《Journal of Molecular Structure》：Adamantyl Cage-Tethered Pyrazole Derivatives as Potent Antioxidant Agents: Synthesis, Crystal structure, DFT Optimization and
In Silico Studies
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Adamantyl-連結吡唑啉衍生物合成及抗氧化活性研究顯示化合物5d活性最優，其結構經X射線單晶衍射確認，分子堆積通過Hirshfeld分析驗證，DFT計算和分子對接表明其與抗氧化靶點結合穩定，符合ADME藥效團要求。
昌丹·馬利卡爾朱納（Chandan Mallikarjuna）| 卡蒂克·庫馬拉（Karthik Kumara）| 阿里亞·維斯瓦納特·M（Arya Viswanath M）| 普拉迪普·M·烏帕爾（Pradeep M Uppar）| 迪內什·庫馬拉·G（Dinesh Kumar G）| 卡里亞帕·阿賈伊·庫馬爾（Kariyappa Ajay Kumar）
印度卡納塔克邦邁索爾市邁索爾大學（University of Mysore）尤瓦拉賈學院（Yuvaraja College）化學系，郵編570 005
摘要
合成了一系列以金剛烷基（adamantyl）連接的吡唑啉衍生物，并對其抗氧化活性進行了評估，其中化合物5d表現出最強的抗氧化活性。通過單晶X射線衍射明確了化合物5d的固態結構，并利用Hirshfeld表面分析、富集比、能量框架和空隙分析進一步對其分子堆積方式進行了研究。晶體學研究表明，其緊湊的堆積排列主要由靜電和色散相互作用穩定。通過DPPH試驗和羥基自由基清除實驗評估了這些化合物的抗氧化潛力，結果顯示5d的IC50值分別為16.93 ± 0.64 μM和27.86 ± 1.31 μM，超過了參考抗氧化劑抗壞血酸（ascorbic acid）和BHA。在B3LYP/6-311+G(d,p)水平上進行的密度泛函理論計算與實驗結果吻合良好，顯示出適中的HOMO-LUMO能隙（4.55 eV）和高偶極矩，表明其具有良好的電子反應性。分子電靜力勢圖顯示了與自由基清除行為相關的電荷分離區域。分子對接分析表明5d通過氫鍵、π–π堆疊和疏水相互作用與抗氧化目標分子具有很強的結合親和力，分子動力學模擬（120-150 ns）進一步驗證了這一結果，顯示平衡后RMSD收斂良好，殘基波動有限（RMSF < 3.0 ?），且蛋白質-配體復合物的回轉半徑約為4.0-4.5 ?。ADME預測表明5d符合Lipinski五項規則，具有良好的口服生物利用度，計算得到的LogP值為4.93，表明其具有適合膜滲透的親脂性。綜上所述，綜合實驗和理論結果表明5d是一種具有優良結構特性的有前景的抗氧化劑候選物。
引言
氧化應激是由于活性氧（ROS）的產生與內源性抗氧化防御機制之間的不平衡所導致的，這會引發與衰老及糖尿病、心血管疾病、神經退行性疾病和癌癥等相關的細胞損傷[1]。抗氧化劑通過電子或氫原子捐贈機制減輕這種損傷，因此維持適當的ROS-抗氧化劑平衡對于預防氧化性組織損傷和相關疾病至關重要[2]。雜環骨架在現代藥物發現中起著核心作用，尤其是查爾酮（chalcones）及其吡唑啉衍生物受到了廣泛關注[3]。α,β-不飽和酮基團是許多生物活性天然化合物和合成化合物中的關鍵結構單元[4]。查爾酮可作為合成多種雜環化合物的通用中間體，包括吡唑啉[5]、異噁唑[6]、嘧啶[7]、吖嗪[8]等。查爾酮及其衍生物具有多種藥理活性，如抗菌[9]、抗氧化[10]、抗腫瘤[11]、抗炎[12]、抗癌[13]和抗增殖[14]作用。
吡唑啉是吡唑的二氫衍生物[15]，其中2-吡唑啉是最穩定的，也是研究最廣泛的化合物，其N–N鍵在其生物活性中起關鍵作用；吡唑和吡唑啉骨架是許多上市藥物的核心雜環結構，這些藥物具有多種生物活性[16]，例如抗菌[17]、抗炎[18]、抗癌[19]、抗糖尿病[20]、抗氧化[21]、抗抑郁[22]、抗結核[23]和抗病毒[24]作用。文獻表明，人們已投入大量精力開發2-吡唑啉的高效合成方法，最常見的方法是通過查爾酮與肼或其取代類似物在各種反應條件下進行環化[25]。然而，這些方法存在諸多局限性，如實驗步驟繁瑣、反應條件苛刻、產率低、反應時間長以及需要使用有害溶劑。
在現代有機合成中，異相催化提供了一種有效的替代方案，Amberlyst-15是一種磺酸功能化的多孔樹脂，作為高效的固體酸催化劑，在溫和條件下能促進多種轉化，并具有高選擇性，已成功應用于多種雜環骨架的合成[26]。新型藥物候選物的設計越來越多地涉及將多種藥理活性片段結合在一起以增強其生物學特性。在這方面，金剛烷（adamantane）因其由三個融合的環己烷環組成的剛性三環結構而成為一種有價值的脂肪族骨架。其籠狀鉆石狀結構由四個橋頭CH基團和六個亞甲基（CH2）基團構成[27]。引入金剛烷基團可提高親脂性、穩定性、生物利用度和膜滲透性，有效調節母體的治療指數和ADME性質[28]。
最近的研究強調了基于吡唑和金剛烷的雜化物的抗氧化潛力。Samshuddin等人報告稱，吡唑衍生物的DPPH清除能力（16.14 ± 0.41%–67.85 ± 0.84%）優于抗壞血酸（96.31 ± 0.34%），其中化合物A的活性顯著高于其查爾酮前體（20.46 ± 0.12%）[29]。一些吡唑衍生物的抑制效果可與抗壞血酸相媲美；化合物B的抑制率為181.33%，與標準品相當[30]。Yassine Kaddouri等人報告稱，化合物C的IC50值為4.67 μg/mL，而抗壞血酸的IC50值為2 μg/mL[31]。含有金剛烷的Schiff堿也表現出較強的DPPH清除活性（1 mg/mL時抑制率為81.4-89.9%），其中化合物D的活性最強[32]；氨基金剛烷-肉桂酸雜化物也顯示出顯著活性，化合物E
材料與方法
所有試劑和溶劑均從商業供應商處購買，未經進一步純化即使用。熔點采用開口毛細管法測定，未進行校正。1H和13C NMR譜分別在Bruker 400 MHz光譜儀上記錄，頻率分別為400 MHz和101 MHz，溶劑使用CDCl3，內標使用四甲基硅烷（TMS）。化學位移（δ）以百萬分之一（ppm）表示。質譜數據在Lynx SCN781儀器上獲得。
DPPH自由基清除活性
通過2,2-二苯基-1-吡啶基肼（DPPH）自由基試驗[54]評估了合成化合物5(a-j)的抗氧化活性。新鮮制備的DPPH溶液呈深紫色，特征吸收峰位于517 nm。當與抗氧化劑相互作用時，自由基通過氫原子捐贈發生還原，導致顏色從紫色變為黃色，吸光度相應降低。
化學
在本研究中，通過兩步反應合成了三取代吡唑衍生物庫5(a-j)。第一步中，按照先前的方法[34]，使用1-乙酰金剛烷(1)與取代芳香醛2(a–d)進行克萊森-施密特縮合（Claisen-Schmidt condensation）得到所需的查爾酮3(a-d)。隨后，這些查爾酮在兩種不同的反應條件下與苯肼鹽酸鹽4(a–e)發生環縮合。
計算機模擬（In Silico）ADME分析
系統評估了化合物5d的ADME特性，并將其與標準抗氧化劑抗壞血酸和BHA進行了比較，以評估其藥物特性和口服適用性。如表9所示，化合物5d具有中等親脂性（Log P = 4.93），屬于推薦范圍內的口服活性小分子；而抗壞血酸的親脂性較高（Log P = -1.42）。化合物5d的TPSA（表面積）為67.63 ?2，處于高效吸附的最佳窗口（<90 ?2）內。
結論
本研究合成了一系列金剛烷基取代的吡唑啉衍生物，并對其抗氧化活性進行了評估，確定化合物5d為最強效的候選物。單晶X射線衍射明確了其分子結構，顯示出由于龐大的金剛烷基和非共面雜芳環導致的幾何變形。晶體堆積通過弱分子間相互作用穩定，這一點通過Hirshfeld表面分析得到了定量驗證。
作者貢獻聲明
昌丹·馬利卡爾朱納（Chandan Mallikarjuna）：方法學研究、合成、光譜分析、初稿撰寫、實驗設計及驗證。
卡蒂克·庫馬拉（Karthik Kumara）：驗證、軟件應用、數據解讀、實驗設計與可視化。
阿里亞·維斯瓦納特·M（Arya Viswanath M）：驗證、軟件應用、數據解讀及可視化。
普拉迪普·M·烏帕爾（Pradeep M Uppar）：光譜分析、數據解讀及驗證。
迪內什·庫馬拉·G（Dinesh Kumar G）：數據解讀及驗證。
阿賈伊·庫馬爾·卡里亞帕（Ajay Kumar Kariyappa）：概念構思、方法學研究、初稿撰寫、審稿與編輯、實驗監督。
作者貢獻聲明
昌丹·馬利卡爾朱納（Chandan Mallikarjuna）：初稿撰寫與審稿、方法學研究、軟件應用、資源管理、數據整理、概念構思。
卡蒂克·庫馬拉（Karthik Kumara）：驗證、軟件應用、實驗設計、數據整理。
阿里亞·維斯瓦納特·M（Arya Viswanath M）：可視化處理、軟件應用、數據整理。
普拉迪普·M·烏帕爾（Pradeep M Uppar）：可視化處理、軟件應用、數據整理。
迪內什·庫馬拉·G（Dinesh Kumar G）：軟件應用、數據整理。
卡里亞帕·阿賈伊·庫馬爾（Kariyappa Ajay Kumar）：初稿撰寫與審稿、審稿與編輯、實驗監督。
利益沖突聲明
作者聲明沒有已知的財務利益或個人關系可能影響本文的研究結果。
致謝
作者感謝韋洛爾理工學院（Vellore Institute of Technology）的晶體衍射設施提供的X射線衍射支持，以及JSS高等教育與研究學院（JSS University）提供的光譜記錄服務。
