Theoretical and comparative study of some N-ferrocenylmethylamines using the density function theory DFT and determination of their biological activity

Abstract

The main objective of this study is to build a QSAR model for a series of N ferrocenylmethylaniline derivatives, the obtained model allows the prediction of their theoretical antioxidant activity and the selection of the antioxidant candidates . In order to achieve these goals, the antioxidant activity of a series of 28 N-ferrocenylmethylaniline derivatives was measured using cyclic voltammetry technique. Promising results of a half maximal inhibitory concentration of 7.719 mM have been obtained for N-(ferrocenylmethyl)-N-(acetyl)-4 (nitro)aniline (F23) which is a competitive result with that of the standard α-tocopherol (7.0581 mM). Other derivatives N-(ferrocenylmethyl)-4-(nitro)aniline (F12), N-(ferrocenylmethyl)-3 (aminobenzo)nitrile (F14), N-(ferrocenylmethyl)-N-(acetyl)-2-(nitro)aniline (F21), N-(ferrocenyl methyl)-)-N-(acetyl)-2-(amino)benzonitrile (F24) and N-(ferrocénylmethyl)-N-(phenyl)benz amide (F27) also gave comparable results to the standard. Toxicity prediction studies demonstrated that among the most potent derivatives, F24 was predicted to be non-toxic. Molecular Docking study revealed that compound F24 is the most inactive compound against glutathione reductase enzyme amoung the 28 derivatives having a high inhibitory concentration of 2.61 µM and a low docking score of -7.61 kcal/mol. The compound formed only hydrophobic and π-cation interactions with amino acid residues of glutathione reductase. The structural, electronical and spectral properties of the 28 derivatives were determined by energy optimization using Gaussian 09W with the method (DFT/B3LYP) and mixed basis sets (LANL2DZ(Fe)/6-31G(d)). Multi linear regression was used to build a quantitative relation between superoxide radical scavenging activity and structural properties. The model was validated and found to be statistically significant with a squared fitting correlation coefficient (R2) of 0.944, adjusted squared correlation coefficient (R2adj) value of 0.842, and the cross-validation coefficient value of 0.892 with calculated F value of 17.88 showing this model with a good predictability.الهدف الرئيسي من هذه الدراسة هو بناء نموذج QSAR لسلسلة من N مشتقات الفيروسينيل ميثيلانيلين، النموذج الذي تم الحصول عليه يسمح بالتنبؤ بنظريتها نشاط مضادات الأكسدة واختيار المرشحين المضادة للأكسدة. ومن أجل تحقيق هذه الأهداف، كان نشاط مضادات الأكسدة لسلسلة من 28 مشتقات N-فيروسينيل ميثيلانيلين يتم قياسه باستخدام تقنية قياس الجهد الدوري. نتائج واعدة لنصف الحد الأقصى المثبطة تم الحصول على تركيز 7.719 ملم لـ N- (فيروسينيل ميثيل) -N- (أسيتيل) -4 (نيترو) أنيلين (F23) وهي نتيجة تنافسية مع نتيجة ألفا توكوفيرول القياسي (7.0581) مم). مشتقات أخرى N-(فيروسينيل ميثيل)-4-(نيترو)أنيلين (F12)، N-(فيروسينيل ميثيل)-3 (أمينوبنزو) نيتريل (F14)، N- (فيروسينيل ميثيل) -N- (أسيتيل) -2- (نيترو) أنيلين (F21)، N- (فيروسينيل) ميثيل)-)-N- (أسيتيل) -2- (أمينو) بنزونيتريل (F24) وN- (فيروسينيل ميثيل) -N- (فينيل) بنز أعطى الأميد (F27) أيضًا نتائج مماثلة للمعيار. أظهرت دراسات التنبؤ بالسمية أن F24 كان من بين أقوى المشتقات من المتوقع أن تكون غير سامة. كشفت دراسة الإرساء الجزيئي أن المركب F24 هو الأكثر مركب غير نشط ضد إنزيم الجلوتاثيون المختزل من بين 28 مشتقًا لها نسبة عالية تركيز مثبط قدره 2.61 ميكرومتر ودرجة إرساء منخفضة تبلغ -7.61 سعرة حرارية / مول. المجمع شكلت فقط تفاعلات كارهة للماء و π-كاتيون مع بقايا الأحماض الأمينية للجلوتاثيون اختزال. تم تحديد الخصائص التركيبية والإلكترونية والطيفية للمشتقات الـ 28 بواسطة تحسين الطاقة باستخدام Gaussian 09W مع طريقة (DFT/B3LYP) ومجموعات الأساس المختلطة (LANL2DZ(Fe)/6-31G(د)). تم استخدام الانحدار الخطي المتعدد لبناء علاقة كمية بين نشاط الكسح الجذري للأكسيد الفائق والخصائص الهيكلية. تم التحقق من صحة النموذج ووجد أنها ذات دلالة إحصائية مع معامل الارتباط المربع (R2) البالغ 0.944، قيمة معامل الارتباط التربيعي المعدل (R2adj) تبلغ 0.842، ومعامل التحقق المتبادل قيمة 0.892 مع قيمة F محسوبة تبلغ 17.88 تُظهر هذا النموذج مع إمكانية التنبؤ الجيدة.