新型2,6-二甲基苯基衍生的硫代半卡巴唑：合成、光谱学研究、抗氧化活性及理论分析

《Journal of Molecular Structure》：New 2,6-dimethylphenyl derived thiosemicarbazones: Synthesis, spectroscopic elucidation, antioxidant activities, and theoretical studies

合成并表征了10种2,6-二甲基苯基硫代亚氨酰肼酮衍生物，通过DPPH和FRAP法评估抗氧化活性，发现含-OCH3和-OH的衍生物（如5、7、9）活性接近维生素C，DFT分析表明结构电子特性与活性相关。

　　

哈桑·亚坎

摘要

通过各种醛类与N-(o-tolyl)hydrazinecarbothioamide的缩合反应，合成了新的2,6-二甲基苯基衍生物硫代半卡巴唑（1–10）。关键的硫代半卡巴唑中间体是通过2,6-二甲基苯基异硫氰酸酯与肼单水合物的反应获得的。所有新合成化合物的化学结构和纯度均通过标准光谱技术进行了确认，包括质子和碳核磁共振（1H和13C NMR）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）以及元素分析。这些化合物的抗氧化活性是通过1,1-二苯基-2-吡啶基肼（DPPH）自由基清除实验来评估的。根据抑制百分比数据计算出的IC50值，这些化合物的抗氧化效力顺序为：抗坏血酸 > 9 > 7 > 5 > 3 > 2 > 6 > 8 > 10 > 4 > 1。化合物9、7和5的DPPH自由基清除能力（分别为7.52±0.11、9.25±0.12和9.27±0.12 μM）与标准抗坏血酸（6.39±0.11 μM）相当。这表明这些化合物即使在低浓度下也具有类似的自由基清除能力。化合物9、7和5同时含有-OCH3和-OH基团，这些基团通过向介质捐赠电子来提高生成的自由基的稳定性，从而增强了其抗氧化活性。此外，还使用铁氰化钾还原法评估了这些化合物的还原能力，所有化合物的吸光度值均低于没食子酸。本研究探讨了结构变化对抗氧化活性的影响，特别关注了不同官能团在调节自由基清除效率中的作用。通过DFT计算分析了这些化合物的结构和电子特性，结果显示它们与抗氧化活性之间存在明显的相关性。具有低O–H键解离能（BDE值）和广泛电子离域性的化合物能够更有效地稳定自由基，从而增强抗氧化性能。

引言

硫代半卡巴唑是一类在合成有机化学中非常重要的化合物，其特点是含有有机硫基团，通常具有-NH–C(=S)NH–N=官能团。由于其结构多样性，它们成为合成多种生物活性分子的宝贵中间体。由于这些化合物具有广泛的药理和生物活性，包括抗氧化[1,2]、抗菌[3]、抗病毒[4]、抗细菌[5]、尿素酶抑制剂[6]、抗结核[7]、抗癌[8]和抗惊厥[9]作用，因此受到了广泛研究。近年来，基于Schiff碱的硫代半卡巴唑衍生物因其在体外和体内生物学研究中的潜在应用而受到广泛关注。这些衍生物表现出显著的抗氧化[10]、抗菌和抗真菌[11]、抗微生物[12]、抗HIV[13]、酶抑制剂[14]、改善作用[15]、抗癌[16]和抗炎[17]效果。

活性氧（ROS）和自由基与多种病理状态的引发和发展密切相关，包括代谢紊乱、缺血-再灌注损伤、慢性炎症、与年龄相关的细胞退化以及多种类型的癌症[[18], [19], [20]]。这些活性物质的积累会破坏生物系统内的氧化还原平衡，从而在疾病发病机制中起关键作用。作为解决这一问题的方法，抗氧化剂因能够中和活性氧而受到广泛关注。因此，一些研究人员专注于此问题，并发现N-取代的carbothioamide衍生物具有自由基清除活性，这归因于其中含有共轭双键和芳香体系的hydrazone基团[[21], [22], [23]]。研究显示，含有2,4-二羟基苯亚甲基和电子给体取代基（如甲基/甲氧基）的carbothioamide衍生物具有显著的DPPH（2,2-二苯基-1-吡啶基肼）自由基清除活性[[22], [23], [24]]。此外，据报道，N-芳基carbothioamide衍生物，特别是那些含有电子给体基团的衍生物，具有将Fe3?还原为Fe2?的能力。这种还原能力可以通过FRAP（铁还原抗氧化剂能力）实验定量评估[21,25,26]。

在本研究中，合成了一系列含有2,6-二甲基苯基基团的硫代半卡巴唑衍生物，并使用傅里叶变换红外（FT-IR）光谱、质子和碳核磁共振（1H和13C NMR）光谱以及元素分析对其进行了全面表征。鉴于抗氧化剂在中和自由基及减轻其在生物系统中有害作用方面的关键作用，本研究的目的是通过DPPH（2,2-二苯基-1-吡啶基肼）自由基清除实验来评估这些化合物的体外抗氧化潜力。通过计算每个化合物的IC50值来评估其效果。此外，还使用铁氰化钾还原法研究了这些化合物的还原能力。研究进一步探讨了分子结构与抗氧化活性之间的关系，特别关注了不同取代基团对自由基清除效率的影响。此外，还利用密度泛函理论（DFT）计算分析了这些化合物的电子特性，重点评估了取代基对其抗氧化活性的影响。

化学试剂和仪器

所有化学品均从Merck、Thermo Scientific、Isolab、Alfa Aesar、Sigma-Aldrich Chemical Company购买，无需进一步纯化即可使用。实验中使用了光谱级溶剂：DMSO（≥99.9%，Isolab）、DPPH（98%，Merck）、乙醇（96%，Isolab）、铁氰化钾（98%，Thermo Scientific）、三氯乙酸（≥99%，Merck）、氯化铁（II）（98%，Thermo Scientific）、盐酸（36.5–38%，Sigma-Aldrich）、肼单水合物（98%，Sigma-Aldrich）。

物理性质

通过各种醛类与N-(o-tolyl)hydrazinecarbothioamide的缩合反应，合成了一系列新的2,6-二甲基苯基硫代半卡巴唑（1–10）。硫代半卡巴唑中间体是通过2-异硫氰酸基-1,3-二甲基苯与肼单水合物的反应制备的。这些硫代半卡巴唑的产率介于54%到95%之间。当前的物理化学数据和元素分析结果见表1。

结论

本文通过各种醛类与N-(o-tolyl)hydrazinecarbothioamide的缩合反应，合成了一系列新的2,6-二甲基苯基衍生物硫代半卡巴唑（1–10）。这些化合物的产率良好，范围在54%到95%之间。所有化合物的分子结构通过IR、1H NMR、13C NMR光谱和元素分析得到了明确。此外，还研究了这些化合物的潜在抗氧化活性（DPPH方法）和铁还原能力。

作者贡献

H.Y.：概念构思、研究设计、数据分析、撰写初稿、审稿与编辑、可视化。

资助

本研究未获得任何组织的资助。

补充材料

所有化合物的光谱数据见补充材料。

CRediT作者贡献声明

哈桑·亚坎：撰写与审稿编辑、撰写初稿、数据可视化、方法设计、研究实施、数据分析、概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

我还要感谢卡斯塔莫努大学的M. Serdar ?avu?教授在理论研究方面的帮助。