杂化O-烷基磺酰基-β-(苯并咪唑-1-基)丙酰胺肟的结构修饰作为抗微生物、抗真菌和抗糖尿病药物的途径

《International Journal of Molecular Sciences》：Structural Modifications of Hybrid O-Alkylsulfonyl-β-(Benzimidazol-1-yl)propioamidoximes as a Pathway to the Antimicrobial, Antifungal and Antidiabetic Drugs

　　

基于使用已证实的药效团构建块（本研究中为苯并咪唑杂环、磺酰基和酰胺肟骨架）的理由，持续寻找比现有实践中活性更高且毒性更低的新化学结构是合理的。本研究旨在合成新型O-烷基磺酰基-β-(苯并咪唑-1-基)丙酰胺肟并测试其体外生物活性以识别潜在的有效药剂。研究人员通过在水和丙酮混合物中使β-(苯并咪唑-1-基)丙酰胺肟与烷基磺酰氯AlkSO2Cl（Alk = CH3、n-C3H7、i-C3H7、n-C4H9）反应，以盐酸盐和碱形式合成了新型O-烷基磺酰基酰胺肟。获得了O-烷基磺酰基-β-(苯并咪唑-1-基)丙酰胺肟的盐酸盐和碱，产率中等至较高。通过理化和光谱（元素分析、FT-IR、NMR和X射线衍射）方法确定了合成化合物的结构。对所得衍生物进行了抗微生物、抗真菌和抗糖尿病活性测试。生物筛选发现了具有抗微生物和抗真菌活性的有效酰胺肟样品，其活性接近或超过参考药物庆大霉素和制霉菌素；此外，发现了两种抗糖尿病活性高于阿卡波糖的样品。本研究结果为新型β-氨基丙酰胺肟类作为活性抗微生物、抗真菌以及抗糖尿病药剂开辟了新的可能性。

该研究发表于《International Journal of Molecular Sciences》，研究背景在于现有单一靶点疗法存在耐药性局限，联合疗法存在药代动力学不可预测及毒性问题，而药物研发中持续需要活性更高、毒性更低的新化学结构，且已有证据显示苯并咪唑杂环、磺酰基(sulfonyl group)、酰胺肟(amidoxime)框架均为经证实的药效团构建块，因此研究人员采用杂化策略将三者共价组合为单分子多靶点导向配体(multi-target-directed ligands, MTDLs)以解决上述问题，并明确需通过结构修饰开发O-烷基磺酰基-β-(苯并咪唑-1-基)丙酰胺肟以拓展其在抗微生物、抗真菌及抗糖尿病领域的应用可能。

研究人员开展的主要关键技术方法包括：在无外部碱的水-丙酮混合体系中利用底物自身苯并咪唑氮原子结合释放HCl的合成策略，以及在氯仿中以Bu₃N为外部碱的对比合成策略；采用元素分析、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、¹H/¹³C核磁共振光谱(NMR)、单晶X射线衍射进行结构表征；通过肉汤微量稀释法以庆大霉素、制霉菌素为参照测试化合物对金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)ATCC 6538、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)ATCC 6633、大肠杆菌(Escherichia coli)ATCC 25922、铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)ATCC 27853及白色念珠菌(Candida albicans)ATCC 10231的最小抑菌浓度(minimum inhibitory concentration, MIC)；通过改良pNPG底物法以阿卡波糖为参照测试化合物对α-葡萄糖苷酶(α-glucosidase)的抑制率，所有测试均设溶剂对照并重复三次。

研究结果如下：

2.1. 在水:丙酮混合物中无碱条件下合成O-烷基磺酰基-β-(苯并咪唑-1-基)丙酰胺肟。研究人员通过β-(苯并咪唑-1-基)丙酰胺肟(1)与烷基磺酰氯在水和丙酮混合体系中无外部碱反应，利用分子内苯并咪唑氮原子结合释放的HCl，获得盐酸盐2–5（产率40–83%），其中2为焦糖状物质，3–5为结晶物质（熔点分别为89–91 °C、163–165 °C、82–84 °C）；经碳酸钾水溶液处理转化为游离碱6–9。FT-IR显示1347–1361 cm^?1和1160–1194 cm^?1处分别为S=O不对称和对称伸缩振动，盐酸盐在~2700 cm^?1有N(+)–H伸缩振动；¹H-NMR和¹³C-NMR明确了烷基磺酰基质子及碳信号，碱形式信号较盐酸盐高场位移；X射线衍射分析确认3、5、7晶体质量合格，盐酸盐3和5为同构结构，含质子化杂环氮阳离子、氯阴离子及异丙醇分子，固体构象存在延伸与折叠差异，证实分子内碱性中心可实现无碱烷基硫氯化。

2.2. 在CHCl₃中存在Bu₃N时β-(苯并咪唑-1-基)丙酰胺肟与烷基磺酰氯的反应(iii)。研究人员尝试在氯仿中以Bu₃N为碱进行烷基硫氯化，未得到目标O-烷基磺酰基产物，分离得到起始酰胺肟1及其盐酸盐10（产率约50%）。FT-IR中1在3420 cm^–1有–NOH的O–H伸缩振动，10在2300 cm^?1有N(+)–H铵键振动；¹H-NMR和¹³C-NMR显示10所有信号较1低场位移；X射线衍射首次明确质子化发生在肟基氮原子。推测机制为含α-氢的烷基磺酰氯发生歧化生成磺烯(sulfene)中间体A及烷基磺酰三丁基氯化铵B，消耗两分子磺酰氯与两分子Bu₃N生成三丁胺盐酸盐，后者与1反应生成10，无目标磺氯化产物。

2.3. O-烷基磺酰基-β-(苯并咪唑-1-基)丙酰胺肟(2–9)的体外抗微生物、抗真菌和α-葡萄糖苷酶抗糖尿病活性筛选。抗微生物抗真菌方面，5种化合物对金黄色葡萄球菌有明显活性（MIC 12.5–50 μg/mL），其中5和8达12.5 μg/mL；部分对枯草芽孢杆菌和大肠杆菌有活性（MIC 12.5–50 μg/mL），均无铜绿假单胞菌活性；对白色念珠菌抗真菌更显著，6种化合物MIC 6.3–50 μg/mL，游离碱8（MIC=6.3 μg/mL）活性为制霉菌素两倍，盐酸盐4匹配标准，8获哈萨克斯坦实用新型专利。抗糖尿病方面，盐酸盐2（64.7%）和5（79.5%）α-葡萄糖苷酶抑制率超过阿卡波糖（44.7%），获专利保护。构效关系(structure-activity relationship, SAR)分析表明：杂化结构必要但不充分；存在形式至关重要（抗糖尿病仅盐酸盐有效，抗真菌游离碱更优）；烷基取代基决定选择性（Me和n-Pr利于革兰氏阴性菌，i-Pr利于真菌，n-Bu利于抗糖尿病），α-葡萄糖苷酶活性依赖直链长度（n-Bu可达远端疏水口袋，i-Pr因立体位阻无效）。

总结讨论部分：研究人员通过无碱水-丙酮条件成功合成目标O-烷基磺酰基-β-(苯并咪唑-1-基)丙酰胺肟盐酸盐2–5及游离碱6–9，利用底物自身苯并咪唑Nsp²原子质子化结合HCl；而有外部碱Bu₃N时因烷基磺酰氯与碱竞争反应生成磺烯及铵盐，仅得起始物1及其盐酸盐10，X射线明确盐酸盐质子化位于苯并咪唑氮（目标物）或肟氮（10）。生物活性筛选出高效抗真菌异丙基磺酰基衍生物4、8，及兼具高抗糖尿病与广谱抗微生物/抗真菌的甲基2和正丁基磺酰基5。结论部分翻译如下：本研究成功合成了新型O-烷基磺酰基-β-(苯并咪唑-1-基)丙酰胺肟(2–9)。一个关键发现是，水-丙酮中的无碱条件产生了目标盐酸盐(2–5)，利用了底物自身的苯并咪唑氮结合HCl。相反，使用外部碱(Bu₃N)失败，由于烷基磺酰氯与外部碱的竞争反应，仅得到回收的起始材料和β-(苯并咪唑-1-基)丙酰胺肟盐酸盐。X射线分析明确确定O-烷基磺酰基-β-(苯并咪唑-1-基)丙酰胺肟盐酸盐中的质子化位点为苯并咪唑Nsp²原子。该研究产生两个关键成果：(1) 强效抗真菌药剂（异丙基磺酰基衍生物4和8）；(2) 双重作用杂化物（甲基2和正丁基磺酰基5衍生物），具有优异的抗糖尿病活性及广泛的抗微生物/抗真菌谱。总之，整合苯并咪唑、酰胺肟和磺酰药效团创造了高活性化合物——O-烷基磺酰基-β-(苯并咪唑-1-基)丙酰胺肟，验证了该骨架用于开发新型多靶点治疗药物的价值。