Synthesis of Chalcones and the evaluation of their antimicrobial properties

Nobert Ndifor Azeh (nobertazeh@gmail.com)
Pharmacognosy and Medicinal Chemistry, University of Yaounde 1
July, 2015
 

Abstract

Introduction: Natural substances remain a major source of inspiration for the synthesis of lead compounds for the development of active pharmaceutical ingredients (API). Amongst these compounds chalcones which are part of the flavonoid class of compounds, known for their antimicrobial properties, have been synthesized at high yields with their structures and antimicrobial properties determined.
Objectives: To conduct a high yield synthesis of novel chalcones, evaluate their microbial susceptibility properties and determine a more potent antimicrobial lead for drug development.
Method: Novel chalcones were synthesized by the Claisen Schmidt condensation by two methods: in an alcoholic medium as solvent, and without a solvent by the grindstone technique. The purity and structure of synthesized compounds were investigated by thin layer chromatography, 1H and 13C NMR, in conjunction with elemental analysis respectively. The diameters of inhibition, minimum inhibitory concentrations (MIC) and the minimum bactericidal concentrations (MBC) of the synthesized compounds were determined using the Kirby-Bauer diffusion and microdilution methods respectively. The study was conducted in the laboratory of Organic Chemistry in the University of Yaoundé I, and in the bacteriology laboratory in the Yaoundé University Teaching Hospital (UTH) from December 2014 to May 2015.
Results: The grinding method was found to be the most effective method. We obtained 3 chalcones :1a, 4a2, and 5a2, which were analyzed, and characterized by 1H and 13C Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (NMR). All the synthesized chalcones were active against the test microbes: 1a was bactericidal on 75 % of microbes, with MIC between 62.5 and 1000 μg/mL, the most sensitive strain being C. albicans, and the least sensitive being E. coli. 4a2 was bactericidal on all the strains, with MIC between 62.5 and 1000ug/mL, the most sensitive strain being S. aureus and the least being N. gonorrheae. The most potent compound was 5a2, bactericidal on 50% of strains with a MIC between 62.5 and
250 μg/mL, the most sensitive strains being S. aureus and C. albicans, and the least sensitive being E. faecalis.
Conclusion: The grindstone technic was found to be the most convenient, eco-friendly, economical and efficient method for the synthesis of chalcones, with very high yields. Three chalcones were synthesized, and purified with their structures determined. They were tested on microbes and bactericidal/fungicidal action was the major mode of action of the test compounds. Compound 5a2 was the most potent compound and therefore, it may be a very promising lead compound for drug development. Thus the evaluation of its toxicity and pharmacological action will be a promising effort for the development of a better antibiotics with a more significant biological activity.
Key Words: Synthesis; chalcones; Antimicrobial; Structure– activity relationship.
RÉSUMÉ
Introduction : Les substances naturelles demeurent une source d'inspiration majeure pour la synthèse des chefs de file pour le développement des substances actives. Parmi cette substances naturelles, les chalcones, qui font partie de la classe des flavonoïdes, connues pour leurs propriétés antimicrobiennes ont été synthétisés avec un grand rendement, et leurs structures et propriétés antimicrobiennes ont été déterminées.
Objectifs: De procéder à une synthèse de nouveaux chalcones, évaluer leurs activités antimicrobiennes et déterminer un chef de fil antimicrobien plus puissant pour le développement de médicaments.
Méthode: De nouvelles chalcones ont été synthétisées par la condensation de Claisen Schmidt par deux méthodes: avec et sans solvant selon la technique de broyage. La pureté et la structure des composés synthétisés a été étudiée par chromatographie sur couche mince ; la RMN 1H et 13C, en conjonction avec l'analyse élémentaire respectivement. Le diamètre d'inhibition, la concentration minimale inhibitrice (CMI) et la concentration minimale bactéricide/fongicide (CMB/CMF) des composés synthétisés ont été déterminées en utilisant les méthodes de diffusion de Kirby-Bauer et la microdilution. L'étude a été menée au laboratoire de chimie organique de l'Université de Yaoundé I, et au laboratoire de bactériologie du centre hospitalier universitaire de Yaoundé (CHUY) durant la période de Décembre 2014 à Mai 2015.
Résultats: La méthode par broyage a été la méthode la plus efficace. Nous avons obtenu 3 chalcones: le 1a, 4a2, et 5a2, qui ont été analysées caractérisées par RMN 1H et 13C. Toutes les chalcones synthétisées étaient actives sur les microbes testés: le la était bactéricide sur 75% des microbes, avec une CMI comprise entre 62,5 et 1000µg/mL, la souche la plus sensible étant C.albicans et la moins sensible E. coli. Le 4a2 était bactéricide sur toutes les souches, avec une CMI entre 62,5 et 1000 µg/mL, la souche la plus sensible étant S. aureus et la moins sensible étant N.gonorrheae. Le composé le plus puissant était 5a2, bactéricide sur 50% des souches avec une CMI entre 62,5 et 250 µg/mL, les souches les plus sensibles étant S.aureus et C.albicans, et la moins sensible étant E. faecalis.
Conclusion: La technique de broyage a été jugée la méthode la plus pratique, écologique, économique et efficace pour la synthèse de chalcones hétérocycliques, avec des rendements très élevés. Trois chalcones ont été synthétisées, purifiées et leurs structures déterminées. Elles ont été testées sur les microbes et l’action bactéricide/fongicide était le principal mode d'action de ces composés. Le composé 5a2 était le composé le plus puissant et pourrait donc être un chef de fil très prometteur pour le développement de médicaments. Ainsi, l'évaluation de sa toxicité et de ses propriétés pharmacologiques sera un effort prometteur pour le développement d'un meilleur antibiotique ayant une activité biologique plus importante.
Mots clés: synthèse; chalcones; Antimicrobiens; Relation structure-activité.


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