文摘

四个新合成imidazolium盐通过核磁共振,振动光谱和质谱。然后,进行了密度泛函理论计算得到的分子构型理论核磁共振和红外光谱获得的结果。比较每个分子的光谱与实验光谱计算会导致结论的理论结果可以认为是一个好方法分子构型。盐的体外生物活性在选定的细菌和癌症细胞系用肉汤稀释法测定根据临床和实验室标准协会的指导方针。溴化1,3 -二(2-hydroxyethyl) imidazolidinium和3 - (2-ethoxy-2-oxoethly)溴化1 - (3-aminopropyl) 1 h-imidazol-3-ium显示效率蜡样芽胞杆菌写明ATCC 11778。二(2-carboxyethyl) 4-methyl-1-h-imidazol-3-ium溴化是有效的在海拉类似的效果观察与3 -玫瑰G2 (2-carboxyethyl)溴化1 - (3-aminopropyl) 1 h-imidazol-3-ium。

1。介绍

咪唑环是构建块在氨基酸(1一起,他们加入新的抗真菌药物的发展(2,3)和抗生素(4,5)是至关重要的。其衍生品广泛应用于其他药物应用程序(6]。孕烷衍生品与咪唑啉和三唑基,例如,测试在前列腺癌、乳腺癌、肺癌细胞系,dose-effective增殖的细胞测定(7]。同样,这部小说混合化合物咪唑scaffold-based 2-benzylbenzofloran一直在准备和活动中使用细胞毒性研究各种癌症细胞系(8]。

作为一个包含两个不相邻的五元芳环氮原子(9),咪唑也受到各种计算化学研究超出其生物应用。捕捉能力有限公司2确定调查的温室效应补偿框架的范德瓦耳斯键主客体关系(10]。羟基电导率在polymembranes基于咪唑盐使用径向分布函数模拟,发现咪唑组提供更好的导电性比水和甲醇(11]。此外,特定的咪唑衍生物表现出良好的双光子吸收截面值(12]。phosphotriesters解毒的咪唑环与methylimidazoles澄清比较同样的效果取决于甲基定位(13]。

N杂环卡宾(nhc) imidazole-based碳烯组织分离和结晶的去质子化咪唑盐(14]。另外,咪唑盐自然转变成nhc金属复杂建筑反应,在珠江口silver-NHC复合物的合成和表征15)和iron-imidazole盐(16]。

宪法和咪唑配体在有机金属化学和无机化学功能已被广泛研究,和这些特定的研究已经评估科学竞争领域由于其在相关行业的重要性17]。同时,它们设置为替代常用的配体的碳碳偶联反应药品试剂(18]。四个新NHC配体的合成和光谱特征,即溴化1,3 -二(2-hydroxyethyl) imidazolidinium(l一个),(3)- 2-ethoxy-2-oxoethly溴化1 - (3-aminopropyl) 1 h-imidazol-3-ium(lB),溴化1,3 -二(2-carboxyethyl) 4-methyl-1h-imidazol-3-ium(lC),(3)- 2-carboxyethyl溴化1 - (3-aminopropyl) 1 h-imidazol-3-ium(lD)在本研究中展出。用核磁共振(NMR)和红外(IR)光谱,分子配体得到的属性。此外,在体外合成的生物活性分子。

2。材料和方法

2.1。仪器和方法

的1H和13C NMR光谱的化合物氧化氘(D2O)被记录在瓦里安300 MHz和瓦里安75.5 MHz,分别。KBr颗粒的红外光谱范围被记录在450 - 4000厘米−1由PerkinElmer BXII光谱仪。质谱是通过电子技术影响使用热芬尼根跟踪DSQ GC / MS。元素分析对C、H和N是意识到2400年干样品使用PerkinElmer中文分析仪。吸光度测量确定材料的生物活性进行了热科学Multiskan多平台分光光度计。

2.2。合成
2.2.1。溴化1,3 -二(2-hydroxyethyl) Imidazolidinium,l一个

咪唑(10更易,0.68 g)溶解在四氢呋喃(四氢呋喃)和溴乙醇(更易,2.75 g)添加混合搅拌20小时。完成的反应是由薄层色谱(TLC)监控在乙酸乙酯/己烷(1:5)分析,和固体残渣与烧结玻璃漏斗过滤掉。滤液中的溶剂是使用旋转蒸发器蒸发,和产品在真空干燥器干燥。之后,该产品通过柱色谱法纯化(乙酸乙酯/正己烷、1:5)。获得最好的收益,当反应在室温下进行,1:2试剂的摩尔比。1.54 g的最终产品获得了65%的收益。在淡黄色的液体。元素分析结果l一个与化学式C7H13BrN2O2是C, 35.46%;H, 5.53%;和N, 11.82%;发现:C, 35.35%;H, 5.43%;和N, 11.73%。质谱法读取(m / z)158.22 (M + H)+这是符合预期的分子量。

2.2.2。(3)- 2-Ethoxy-2-oxoethly溴化1 - (3-aminopropyl) 1 h-imidazol-3-ium,lB

3 - (1H-imidazol-1-yl) propan-1-amine(10更易,1.27 g)溶解在四氢呋喃和在室温下搅拌,然后,乙bromoacetate(11更易,1.837 g)添加了1:1摩尔比。混合搅拌15小时。完成的反应是由薄层色谱(TLC)监控在乙酸乙酯/己烷(1:5)分析。溶剂在旋转蒸发器,蒸发和物质在真空干燥器。之后,该产品通过柱色谱法纯化(乙酸乙酯/正己烷、1:5)。这是淡棕色油性液体。0.94 g的最终产品获得了32%的收益。元素分析结果lB与化学式C10H18BrN3O2是C, 41.11%;H, 6.21%;和N, 14.38%;发现:C, 39.93%;H, 6.35%;N, 14.21%。质谱分析结果读取(m / z)213.12 (M + H)+这是符合预期的分子量。

2.2.3。溴化1,3 -二(2-carboxyethyl) 4-methyl-1h-imidazol-3-ium,lC

应用于合成的过程l一个也用于合成的lC取代咪唑和溴乙醇4-methylimidazole(10更易,0.82 g)和3-bromopropionic酸(更易,3.366 g),分别。之后,该产品通过柱色谱法纯化(乙酸乙酯/正己烷、1:5)。在白色的固体形态。1.48 g的最终产品获得了48%的收益。元素分析结果lC与化学式C10H15BrN2O4是C, 39.10%;H, 4.92%;和N, 9.12%;发现:C, 38.97%;H, 4.77%;和N, 19.22%。质谱分析结果读取(m / z)227.68 (M + H)+这是符合预期的分子量。

2.2.4。(3)- 2-Carboxyethyl溴化1 - (3-aminopropyl) 1 h-imidazol-3-ium,lD

应用于合成的过程lB也用于合成的lD通过取代乙bromoacetate 3-bromopropanoic酸(11更易,1.683 g),分别。该产品是由柱层析法纯化(乙酸乙酯/正己烷、1:5)。这是淡棕色油性液体。1.22 g的最终产品获得了44%的收益。元素分析结果lD与化学式C9H16BrN3O3是C, 38.86%;H.5.80%;和N, 15.11%;发现:C, 38.77%;H, 5.63%;和N, 15.23%。质谱分析结果读取(m / z)198.25 (M + H)+这是符合预期的分子量。

2.3。生物活性
2.3.1。抗菌活性

汤采用方法在临床实验室标准协会的指导方针是应用于确定的抗菌活性l一个,lB,lC,lD革兰氏阴性细菌(大肠杆菌写明ATCC 25922,大肠杆菌0157:H7,鼠伤寒沙门氏菌写明ATCC 14028),革兰氏阳性细菌(蜡样芽胞杆菌写明ATCC 11778,金黄色葡萄球菌写明ATCC 25923,单核细胞增多性李斯特氏菌写明ATCC 19115),和标准酵母白色念珠菌写明ATCC 10231。从美国获得的细菌和酵母是文化集合类型。孵化项目完成在大豆胰蛋白酶的肉汤培养基在37°C 0.5 24 hr麦克法兰的规模。抗生素控制由庆大霉素蜡样芽胞杆菌写明ATCC 1177和两性霉素b白色念珠菌写明ATCC 10231,氨苄青霉素用于其他细菌样本。用于灭菌,抗生素解决方案和股票0.45解决化学物质被过滤μm无菌过滤器。测试化合物的溶剂溶解在二甲亚砜(DMSO),没有任何对细菌抑制作用。纯l一个,lB,lC,lD解决方案和纯微生物种媒介被用作不育和增长控制,分别。6个不同浓度的每个化合物应用于细胞从32μ每次m和稀释一半。的96个微型板块在150年被种植μl大豆胰蛋白酶的肉汤中,30岁μl的细菌或酵母文化,20μl化合物的解决方案。微型板块都在37°C孵化24小时。吸光度测量600海里。

2.3.2。细胞毒性

5-Dimethylthiazol-2-yl 3 - (4) 2, 5-diphenyltetrazolium溴化(MTT)试验被用来观察合成化合物的细胞毒性对人类宫颈癌细胞系(海拉),人类肝癌细胞系(消息灵通的G2),和健康的小鼠胚胎成纤维细胞细胞系(MEF)。细胞系都提供美式文化集合(写明ATCC马纳萨斯,弗吉尼亚州,美国)。一定人口的细胞被孵化的杜尔贝科修改鹰的介质(DMEM)提供生命技术GIBCO大岛,纽约,美国1%的青霉素链霉素和1%的谷酰胺和火腿F12(1: 1)肉汤培养基在37°C下5%的股份有限公司2。这些细胞被种植在96 -多井盘子大约相同数量的105,他们被允许进一步孵化24小时。每个化合物的七个不同剂量应用于癌症细胞系,MEF细胞。应用的剂量是400μ米、200μ米、100μ50米,μ25米,μ12.5米,μ6.25米,μm,剂量应用程序时间是24小时。幸存的控制每个单元进行了对细胞没有接触到任何剂量。然后,20μ肝癌和l /盘5毫克/毫升的解决方案是添加到每个好,留给进一步孵化2和4之间的人力资源。多余的MTT解决方案从井中删除,和200年μl的超纯DMSO补充道。集合了在黑暗的前5分钟在492 nm分光光度计测量颜色强度。

2.4。计算模型

所有的计算都是在高斯09年的框架方案。基态的分子进行了优化使用Becke3-Lee-Yang-Parr (B3LYP)交换关联函数方法和6 - 311 g + (2 d, p)基组在密度泛函理论(DFT)。然后,核磁共振光谱和红外光谱计算优化几何图形使用相同的方法和基础。gauge-independent原子轨道(GIAO)方法采用收购理论1H和13C NMR转变,转化为四甲基硅烷的规模。红外光谱是缩放因子0.9613由于理论失误(19- - - - - -21]。振动模式是通过观察动画的属性分配提供的频率计算高斯09年包。

3所示。结果和讨论

核磁共振和红外光谱是可靠的方法来阐明一个有机材料或金属配合物。它们也可以用于验证计算分子结构通过比较计算光谱与相应的实验光谱,从而确定结构参数和化学物质调查的完整描述。

3.1。分子结构

稀释D NMR进行了测量2O的解决方案,而红外光谱被记录在固体KBr颗粒。因此,核磁共振和红外光谱可能反映了不同分子结构的分子包围D2O分子核磁共振光谱红外光谱中存在分子间的相互作用,特别是在ch和债券-哦22]。在理论计算方面,结晶相的计算被排除由于单晶x射线分析获得的分子形式。气相计算采用考虑与其他阶段差异最大误差为2%,尤其在ch -哦债券的长度。

分子的过程的理论建模最初已经意识到通过使用势能面扫描方法选择每个分子的反角,因此获得的最低能量构象气相,以及由此产生的优化矫形器给出方案1。咪唑环的除外lC与CH3附件和CH2组织直接连着氮环是常见的所有分子。

(一)
(b)
(c)
(d)
方案1
优化矫形器的合成咪唑分子标记和编号的原子:(a) 1,二溴化(2-hydroxyethyl) imidazolidinium, (b) 3 - (2-ethoxy-2-oxoethly)溴化1 - (3-aminopropyl) 1 h-imidazol-3-ium, (c) 1,二溴化(2-carboxyethyl) 4-methyl-1h-imidazol-3-ium,和(d) 3 - (2-carboxyethyl)溴化1 - (3-aminopropyl) 1 h-imidazol-3-ium。

l一个已与其他分子点群对称C2被发现C1对称。较低的点群的对称性lB,lC,lD相比与C2对称的l一个是因为不同的脂肪链附件的咪唑环。计算优化的能量和偶极矩l一个,lD,lB,lC分别是−534.4−667.3−706.6,和2.11−800.5单位的美大,3.41,4.54,和7.78单位的德拜。

分子的共同属性的计算参数表1。虽然分子不同于彼此的咪唑环连着半个,键长,键角,二面角角度属于环,其附近相互吻合较好,并与相应的x射线衍射仪(XRD)之前调查的结果类似的分子溴化1,3 -二(乙酰胺)imidazol-3-ium这是结晶成功(22]。咪唑环上的二面角角度选择要么是0°、180°,暗示芳香结构。绑定环的碳氮键的长度和脂肪族根,也就是说,C4- n2和N1- c5是相等的l一个反映了分子的对称结构。然而,这些都是不同的lB,lC,lD因为不同的根在双方的芳香环。尽管对称lCC-CH被打破的吗3组而不是碳氢键,没有剧烈的变化被观察到的有关环参数。可以推断,常见的几何参数是相互一致的先验理论之前确认核磁共振和红外光谱计算分子结构的澄清。

表1
常见的一些几何参数选择研究分子的性质。
3.2。核磁共振光谱

实验和理论化学的变化1H NMR和13C NMR光谱l一个,lB,lC,lD分子在表2。计算进行了气相中的考虑他们的优化几何图形中给出方案1。- n的质子信号H2并在实验中所有缺席-哦1H NMR光谱因为溶剂是D2溶解度的O交换NH的标本2噢,质子与氘。虽然他们的详细分析以下部分的红外光谱,计算转变δ1.73 ppm的哦l一个和δ0.5 ppm,δ0.7 ppm的NH2在lB和lD分别是在典型的化学位移的R-NH范围2和R-OH组。

表2
质子和碳核磁共振光谱数据的分子。

咪唑质子(NCHN H1)转变l一个,lC,lD与9.06 ppm, 8.84 ppm, 9.11 ppm,分别是明显的比lB7.79 ppm。可由于NCHN氢的分子内相互作用密切氧原子自氧上的电子密度降低氢取决于它们之间的距离,从而导致更高的NMR转变。事实上,H1- o1在l一个,H1- o1 c在lC和H1- o1 d在lD2.61,2.42,和2.41,分别。这些距离测量的理论模型分子很长于2.85 H的距离1- o1 b以lB导致小H转变吗1的lB。这是支持的事实,另一个咪唑H质子转移2和H3都是密切值大约为7.7 ppm分子没有独特的分子间的相互作用可能在H2和H3在其中任何一个。此外,CH的核磁共振信号2脂肪链中质子的分子和CH的最小的质子转移3质子在lB和lC分子理论和实验符合预期的核磁共振的结果。这些核磁共振数据是按照之前的研究类似的咪唑盐(23,24)的质子属于脂肪族链中发现4.15 ppm - 2.08 ppm,碳属于咪唑环和脂肪链中发现139.2 ppm - 123 ppm和62.5 ppm - 33.9 ppm,在这项研究中。

八R平方测试使用的数据表2提供至少99.8%的实验和理论之间的协议1H和13C NMRl一个,lB,lC,lD。核磁共振的理论结果与实验结果很好的协议以及观察预期的特定的值。因此,可以推断计算原子构型的分子是好估计除了可互换的氢的排斥。

3.3。红外光谱

在图1,实验红外光谱l一个,lB,lC,lD在450 - 4000厘米−1地区给出反对他们的红外光谱的计算。红外光谱的详细介绍,包括平面的振动拉伸,剪切,摇摆和摇的出平面振动和扭转为每个分子是提出了l一个,lB,lC,lD在表中3- - - - - -6,分别。的R方测试结果表现出99.8%、99.5%、99.5%和99.7%之间的协议实验和理论的红外光谱l一个,lB,lC,lD,分别。


图1
计算(粗线)和实验(白线)合成咪唑分子的红外光谱:(a)溴化1,3 -二(2-hydroxyethyl) imidazolidinium,(b)(3)- 2-ethoxy-2-oxoethly溴化1 - (3-aminopropyl) 1 h-imidazol-3-ium,(c)溴化1,3 -二(2-carboxyethyl) 4-methyl-1h-imidazol-3-ium,(d)(3)- 2-carboxyethyl溴化1 - (3-aminopropyl) 1 h-imidazol-3-ium。
表3
实验和理论的红外光谱振动波数溴化1,3 -二(2-hydroxyethyl) imidazolidinium(l 一个)的象征和原子图编号1(一)。
表4
实验和理论的红外光谱振动波数(3)- 2-ethoxy-2-oxoethly溴化1 - (3-aminopropyl) 1 h-imidazol-3-ium(l B)的象征和原子图编号1 (b)。
表5
实验和理论的红外光谱振动波数溴化1,3 -二(2-carboxyethyl) 4-methyl-1h-imidazol-3-ium(l C)的象征和原子图编号1 (c)。
表6
实验和理论的红外光谱振动波数(3)- 2-carboxyethyl溴化1 - (3-aminopropyl) 1 h-imidazol-3-ium(l D)的象征和原子图编号1 (d)。

分子间相互作用和近红外频率信号的相关性引起的-哦,ch, ch2,ch3,nh2拉伸振动实验光谱出现在广泛的山峰。这些广泛的峰值频率非常明确的地区。振动来自其他官能团的咪唑环和其他脂肪链包括振动水成的组的模式出现在1750 - 450厘米−1地区。

第一个振动信号在1800 - 1700厘米−1实验光谱区域lB,lC,lD带来的是不同的山峰ν(C = O)拉伸与前面观察到他们的价值观一致ν(C = O)拉伸(25),理论上计算值作为反映在表3。咪唑的ν(C = N)拉伸的l一个作为个体出现信号,同时耦合下广泛的山峰lB,lC,lD分子可以看到大约1650厘米−1而频率ν(C = N)伸展在协议中给出相应的数据(26]。脂肪族ν(氮)在1069 - 1235厘米−1间隔和脂肪族ν(碳碳)伸展在917 - 1099厘米−1符合之前的相应测量(27]。

除了常见的一致性咪唑分子的性质,我们也给独特的红外信号分子在表3。切断拉伸属于H2c组l一个,平面δCH的振动3脂肪链的最后lB咪唑环的,在附件lC是如此独特的振动。这些振动的计算和观察到的波数符合有关以前的研究[28,29日]。

考虑分子的红外光谱分析,因为缺乏可交换质子-哦,nh2核磁共振光谱的化学物质和这些组织的存在证明了分子。同时,分子的红外光谱reverifies理论上获得他们第一次验证的配置比较理论NMR光谱与实验核磁共振光谱。

3.4。抗菌和细胞毒性活动

四分子合成的抗菌测试运行在六种不同的细菌和酵母,正如前面提到的部分2.3。1。数据2(一个)和3 (b)显示的各种浓度的抑制作用l一个和lB在白色念珠菌写明ATCC 10231和蜡样芽胞杆菌写明ATCC 11778(革兰氏阳性)和抗生素的控制。他们的影响大肠杆菌O157: H7(革兰氏阴性),大肠杆菌写明ATCC 25922,鼠伤寒沙门氏菌写明ATCC 14028,金黄色葡萄球菌写明ATCC 25923,单核细胞增多性李斯特氏菌写明ATCC 19115被排除在外,因为它们非常弱的效果相比,抗生素的控制。虽然吸光度测量涉及到一些统计错误,l一个显示抑制优于抗生素蜡样芽胞杆菌写明ATCC 11778,而这两种化学物质是有效的选择上细菌和酵母的抗生素。lC和lD目标细菌,没有显示出明显的抑制作用,因此,其吸光度值函数的浓度没有为了简洁起见。

(一)
(一)
(b)
(b)
图2
(一)抗菌活性白色念珠菌。左边的第一棒是商业为每个剂量抗生素抑制。第二条为溴化1,3 -二(2-hydroxyethyl) imidazolidinium(l 一个),第三条(3)- 2-ethoxy-2-oxoethly溴化1 - (3-aminopropyl) 1 h-imidazol-3-ium(l B),(b)和图一样2(一个),但对于抗菌活性蜡样芽胞杆菌。
(一)
(一)
(b)
(b)
图3
(一)的细胞毒性溴化1,3 -二(2-carboxyethyl) 4-methyl-1h-imidazol-3-ium。第一条代表对健康的影响对于每个剂量小鼠胚胎成纤维细胞系,第二个酒吧一样对人类宫颈癌细胞系,第三条对人类肝癌细胞系,(b)和图一样3(一个),但细胞毒性的(3)- 2-carboxyethyl溴化1 - (3-aminopropyl) 1 h-imidazol-3-ium。

图3(一个)展示了细胞毒性的活动lC海拉和消息灵通的G2细胞系对健康MEF细胞系,一样的人物3 (b)细胞毒性的活动lD。的细胞毒性活动l一个和lB不像他们表现出较小的细胞毒性活动相比,lC和lD。海拉细胞百分比可行性和消息灵通的G2细胞系显著减少lC和lD24 hr应用程序结束时的剂量。此外,lC不伤害任何剂量的健康MEF细胞系,其半数抑制浓度(集成电路吗50无法计算)。与此同时,lD显示一些活动与高剂量MEF细胞一起活动的事实不是那样强大的癌症细胞系。

抗菌和细胞毒性分子合成总结在表的有效性7通过展示他们的集成电路50浓度的单位µ在细菌与IC50值的抗生素和癌症细胞系。缺乏集成电路50的值lC和lD表的抗菌活性7表明,集成电路50的值无法计算由于他们很弱影响细菌样本在剂量范围内考虑。l一个和lB分别是三次,两次更有效蜡样芽胞杆菌比抗生素(庆大霉素)l一个=抗生素(两性霉素b)的影响白色念珠菌。

表7
分子的半数抑制浓度选择的细菌和癌症细胞系。

细胞生存能力测定的化学物质的展品没有有害影响健康MEF细胞系作为他们的集成电路50值不能计算在剂量范围内考虑。的lC在海拉和抑制lD抑制在消息灵通的G2是独特的而其他imidazole-based化学物质在不同的抑制癌症细胞系的有关研究。的集成电路50的值lC海拉和lD消息灵通的G2是81µM和57µM,分别。的类似的咪唑化合物烷基半个测试对癌细胞的细胞用于这项研究[8]。的集成电路50的值1 - (benzofuran-2-yl(苯基)甲基)3-allyl-2-ethyl-1h-imidazol-3-ium溴离子和1 - (benzofuran-2-yl(苯基)甲基)3-butyl-2-ethyl-1h-imidazol-3-ium碘在白血病(HL-60),肺癌(A549),结肠癌(SW480)、乳腺癌(MCF-7)、肝脏和骨髓癌(smmc - 7721)癌症已发现超过40µm .此外,IC50的活动(3β-hydroxy-21) - 1 h-imidazol-1-yl pregna-5, 16-dien-20-one在前列腺癌(曲泽)、乳腺癌(MCF7)和肺癌(SK-LU - 1) 20µ米,19µ18米,µ米,分别7]。这些结果定量比81更好µM和57µ消息灵通的G2和海拉。然而,这是补偿的事实lC和lD对健康没有任何有害影响MEF细胞系。

4所示。结论

新型咪唑盐,或N杂环卡宾配体,即溴化1,3 -二(2-hydroxyethyl) imidazolidinium L一个,(3)- 2-ethoxy-2-oxoethly溴化1 - (3-aminopropyl) 1 h-imidazol-3-ium LB,溴化1,3 -二(2-carboxyethyl) 4-methyl-1h-imidazol-3-ium LC,(3)- 2-carboxyethyl溴化1 - (3-aminopropyl) 1 h-imidazol-3-ium LD合成,用气相色谱-质谱和元素分析方法初步证实。理论上他们的分子结构决定,他们证实了通过比较计算1H,13C核磁共振和红外光谱与实验观测数据。此外,计算结构验证了XRD的结果类似的咪唑盐(22]。

配体合成的抗菌和细胞毒性活动在一些特定的细菌和癌症细胞系使用光谱光度测量的方法测量。见过,l一个显示抑制比选择的抗生素蜡样芽胞杆菌写明ATCC 11778虽然是有效的选择细菌和酵母一起lB。细胞毒性评价,lC对海拉显示相当大的抑制影响,一样lD消息灵通的G2。虽然他们的集成电路50相当高剂量与类似的化学文献相比,细胞毒性lC和lD肯定是不会对健康造成有害影响MEF细胞和他们一样在取消细胞系。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。