Gurjaspreet Singh| Poonam|Manraj Singh|Amanpreet Singh| Priyanka| Parul|Baljinder Singh Gill|Shipra Goyal|Aman Bhalla
印度昌迪加尔旁遮普大学化学系，邮编160014
摘要
本研究详细介绍了基于铜(I)催化的叠氮-炔烃环加成反应（CuAAC）构建的一种Silatrane-Chalcone-Triazole共轭物（Quan等人，2025年（6）），该共轭物能够选择性地高效识别Zr(IV)。通过对化合物（Quan等人，2025年（6））的发光特性进行研究，发现其对Zr(IV)具有高选择性，检测限为2.7×10^-7 M。滴定数据得到的优秀线性相关性（R^2值）表明该化合物与Zr(IV)的结合比例为1:1。通过
1H NMR、FT-IR、ESR和质谱分析进一步阐明了该化合物与Zr(IV)的结合位点。实验结果表明，暴露于该化合物（Quan等人，2025年（6））后，细胞活力显著下降（94.81%），这突显了其强烈的抗癌活性。为了验证其实际应用性，使用小麦粉进行了真实样品分析。此外，还对（Quan等人，2025年（6）与5HU9的分子对接进行了研究，结果显示结合能为-12.66 kcal/mol。
引言
Silatrane是一类独特的五配位有机硅化合物，以其独特的笼状结构而闻名，这种结构源于N→Si的跨环键[1]。它们主要通过酯交换反应合成，从而可以精确调控其结构和功能特性[2]；而来自三烷醇胺的有机硅衍生物因其独特的分子特性和广泛的生物活性而受到关注[3]。这些化合物具有广泛的功能和应用特性，包括增强关键生化过程、调节酶和激素活性，以及保护生物系统免受氧化失衡、缺氧和辐射等生理和环境压力的影响[4]。除了生物学意义外，有机硅衍生物在材料科学、催化、表面改性、腐蚀抑制、药物递送和抗菌制剂等领域也展现出巨大潜力，这得益于它们独特的结构稳定性、可调的反应性和生物相容性[5]。
Chalcone属于黄酮类化合物的开链成员，是其生物合成途径中的重要前体，含有两个通过α,β-不饱和烯酮系统连接的芳香环[6]。它们广泛分布于植物的各种组织中，如花、果实、根和茎叶[7]，并表现出多种生物活性，如抗菌[8]、抗氧化[9]、抗肿瘤[10]和镇痛[11]作用。引入三唑等杂环结构进一步增强了其药理活性，因为三唑能与生物分子靶标形成强氢键，使其成为药物化学中的理想骨架[12]。近年来，这种多功能性促进了含有chalcone、三唑和silatrane结构单元的多功能混合系统的设计，结合了每种骨架的结构多样性和反应性，以实现更好的传感和治疗效果。其中，锆（Zr）由于其在合金、陶瓷和核技术中的广泛应用而备受关注，但这也导致了土壤和地下水的污染问题[13],[14]。尽管微量Zr(IV)是可以容忍的，但其过量积累与基因毒性、肺损伤和其他不良生物效应有关，从而引发了重大的公共卫生和环境挑战[15],[16]。因此，迫切需要快速、选择性和灵敏的Zr(IV)检测方法。同时，在这些混合系统中引入生物活性骨架赋予了抗癌潜力，使得这些分子系统不仅能够作为高效的Zr(IV)化学传感器，还具有治疗作用，从而在诊断和生物医学应用之间架起桥梁[17]。
尽管对silatrane、chalcone和三唑进行了大量单独的研究，但将它们战略性地整合到一个多功能分子框架中仍大多未被探索。Chalcone以其广谱抗菌、抗炎和抗癌活性而闻名[18],[19]，而三唑则因其出色的药理多样性、代谢稳定性和在药物和农业化学中的广泛应用而受到重视[20],[21]。Silatrane则具有独特的笼状结构、增强的膜通透性以及独特的物理化学和生物特性，使其成为先进功能材料的理想骨架[22]。然而，将这三种生物活性和功能性单元有目的地融合到一个统一的骨架中以实现协同的化学传感和治疗效果的研究报道较少。
由于Zr(IV)在核技术、陶瓷、生物医学植入物和催化领域的广泛应用，其在高浓度下可能带来基因毒性、肺部和细胞毒性风险[23],[24]。因此，对Zr(IV)的灵敏、选择性和快速检测对于环境监测和生物安全至关重要。尽管针对重金属离子的荧光探针开发已取得显著进展[25],[26]，但离子选择性差、来自竞争金属离子的干扰以及有限的生物适用性等问题仍限制了它们的实际应用。
在这种背景下，设计结合化学传感能力和治疗潜力的混合分子系统是一个有前景且及时的研究方向[27],[28]。本研究通过构建一种新型的silatrane-chalcone-triazole混合框架来填补这一关键空白，该框架既可作为高效的Zr(IV)荧光化学传感器，也可作为潜在的抗癌剂。预期这种三种功能基团的整合将提高金属离子的识别能力、信号转导效率以及生物活性，从而克服传统单一功能探针的局限性。此外，分子对接研究为配体-生物分子相互作用、结合亲和力和结构-活性关系提供了机制见解，进一步增强了所设计化合物的生物学意义[29]。
这项工作具有重要意义，因为它引入了一种罕见的多功能分子架构，将化学传感和治疗领域结合在一个平台上。创新地整合了silatrane、chalcone和三唑单元，不仅提高了Zr(IV)的选择性和传感性能，还为开发具有抗癌潜力的双用途探针开辟了新途径。这种多功能设计策略降低了结构复杂性，提高了功能效率，并为下一代诊断和治疗剂提供了可持续的方法。
材料与方法
使用了4-羟基苯甲醛（Aldrich）、3-苄氧基乙酰苯酮（AVRA）、丙炔基溴（80%溶于甲苯）（Aldrich）、碳酸钾（SRL）、N,N-二甲甲酰胺（DMF）（Merck）、氢氧化钠（LOBA Chemie）、3-氯丙基三乙氧基硅烷（Sigma Aldrich）、叠氮化钠（AVRA）、溴化三(三苯基膦)铜(I) [CuBr(PPh₃)₃]（Sigma Aldrich）和氢氧化钾（Finar），这些试剂均无需进一步纯化。所用溶剂包括甲苯、四氢呋喃（THF）和三乙胺（TEA）。
合成与表征
图1概述了生成化合物2–6的合成步骤。首先通过醚化反应将4-羟基苯甲醛（1）转化为炔烃（2），反应过程中使用碳酸钾（K₂CO₃）作为碱，DMF作为反应介质。随后，该炔烃与3-苄氧基乙酰苯酮反应，经过碱催化的醛醇缩合反应得到目标化合物。
结论
通过点击化学成功合成了一种新型的silatrane-chalcone-triazole荧光探针（6），并通过1H NMR、13C NMR、红外光谱（IR）、质谱和热重分析（TGA）对其进行了全面表征。该探针对Zr(IV)表现出优异的灵敏度和选择性，K_a值为1.29×10^9 M^-1，检测限为2.7×10^-7 M。Benesi-Hildebrand分析证实了1:1的结合比例，光谱研究和分子对接进一步支持了其结合机制。
CRediT作者贡献声明
Gurjaspreet Singh：撰写、审稿与编辑、可视化、验证、项目监督、方法学研究、资金获取、概念构思。
Poonam：撰写初稿、实验研究、数据分析、概念构思。
Manraj Singh：资源调配、数据分析。
Amanpreet Singh：数据分析。
Priyanka：软件支持。
Parul：数据分析。
Baljinder Singh Gill：数据分析。
Shipra Goyal：数据分析。
Aman Bhalla：项目监督。
作者声明
所有作者应对以下方面做出实质性贡献：
1. 研究的构思与设计、数据采集或数据分析与解释。
2. 文章的起草或对重要内容的批判性修订。
3. 手稿的最终批准。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢DST-FIST-0215（SR/FST/CS 11-36）和RUSA 2.0的支持。
Gurjaspreet Singh
印度昌迪加尔旁遮普大学化学系教授。根据Elsevier的统计，他是全球被引用次数最多的科学家之一（2022-2023年、2023-2024年和2024-2025年）。他在教学和研究方面拥有超过22年的经验，主要研究方向包括有机硅化合物、生物无机化学、有机过渡化学、点击化学和药物化学。
