苄氧基三唑功能化的有机硅烷：通过计算机模拟方法在Sn(II)检测和MMP-2酶抑制方面实现双重应用

《Inorganic and Nuclear Chemistry Letters》：Benzyloxy triazole-functionalized organosilane: Dual application in Sn(II) detection and MMP-2 enzyme inhibition through in silico insights

金属离子传感器研究：合成苯氧基三唑有机硅烷探针检测Sn(II)并抑制MMP-2酶活性。

　　

Gurjaspreet Singh|Devina Sharma|Tsering Diskit|Anu Radha|Komal|Parul|Jandeep Singh|Nancy George

印度昌迪加尔旁遮普大学化学系与高级研究中心，邮编160014

摘要

由于金属离子对环境、水生生物和人类健康的毒性影响，对金属离子传感器的需求正在迅速增长。其中，Sn(II)的检测尤为重要，因为它在工业上有广泛的应用，并且具有潜在的生物累积性，可能导致神经、肝脏和免疫系统疾病，因此对其敏感和选择性的监测具有很高的价值。本研究合成了一个基于苯氧基三唑的有机硅烷探针（5），用于选择性检测Sn(II)。探针5对其他金属离子的干扰很小，其检测限分别为13.3 × 10^?9 M（荧光光谱法）和13.5 × 10^?8 M（紫外-可见光谱法），远低于世界卫生组织（WHO）规定的饮用水中Sn(II)的允许浓度。通过实际水样测试进一步验证了其有效性，回收率超过97%，证明了其实际应用潜力。此外，分子对接和分子动力学模拟显示该探针能有效抑制基质金属蛋白酶-2（MMP-2）酶，结合能为?9.41 kcal mol^?1，证实了其与蛋白质的相互作用稳定性，这表明其具有作为抗癌药物候选物的潜力。

引言

近几十年来，技术进步成为人类文明的一部分，使得工业和制造活动快速发展。因此，生物体接触金属离子的情况日益增多，健康风险也随之增加[[1], [2], [3], [4]]。对于这些环境污染物的快速、灵敏且经济有效的检测方法的需求迫切推动了化学传感器（“化学传感器”）的研发。这些系统对于实时监测复杂的生物和环境样品中的污染物至关重要[5,6]。特别是荧光化学传感器，因其高灵敏度、快速响应以及使用简单仪器即可进行非破坏性现场检测而成为强大的工具[7,8]。人们不断致力于设计具有更高选择性和灵敏度的分子探针，以针对特定分析物[9]。 锡是一种重要的金属，因其被广泛应用于各个行业。有机和无机锡化合物在工业、医疗和消费品领域得到广泛应用，而有机锡衍生物由于其高毒性，主要用作杀菌剂[[10], [11], [12], [13], [14], [15]]。在允许的范围内接触锡通常被认为是无害的，但过量接触会带来严重的健康风险。吸入、皮肤接触或眼睛接触可能导致呼吸系统并发症、胃肠道不适、持续咳嗽、溃疡以及肾脏和肝脏损伤[[16], [17], [18], [19], [20]]。WHO规定饮用水中锡的限量为2 μg/L，罐装食品中为250 μg/Kg。超过这些限值会引发严重的健康问题。因此，检测锡变得十分必要。虽然传统的检测方法如原子吸收光谱法、伏安法和电解法可以检测锡，但这些方法通常复杂、成本高昂且耗时[[21], [22], [23], [24]]，因此需要开发更快、更经济的检测技术[[25,26]]。 三唑化合物由于含有氮供体原子，能够与金属离子结合，主要通过铜催化的叠氮-炔环加成反应合成。这些化合物还表现出广泛的生物活性[[27], [28], [29], [30]]。富含电子的三唑环及其可接近的氮原子使其成为金属离子的优良配位位点，结合后能产生有效的信号传递。通过引入有机硅烷基团可以进一步改善其物理化学性质，扩展其在农业、医学研究、阻燃剂和金属离子传感等领域的应用范围[[31], [32], [33], [34]]。三唑和有机硅烷框架的结合不仅提高了分子稳定性，还增强了光学性质和金属结合效率，使其成为多功能化学传感器的理想平台。本研究旨在合成基于三唑的有机硅烷化合物，并评估其作为Sn(II)检测传感器的灵敏度和选择性。通过实际样品分析验证了其在实际应用中的潜力。 MMP-2（也称为明胶酶A）是一种通过破坏组织屏障和支持血管生长来促进癌症扩散的酶[[35], [36], [37], [38]]。阻断MMP-2可以防止肿瘤生长和转移，使其成为新型抗癌药物的潜在靶点。分子模拟表明该探针具有抑制MMP-2酶活性的潜力，显示出其在环境和制药领域的多功能应用潜力。

材料与方法

使用3-苯氧基苯胺（BLD Pharmatech Ltd.）、4-羟基-3-甲氧基羟基苯甲醛（Avara Pharmaceutical Services）、碳酸钾（Avara Pharmaceutical Services）、丙炔基溴（80%溶于甲苯，Sigma-Aldrich）、N,N-二甲基甲酰胺和无水乙醇。按照文献中的实验步骤，制备了苯氧基苯胺衍生的Schiff碱4[39]。随后合成了含有三唑官能团的有机硅化合物。

合成与表征

如方案1所示，采用一步法合成了苯氧基三唑连接的硅烷化合物5。合成过程包括将Schiff碱4与3-叠氮丙基三乙氧基硅烷在[Cu(PPh₃)₃Br催化剂和TEA:THF（1:1）溶剂混合物中回流6小时，生成新的化合物5，并通过¹HNMR、¹³CNMR和质谱对其进行了表征。硅烷的¹H NMR谱在δ = 8.32处显示CHN和N的信号。

结论

本文报道了一种苯氧基三唑官能化有机硅烷的合成与表征，并通过多种光谱技术进行了全面分析。有机硅烷5对Sn(II)离子表现出显著的荧光淬灭响应，具有极低的检测限和高结合常数，表明其具有强烈的络合能力。此外，探针5在存在其他金属离子的情况下仍表现出优异的选择性和灵敏度。

CRediT作者贡献声明

Gurjaspreet Singh：撰写 – 审稿与编辑、可视化处理、验证、项目监督、资源协调、资金获取、概念构思。 Devina Sharma：撰写 – 初稿撰写、软件开发、方法设计、实验研究、数据分析。 Tsering Diskit：数据整理。 Anu Radha：资源支持。 Jandeep Singh：数据整理。 Nancy George：数据整理。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

作者感谢DST-FIST-0215（SR/FST/CS11-36）提供的必要仪器设备，以及CSIR提供的财政支持。 Gurjaspreet Singh是印度昌迪加尔旁遮普大学化学系的教授。根据Elsevier发布的2022-2023至2023-2024年度数据，他是全球被引用次数最多的科学家之一（排名前2%）。他在教学和研究领域拥有超过30年的经验，尤其在有机金属化学、生物无机化学、有机过渡化学和药物化学方面具有深厚造诣。他的研究工作主要集中在...