑菌圈分别达13 mm和11 mm，显著优于标准药物。
- **结构-活性关系（SAR）**：
- **电子效应**：电子供体基团（如羟基、甲氧基）位于邻位（如3b、3d）时，抑菌活性较高（MIC=50–150 μg/mL）；而吸电子基团（如氯、硝基）或空间位阻大的取代基（如3m中的氰基）会降低活性。
- **疏水性优化**：2,6-二羟基苯甲酰亚胺衍生物（如3n、3o）因疏水性强，可穿透细菌细胞膜，其MIC值低至50 μg/mL，对多重耐药菌（如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌）表现出潜在活性。
- **最小抑菌浓度（MIC）**：3n和3o对金黄色葡萄球菌的MIC值最低（50 μg/mL），接近商业药物异烟肼（MIC=60 μg/mL）的水平。

#### 4. 抗氧化活性分析
**实验方法**：采用DPPH自由基清除法，以抗坏血酸（IC??=1.15 μg/mL）为对照，评估化合物的抗氧化能力。
**主要结果**：
- **高活性化合物**：3n（IC??=0.33 μg/mL）表现出最强的抗氧化活性，是抗坏血酸的3.48倍。其结构中2,6-二羟基取代基通过共振稳定自由基中间体，增强清除能力。
- **电子效应的影响**：电子供体基团（如羟基、甲氧基）可提高抗氧化活性，例如3k（4-乙基取代）的IC??为4.66 μg/mL，优于3h（4-氯代，IC??=2116 μg/mL）。
- **构象优化**：3n的苯环与硫代甲酰亚胺基团形成共轭体系，降低分子极性，提升脂溶性，从而增强膜穿透能力。

#### 5. 分子对接与机制解析
**DNA gyrase抑制**：
- **靶点选择**：选择细菌DNA拓扑异构酶Ⅱ（PDB:2XCT）作为核心靶点，因其与多种抗生素（如环丙沙星）的抑制模式一致。
- **3b与3h的对接结果**：
- **氢键网络**：3b与Glu585、Asp508等残基形成6个氢键，3h则通过π-硫醇键与Phe1123和Glu435产生强相互作用。
- **疏水作用**：3b的苯环与Lys1066的侧链形成疏水作用，而3h的氯原子与Pro1080的甲基产生π-烷基相互作用，两者结合能分别为-6.6 kcal/mol和-6.1 kcal/mol，均显著优于环丙沙星（-5.3 kcal/mol）。

**抗氧化机制**：
- **3n与人类抗氧化酶受体（PDB:3MNG）的对接**：
- **氢键与电荷转移**：3n的NH?基团与Glu16的羧基形成氢键（2.45 ?），苯环的π电子通过空间电荷相互作用（π-阳离子）与Arg86的氮原子结合。
- ** frontier分子轨道（FMO）分析**：DFT计算显示，3n的HOMO-LUMO能隙为4.3768 eV，表明其具有高电子亲和力，适合作为自由基清除剂。

#### 6. 药物相似性与安全性评估
**ADME性质**：
- **药代动力学参数**：通过Osiris和SwissADME工具计算，所有化合物均满足Lipinski规则（MW<500，clogP<5），且3h、3n等化合物的溶度积（logS=-2.3至-4.5）表明其水溶性和生物利用度较高。
- **毒性预测**：3e和3m的肿瘤生成性评分较高（+），而3b、3h等对生殖毒性和皮肤刺激性无显著影响。

**分子机制与安全性平衡**：
- **靶点多样性**：SwissTargetPrediction预测，3b和3h可能通过抑制激酶（40%概率）和蛋白酶（26.7%概率）发挥多靶点作用。
- **代谢稳定性**：化合物3k和3o的CYP450酶抑制率较低（<5%），表明其较少引起药物相互作用。

#### 7. 结论与展望
本研究证实，酰基硫代甲酰亚胺类化合物具有显著的抗菌和抗氧化活性，其中3n和3o对多重耐药菌的抑制效果尤为突出。分子对接和FMO分析揭示了活性化合物通过氢键、π-相互作用及疏水作用与靶点蛋白结合的机制。未来研究可聚焦于以下方向：
1. **构效优化**：开发高疏水性、低空间位阻的衍生物，以提升膜穿透性和细胞内分布。
2. **临床前验证**：通过体外/体内模型评估长期毒性及药代动力学特征。
3. **组合疗法探索**：结合已知抗生素（如异烟肼）筛选协同增效剂，降低耐药风险。

#### 8. 研究意义
该成果不仅扩展了硫代甲酰亚胺类化合物的应用场景，还为抗感染药物设计提供了新策略：通过调控苯环取代基的电子效应和空间排列，可同时优化抗菌活性与抗氧化功能，满足“多功能药物”开发需求。