基于索拉非尼前体的新型偶氮连接杂环化合物的设计、合成与综合评价：一种集成体外与计算机模拟的方法（Design, Synthesis, and Comprehensive Evaluation of Novel Azo-Linked Heterocycles Derived from a Sorafenib Precursor as Potent Antioxidant Agents: An Integrated In Vitro and In Silico Approach）

《Journal of the Indian Chemical Society》：Design, Synthesis, and Comprehensive Evaluation of Novel Azo-Linked Heterocycles Derived from a Sorafenib Precursor as Potent Antioxidant Agents: An Integrated In Vitro and In Silico Approach

　　

Tolga Acar YE??L|?mer D?LEK|Tahir T?LK?

土耳其锡诺普大学，Türkeli职业学院，财产保护与安全系，锡诺普，土耳其

摘要

设计和合成偶氮键杂环体系仍然是开发针对氧化应激的有效治疗药物的吸引人策略。在本研究中，从索拉非尼（Sorafenib）骨架的苯胺前体衍生出一系列新型杂环偶氮衍生物（3a–d）并进行表征。实验结果通过密度泛函理论（DFT）计算得到验证，以评估其结构和电子性质。对主要候选化合物3a的PES分析证实了其构象稳定性，显示出结构刚性和灵活性之间的最佳平衡，有利于生物识别。化合物3a在该系列中表现出最低的HOMO-LUMO能量间隙和最高的亲电性，表明其具有异常的反应性。基于计算的药物代谢动力学（ADMEt）分析确认了其良好的药代动力学特性，并符合Lipinski五规则，且不会穿透血脑屏障。此外，与标准抗氧化剂Trolox相比，分子对接和100纳秒的分子动力学（MD）模拟显示3a具有更强的结合亲和力和更稳定的动态性能。最终，通过CUPRAC方法的体外抗氧化测试确定3a是最有效的候选物，其效果比参考标准高约62%。这些发现突显了3a作为未来抗氧化疗法的高度有前途的先导骨架。

引言

功能化有机分子的设计和合成始终处于药物化学的前沿，特别是在寻找对抗复杂病理状况的有效骨架方面[1]。其中，杂环化合物因其环状结构中至少含有一个杂原子而在这一领域具有重要意义[2]。它们的结构多样性使其能够与多种生物靶点精确相互作用，从而开发出高选择性和低毒性的药物[3]。在这一化学领域中，含有氮和氧的杂环体系因其多方面的药理特性而经常被研究，包括抗菌、抗氧化、抗炎以及强抗癌活性[4],[5],[6],[7],[8],[9],[10]。

现代药物设计中一个特别有吸引力的策略是将偶氮键（-N=N-）引入这些杂环结构中。偶氮化合物不仅仅是合成染料；它们代表了一类可通过取代基修饰精细调节性质的生物活性分子[11],[12]。偶氮基的存在扩展了分子内的π电子共轭，不仅影响其电子和光学特性，还增强了其在生物系统中的电荷转移能力[12]。最近对偶氮键杂环的研究表明，它们作为强抗氧化剂的有效性得到了强调[13],[14],[15],[16],[17]。这些分子在对抗氧化应激方面发挥着关键作用，氧化应激是由于活性氧（ROS）的过量产生导致细胞损伤，包括DNA突变和蛋白质降解，这些都是致癌和神经退行的前兆[18],[19]。

与实验合成同时，计算机辅助药物设计（CADD）彻底改变了药物发现的范式[20]。通过整合密度泛函理论（DFT）、分子对接和分子动力学（MD）模拟等计算方法，研究人员能够以前所未有的精度阐明潜在药物的电子性质和结合稳定性[21],[22],[23]。CADD通过分子静电势（MEP）映射帮助识别亲核和亲电位点，并评估与生物效应对相关的整体反应性指标。这种综合方法减少了实验室合成的试错性质，确保只有最有前途的候选物才能进入体内和体外测试[24],[25]。

开发此类候选物的一个战略起点是使用已建立的药效团。苯胺衍生物作为索拉非尼合成的关键中间体，索拉非尼是一种多激酶抑制剂，以治疗晚期肾癌和肝细胞癌而闻名，代表了理想的结构平台[26],[27],[28]。这个中间体提供了一个多功能苯胺核心，可以与其各种杂环基团结合，创造出新的衍生物，保持或增强母体的抑制特性，同时可能克服耐药机制。

尽管对偶氮化合物和索拉非尼衍生物进行了广泛研究，但将偶氮键引入索拉非尼骨架的苯胺前体以开发强效抗氧化剂尚未得到探索。因此，本研究的主要目标是设计、合成并评估一系列新的杂环偶氮衍生物（3a–d），利用这种独特的结构组合。这项工作的新颖之处在于通过偶氮-杂环网络扩展π共轭，将一个成熟的抗癌中间体重新用于新的抗氧化药效团。为了实现这一目标，我们采用了综合的实验和计算方法。目标化合物经过FTIR、UV–Vis、质谱和标准NMR（¹H和¹³C）进行了严格表征。该研究将实验方法与严谨的理论分析相结合，重点关注前沿分子轨道（FMOs）、Mulliken电荷分布、势能面（PES）分析、分子对接、吸收、分布、代谢、排泄和毒性（ADMEt）分析以及MD模拟。通过弥合结构化学和计算药理学之间的差距，这项工作旨在为未来治疗应用提供高亲和力配体的新见解，优化药物的药代动力学特性，并对分子的电子性质和潜在反应性进行高级评估。最后，通过CUPRAC方法进行体外抗氧化评估，确定3a的效力比参考标准Trolox高出约62%。

部分摘录

一般信息

本研究中使用的所有化学品和溶剂均为分析纯度，购自Merck、Sigma-Aldrich和BLDpharm等知名供应商，并按原样使用，无需进一步纯化。关键起始材料索拉非尼苯胺中间体（化合物1）专门从BLDpharm获得。为确保合成衍生物的结构完整性和理化性质，使用了全面的分析技术。

NMR光谱

目标分子（3a–d）的¹H和¹³C-NMR化学位移的实验测量和理论估算是在DMSO环境中进行的（补充材料图S5–S12和表2, 3）。为了在计算预测中准确反映这些实验条件，使用了DFT/B3LYP/6-311++G(d,p)方法以及CPCM溶剂化框架。通过对3a–d系列的¹H-NMR数据进行优化分析

结论

利益冲突披露

作者未报告任何潜在的利益冲突。

CRediT作者贡献声明

?mer D?LEK：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原始草稿，方法学，研究，数据管理，概念化。Tolga Acar YE??L:撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原始草稿，方法学，研究，数据管理，概念化。Tahir T?LK?;撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原始草稿，方法学，研究，数据管理，概念化

利益冲突声明

? 作者声明之间不存在利益冲突。

致谢

本文中报告的数值计算完全/部分在TUBITAK ULAKBIM高性能和网格计算中心（TRUBA资源）完成。