一种新型锌(II)三核复合物在前列腺腺癌中的抗癌作用及PI3K/AKT与Ras/MAPK/ERK信号通路的双重抑制潜力：该复合物含有四齿席夫碱配体及叠氮离子；其合成方法以及计算机模拟（in silico）和体外实验（in vitro）评估结果

《Journal of Molecular Structure》：Anti-Cancer and Dual Inhibitory Potential of PI3K/AKT and Ras/MAPK/ERK Signalling of a Novel Zinc (II) Trinuclear Complex with Tetradentate Schiff Base Ligand and Azido Ion in Prostate Adenocarcinoma: Synthesis, in silico and in vitro Evaluation

区域选择性烷基化合成1,2,4-三唑衍生物，通过Cs?CO?在DMSO中催化生成3和4异构体（79:21），温度升高至333 K比例变为74:26。结合单晶X射线衍射、QTAIM分析、IR、NMR、HRMS及DFT计算，揭示了溶剂-溶质氢键与静电作用调控tautomeric平衡（1 ? 1′），稳定5-氨基构型，导致主要产物3的晶体结构显示强N-H…N氢键网络。

　　

戴安娜·贝塞拉（Diana Becerra）|埃利安娜·R·埃雷拉·吉拉尔多（Eliana R. Herrera Giraldo）|霍万尼·A·戈麦斯·卡斯塔尼奥（Jovanny A. Gómez Casta?o）|马里奥·A·马西亚斯（Mario A. Macías）|胡安-卡洛斯·卡斯蒂略（Juan-Carlos Castillo）

哥伦比亚师范学院与技术大学化学科学学院，通哈分校，北中央大道39-115号，通哈150003，哥伦比亚

摘要

在二甲亚砜中，使用Cs?CO?作为催化剂，对3-(甲基硫基)-1H-1,2,4-三唑-5-胺（1）与苄溴（2）进行区域选择性烷基化反应，得到了两种N-苄基化的区域异构体：1-苄基-3-(甲基硫基)-1H-1,2,4-三唑-5-胺（3）和1-苄基-5-(甲基硫基)-1H-1,2,4-三唑-3-胺（4）。在293 K时，异构体3和4的生成比例为79:21，而在333 K时这一比例略微变为74:26。为了阐明这种区域选择性的原因，我们进行了综合的实验和理论分析。对产物3的单晶X射线衍射结果显示，其超分子结构由强N–H···N氢键稳定，其性质和作用通过QTAIM拓扑方法、Hirshfeld表面映射和能量框架计算进一步研究。通过FT-IR和NMR光谱、高分辨率质谱（HRMS）以及热分析（DSC/TGA）对两种区域异构体进行了补充的物理化学表征。此外，还利用密度泛函理论（DFT）计算分析了前体1的分子前线轨道、全局反应性描述符以及原位互变异构现象，从而在分子层面上解释了观察到的区域选择性。气相计算表明，互变异构体1′本身更稳定；然而，二甲亚砜的PCM模型模拟显示，强烈的溶剂-溶质静电相互作用和氢键作用使互变异构体1更为稳定。在293 K和333 K下的Boltzmann种群分析得到的互变异构体比例与实验结果高度吻合，证实了区域异构体3和4的生成受溶剂依赖的1 ? 1′互变异构平衡的调控。这种综合的实验-计算方法为观察到的区域选择性提供了连贯的机制解释，并对产物3和4的结构、电子特性、光谱学特征及热性质进行了全面分析。

引言

三唑及其衍生物由于其广泛的生物学相互作用和丰富的药理潜力而长期以来一直受到关注[[1], [2], [3], [4]]。在这些杂环化合物中，1,2,4-三唑（由两个碳原子和三个氮原子组成的五元环）因化学稳定性、氢键形成能力和可调的电子性质而被视为药物化学中的理想骨架[[5], [6], [7], [8], [9], [10]]。值得注意的是，5-氨基-1,2,4-三唑衍生物表现出多种生物活性，包括抗菌[11,12]、抗哮喘[13]、抗癌[14,15]和抗氧化[16]作用。此外，这些骨架还是构建具有重要生物活性的1,2,4-三唑融合杂环系统的有价值的前体[[17], [18], [19], [20], [21]]。

N-未取代的3(5)-氨基-1,2,4-三唑的一个独特特征是它们能够发生原位互变异构。如图1所示，根据1,2,4-三唑环内的质子化位置，可以生成三种典型的互变异构体1、1′和1′′[22]。结合多核NMR光谱和X射线衍射分析的实验研究表明，在溶液和固态下，1H-互变异构体（即5-氨基-1H-1,2,4-三唑1）占主导地位[23]。由于互变异构现象直接影响亲核性、区域选择性和整体化学反应性，因此阐明其互变异构机制仍然是N-取代1,2,4-三唑化学研究的核心内容。

鉴于5-氨基-1,2,4-三唑衍生物的药理相关性和结构复杂性，开发高效的合成方法以及更深入地理解其结构和电子性质仍然是重要的研究目标。我们之前的研究表明，3-(甲基硫基)-1H-1,2,4-三唑-5-胺（1）是一种非常通用的底物，适用于化学选择性和区域选择性官能化反应，尤其是磺酰化和烷基化反应[24,25]。相比之下，对该底物的烷基化研究相对较少，文献中仅有三篇相关报道[[26], [27], [28]]。1975年，Sitte及其同事描述了2-亚氨基-3-苯基-5-氨基-1,3,4-噻唑啉在乙醇、n-丙醇或二氧烷中回流2小时后的Dimroth重排反应，生成了1-苯基-3-巯基-5-氨基-1,2,4-三唑，随后通过二甲硫酸甲基化得到高产率的1-苯基-3-(甲基硫基)-1H-1,2,4-三唑-5-胺[26]。1982年，Reiter及其同事首次报道了通过N-氰基碳亚胺二硫酸二酯与苄肼在乙醇中回流15分钟后的环缩合反应，分别以49%和7%的产率获得了区域异构体3和4[27]。1985年，同一研究团队在N,N-二甲甲酰胺中，使用氢化钠作为碱，在273 K下与苄溴反应3小时后，再在293 K下搅拌5小时，分别获得了区域异构体3和4，产率为41%和18%[28]。然而，这种方法导致产率较低，且1-苄基-3-(甲基硫基)-1H-1,2,4-三唑-5-胺（3）的区域选择性有限。

为了解决这些问题，我们采用了在二甲亚砜（DMSO）中的碳酸铯作为可持续且高效的化学选择性烷基化体系，这建立在我们之前关于Cs?CO?促进C–N键形成及其在N-烷基化胺和3-氰基-2-吡啶酮合成中成功应用的研究基础上[29,30]。在这项工作中，我们通过综合实验和计算方法研究了影响这些区域异构体形成的结构、电子和机制因素。产物3的晶体结构通过单晶X射线衍射确定，其分子间组织通过QTAIM拓扑分析、Hirshfeld表面映射和能量框架计算进行了分析。进一步的物理化学表征包括IR和NMR光谱、高分辨率质谱（HRMS）以及热分析（DSC和TGA）。此外，还进行了DFT计算，以评估区域异构体3和4的分子前线轨道和全局反应性描述符，并通过分析前体1在气相和二甲亚砜溶液中的1 ? 1′互变异构平衡来解释其形成机制。我们的结果表明，溶剂稳定的1的互变异构分布与实验观察到的区域异构体3和4的比例高度吻合，从而为其形成提供了连贯的机制解释。

总体而言，本研究的新颖之处不在于烷基化反应本身（该反应几十年前就已报道），而在于对区域异构体形成的全面结构、超分子、光谱学、热学和计算分析，这些分析共同为N-功能化1,2,4-三唑的结构-稳定性关系提供了深入的理解。

材料与方法

所有溶剂和商业可获得的试剂均购自Sigma-Aldrich，除非另有说明，否则无需进一步纯化即可使用。反应进度通过Merck Kieselgel 60 F254硅胶板上的薄层色谱（TLC）进行监测。柱层析使用的是60目（230–400 mesh）硅胶。熔点通过毛细管熔点仪测定，报告时未进行校正。红外光谱数据在Thermo Scientific仪器上记录。

3-(甲基硫基)-1H-1,2,4-三唑-5-胺的区域选择性N-烷基化

5-氨基-1,2,4-三唑衍生物的显著生物潜力引发了药物化学领域的广泛关注[[11], [12], [13], [14], [15], [16]]。然而，直接对5-氨基-1H-1,2,4-三唑核心进行官能化的合成策略仍然有限，目前仅有烷基化和磺酰化两种较为成熟的方法[[24,25]]。相比之下，N-烷基化作为一种关键的转化反应，尽管其潜力巨大，但研究仍然不足。

结论

使用Cs?CO?作为催化剂，3-(甲基硫基)-1H-1,2,4-三唑-5-胺（1）与苄溴（2）进行烷基化反应，可得到两种N-苄基化的区域异构体3和4，其生成比例具有可重复性和温度依赖性。全面的光谱学、质谱和热分析证实了两种产物的成功合成和结构鉴定。单晶X射线衍射明确确定了化合物3的分子结构，揭示了其由强相互作用稳定的超分子结构。

作者贡献

本手稿是所有贡献作者共同努力的结果，最终版本已得到所有作者的一致认可。

作者贡献声明

戴安娜·贝塞拉（Diana Becerra）：方法学设计、数据整理、初稿撰写。

埃利安娜·R·埃雷拉·吉拉尔多（Eliana R. Herrera Giraldo）：方法学设计、数据整理、初稿撰写。

霍万尼·A·戈麦斯·卡斯塔尼奥（Jovanny A. Gómez Casta?o）：方法学设计、数据整理、初稿撰写。

马里奥·A·马西亚斯（Mario A. Macías）：方法学设计、数据整理、初稿撰写。

胡安-卡洛斯·卡斯蒂略（Juan-Carlos Castillo）：概念构思、方法学设计、数据整理、初稿撰写。

晶体学数据

化合物3的晶体学数据已存入剑桥晶体学数据中心（CCDC），存档编号为2470097。相关信息可免费从CCDC获取，地址：英国剑桥市Union Road 12号，邮编CB2 1EZ（传真：[phone]；电子邮件：[e-mail] 或 http://www.ccdc.cam.ac.uk）。

注释

作者声明没有竞争性财务利益。

CRediT作者贡献声明

戴安娜·贝塞拉（Diana Becerra）：初稿撰写、方法学设计、数据整理。

埃利安娜·R·埃雷拉·吉拉尔多（Eliana R. Herrera Giraldo）：初稿撰写、方法学设计。

霍万尼·A·戈麦斯·卡斯塔尼奥（Jovanny A. Gómez Casta?o）：初稿撰写、方法学设计。

马里奥·A·马西亚斯（Mario A. Macías）：初稿撰写、方法学设计、数据整理。

胡安-卡洛斯·卡斯蒂略（Juan-Carlos Castillo）：初稿撰写、方法学设计、数据整理、概念构思。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。然而，以下财务利益或个人关系应被视为潜在的竞争性利益：

致谢

作者衷心感谢哥伦比亚师范学院（Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia）和哥伦比亚安第斯大学（Universidad de los Andes）化学系的财政支持。