新型席夫碱衍生缩氨基硫脲的制备、光谱表征、抗氧化潜能、脲酶/黄嘌呤氧化酶抑制及分子对接研究

《Chemistry & Biodiversity》：Preparation, Spectroscopic Elucidation, Antioxidant Potential, Enzyme Inhibition, and Molecular Docking Studies of Novel Schiff Base-Derived Thiosemicarbazones

　　

以4-(二甲氨基)苯甲醛与缩氨基硫脲类化合物（thiosemicarbazones）为原料制备了含席夫碱（Schiff base）的新型缩氨基硫脲类化合物（1–7）。各种异硫氰酸酯与一水合肼反应得到缩氨基硫脲。新衍生物的结构骨架通过元素分析和常规光谱方法，即FT-IR（Fourier-transform infrared spectroscopy，傅里叶变换红外光谱）、¹H和¹³C NMR（nuclear magnetic resonance，核磁共振）确认。采用DPPH•（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，1,1-二苯基-2-三硝基苯肼）清除法评价合成系列的体外抗氧化活性。结果表明，化合物的半数抑制浓度（IC₅₀，half maximal inhibitory concentration）为8.50 ± 0.14至31.44 ± 1.39 μg/mL，其中化合物6抗氧化活性最强。此外，评估了脲酶和黄嘌呤氧化酶（XO，xanthine oxidase）抑制活性，并分析化合物与这些酶的相互作用。进行分子对接（molecular docking）以评估各分子与脲酶和XO活性位点之间的相互作用。

研究背景方面，缩氨基硫脲类化合物因具有─NH─C(═S)NH─N═功能单元及结构多样性，被广泛用作合成多种生物活性化合物的关键中间体，并报道具有抗癌、抗结核、抗惊厥、脲酶抑制、抗病毒、抗菌、抗氧化等活性；含席夫碱的缩氨基硫脲近年来在抗菌、抗真菌、抗氧化、酶抑制、抗HIV、抗癌和抗炎等评价中受到关注。抗氧化研究的重要性在于氧化应激参与癌症、糖尿病、心血管疾病和衰老等病理过程，活性氧（ROS，reactive oxygen species）生成与基因组不稳定、DNA突变和损伤相关。脲酶可导致胃内氨水平升高，与幽门螺杆菌生存及消化性溃疡、肾结石、肝性脑病、肾盂肾炎和肝昏迷等疾病相关；抑制脲酶是控制其过度活性的策略之一。黄嘌呤氧化酶（XO）活性升高与尿酸升高和氧化应激相关，并参与痛风等血管疾病；XO抑制剂可降低血尿酸和氧化应激。基于此，研究人员设计并合成7个含席夫碱片段的缩氨基硫脲衍生物，系统研究其结构、抗氧化、脲酶和XO抑制活性及分子对接结合特征。

关键技术方法方面，本研究以4-(二甲氨基)苯甲醛与系列缩氨基硫脲为原料合成席夫碱衍生缩氨基硫脲1–7；采用元素分析、FT-IR、¹H NMR和¹³C NMR进行结构表征；以DPPH•法评价抗氧化活性；采用体外脲酶和XO抑制实验评价酶抑制活性；以AutoDock Vina进行分子对接，Discovery Studio Visualizer 2021分析相互作用，并用Spearman秩相关分析对接评分与IC₅₀的关系；脲酶和XO晶体结构分别取自PDB ID 4GY7和3NRZ。本研究不涉及临床样本队列来源。

研究结果中，2.1 物理性质：通过合成、熔点/颜色/产率测定及元素分析，获得7个目标化合物，产率为63%–84%，元素分析计算值与实验值相近，支持目标物形成。2.2 振动频率：通过FT-IR发现起始物─NH₂对称和不对称伸缩带在3400–3300 cm^?1区域消失，1607–1550 cm^?1出现─C═N伸缩，支持席夫碱结构形成；缩氨基硫脲骨架─NH伸缩位于3309–3127 cm^?1，─C═S、S═C─N和R─C─N振动分别位于1409–1355、1300–1214和1276–1155 cm^?1；化合物3、4、5和6分别显示─C─O、─C─F和─C─Cl相关振动。2.3 ¹H NMR：在DMSO-d₆中，缩氨基硫脲─NH质子（H5）以单峰出现在11.87–11.17 ppm，亚胺次甲基质子（─CH═N，H4）以尖单峰出现在8.07–7.93 ppm，二甲氨基甲基质子（─N(CH₃)₂，H1）在3.00–2.96 ppm；芳香质子及取代基信号与结构相符，支持各衍生物结构。2.4 ¹³C NMR：─C═S信号位于177.32–175.02 ppm，亚胺碳（─CH═N）位于144.93–143.34 ppm，甲基碳位于40.25–40.20 ppm；芳香碳和取代基碳信号与结构一致，化合物4因氟原子偶合出现双峰，进一步支持结构表征。2.5 DPPH•清除活性：通过DPPH•法测得IC₅₀为8.50 ± 0.14至31.44 ± 1.39 μg/mL，活性顺序为6 > 1 > 2 > 7 > 4 > 3 > Trolox > 5；除化合物5外，合成化合物均高于Trolox（25.90 ± 0.42 μg/mL），化合物6（8.50 ± 0.14 μg/mL）最强。作者认为抗氧化活性主要取决于供氢能力和供氢后自由基稳定性，2,4-二氯取代的6因吸电子氯基增强自由基清除效率，其他化合物的活性与取代基给电子能力、诱导效应和位阻有关。2.6 脲酶抑制活性：通过体外脲酶抑制实验，化合物6、1和2的抑制强于硫脲，4和7接近硫脲，其他弱于硫脲；顺序为6 > 1 > 2 > 硫脲 > 4 > 7 > 3 > 5，IC₅₀分别为6为8.67 ± 0.14、1为8.74 ± 0.12、2为9.61 ± 0.43、硫脲为10.67 ± 0.03 μg/mL，说明2,4-二氯及丙基/丁基取代有利于脲酶抑制。2.7 XO抑制活性：通过体外XO抑制实验，化合物3、4、5的XO抑制强于别嘌醇，顺序为3 > 4 > 5 > 别嘌醇 > 7 > 6 > 1 > 2；3、4、5的IC₅₀分别为5.53 ± 0.22、6.97 ± 0.20、9.39 ± 0.10 μg/mL，均优于别嘌醇（11.94 ± 0.25 μg/mL），而7、6、1、2弱于别嘌醇；作者将3–5较强活性与吸电子基团相关联，将7、1、2较弱活性与给电子取代基相关联。2.8 分子对接研究：通过AutoDock Vina对接和Discovery Studio Visualizer 2021分析，化合物1–7可与脲酶和XO催化位点附近残基形成氢键、静电和疏水相互作用；对接评分显示化合物1对脲酶为?7.50 kcal/mol、6为?7.30 kcal/mol，3、4、7对XO分别为?8.20、?8.30、?8.10 kcal/mol。Spearman相关分析显示，脲酶对接评分与实验IC₅₀呈中等至较强相关但不显著（ρ = 0.667，p = 0.102），XO呈很强且显著相关（ρ = 0.929，p = 0.0025）；作者指出对接评分不应直接解释为IC₅₀预测值，对接结果与实验测定互补，不能单独确证抑制机制。

讨论部分总结：作者围绕取代基电子效应和位阻效应对抗氧化及酶抑制构效关系进行归纳。抗氧化方面，供氢能力和供氢后自由基稳定性是关键因素；2,4-二氯取代的6活性最强，可能与氯的吸电子作用有关，但原文指出具体电子和位阻贡献未直接研究；其余化合物活性随丙基、丁基、苄基、3-F、3-OCH₃、2-Cl依次降低，作者以给电子诱导效应、芳环对亚甲基电子效应的影响及邻位氯的位阻解释。脲酶抑制中，6最强，1和2紧随并优于硫脲，其他低于硫脲；XO抑制中，吸电子取代的3–5强于别嘌醇，给电子取代的7、1、2较弱。分子对接提供结合位点相互作用的结构依据，但作者强调对接计算受蛋白柔性、溶剂效应、熵贡献、诱导契合、质子化状态和酶动力学等因素影响，不能作为直接定量抑制强度或机制证据，未来需分子动力学和结合自由能计算评价复合物稳定性与能量特征。研究限制为未采用HPLC（high-performance liquid chromatography，高效液相色谱）评估色谱纯度，解释表征结果时需考虑缺乏HPLC纯度数据。

研究结论翻译：研究人员由4-(二甲氨基)苯甲醛和缩氨基硫脲有效合成了一系列含席夫碱的缩氨基硫脲（1–7），产率为63%–84%；结构经IR、¹H NMR、¹³C NMR和元素分析确认。合成衍生物的IC₅₀为8.50 ± 0.14至31.44 ± 1.39 μg/mL，显示不同程度的抗氧化能力；除化合物6（IC₅₀：8.50 ± 0.14 μg/mL）外，新合成化合物作为DPPH•自由基清除剂均高于标准Trolox（25.90 ± 0.42 μg/mL）；化合物6在合成化合物中抗氧化活性最强。抗氧化活性差异提示结构修饰可影响缩氨基硫脲衍生物的自由基清除性质。取代基性质和位置也影响脲酶抑制，化合物6最有效，化合物1和2紧随其后并优于标准硫脲，其他产物活性低于标准。含吸电子基团的化合物3–5对XO的抑制强于别嘌醇，而化合物7、1和2中的给电子基团与较弱活性相关。分子对接分析为活性化合物与酶结合位点的可能相互作用提供了补充性结构见解，并为实验观察到的抑制提供了合理解释的结构依据；但对接结果不应被视为抑制强度的直接定量指标或潜在抑制机制的确定性证据。研究限制是未通过HPLC评估色谱纯度；化合物基于可用的光谱和分析数据（包括元素分析）进行表征，因此解释表征结果时应考虑缺乏HPLC纯度数据。