新型三唑类衍生物的分子设计、合成、分子模拟及其对致倦库蚊（*Culex pipiens* L.）幼虫杀虫活性的评估研究，探讨其潜在作用机制

《Bioorganic Chemistry》：Design, synthesis, molecular modeling, and evaluation of larvicidal efficacy of novel triazole derivatives against Culex pipiens L., referring to their potential mechanism

　　

摘要

通过高效的方法合成了一系列新的三唑基杂环化合物。关键的三唑中间体进一步与不同芳香醛反应得到查尔酮衍生物，随后转化为吡唑啉衍生物。此外，硫代肼中间体与不同氯乙酰试剂的进一步转化生成了肼基噻唑类似物。所合成的化合物对库蚊（Culex pipiens）的三龄幼虫表现出高至中等的活性。所有三唑衍生物在处理48小时后的半数致死浓度（LC₅₀）< 19 μg/mL，低于世界卫生组织（WHO）推荐用于筛选有前景的幼虫杀虫剂的数值。结果表明，与噻唑衍生物相比，查尔酮和吡唑衍生物表现出显著更强的幼虫杀虫活性。最有效的化合物为4a（4.23 μg/mL）> 4b（5.70 μg/mL）> 4c（6.11 μg/mL）> 10（6.47 μg/mL）> 12（6.98 μg/mL），而活性最弱的是6（18.79 μg/mL）。为阐明所测试化合物的作用方式以及幼虫对测试化合物的解毒反应，对乙酰胆碱酯酶（AChE）和细胞色素P450单加氧酶（CYP450）进行了分子对接和生化分析。处理的幼虫对测试化合物表现出显著的氧化反应，其中用4a和4b处理后CYP450活性分别达到57.34 ± 2.03和46.89 ± 1.45（μ mol/min/mg蛋白），而对照组为10.73 ± 1.45（μ mol/min/mg蛋白）。而AChE活性对毒性的反应较低，4a（367.91 ± 3.76 μg AchBr/min/mg蛋白）和4b（359.21 ± 1.15 μg AchBr/min/mg蛋白）相对于对照组（169.3 ± 0.33 μg AchBr/min/mg蛋白）。分子对接评估的结果与生化活性和幼虫杀虫活性的结果高度一致，所测试的衍生物与CYP450的亲和力优于AChE。使用SwissADME和ProTox-3进行的计算机模拟ADME和毒理学分析证实了所合成化合物（特别是4a和4c）具有有利的药物相似性参数，并支持其安全性特征。这些发现有助于发现新型蚊类防治剂，并支持目前开发更有效的媒介控制策略的努力。

引言

家库蚊（Culex pipiens L.，双翅目：蚊科）是一种世界性分布物种，广泛分布于温带、亚热带和热带地区的所有六个大洲[1]。它是多种人畜共患病原体的重要传播媒介，因此对全球公共卫生构成重大威胁。这些病原体包括多种虫媒病毒，如西尼罗河病毒、圣路易斯脑炎病毒、日本脑炎病毒和裂谷热病毒[2]、[3]。此外，C. pipiens还是淋巴丝虫病和由Plasmodium relictum引起的禽疟疾的主要传播媒介[4]、[5]。鉴于其流行病学重要性，C. pipiens种群的控制传统上依赖于综合措施，包括化学、生物、环境和遗传方法。尽管这些策略可以有效发挥作用，但每种策略都有其特定的优势和局限[6]。合成杀虫剂数十年来一直是蚊类控制项目的基石。然而，由于C. pipiens种群中抗药性的发展，其长期有效性日益降低。已报道的抗药性机制包括靶位不敏感性（如击倒抗性（kdr）突变和乙酰胆碱酯酶-1修饰）[7]、由细胞色素P450单加氧酶、酯酶和谷胱甘肽S-转移酶介导的代谢解毒增强，以及表皮穿透减少[8]、[9]。抗药性的广泛出现迫切需要对替代且环境可持续的杀虫剂的需求。在非洲、地中海地区、中东和美洲的种群中，已报道了与有机磷和拟除虫菊酯类低敏感性相关的高频率抗性等位基因。因此，几种过去有效的杀虫剂不再适用于可持续的长期媒介控制[10]、[11]。单一化合物控制策略效力的下降进一步凸显了开发具有新型作用方式的新活性成分的必要性，以克服现有的抗药性机制。杂环化合物因其结构多样性和广泛的生物活性而在医药和农用化学品化学中引起了广泛关注[12]。其中，1,2,3-三唑衍生物是重要的含氮杂环，具有化学稳定性高、合成可行性好以及通过氢键、偶极-偶极相互作用和π-π堆积与生物靶标相互作用的能力[13]、[14]。1,2,3-三唑核被广泛认为是生物活性分子设计中的优势骨架，包括抗菌、抗肿瘤、抗真菌、除草和杀虫剂[15]、[16]。特别是，几种含三唑的化合物已显示出有前景的农药和杀虫活性，凸显了这一环系统在农用化学品开发中的价值[17]、[18]。查尔酮是另一类重要的生物活性化合物，其特征是具有α,β-不饱和羰基体系。该共轭烯酮基团在其化学反应活性和生物活性中起着核心作用[19]。查尔酮也是制备各种杂环体系（特别是吡唑、噻唑和其他含氮和含硫衍生物）的有价值合成中间体[20]。因此，将查尔酮和三唑基团结合到单一分子框架中可能产生具有改善生物特性的杂化化合物。吡唑和噻唑衍生物在农药化学中同样具有重要意义。据报道，含吡唑的化合物具有杀虫、杀螨、杀菌和除草活性，几种商业农用化学品含有基于吡唑的药团[21]。同样，噻唑衍生物以其多样的生物活性和增强与生物靶标分子相互作用的能力而著称[22]。最近的研究表明，含有吡唑、噻唑和三唑单元的杂化分子可能显示出显著的杀虫活性，使其成为开发新型害虫防治剂的有前景的候选物[23]。基于以上考虑，作为我们持续研究的一部分，旨在开发简单高效的合成策略以制备具有潜在药用应用价值的新杂环化合物[24]、[25]、[26]、[27]、[28]、[29]、[30]、[31]、[32]、[33]，我们专注于设计可作为生物评估多功能骨架的分子。本工作旨在合成新型基于1,2,3-三唑的杂环衍生物并评估其杀虫活性。合成过程涉及制备关键的乙酰三唑中间体，随后将其转化为查尔酮、吡唑、噻唑、硫代酰胺及相关衍生物。这些化合物基于三唑及相关杂环骨架的生物重要性进行设计。对其对C. pipiens幼虫的幼虫杀虫活性进行了评估。针对乙酰胆碱酯酶和细胞色素P450单加氧酶进行了生化分析和分子对接评估，以阐明其对三唑毒性的生化反应。使用Swiss ADME和ProTox-3进行了计算机模拟研究，以探索最活性化合物的物理化学和药代动力学特征，从而预测其ADMET特征、人体毒性和环境影响（生态毒性）。

章节摘要

所合成三唑基衍生物的合理设计

化合物的设计基于将几种先前已报道具有显著杀虫活性的基团相结合。1,2,3-三唑核是核心骨架，因其生物学的多功能性和与生物靶标形成氢键和π相互作用的能力。硝基取代体系因其吸电子或供电子性质以及增强的靶标结合亲和力而提高了杀虫活性。

最初，基于查尔酮的衍生物（4a–4e）是众所周知的

化学

目标化合物三唑3通过1,3-偶极环加成途径合成。该过程始于

对硝基苯胺

1的重氮化，随后与叠氮化钠反应形成4-硝基叠氮苯2。该叠氮衍生物随后在少量三乙胺和乙醇的存在下与乙酰丙酮进行环加成反应，形成化合物3。该化合物作为关键中间体用于进一步的化学

化学

所有熔点均使用Gallen Kamp熔点仪测量且未校正。FTIR光谱在Pye-Unicam SP-3–300红外分光光度计上记录，以波数（cm^?1）表示。¹H NMR光谱在400 MHz下运行，¹³C NMR光谱在100 MHz下运行，均在Varian Gemini光谱仪上使用氘代二甲基亚砜（DMSO?d₆）中的TMS作为内标。化学位移以δ表示，并与溶剂的相对值有关。所有耦合常数（J）值

结论

总之，所合成的三唑基杂环衍生物对Culex pipiens的三龄幼虫表现出有前景的幼虫杀虫活性，其中查尔酮和吡唑啉衍生物显示出最高的效力。生化研究和分子对接研究表明，CYP450在幼虫对这些化合物的反应中起主要作用，而AChE的贡献相对较低。未来涉及分子动力学模拟的研究将有助于进一步

CRediT作者贡献声明

Samar A. Abubshait：撰写-原稿、方法论、资金获取、形式分析。Doaa R. Abdel-Haleem：撰写-审阅与编辑、撰写-原稿、监督、方法论、概念构思。Abeer M. El-Naggar：撰写-审阅与编辑、撰写-原稿、验证、监督、项目管理、方法论、调查、形式分析、数据整理、概念构思。Sarah S. Hegazy：撰写-原稿、验证、方法论、形式

资金

本研究未获得任何专项资金支持。

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本论文所报告工作的已知竞争经济利益或个人关系。

致谢

我谨向沙特阿拉伯伊玛目阿卜杜勒拉赫曼·本·法萨尔大学的基礎与应用科学研究中心致以感谢，感谢其对分析的资助和支持。

Samar A. Abubshait|Doaa R. Abdel-Haleem|Abeer M. El-Naggar|Sarah S. Hegazy|Youssef M. Youssef

沙特阿拉伯伊玛目阿卜杜勒拉赫曼·本·法萨尔大学科学学院化学系，P.O. Box 1982, Dammam 32441, 沙特阿拉伯