تحضير متشعبات، أيميدازولات ودراسة تطبيقاتها البيوكيميائية والبايلوجية

اطروحة دكتوراه

اسم الباحث : سوسن خضير عباس

اسم المشرف : أ.د هيثم دلول حنون الشبلي .د نرجس هادي منصور السعدي

الكلمات المفتاحية :

الكلية : كلية العلوم

الاختصاص : علوم الكيمياء

سنة نشر البحث : 2023

تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث

الخلاصة

تعد متشعبات ال PAMAM ومشتقات الإيميدازول من المركبات العضوية المهمه حيث تلعب دورًا مهمًا في الكيمياء الطبية. نتيجة لذلك، تركز هذه الدراسة على تحضير وتشخيص المتشعبات عاليه التفرع (PAMAM dendrimers) ومشتقات الايميدازول (ثلاثي إيميدازول ورباعي ايميدازول) بالإضافة إلى دراسه خصائصها في التطبيق البيوكيميائي والبيولوجي. تضمن البحث الحالي ثلاثة أجزاء.
يتضمن الجزء الأول من الأطروحة تحضير متشعبات PAMAM من G1 إلى G3 من خلال تفاعل كيميائي يتضمن خطوتين؛ إضافة مايكل ينتج عنها تحضير داندرايمر (متشعب منتهي بالإستر) وخطوة وسطيه لتحضير متشعب منتهي بالأمين. تم اختيار البروبان-1,3-ديامين و1,2 -ثنائي (2-أمينوايثوكسي) إيثان كإنويه مختلفة لتحضير المتشعبات لإنتاج الأمينات الأولية والثانوية داخل هيكل الجزيئة (المخططان A و B).

للتأكد من ان المتشعبات قد تم تحضيرها بنجاح، تم استخدام تقنيات طيفية مختلفة مثل مطيافيه الأشعة تحت الحمراء(FT-IR) , ومطيافيه الرنين النووي المغناطيسي((13C, 1H-NMR , وقياس طيف الكتلة (ESI) بالإضافة إلى المجهر الإلكتروني لمسح الانبعاث الميداني (FE-SEM) والتحليل الطيفي للأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDX) .
يصف الجزء الثاني من الدراسة تفاعل تكثيف أحادي الوعاء والذي يسمى Debus-Radziszewski لتحضيرمشتقات إالايميدازول ثلاثيه التعويض a4 إلى 4j باستخدام البنزايل وبعض الألدهيدات الاروماتيه المتنوعه وخلات الأمونيوم في وجود حامض الخليك الثلجي كعامل مساعد . أيضًا تم تحضير مشتقات الأميدازول رباعيه التعويض a5 إلى 5j باستخدام البنزايل والألدهيد الاروماتي ومجموعة متنوعة من الأمينات الاروماتيه وخلات الأمونيوم في وجود حامض الكبريتيك كعامل مساعد باستخدام عمليه التصعيد (ظروف تسخين). كما تم استخدام التشعيع بالموجات فوق الصوتية والتشعيع بالأشعة المايكرويه لتحضير هذه المركبات، تمت مقارنة التفاعلات في ظروف التسخين التقليدية مع التشعيع بالموجات فوق الصوتية وتفاعلات إشعاع الميكروويف حيث يتم استخدام هذه التقنيات كأحد طرق الكيمياء الخضراء. بالمقارنة مع الطرق التقليدية ، فإن الموجات فوق الصوتية وموجات الميكروويف لها نسبه ناتج أفضل ووقت تفاعل أسرع وانتقائية أعلى وآثار جانبية أقل (المخطط C). تم تشخيص المركبات المحضره باستخدام درجه الانصهارMelting point))، مطيافيه الاشعه تحت الحمراء (FTIR) ، والتحليل الطيفي النووي المغناطيسي 1H -NMR) ، 13C ) وتحليل طيف الكتله .(ESI-MS)

يتضمن الجزء الثالث من العمل التطبيقات البيوكيميائية والبيولوجية لبعض المركبات التي تم تحضيرها ، حيث تم اخضاع بعض المركبات المحضره للنشاط المضاد لتحصي المسالك البولية ، كما تم فحص نشاطها المضاد لمرض السكري والنشاط المضاد للبكتيريا بالإضافة إلى فحوصات تحلل الدم من أجل فهم أفضل للدراسه السمية لهذه المركبات, لفحص امكانيه بعض المركبات المحضره المضادة لتحصي المسالك البولية ، تم اختبار الأنشطة المثبطة لمضادات التبول في المختبر باستخدام ألاكاربوز كدواء مرجعي. أظهرت النتائج أن المركب G2 (b) كان له أعلى نسبة تثبيط في اختبار التنوي ، والتي كانت 91٪ بتركيز 250 ميكروغرام / مل بعد 360 دقيقة من فترة الحضانة في درجه حراره 37مᵒ ، مقارنة بالعقار المرجعي cystone ، والذي كان له نسبة مئوية بحدود 65٪. من ناحية أخرى، أظهر المركب G2(a) أعلى نسبة تثبيط في اختبار التجمع عند 360 دقيقة من الحضانه عند تركيز 250 ميكروغرام / مل ، والتي كانت 69٪ ؛ 24٪ أعلى من cystone 46٪.
أظهر الفحص المضاد لمرض السكري نتائج تثبيط متوسطًه إلى جيدة ، بقيم تثبيط تتراوح من 48٪ إلى 90٪ ضد α-amylase و 38٪ إلى 61٪ ضد α-glucosidase. كانت هذه النتائج مشجعة للغاية. تمت مقارنة النتائج التي تم الحصول عليها مع عقار ألاكاربوز كمرجع قياسي، والذي كانت قيمته 65٪ لـ α- amylase و 66٪ لـ α-glucosidase وعلى وجه الخصوص، كانت المركبات 4f و 4e و 5b و 4b هي الأكثر نشاطًا، حيث بلغت قيم تثبيط النسبة المئوية 90٪ و 78٪ و 77٪ و 75٪ على التوالي ضد α-amylase والمركبات 4f و 4b، مع قيم تثبيط بنسبة 61 ٪ و 58٪ ضد α-glucosidase.
كما تم فحص المركبات فيما يتعلق بنشاطها المضاد للبكتيريا في المختبر ضد أربعة بكتيريا معزولة موجبة الجرام (Staphylococcus aureus ، Streptococcus agalactiae) وسالبة الجرام (Proteus mirabilis و E. coli). أظهرت نتائج الحد الأدنى من التراكيز المثبطة (MICs) قيمة مماثلة للمضادات الحيوية المعيارية Azithromycin و Amoxicillin-clavulanic acid وأبرزها 4a و 4e و 5b و 5c ضد Staphylococcus aureus و 4e و 5b ضد Streptococcus agalactiae.
أظهرت نتائج اختبار انحلال الدم أن معظم المركبات التي تم فحصها لها تأثير منخفض على خلايا الدم الحمراء البشرية (أقل من 5٪). وعلى وجه التحديد، تم إثبات أن المركبات G2(a) و G3(a) و G2(b) و G3(b) و 5g نشطة بشكل ملحوظ مع نسبة انحلال الدم والتي تتراوح من 0.718٪ إلى 2.654٪ مقارنة بمعيار Triton X-100 ، والذي أظهر نتيجة إيجابية بنسبة 97.3٪ . اشارت نتائج الدراسات الأولية لهذه الفحوصات ان بعض المركبات اظهرت نشاطا قويا اعلى من الدواء المرجعي لكل فحص تم اجراءه، مما قد يجعلها دواءً واعدًا للعلاج.

Synthesis of Dendrimers, Imidazoles and Study Their Biochemical and Biological Applications

ABSTRACT

Polyamidoamine (PAMAM) dendrimer and imidazole derivatives are essential classes of organic compounds that play a significant role in medicinal chemistry. As a result, this study focuses on the synthesis and characterization of hyperbranched (PAMAM dendrimers) and new substituted imidazoles (Triimidazole and Tetraimidazole derivatives) as well as studies their properties in the biochemical and biological applications. The current research included three parts.
The first part of the thesis outlines the synthesis of PAMAM dendrimers from G1 to G3 through a divergent approach that includes two steps; a 1,4-Michael addition which yields ester-terminated dendrimers and an amidation step to generate amine-terminated dendrimers
Propane-1,3-diamine and 1,2-bis(2-aminoethoxy) ethane were chosen as various cores for the synthesis of dendrimers to produce primary and secondary amines inside the dendrimer structure (Scheme A and B).

To investigate that dendrimers were successfully prepared different spectroscopic techniques were utilized such as FTIR, (1H,13C) NMR and ESI-MS analysis. In addition to, Field Emission Scanning Electron Microscope (FE-SEM) and Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX).

The second part of the thesis describes the multicomponent coupling reactions via the Debus-Radziszewski reaction to synthesized 2,4,5-triaryl imidazole derivatives ranging from 4a to 4j using 4,4′-Dimethoxybenzil, different aldehydes and ammonium acetate in the presence of glacial acetic acid as a catalyst. It also describes the synthesis of 1,2,4,5-tetraarylimidazole derivatives ranging from 5a to 5j using benzil, aromatic aldehyde, a variety of aromatic amine and ammonium acetate in the presence of sulfuric acid as a catalyst under reflux (heating conditions). The reactions in traditional heating conditions were compared with Ultrasonic irradiation and Microwave irradiation reactions as effective techniques for green synthesis, ultrasound and Microwave synthesis are being employed increasingly to accelerate organic reactions. In comparison to traditional methods, ultrasonication and microwaves have better yields, faster reaction times, higher selectivity, and fewer side effects (Scheme C).

The characterizations of synthesized imidazole derivatives compounds were mostly carried out by using melting point, FT-IR, 1HNMR, 13CNMR spectroscopy and mass spectroscopy.
The third part of the work examines the biochemical and biological applications of some newly synthesized compounds. The selected compounds were tested for their in vitro anti-urolithiasis activity, antidiabetic activity and antibacterial activity. Additionally, the in vitro hemolysis assays of selected compounds were performed for a better understanding of toxicity study.
To investigate the anti-urolithiasis potentials of the tested compounds, in vitro anti-urolithiasis inhibitory activities have been screened at various concentrations of 50, 100, 150, 200 and 250 μg/mL and various times (0, 30, 60, 180 and 360 minutes) utilizing cystone as the reference drug. The finding showed that compound G2(b) had the highest inhibiting percentage in the nucleation test, which was 91% at a concentration of 250 μg/mL after 360 minutes of the incubation period compared to the positive drug cystone, which had a percentage of 65%. Compound G2(a), on the other hand, showed the highest inhibition % in the aggregation test when incubated at 360 minutes and the concentration of 250 μg/mL, which was 69%; which was 24% higher than cystone (46%).
The antidiabetic assay at various concentrations (50, 100, 150, 200 and 250) μg/mL demonstrated moderate to good inhibitory potentials, with percentage values ranging from 48% to 90% against α-amylase and 38% to 61% against α-glucosidase. These results were encouraging. The obtained results were compared to the standard acarbose drug, which had values of 32%-65% for α-amylase and 43%-66% for α-glucosidase. Particularly, compounds 4f, 4e, 5b, and 4b were reported to be the most active, with percentage inhibition values of 90% 78%, 77% and 75%, respectively against α-amylase and compounds 4f and 4b, with percentage inhibition values of 61% and 58% against α-glucosidase at concentration 250 μg/mL.
The tested compounds were also screened for their in vitro antibacterial activity against four isolated bacteria two Gram-positive (Staphylococcus aureus, Streptococcus agalactiae) and two Gram-negative (Proteus mirabilis and Escherichia coli). The findings of the minimum inhibitory concentrations (MICs) of tested compounds at the concentrations of 100, 200, 300, 400 and 500 μg/mL showed comparable values with the standard antibiotics Azithromycin and Amoxicillin-clavulanic acid most notably 4a, 4e, 5b, and 5c with a MIC of 200 μg/mL against Staphylococcus aureus and 4e and 5b with a MIC of 300 μg/mL against Streptococcus agalactiae. The results of the antibacterial test by Agar well diffusion method demonstrated that among the screened compounds, G2(a) and G2(b) displayed excellent activity (inhibition zones) against all the bacterial strains at concentrations of their MICs as compared to reference drugs Azithromycin and Amoxicillin-Clavulanic acid.
The results of the hemolysis assay at concentrations of 100, 200, 250, 300, 400, and 500 μg/mL displayed that most screened compounds have a low effect on human red blood cells (less than 5%). Specifically, compounds G2(a), G3(a), G2(b), G3(b) and 5g were demonstrated to be significantly active with percent hemolysis ranging from (0.718% to 2.654%) compared to the standard Triton X-100, which exhibited a positive control of 97.3%. These findings reveal that some of the screened compounds were found to show potent activity, which could make them a promising drug for treatment.