吡唑基吡唑酮衍生物的合成与生物学评价：抗氧化活性、抗癌活性及分子对接研究

《Journal of Molecular Structure》：Synthesis and biological evaluation of pyrazolyl-pyrazolone derivatives: Antioxidant, anticancer activities, and molecular docking insights

新型吡唑并吡唑酮衍生物通过Knoevenagel缩合反应合成，三钠柠檬酸盐作为绿色催化剂，抗氧化活性（6i）及抗肿瘤活性（6e/6j/6k）显著，分子对接验证其与癌症相关蛋白强结合，为双效药物开发提供新策略。

　　

摘要

在本研究中，通过使用柠檬酸钠作为催化剂，采用Knoevenagel缩合反应合成了一系列新型吡唑基吡唑酮衍生物，这种方法具有环境可持续性和成本效益。所合成的化合物通过包括核磁共振（NMR）光谱、高分辨率质谱（HRMS）和熔点测定在内的综合分析技术进行了表征。生物评估显示了这些化合物多样的且有前景的活性：化合物6i在DPPH、ABTS和铁-菲啰啉检测中表现出卓越的抗氧化活性，优于BHT和BHA等标准抗氧化剂。同时，针对SH-SY5Y和HCT116细胞系的抗癌实验表明，化合物6e、6j和6k具有很强的细胞毒性，其IC₅₀值显著低于参考药物顺铂。值得注意的是，化合物6j对癌细胞具有显著的选择性，而对非癌性BEAS-2B细胞的细胞毒性较低。分子对接研究证实了这些活性化合物与关键癌症相关蛋白靶点的强结合作用，揭示了它们的作用机制。这些发现不仅突显了吡唑基吡唑酮衍生物作为双重抗氧化剂和抗癌剂的治疗潜力，还强调了可持续化学过程在药物开发中的价值。

引言

癌症是一种复杂且异质性强的疾病，其特征是恶性细胞的无控制增殖，这些细胞能够侵入周围组织并在全身转移[1,2]。根据世界卫生组织（WHO）的数据，癌症是全球第二大死亡原因，每年导致约1000万人死亡。预计这一负担将显著增加，到2040年新病例数将达到2940万[3]。最常见的癌症类型包括肺癌、乳腺癌和结直肠癌。此外，氧化应激（由活性氧（ROS）的产生与抗氧化防御机制之间的不平衡引起[4]）在癌症的发病和进展中起着关键作用[5]。升高的ROS水平可导致核酸、蛋白质和脂质的氧化损伤，从而引发突变、基因组不稳定以及致癌信号通路的激活[6]。因此，自由基清除和对癌细胞的选择性细胞毒性双重作用代表了开发更安全、更有效抗癌疗法的有希望的方法。

含氮杂环化合物是药物化学中的关键骨架，因为它们具有广泛的生物活性。特别是吡唑和吡唑酮引起了极大的兴趣。

吡唑是一种五元芳香杂环，作为生物活性分子设计中的多功能核心结构，具有多种药理作用，包括抗真菌、抗癌、抗炎和抗菌活性[[7]，[8]，[9]，[10]，[11]]。目前已有几种基于吡唑的药物获得批准用于治疗，例如塞来昔布（celecoxib）、洛那沙酮（lonazolac）、鲁索替尼（ruxolitinib）和德拉克索昔布（deracoxib）（图1）[8,12,13]。

吡唑酮衍生物也具有重要的药物研究价值。从结构上看，吡唑酮是一个含有两个相邻氮原子和一个酮基的五元内酯环。许多含有吡唑酮核心的FDA批准药物[14]，如美密沙酮（metamizole）[15]、氨基苯唑酮（aminophenazone）[16]、依达拉酮（edaravone）[17]和艾曲波帕（eltrombopag）[18]（图2），因其镇痛、抗炎、抗氧化或促造血特性而被开发并批准用于临床[9]，[10]，[11]，[12]，[13]。这些例子强调了这两种杂环化合物的治疗潜力。

在单一分子框架内结合多种药效团是提高候选药物疗效的成熟策略。尽管关于吡唑-4-甲醛与吡唑酮结合合成吡唑基吡唑酮衍生物的文献报道相对较少，但已有研究人员开发了高效的合成方案。这些化合物可以通过基于Knoevenagel反应的双组分缩合法或通过吡唑-4-甲醛、乙酰乙酸乙酯和肼的三组分一锅法在各种催化剂存在下合成[[17]，[18]，[19]，[20]，[21]]。因此，开发新的吡唑基吡唑酮衍生物合成方法仍然是有机化学研究的重点，旨在提高产率、缩短反应时间并增强环境可持续性。

在本研究中，我们旨在使用柠檬酸钠作为绿色、廉价且易获得的催化剂，通过3,5-二苯基-1H-吡唑-4-甲醛（4a–h）和吡唑酮（5a–c）之间的Knoevenagel缩合反应合成一系列新的吡唑基吡唑酮衍生物。据我们所知，这是首次将柠檬酸钠应用于此类转化。所有合成的化合物将随后对其对脑癌（SH-SY5Y）、结直肠癌（HCT116）和健康肺细胞（BEAS-2B）的细胞毒性进行评估。这种方法旨在评估这些化合物的相对细胞毒性和选择性，这是开发旨在保护健康细胞同时消除肿瘤细胞的靶向疗法的关键方面。此外，还将评估它们的抗氧化活性。将通过分子对接模拟预测最有前景的化合物与人类结直肠癌（HCT116，PDB: 2HQ6）和人类脑癌（SH-SY5Y，PDB: 2PRG）相关特定受体的相互作用。然后将对选定的化合物进行ADMET性质评估，以评估其药物类似性和药代动力学特征。

章节片段

一般信息

所有化学品均从Sigma-Aldrich购买，无需进一步纯化即可使用。用于光谱和合成研究的所有溶剂均为试剂级，并通过文献方法进行了进一步纯化。薄层色谱（TLC）使用EtOAc和己烷（1:2）混合物作为洗脱剂，硅胶板为60 F254（Merck）。熔点在Kofler桌上测定。¹H和¹³C NMR光谱在Bruker Avance 500.28/125/470.7 MHz仪器上记录，溶剂为DMSO–d₆。

合成

为了验证这种转化的可行性并优化吡唑基吡唑酮衍生物的合成条件，我们选择了3-(4-甲氧基苯基)-1-苯基-1H-吡唑-4-甲醛（4a）（1 mmol）和5-甲基-2-苯基-2,4-二氢-3H-吡唑-3-酮（5a）（1 mmol）等摩尔混合物在10 mol%催化剂存在下的缩合反应作为模型反应，并在各种反应参数下进行了研究。结果总结在表1中。

在我们的初步研究中，

结论

癌症仍然是全球主要的死亡原因，需要不断寻找具有更好疗效和安全性特征的新治疗剂。吡唑基吡唑酮衍生物由于其多样的药理特性，已成为药物化学中的重要骨架。在这项研究中，我们旨在设计、合成并评估一系列新的吡唑基吡唑酮衍生物，作为潜在的抗氧化剂和抗癌剂。

未引用的参考文献

[22,23]

CRediT作者贡献声明

Racha Amira Benoune：撰写 – 原始草稿，概念构思，实验研究。Raouf Boulcina：撰写 – 审稿与编辑，实验研究，监督，概念构思。Mohamed Abdesselem Dems：撰写 – 审稿与编辑，数据分析，实验研究，概念构思。Edanur U?ur：实验研究，概念构思。Hüseyin Karci：实验研究，概念构思。Muhammed Dündar：实验研究，撰写 – 原始草稿，概念构思。Ahmet Ko?：实验研究，可视化。Chawki

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。