氯酚-三唑杂化物的设计、合成与研究：通过生物学方法和计算机模拟技术评估其抗癌、抗氧化及抗胆碱能作用潜力

《Journal of Molecular Structure》：Design, Synthesis, and Exploration of Chlorophenol-Triazole Hybrids: Evaluating Anticancer, Antioxidant, and Anticholinergic Potential via Biological and In Silico Approaches

本研究设计合成氯苯酚-三唑类化合物（5a–h），通过体外实验及计算分析评估其多靶点活性。5h胆碱酯酶抑制活性最佳（AChE IC50=1.11 μM），5d对癌细胞增殖抑制最强（IC50=2.60 μM）。结构活性关系表明电子效应显著影响活性，计算预测5h药物成分类似、高吸收及血脑屏障穿透性。

　　

Sultan Onur|Mustafa ?e?me|Ferhan Tümer

土耳其卡赫拉曼马拉斯苏特居伊玛目大学（Kahramanmaras Sutcu Imam University）理学院化学系，邮编46040。

摘要

本研究报道了一类新的氯酚-三唑杂化物（5a–h）的设计与合成，并通过计算分析对其多靶点生物活性进行了评估。这些化合物通过铜(I)催化的叠氮化物-炔烃环加成反应（“点击”化学）制备，并通过FT-IR、NMR和元素分析进行了表征；5a和5h的固态结构通过单晶X射线衍射得到了进一步确认。体外实验包括抗氧化活性测试（DPPH、ABTS、CUPRAC）、胆碱酯酶抑制活性（AChE和BuChE），以及使用Caco-2（癌细胞）和HDF（正常细胞）进行的细胞毒性/选择性评估。在该系列化合物中，5h表现出最强的胆碱酯酶抑制活性，AChE的IC₅₀为1.11 μM，BuChE的IC₅₀为8.23 μM，优于塔克林（tacrine，IC₅₀为1.53 μM）；而5d对Caco-2细胞的增殖抑制作用最强（IC₅₀为2.60 μM），与甲氨蝶呤（methotrexate，IC₅₀为2.21 μM）相当。选择性分析显示5h在测试组中具有最高的选择性指数（SI = 3.83）。抗氧化活性在ABTS测试中最为显著。结构-活性趋势表明，吸电子取代基通常有利于增强胆碱酯酶抑制作用和细胞毒性。为了解释这些发现，我们进行了计算机辅助药物代谢动力学（ADMET）分析和分子对接研究，预测了该化合物的成药性（符合Lipinski标准）、高胃肠道吸收率（高达95.22%）以及血液-脑屏障穿透能力。实验结果与计算预测一致，5h在AChE结合位点表现出最佳的对接分数（?11.3 kcal/mol）和稳定的相互作用网络。总体而言，氯酚-三唑骨架为进一步优化多靶点生物活性化合物提供了一个有前景的平台；然而，仍需要进一步的机制研究和体内实验来验证这些体外观察结果。

引言

多因素疾病，如阿尔茨海默病（AD）和癌症，由于其复杂的病因机制（涉及氧化应激、酶调节紊乱和细胞增殖失控）而成为全球最严重的健康挑战之一[[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8]]。传统的单靶点疗法往往无法实现持续的治疗效果，这凸显了设计能够同时调节多种疾病相关通路的多靶点药物策略的必要性[4,9,10]。

氧化应激和胆碱能功能障碍是这些疾病的共同病理特征；活性氧（ROS）调节细胞增殖和凋亡，而非神经元胆碱能信号通路与肿瘤进展有关[11,12]。因此，能够同时调节氧化应激、胆碱酯酶活性和癌细胞存活能力的化合物是多靶点治疗的理想候选物[[13], [14], [15]]。

在此背景下，杂环骨架在药物化学中发挥着重要作用，1,2,3-三唑环因其出色的化学稳定性、良好的药代动力学特性以及能够参与多种非共价相互作用（包括氢键和π-π堆叠）而受到广泛关注[[16], [17], [18], [19]]。通过铜(I)催化的叠氮化物-炔烃环加成反应（CuAAC）可以简便地合成1,2,3-三唑，进一步增强了其在合理药物设计中的应用价值。许多基于三唑的衍生物表现出抗癌、抗氧化和胆碱酯酶抑制活性，凸显了其作为优势药效团的潜力[[20], [21], [22], [23], [24], [25], [26], [27]]。

酚类结构是生物活性化合物中常见的关键结构单元。对酚类骨架的微妙修饰可以显著影响电子分布、亲脂性和靶点结合行为[[28], [29], [30], [31], [32], [33], [34], [35], [36]]。因此，酚-三唑杂化物结构成为多功能平台的有希望的选择[4,8,37]。在之前的研究中，我们报道了一系列

-苯酚-三唑杂化物，它们表现出中等的胆碱酯酶抑制和抗癌活性，表明酚-三唑结合是一个有潜力的结构优化方向[38]。然而，用吸电子取代基替换供电子甲基对生物活性的系统影响尚未得到全面探讨。

基于此，本研究采用卤素取代作为策略工具。卤素取代是一种成熟的药物化学方法，用于调节物理化学性质和分子间相互作用[[39], [40], [41]]。在卤素中，氯特别重要，因为它不仅能够增加分子的极化性和代谢稳定性，还能形成特定的定向相互作用（卤素键XB）[[42], [43], [44], [45]]。关键的是，氯取代可以显著影响晶体堆积方式和分子平面性，通过促进C–X···O或C–X···H相互作用，可能减小环间扭转角并更好地插入酶的活性位点[39,40,46]。因此，用氯取代

-苯酚中的供电子甲基被认为是一种合理的方法，用于调节酚-三唑杂化物的结构-性质关系。

为了补充实验设计，计算分子对接和计算机辅助药物代谢动力学（ADMET）分析成为不可或缺的工具。这些技术有助于解释实验生物学数据，对接模拟提供了关于配体-靶点相互作用和结合模式的详细信息，而ADMET预测则可以早期评估化合物的成药性和吸收特性[[16], [17], [18], [19]]。将这些计算方法与实验研究相结合，为解释骨架依赖的生物学趋势提供了连贯的框架。

在本研究中，我们报道了一类新的氯酚-三唑杂化物（5a–h）的设计与合成，并将其与之前报道的含有相同远端R基团取代基的

-苯酚类似物进行了直接比较[38]。这种匹配对设计不仅旨在扩展该骨架的化学空间，还旨在更清晰地了解用氯取代供电子甲基对生物活性的影响。通过这种方式，本研究能够系统地评估酚类骨架（甲基与氯）对生物活性、选择性和分子识别的影响。我们的核心假设是，酚环的氯化以及远端芳香取代基的电子调节会显著影响多靶点疗效。具体来说，这种比较设计使我们能够评估酚环电子结构对胆碱酯酶抑制、细胞毒性和整体多靶点性能的贡献。合成的化合物通过光谱技术和单晶X射线衍射进行了结构表征，随后进行了体外胆碱酯酶抑制、抗氧化活性测试和Caco-2细胞中的细胞毒性研究。

部分内容摘要

概述

所有试剂和溶剂均从Aldrich或Merck购买，按原样使用。熔点在BUCHI 530毛细管仪器上测量（未经校正）。FT-IR光谱（4000–450 cm^-1）使用Perkin Elmer Spectrum 400光谱仪和ATR单元记录。¹H（400 MHz）和¹³C（100 MHz）NMR光谱在Bruker仪器上使用CDCl3作为内标获得。元素分析（C、H、N）使用Costech ECS 4010分析仪进行。

化学方法

含有1,2,3-三唑和取代酚基团的杂化物的合成是通过“点击”反应实现的。首先合成了芳基叠氮化物（2a–h）。随后，通过4-氯酚（3）与丙炔基溴反应制备了1-氯-4-(丙-2-炔-1-氧基)苯（4）。通过芳基叠氮化物与1-氯-4-(丙-2-炔-1-氧基)苯（4）的反应，获得了高产率的杂化物。

结论

在本研究中，我们通过设计和合成一系列新的氯酚-三唑杂化物（5a–h），评估了氯取代对生物活性的影响，并与之前报道的

-苯酚类似物进行了比较。结构表征（包括单晶X射线衍射）提供了关于结构-性质关系的关键见解；特别是最活性的化合物5h

作者贡献

S.A.：负责研究、方法学、初稿撰写、审稿和编辑、数据分析；M.?.：负责研究、方法学、初稿撰写、审稿和编辑、计算机模拟分析、软件应用；Ferhan Tümer：负责写作、审稿和编辑、软件应用、项目管理和资金获取。

作者贡献声明

Sultan Onur：负责可视化、数据验证、方法学、数据分析。Mustafa ?e?me：负责写作、审稿和编辑、初稿撰写、可视化、数据验证、软件应用、方法学、研究、数据分析。Ferhan Tümer：负责写作、审稿和编辑、初稿撰写、可视化、数据验证、项目管理和资源协调、方法学研究、资金获取、数据分析。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

作者感谢卡赫拉曼马拉斯苏特居伊玛目大学科学研究项目组（项目编号：BAP-2022/3-25 M）（土耳其）提供的资金和奖学金。此外，我们还要感谢高等教育委员会研究委员会（Y?K 100/2000博士奖学金优先领域计划“分子药理学和药物研究”对Sultan ONUR的资助。CCDC 2334826（5a）和2334825（5h）包含化合物5a和5h的补充晶体学数据。