Synthesis, Characterization, and Biological Investigations of Heteroleptic Complexes of Tetracyclines and Salicylaldehyde Mixed Ligands

Abstract

Today, the resistance of bacteria is due to their misuse and overdose of antibiotics. Therefore, researchers are working day and night to discover new antibiotics that can solve the challenges of multi-drug resistance. The present study describes the synthesis of the metal complexes with the help of the primary ligand, tetracycline/oxytetracycline (TC/OTC), secondary ligand, salicylaldehyde (Sal), and 4d-transition metal salts [M=Cd(II), Zr(II), Mo(III)/ Mo(V), and Pd(II)]. A calculated amount of eqimolar mixture of primary ligand (TC) is dissolved in 70 % ethanol and stirred under magnetic stirrer. A stirred aqueous solution of metal salt is added dropwise to the TC solution. The stirred alcoholic solution of the secondary ligand (Sal) is also added to the above reaction mixture dropwise and refluxed in a reflux condenser. The pH is maintained by the adding ammonia solution resulting the formation of precipitate. The dried precipitate is recrystallized to obtain the amorphous form of metal complex. Furthermore, the complexes were analyzed using physical and spectral techniques. Here, the physical method includes elemental microanalysis, pH, specific conductivity, viscosity, surface tension, density, and melting point measurements. Similarly, the spectroscopic method includes FT-IR, (1H and 13C)- NMR, UV/Visible, and ESI-MS spectrometry techniques. The results obtained from the conductivity data showed both electrolytic and non-electrolytic nature, which indicates that the metal complexes are correlatively bonded to the metal ions. Also, the findings from the UV/Vis. spectra confirmed the proposed structure as well as the geometry of the metal complex. The thermal and kinetic stability of the complex was obtained from thermo gravimetric and differential thermal analysis (TGA/DTA) techniques. The thermodynamic parameters of various decomposition steps, ∆S*, ∆H*, ∆G*, E*, A, T, can be calculated from the well-known popular Coats- Redfern equation. The results obtained from the thermal data show that the complexes have high thermal stability and also non-spontaneous nature during different decomposition steps. The spectral studies of metal complexes showed better results with the molecular formula. The SEM (Scanning electron microscope) determines the surface morphology of the compound. The complexes were further supported by the information obtained from 3D molecular modeling viz: Chem 3D pro 12.0.2 software program, which provided the theoretical predictions of the metal complexes and a better and more accurate evaluation of the proposed structure. Using the MM2 calculations, the energy optimization was repeated several times to note the minimum energy. The difference in M-N and M-O values indicates the coordination of metal ions with the ligand. The metal complex was tested for in vitro antibacterial susceptibility by two strains of human clinical pathogenic bacteria: Staphylococcus aureus (gram-positive) and Klebsiella pneumoniae, Escherichia coli, Proteus mirabilis, and Pseudomonas aeruginosa (gram-negative). The tests were performed with the help of the well-known modified Kirby-Bauer paper disc diffusion method. Antimicrobial study results showed better results at higher concentrations and considerable activity at lower concentrations. The zone of inhibition was measured in diameter (mm) with the help of an antibiogram zone measuring scale. Here, all clinical pathogens were found to be more susceptible to the prepared derivatives of TCs. The antibacterial potency is based on the concept of Overton’s and Tweedy’s chelation principle which is related to the stability and easy permeation of the lipid layer of the organism by metal complexes.

आज, ब्याक्टेरियाहरूको प्रतिरोध उनीहरूको दुरुपयोग र एन्टिबायोटिकको अधिक मात्राको कारण हो। तसर्थ, अनुसन्धानकर्ताहरू बहु-औषधि प्रतिरोधका चुनौतीहरू समाधान गर्न सक्ने नयाँ एन्टिबायोटिकहरू पत्ता लगाउन दिनरात काम गरिरहेका छन्। हालको अध्ययनले प्राइमरी लिगान्ड, Tetracycline/Oxytetracycline (TC वा OTC), सेकेन्डरी लिगान्ड, Salicylaldehyde (Sal), र 4d-ट्रान्जिसन धातु लवणहरु [M=Cd(II), Zr(II), Mo(III)/(V), र Pd(II)] को मद्दतबाट धातु कम्प्लेक्सहरुको निर्माण गर्ने बारे बर्णन गर्दछ। प्राइमरी लिगान्ड (TC)/(OTC) को समान मोलर (molar) मिश्रणको गणना गरिएको मात्रा, 70% इथेनोलमा घुलाए पछि चुम्बकीय स्टिरर् द्वारा चलाईएको थियो। धातुको लवणको चलाईएको जलीय घोल TC को घोलमा थोपा-थोपा गरेर थपिएको थियो। सेकेन्डरी लिगान्ड (Sal) को चलाईएको अल्कोहलयुक्त घोल पनि माथिको प्रतिक्रिया मिश्रणमा थोपा-थोपा गरेर थपिएपछि रिफ्लक्स कन्डेनसरमा रिफ्लक्स गरिएको थियो। अमोनिया घोल थपेर पीएच (pH) मिलाएको परिणामस्वरूप धातु कम्प्लेक्सको गठन भएको थियो। धातु कम्प्लेक्सको घोललाई सुकाएर प्राप्त ठोसलाई शुध्द बनाउन पुन क्रिस्टलिकरण गरिएको थियो। यसपछि, कम्प्लेक्सहरूलाई भौतिक र वर्णक्रमीय प्रविधिहरू प्रयोग गरेर विश्लेषण गरिएको थियो। जसमा, भौतिक विधिमा मौलिक सूक्ष्म विश्लेषण, pH, विशिष्ट चालकता (Specific conductivity), भिस्कोसिटी (viscocity), सतह तनाव (surface tension), घनत्व (density), र पिघलने बिन्दु मापन (Melting point measurement) लगायतका समावेस छन्। त्यस्तै, स्पेक्ट्रोस्कोपिक विधिमा FT-IR, (1H र 13C)- NMR, UV/visible, र ESI-MS स्पेक्ट्रोमेट्री प्रविधिहरू समावेश छन्। चालकता डेटाबाट प्राप्त नतिजाहरूले धातु कम्प्लेक्सहरु इलेक्ट्रोलाइटिक र गैर-इलेक्ट्रोलाइटिक दुवै प्रकृतिका देखिएका थिए, जसले धातु कम्प्लेक्सहरू धातु आयनहरूसँग सहबद्ध रूपमा बाँधिएको संकेत गर्दछ। साथै, UV/Vis स्पेक्ट्राको निष्कर्षहरूले धातु कम्प्लेक्सहरुको प्रस्तावित संरचना र ज्यामितिलाई पुष्टि गर्दछ। कम्प्लेक्सको थर्मल र काइनेटिक स्थिरता थर्मो ग्रेभिमेट्रिक र विभेदक थर्मल विश्लेषण (TGA/DTA) प्रविधिहरूबाट प्राप्त गरिएको थियो। विभिन्न विघटन चरणहरूको थर्मोडायनामिक मापदण्डहरू, ∆S*, ∆H*, ∆G*, E*, A, T, प्रसिद्ध लोकप्रिय कोट्स- रेडफर्न समीकरणबाट गणना गरिएको थियो। थर्मल डाटाबाट प्राप्त नतिजाहरूले देखाउँछन् कि कम्प्लेक्सहरूमा उच्च थर्मल स्थिरता र विभिन्न विघटन चरणहरूमा गैर-स्वस्फूर्त प्रकृतिका थिए। धातु कम्प्लेक्सको वर्णक्रमीय अध्ययनले आणविक सूत्र अनुरुपको परिणाम देखाएको थियो। SEM (स्क्यानिङ इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोप) अध्ययनद्वारा यौगिकको सतह आकारविज्ञान निर्धारण गरिएको थियो। कम्प्लेक्सहरूको संरचनाहरुलाई 3D आणविक मोडेलिङ जस्तै: Chem 3D प्रो 12.0.2 सफ्टवेयर प्रोग्रामबाट प्राप्त जानकारीद्वारा समर्थन गरिएको थियो, जसले धातु कम्प्लेक्सहरूको सैद्धान्तिक भविष्यवाणीहरू र प्रस्तावित संरचनाको राम्रो र सटीक मूल्याङ्कन गरेको थियो। MM2 गणनाहरू प्रयोग गरेर, न्यूनतम ऊर्जा प्राप्त गर्न ऊर्जा अनुकूलनलाई धेरै पटक दोहोर्याइएको थियो। M-N र M-O मानहरूमा भिन्नताले लिगान्डसँग धातु आयनहरूको समन्वयलाई संकेत गर्दछ। धातु कम्प्लेक्सहरूलाई मानव रोगजनक ब्याक्टेरियाका दुई प्रकारहरूद्वारा इनभिट्रो एन्टिब्याक्टेरियल संवेदनशीलताको लागि परीक्षण गरिएको थियो; जसमा, स्टेफिलोकोकस ऑरियस (ग्राम- पोजिटिभ) र क्लेब्सिएला निमोनिया, एस्चेरिचिया कोलाई, प्रोटस मिराबिलिस, र स्यूडोमोनास एरुगिनोसा (ग्राम-नेगेटिभ) ब्याक्टेरियाहरू समाबेश गरिएको थियो। प्रख्यात परिमार्जित किर्बी-बाउर पेपर डिस्क प्रसार विधिद्वारा परिक्षणहरु गरिएको थियो। एन्टिमाइक्रोबियल अध्ययन परिणामहरूले उच्च सांद्रतामा राम्रो नतिजा र कम सांद्रतामा उल्लेखनीय गतिविधि देखाएका थिए। एन्टिबायोग्राम जोन मापन स्केलको मद्दतले अवरोधको क्षेत्रको व्यास (मिमी) नापिएको थियो। यहाँ, सबै प्याथोजेनहरू TCs को तयार डेरिभेटिभहरूमा बढी संवेदनशील भएको पाइयो। जीवाणुरोधी क्षमता ओभरटन र ट्वीडीको चेलेसन सिद्धान्तको अवधारणामा आधारित छ जुन धातुको कम्प्लेक्सहरूद्वारा जीवको लिपिड तहको सहज पारगमनसँग सम्बन्धित छ।