Second-Generation Enamine-Type Schiff Bases as 2-Amino Acid-Derived Antifungals against Fusarium oxysporum: Microwave-Assisted Synthesis, In Vitro Activity, 3D-QSAR, and In Vivo Effect

Abstract

In this manuscript, the synthesis of enamine-type Schiff bases 1–48 derived from the amino acids L-Ala, L-Tyr, and L-Phe was carried out. Their in vitro activity and in vivo protective effect against Fusarium oxysporum were also evaluated through mycelial growth inhibition and disease severity reduction under greenhouse conditions. The in vitro activity of test compounds 1–48 showed half-maximal inhibitory concentrations (IC50) at different levels below the 40 mM range. Deep analysis of the IC50 variations indicated that the size of the substituent on the acetylacetone derivatives and the electronic character on the cyclohexane-3-one fragment influenced the antifungal effect. 3D-QSAR models based on atoms (atom-based approach) were built to establish the structure–activity relationship of the test Schiff bases, showing a good correlation and predictive consistency (R2 > 0.70 and Q2 > 0.60). The respective contour analysis also provided information about the structural requirements for potentiating their antifungal activity. In particular, the amino acid-related fragment and the alkyl ester residue can favor hydrophobic interactions. In contrast, the nitrogen atoms and enamine substituent are favorable regions as H-donating and electron-withdrawing moieties. The most active compounds (40 and 41) protected cape gooseberry plants against F. oxysporum infection (disease severity index < 2), involving adequate physiological parameters (stomatal conductance > 150 mmol/m2s) after 45 days of inoculation. These promising results will allow the design of novel Schiff base-inspired antifungals using 2-amino acids as precursors.

Síntesis y actividad antifúngica in vitro frente a Fusarium oxysporum de amidas N-alquilsustituidas derivadas de 2-aminoácidos

“…Para la síntesis de amidas N-sustituidas se planteó un modelo de estudio buscando aplicar la metodología optimizada para la síntesis de enaminas previamente descrita en la literatura [8]. En esta etapa inicial, los 2-aminoésteres fueron obtenidos mediante la reacción entre el ʟ-triptófano y el respectivo alcohol (MeOH, EtOH) en cloruro de trimetilsililo (TMSCl), para posteriormente adicionar trietilamina (Et 3 N) y malonato de dietilo (DEM).…”

“…Sin embargo, la actividad antifúngica se vio influenciada por la cadena lateral del aminoácido precursor, dado que los compuestos más activos presentan tanto grupo 1H-indol como 4-hidroxifenilo. Esto sugiere que la presencia de un sistema aromático y un grupo, tanto donor como aceptor de puente de hidrógeno (i. e., NH u OH), favorece la actividad antifúngica, debido a la interacción plausible con algunos objetivos bioquímicos relevantes en el metabolismo de Fusarium oxysporum, como se ha reportado previamente [8]. Estos resultados también pueden explicarse a favor de la presencia del grupo amida acíclica como un bioisóstero no clásico de ciertos heterocíclicos (e. g., triazol, tiazol, imidazol) y ditiocarbamatos, comúnmente presentes en fitoalexinas de crucíferas [44], el cual puede modular la actividad biológica como sustitutos debido al favorecimiento en el tamaño molecular, forma, distribución electrónica, polarizabilidad, lipofilicidad, polaridad, entre otros [45].…”

“…Este tipo de compuestos ha generado gran importancia por su actividad biológica frente a patógenos como Alternaria brasiccola, Botrytis cinerea¸ Leptosphaeria maculans, Rhizoctonia solani, entre otros [3], [4]. Recientemente, el grupo Integrado de Investigaciones en Química Bioorgánica (InQuiBio), de la Universidad Militar Nueva Granada, ha orientado sus investigaciones hacia la síntesis de análogos de fitoalexinas indólicas, utilizando 2-aminoácidos convencionales como precursores sintéticos, los cuales puedan comportarse como bioisósteros de fitoalexinas heterocíclicas para ser usados como agentes antifúngicos contra Fusarium oxysporum [5]- [8]. Estos antecedentes han inspirado la búsqueda de nuevas moléculas bioactivas que tengan núcleos estructurales interesantes, de los cuales ya se cuenta con un conocimiento previo sobre su potencial actividad biológica.…”