Солватохромные, спектроскопические, расчёты DFT, антимикробная активность и докинг новых хелатов Fe(III), Co(II) и Ni(II), содержащих 1,2,4-триазин

Новые молекулы, которые борются с микроорганизмами и светятся

Химики создали семейство небольших металлоорганических молекул, которые одновременно способны светиться в определённых условиях и замедлять рост вредных микроорганизмов. Эти материалы интересны тем, что они указывают на возможные будущие лекарства, которые можно отслеживать в организме по свечению, либо на «умные» покрытия, которые одновременно обнаруживают и уничтожают бактерии и грибки на медицинских устройствах.

Построение миниатюрных металлических «клеток»

Исходили из углеродной основы, известной своей биологической активностью и способностью связывать металлы. Её модифицировали, чтобы получить «клешню» — гидразоно–триазиновый лиганд, способный прикрепляться к ионам металлов в трёх точках, с использованием двух атомов азота и одного кислорода. При смешивании этой «клешни» с солями никеля, кобальта или железа компоненты собирались в три новых металлоорганических хелата: никелевый, кобальтовый и железный. Набор методов — включая инфракрасную и видимую спектроскопию, измерения магнитных свойств и термический анализ — показал расположение атомов. Никелевый комплекс принимает примерно тетраэдрическую форму, тогда как кобальтовый и железный предпочитают октаэдрическую координацию вокруг центра металла.

От наночастиц к светочувствительным материалам

С помощью рентгеновской дифракции и просвечивающей электронной микроскопии исследователи обнаружили, что комплексы формируют частицы размером в несколько миллиардных долей метра: никелевый соединение проявлялось в виде крошечных сфер и кубиков. Все три комплекса испускают свет и меняют цветовую реакцию в зависимости от окружающей жидкости. Записывая сдвиги поглощения и флуоресценции в растворителях различной полярности, авторы смогли оценить, как меняется распределение заряда между основным и возбужденным состояниями. Данные показывают, что при возбуждении внутренняя перераспределение заряда становится существенным, делая молекулы более полярными и более чувствительными к окружению. Такое поведение ценно для сенсоров и оптических устройств, поскольку позволяет превращать тонкие изменения среды в видимые сдвиги цвета или яркости.

Изучение поведения с помощью компьютерных моделей

В дополнение к экспериментам команда провела квантово‑химические расчёты. Они применили теорию функционала плотности для оптимизации геометрии комплексов и изучения наивысшей занятой и наинизшей незанятой молекулярных орбиталей, которые определяют движение электронов при реакциях и поглощении света. Железный комплекс показал наименьшую энергетическую щель между этими орбиталями, что указывает на наибольшую химическую реактивность среди трёх. Модели также отобразили области отрицательного и положительного заряда в молекулах, выделив те же атомы азота и кислорода, которые экспериментально были определены как ключевые точки контакта. Важным оказалось и то, что рассчитанные значения поляризуемости и гиперполяризуемости указывают на сильную реакцию комплексов на электрические поля — значительно больше, чем у стандартного эталонного соединения. Это делает их перспективными кандидатами для нелинейно‑оптических приложений, таких как продвинутые фотонные переключатели и устройства обработки сигналов.

Против бактерий и грибков

Далее исследователи проверили, насколько новые комплексы способны замедлять или останавливать рост распространённых патогенных микроорганизмов: бактерий Staphylococcus aureus и Escherichia coli, а также гриба Candida albicans. Свободный лиганд проявил лишь слабое действие, тогда как его металлические хелаты оказались значительно более активными. Особенно выделялся железный комплекс: он образовывал большие зоны подавления роста микробов и действовал при относительно низких концентрациях, демонстрируя сильную активность как против бактерий, так и против грибка. Чтобы понять причину, команда провела моделирование молекулярного докинга, виртуально помещая каждый комплекс в активный карман бактериального фермента, важного для синтеза жирных кислот. Железный комплекс наиболее плотно разместился в этом кармане и сформировал самые сильные симулированные взаимодействия, что согласуется с его превосходной антимикробной активностью в лабораторных испытаниях.

Что могут означать эти результаты

В совокупности работа представляет три новых нанометровых металлических комплекса, объединяющих сильную антимикробную активность, чувствительные световые отклики и высокую термическую стабильность. Для неспециалиста главный вывод таков: небольшие изменения в том, как органические «клешни» захватывают ионы металлов, могут регулировать не только свечение частиц, но и их способность вмешиваться в жизненно важные процессы бактерий и грибков. Железосодержащий комплекс выделяется как наиболее универсально эффективный, указывая путь к материалам будущего, способным одновременно обнаруживать окружающую среду, выполнять оптические функции и действовать как направленные антимикробные агенты в медицине или в «умных» покрытиях.

Цитирование: Abdelrhman, E.M., Samy, F., Adly, O.M. et al. Solvatochromic, spectroscopic, DFT calculations, antimicrobial and docking studies of new Fe(III), Co(II), and Ni(II) chelates containing 1,2,4-triazine. Sci Rep 16, 13406 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-48416-3

Ключевые слова: металлические хелаты, люминесцентные антибактериальные средства, гидразоно-триазин, нелинейные оптические материалы, молекулярный докинг