Tüm reaktifler analitik kalitedeydi ve daha fazla arındırma olmadan kullanıldı. Reaksiyon ilerlemesi, n-heksan/etil asetat (7:3–6:4, v/v) kullanılarak silika jel üzerinde ince katmanlı kromatografi (TLC) ile izlendi ve lekeler ultraviyole ışık altında görselleştirildi. Aksi belirtilmedikçe, tüm reaksiyonlar ortam atmosferinde gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen bileşikler, Fourier dönüşümü kızılötesi (FTIR), 1H NMR ve 13C NMR spektroskopisi ile karakterize edildi. 1H ve 13C NMR spektrumları sırasıyla 600 MHz ve 150 MHz frekanslarında CDCl₃ olarak kaydedildi ve kimyasal kaymalar, kalıntı çözücü sinyaline göre ppm cinsinden rapor edildi. Sentetik yol Şekil 1'de gösterilmiştir. Tüm sentezlenen bileşikler için tam fizikokimyasal karakterizasyon verileri Ek Dosya 1'de sunulmaktadır.
Etil benzoatın sentezi (1)
Benzoik asit (50 g, 0.41 mol) 500 mL'lik yuvarlak tabanlı bir şişeye yerleştirildi ve mutlak etanol (150 mL) eklendi. Konsantre kükürt asit (6 mL), sürekli manyetik karıştırma altında katalizör olarak damla olarak eklendi. Reaksiyon karışımı, su soğutmalı kondansatör kullanılarak 78 °C'de reflü altında 4–6 saat boyunca ısıtıldı. Reaksiyon ilerlemesi TLC tarafından izlendi. Tamamlandıktan sonra, karışım oda sıcaklığına soğutulmuş ve pH 7–8'e ulaşana kadar doymuş sulu sodyum karbonatla nötralize edilmiştir. Reaksiyon karışımı ayırıcı huniye aktarıldı, organik tabaka toplandı, damıtılmış suyla yıkandı ve susuz sodyum sülfat üzerinde kurutuldu. Filtreleme sonrası, etil benzoat (1) sonraki adımda daha fazla saflaştırma olmadan doğrudan kullanılmıştır (Şekil 1).
Benzohidrazit sentezi (2)
Etil benzoat (1; 0,41 mol) mutlak etanol (100 mL) içinde çözünürken, hidrazin hidrat (%80, 25 mL, fazla) sürekli karıştırma altında eklenmiştir. Reaksiyon karışımı, su soğutmalı kondansatör kullanılarak hava altında 4–5 saat boyunca 78 °C'de reflü altında ısıtıldı. Reaksiyon ilerlemesi TLC tarafından izlendi. Tamamlandıktan sonra, benzohidrazitin (2) beyaz kristal çökeltisi filtreleme ile toplanmış, soğuk etanolle yıkanmış, oda sıcaklığında sabit ağırlıkta kurutulmuş ve sonraki sentetik adımlarda kullanılmıştır (Şekil 1).
5-fenil-1,3,4-oksadiazol-2-tiol sentezi (3)
Benzohidrazit (2; 10 g, 0.073 mol) ve potasyum hidroksit (4.12 g, 0.073 mol) etanol (30 mL) içeren 250 mL yuvarlak tabanlı bir şişeye yerleştirildi. Karışım, su soğutmalı kondansatör kullanılarak 78 °C'de reflü altında 10 dakika boyunca ısıtıldı. Daha sonra karbon disülfür (CS₂; 5 mL, 0.083 mol) eklendi ve reflü ek 3–4 saat sürdü. Reaksiyon ilerlemesi TLC tarafından izlendi. Tamamlandıktan sonra, reaksiyon karışımı damıtılmış suya aktarılır ve sürekli karıştırarak ısıtılır. Sulandırılmış hidroklorik asit pH 5'e ulaşana kadar damla olarak eklendi ve bu da (3) bileşiğinin çökelmesine yol açtı (Şekil 1). Çökelti filtre yoluyla toplanıyor, soğuk damıtılmış suyla iyice yıkanıyor, sabit ağırlıkta kurutuluyor ve verim belirlenmek için tartıldı. Bileşik FTIR, 1H NMR ve 13C NMR spektroskopisi ile karakterize edilmiştir.
4,5-difenil-4H-1,2,4-triazol-3-tiol sentezi (4)
Benzohidrazid (2; 5 g, 0.037 mol) ve fenilisotiyosiyanet (4 mL, 0.037 mol), su soğutmalı kondansatörle donatılmış 100 mL'lik yuvarlak tabanlı bir şişeye yerleştirildi. Reaksiyon karışımı, reflü altında 78 °C'de ısıtıldı ve tiyosemikarbazit ara maddesinin oluşumu tamamlandı; bu, TLC tarafından n-heksan/etil asetat kullanılarak (7:3, v/v) doğrulandı. Potasyum hidroksit (2 g, 0.036 mol), etanolde (20 mL) çözünmüş olarak eklendi ve TLC tarafından doğrulandığı üzere reflü, bileşik (4) oluşana kadar devam etti. Reaksiyon karışımı damıtılmış suya aktarılır, sürekli karıştırma ile ısıtılır ve seyreltilmiş hidroklorik asitle pH 5'e kadar asitlenerek bileşik (4) çökeltilir (Şekil 1). Çökelti filtreleme ile toplanmış, soğuk damıtılmış suyla iyice yıkanmış, sabit ağırlıkta kurutulmuş ve FTIR, 1H NMR ve 13C NMR spektroskopisi ile karakterize edilmiştir.
Bromoasetamid ara maddelerinin sentezi 7(a–f)
Her bir ikame edilen anilin türevi 5(a–f) (1 ekvivalent) kloroformda çözünür ve reaksiyon sıcaklığını 0–5 °C arasında korumak için buz banyosunda soğutulurdu. Bromoasetil bromid (6,≥98%, 1 ekvivalent) sürekli karıştırma ile damla olarak eklendi. Reaksiyon sırasında, reaksiyon pH'ını 9 ile 10 arasında tutmak için hidrobromik asidi nötralize ederek gerekirse %18 sulu sodyum karbonat çözeltisi eklendi. Bromoasetil bromid eklendikten sonra, reaksiyon karışımı oda sıcaklığına ısınmaya bırakıldı ve TLC başlangıç malzemesinin tam tüketildiğini doğrulayana kadar karıştırıldı. Ortaya çıkan bromoasetamid ara maddeleri 7(a–f) filtreleme yoluyla toplanmış, soğuk damıtılmış suyla yıkanmış, sabit ağırlıkta kurutulmuş ve daha fazla arıtma olmadan doğrudan sonraki sentetik aşamada kullanılmıştır (Şekil 1).
Triazol bazlı asetamid türevlerinin sentezi 8(a–c)
Triazol türevi (4; 0,5 g, 0,002 mol), 50 mL'lik yuvarlak tabanlı bir şişede N, N-dimetilformamid (10 mL) içinde çözünmüştür. Uygun bromoasetamid ara maddesi (7a, 7b veya 7c; 0.002 mol, 1 eşdeğer) sürekli karıştırma ile eklendi, ardından sodyum hidrid (0.05 g, 0.002 mol) eklenerek S-alkilasyonu teşvik edildi. Reaksiyon karışımı, oda sıcaklığında 24–48 saat karıştırıldı ve reaksiyon ilerlemesi TLC tarafından izlendi. İşlem tamamlandığında, reaksiyon karışımı buz gibi suya dökülerek çökeltme sağlanır. Çökelti filtreleme ile toplanmış, soğuk suyla iyice yıkanmış, kurutulmuş ve FTIR, 1H NMR ve 13C NMR spektroskopisi ile karakterize edilmiştir (Şekil 1).
Oksadiyazol bazlı asetamid türevleri 9(d–f) sentezi
Oksadiazol türevi (3; 0,5 g, 0,002 mol) 50 mL'lik yuvarlak tabanlı bir şişede N, N-dimetilformamid (10 mL) içinde çözünmüştür. Karşılık gelen bromoasetamid ara maddesi, 7d, 7e veya 7f (0,002 mol, 1 eşdeğer) eklendi, ardından S-alkilasyonu kolaylaştırmak için sodyum hidrid (0,05 g, 0,002 mol) eklendi. Reaksiyon karışımı, oda sıcaklığında 24–48 saat karıştırıldı ve ilerleme TLC tarafından izlendi. Tamamlandıktan sonra, karışım buz gibi suya dökülerek ürünün çökeltilmesi sağlandı. Çökelti filtreleme ile toplanmış, soğuk suyla iyice yıkanmış, kurutulmuş ve FTIR, 1H NMR ve 13C NMR spektroskopisi ile karakterize edilmiştir (Şekil 1).
α-Glukozidaz inhibisyon testi
α-glukozidaz inhibitör etkinliği, test numunesi çözeltinin 50 μL'si fosfat tamponu (pH 6.8) içinde hazırlanmış 100 μL α-glukozidaz çözeltisi (0,35 U/mL) ile karıştırılarak değerlendirildi. Reaksiyon karışımı 37 °C'de 10 dakika kuluçka altına alındı, ardından 100 μL 1,5 mM p-nitrofenil-α-D-glukopiranozid substrat olarak eklendi. 37 °C'de 20 dakika boyunca daha fazla kuluçkadan sonra, reaksiyon 1 mL 1 M sodyum karbonat (Na₂CO₃) eklenerek sonlandırıldı. Soğurma 400 nm14 olarak ölçüldü. Pozitif kontrol olarak akarboz kullanıldı. Test bileşiği olmayan reaksiyon karışımı negatif kontrol olarak kullanılırken, enzimsiz reaksiyon karışımı boşluk olarak kullanıldı.
Tüm deneyler üçlü olarak gerçekleştirildi ve sonuçlar ortalama ± standart sapma (SD) olarak ifade edildi. α-glukozidaz aktivitesinin yüzde inhibisyonu aşağıdaki denklem(1)14 kullanılarak hesaplandı:
(1)
burada As , test numunesi çözeltinin emilimini temsil eder, Ab reaktif boşluğun emilmesini (α-glukozidaz olmadan) ve A0 negatif kontrolün emilimini (örnek olmadan) temsil eder. IC50 değerleri, 3.125 ile 100 μM arasında değişen bileşik konsantrasyonları test edilerek belirlendi. Doğrusal olmayan regresyon analizi standart grafik yazılımı kullanılarak gerçekleştirildi.
Üraza inhibisyon testi
Üreaz inhibitör aktivitesi, modifiye edilmiş bir Berthelot yöntemiyle belirlendi. Reaksiyon karışımı, 300 μL test numunesi çözeltisi, 200 μL jack fasulye ureaz çözeltisi ve 200 μL 25 mM ürea içeriyordu. Karışım, 37 °C'de su banyosunda 30 dakika kuluçka edildi. İnkubasyon sonrası, 10 g/L fenol ve 50 g/L sodyum nitroprussid içeren 500 μL renk geliştiren bir çözelti ve ardından %5 (v/v) sodyum hipoklorit ve 5 g/L sodyum hidroksit içeren ikinci bir çözelti 500 μL eklendi. Reaksiyon karışımı, renk gelişimi için ek 15–30 dakika kuluçka edildi.
Çözeltinin emilimi reaktifboş 15 ile 625 nm olarak ölçüldü. Tiourea pozitif kontrol olarak, test bileşiği olmayan reaksiyon karışımı negatif kontrol olarak ve üraz enzimi olmayan karışım boş olarak kullanıldı. Tüm deneyler üçlü (n = 3) olarak yapıldı ve sonuçlar ortalama değerler ± standart sapma (S.D.) olarak ifade edildi. Inhibisyon yüzdesi aşağıdaki matematiksel formül (2)15 kullanılarak hesaplandı:
(2)
burada A0 , kontrol ünitesinin emilimidir (inhibitörsüz) ve As test örneğinin emilimidir (inhibitörle birlikte). IC50 değerlerini belirlemek için grafik ve doğrusal olmayan regresyon analizi standart veri grafik yazılımı kullanılarak gerçekleştirildi.
BSA bağlama testi
Sığır serum albümini (BSA) ile sentezlenen bileşikler arasındaki bağlanma etkileşimleri, floresans söndürme spektroskopisi kullanılarak incelendi. 20 mM fosfat tamponunda (pH 7.4) 10 μM BSA stok çözeltisi hazırlandı. Her titrasyon deneyi için, 1.0 mL BSA çözeltisi 2.0 mL fosfat tamponu ile bir kuvars küvetinde karıştırıldı. Çözelti, test bileşiğinin ardışık olarak 5 μL aliquot (1,5 mM metanol) eklenmesiyle titredildi. Floresans emisyon spektrumları, 295 nm'de uyarıma sonrası 300–400 nm dalga boyu aralığında kaydedildi ve maksimum emisyon yaklaşık 336 nm olarak gözlemlendi. Floresans ölçümleri, standart floresan alma yazılımıyla donatılmış bir floresan spektrofotometresi kullanılarak gerçekleştirildi; uyarılma ve emisyon yarığı genişlikleri sırasıyla 10 nm ve 2,5 nm olarak ayarlandı. Gibbs serbest enerjisi (ΔG), entalpi (ΔH) ve entropi (ΔS) dahil olmak üzere bağlanmanın termodinamik parametrelerini belirlemek için titrasyon deneyleri 298, 308 ve 313 K'da tekrarlandı.
Floresans söndürme mekanizmasını incelemek için, deneysel veriler Stern–Volmer denklemi (Denklem 3)16 kullanılarak analiz edildi:
(3)
burada F0 ve F, sırasıyla BSA'nın söndürücü yokluğunda ve varlığında floresans yoğunluklarını temsil eder; Kq, bimoleküler söndürme hızı sabitidir; τ0, bir söndürücü yokken BSA'nın ortalama ömrüdür; KSV, Stern-Volmer soğutma sabitidir; ve [Q] söndürücünün konsantrasyonudur. Bağlanma sabiti (Kb) ve bağlanma noktalarının sayısı (n) daha sonra Denklem (4)16'ya göre çift logaritma çizilerek belirlendi:
(4)
Ayrıca, bağlanma etkileşimini yöneten standart Gibbs serbest enerji değişimi (ΔG°), standart entalpi değişimi (ΔH°) ve standart entropi değişimi (ΔS°) Van't Hoff ve Gibbs-Helmholtz ilişkileri kullanılarak hesaplandı; bunlar Denklemler (5) ve (6)17'de ifade edildi:
ΔG∘ = -RT ln Kb (5)
(6)
burada R , evrensel gaz sabiti, T ise Kelvin cinsinden mutlak sıcaklıktır.
Moleküler kenetleme
Tüm moleküler modelleme ve kenetlenme simülasyonları Schrödinger Suite (Maestro arayüzü) kullanılarak gerçekleştirildi; kenetlenme ise Glide modülü kullanılarak gerçekleştirildi. α-glukosidaza (PDB ID: 5NN8) ve üraza (PDB ID: 4H9M) kristal yapıları RCSB Protein Veri Bankası'ndan alındı. Protein yapıları, Protein Hazırlama Sihirbazı kullanılarak birlikte kristalleşmiş ligandlar, su molekülleri ve temel olmayan heteroatomlar çıkarıldı, eksik kalıntılar ve döngüler eklendi, doğru bağ sıraları atandı ve polar hidrojen atomları eklendi. Protonasyon ve tautomerik durumlar Epik modülü kullanılarak fizyolojik pH (7.0 ± 2.0) olarak atandı. Hazırlanan protein yapıları, sterik çatışmaları hafifletmek için OPLS kuvvet alanı ile kısıtlanmış enerji minimumlaştırmasına maruz bırakıldı.
Bileşikler 3, 4, 8(a–c) ve 9(d–f)'nin iki boyutlu yapıları, referans inhibitörler akarboz ve tioüre ile birlikte LigPrep modülü kullanılarak hazırlandı. Fizyolojik pH'daki bağ düzenleri, stereokimya ve iyonizasyon durumları optimize edildi ve ortaya çıkan üç boyutlu ligand konformasyonları OPLS kuvvet alanı kullanılarak enerji açısından en aza indirildi.
Reseptör ızgaraları, Receptor Grid Generation aracı kullanılarak oluşturuldu; ızgara kutuları aktif siteleri tanımlamak için kristalleşmiş doğal ligandlar üzerine merkezlendi. Her iki protein için ızgara kutusu boyutları 25 × 25 × 25 şolarak ayarlandı. Üraz ızgarası x = −38.76, y = −44.14 ve z = 66.88 merkezindeydi; α-glukozidaz ızgarası x = 21.14, y = −7.56 ve z = 24.37 merkezindeydi.
Kenetlenme hesaplamaları, esnek ligand örnekleme ile Glide'ın ekstra hassasiyet (XP) modu kullanılarak gerçekleştirildi. Her ligand için birden fazla bağlanma pozu oluşturuldu ve en düşük Glide kenetlenme puanına sahip poz daha fazla analiz için seçildi. Kenetlenme protokolü, kristalleşmiş ligandların ilgili reseptör ızgaralarına yeniden kenetlenmesiyle doğrulandı. ≤2.0 şkök ortalama kare sapması (RMSD) değerleri, kenetlenme protokolünün güvenilirliğini ve tekrarlanabilirliğini doğruladı.
Bağlanmış komplekslerin bağlanma konformasyonları PyMOL (sürüm 3.1)18 kullanılarak görselleştirildi. Hidrojen bağları, hidrofobik temaslar ve elektrostatik etkileşimler dahil olmak üzere protein–ligand etkileşimleri Discovery Studio Visualizer19 kullanılarak analiz edildi.
Yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) analizi
Tüm yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) hesaplamaları Gauss 09 kullanılarak yapıldı ve optimize edilmiş moleküler geometriler ile sınır moleküler orbitalleri GaussView 5 kullanılarak görselleştirildi. Sentezlenen triazol ve oksadiazol bazlı asetamid türevleri olan 8(a–c) ve 9(d–f), Becke üç parametreli Lee–Yang–Parr (B3LYP) hibrit fonksiyonel ve 6-311+G(d,p) temelseti 20 ile birlikte sulu fazda geometri optimizasyonuna tabi tutuldu. Çözücü etkileri, İletken benzeri Polarizasyon Sürekliliği Modeli (CPCM)21 kullanılarak dahil edilmiştir. Daha sonra aynı teori seviyesinde titreşim frekansı hesaplamaları yapıldı ve tüm optimize edilmiş yapıların potansiyel enerji yüzeyinde gerçek yerel minimumlara karşılık geldiğini, hayali frekansların olmaması ile doğrulandı.
Sentezlenen bileşiklerin elektronik geçişlerini ve kinetik kararlılığını anlamak için, en yüksek dolu moleküler orbital (EHOMO) ve en düşük boş moleküler orbital (ELUMO) enerjileri hesaplandı. Her türevin kimyasal reaktivitesi ve kinetik kararlılığını değerlendirmek için sınır moleküler orbital enerji boşluğu (ΔE = ELUMO - EHOMO) belirlendi; daha küçük bir enerji boşluğu daha yüksek reaktiviteyi gösterir.
Ayrıca, kimyasal sertlik (η), yumuşaklık (S), kimyasal potansiyel (μ), elektronegatiflik (X) ve elektrofilik indeksi (w) dahil olmak üzere küresel kimyasal reaktivite tanımlayıcıları, sınır orbital enerjilerinden aşağıdaki standart operasyonel denklemler kullanılarak hesaplandı22:
(7)
(8)
(9)
(10)
Hesaplanan elektronik özellikler ve küresel tanımlayıcılar, seriler boyunca sistematik olarak karşılaştırılarak gözlemlenen α-glukozidaz ve üraz inhibitör profillerini yansıtan yapı-aktivite ilişkileri (SAR) oluşturuldu.
Ayrıca, VESTA kullanılarak moleküler elektrostatik potansiyel (MESP) haritaları oluşturuldu ve görselleştirildi; böylece optimize edilmiş moleküler çerçeveler arasında yük dağılımı haritalandı. MESP yüzeyleri, elektrofilik (elektron eksikliği, nükleofilik saldırıyı tercih eden) ve nükleofil (elektron zengin, elektrofilik saldırı tercih edilen) bölgelerin tanımlanmasına olanak sağladı. Bu elektrostatik potansiyel dağılımı nihayetinde moleküler kenetlenme simülasyonlarında gözlemlenen hidrojen bağları ve elektrostatik kontaktlar gibi spesifik kovalent olmayan bağlanma etkileşimleriyle ilişkilendirildi.
ADME analizi
Sentezlenen triazol ve oksadiazol bazlı asetamid türevleri 8(a–c) ve 9(d–f)'nin ilaç benzerliği ve biyofarmasötik özellikleri değerlendirilmek için in silico emilim, dağılım, metabolizma ve atılım (ADME) analizi yapıldı. Tüm sentezlenen bileşiklerin basitleştirilmiş moleküler giriş hat giriş sistemi (SMILES) temsilleri, referans inhibitörleri karboz ve tiorea ile birlikte, moleküler modelleme yazılımı kullanılarak oluşturulmuş ve SwissADME websunucusu 23'e gönderilmiştir.
Hesaplanan fizikokimyasal parametreler arasında moleküler ağırlık (MW), lipofilisite (logP), topolojik kutup yüzey alanı (TPSA), hidrojen bağ bağışçılarının sayısı (HBD), hidrojen bağ alıcılarının sayısı (HBA) ve dönebilir bağların sayısı (RB) yer alıyordu.
Farmakokinetik özellikler, gastrointestinal (GI) emilimi ve kan-beyin bariyeri (BBB) geçirgenliği tahmin edilerek değerlendirildi. Ayrıca, bileşikler Lipinski'nin beş kuralı ve diğer yerleşik ilaç benzerlik kriterlerine uyumluluk açısından değerlendirilerek ağızdan biyolojik kullanılabilirliklerini tahmin etti. Son olarak, sentetik erişilebilirlik (SA) puanı, her bileşik için 1'den (sentezlenmesi kolay) ile 10'a (sentezlenmesi çok zor) arasında değişen bir ölçekte hesaplandı. Sentezlenen bileşiklerin tahmin edilen ADME ve ilaç benzerliği profilleri, referans inhibitörlerin profilleriyle karşılaştırıldı ve ilaç geliştirme için öncü aday olarak potansiyelleri değerlendirildi.