Synthesis, Structural Characterization, Antioxidant and Enzyme Inhibitory Activities of Novel Schiff Base Derivatives

Öz

Objectives: Schiff base derivatives have attracted considerable interest owing to their versatile biological properties and synthetic accessibility. The present study aimed to synthesize and characterize four novel azomethine derivatives and to investigate their antioxidant and enzyme inhibitory activities against α-amylase, α-glucosidase, and tyrosinase enzymes in order to evaluate their potential as multifunctional bioactive agents.

Methods: Four Schiff base derivatives (Compounds 1–4) were synthesized via condensation reactions between substituted aniline derivatives and aliphatic or α,β-unsaturated aldehydes. The synthesized compounds were characterized by FT-IR, ^1H NMR, ^13C NMR, and ESI-MS analyses. Antioxidant activities were evaluated using DPPH, ABTS, CUPRAC, FRAP, phosphomolybdenum, and metal chelating assays. Enzyme inhibitory activities against α-amylase, α-glucosidase, and tyrosinase were determined spectrophotometrically and expressed as IC₅₀ values.

Results: The synthesized compounds exhibited distinct structure-dependent biological profiles. Compound 2 demonstrated potent α-amylase and α-glucosidase inhibitory activities with IC₅₀ values comparable to those of acarbose, indicating promising antidiabetic potential. Compounds 3 and 4 displayed improved antioxidant activities, particularly in ABTS radical scavenging and reducing power assays, which may be attributed to the presence of the conjugated α,β-unsaturated side chain. Compound 4 exhibited the strongest tyrosinase inhibitory activity among the tested derivatives, whereas Compound 3 showed the most balanced antioxidant profile. Overall, para-chloro substitution favored carbohydrate-hydrolyzing enzyme inhibition, while extended conjugation enhanced antioxidant and anti-tyrosinase activities.

Conclusion: The findings demonstrate that simple Schiff base scaffolds can generate diverse biological activities through subtle structural modifications. The identified structure-activity relationships suggest that para-chloro substituted derivatives may serve as promising antidiabetic candidates, whereas conjugated analogues may represent potential leads for antioxidant and anti-hyperpigmentation applications. Further studies are warranted to clarify their mechanisms of action and therapeutic potential.

Keywords: α-Amylase inhibition; α-Glucosidase inhibition; Antioxidant activity; Schiff base derivatives; Structure-activity relationship; Tyrosinase inhibition.

Anahtar Kelimeler

• α-Amylase inhibition
• α-Glucosidase inhibition
• Antioxidant activity
• Schiff base derivatives
• Structure-activity relationship
• Tyrosinase inhibition

Yeni Schiff Bazı Türevlerinin Sentezi, Yapısal Karakterizasyonu, Antioksidan ve Enzim İnhibitör Aktivitelerinin Araştırılması

Öz

Amaç: Bu çalışmada, dört yeni Schiff bazı türevinin sentezlenmesi, spektroskopik yöntemlerle yapısal karakterizasyonlarının gerçekleştirilmesi ve antioksidan aktiviteleri ile α-amilaz, α-glukozidaz ve tirozinaz inhibitör etkilerinin araştırılması amaçlanmıştır.

Yöntem: Schiff bazı türevleri, substitüe anilin türevleri ile alifatik ve α,β-doymamış aldehitlerin kondenzasyon reaksiyonları sonucunda sentezlendi. Elde edilen bileşiklerin yapıları FT-IR, ¹H NMR, ¹³C NMR ve ESI-MS analizleri ile doğrulandı. Antioksidan aktiviteler DPPH, ABTS, CUPRAC, FRAP, fosfomolibden ve metal şelatlama yöntemleri kullanılarak değerlendirildi. Enzim inhibitör aktiviteleri α-amilaz, α-glukozidaz ve tirozinaz enzimleri üzerinde spektrofotometrik yöntemlerle belirlenmiş ve IC₅₀ değerleri hesaplanmıştır.

Bulgular: Sentezlenen bileşikler belirgin yapı-aktivite ilişkileri sergilemiştir. Bileşik 2, α-amilaz ve α-glukozidaz enzimlerine karşı akarboz ile karşılaştırılabilir inhibitör aktivite göstererek en güçlü antidiyabetik aday olarak öne çıkmıştır. Bileşik 3 ve 4, özellikle ABTS radikal giderme ve indirgeme gücü deneylerinde daha yüksek antioksidan aktivite göstermiş, 4 ise sentezlenen bileşikler arasında en güçlü tirozinaz inhibitör aktivitesini sergilemiştir. Sonuçlar, para-klor substitüsyonunun karbonhidrat hidroliz enzimlerinin inhibisyonunu artırdığını, α,β-doymamış konjuge yan zincirin ise antioksidan ve tirozinaz inhibitör aktivitelerini olumlu yönde etkilediğini ortaya koymuştur.

Sonuç:Bu çalışma, Schiff bazı iskeletinde gerçekleştirilen küçük yapısal değişikliklerin biyolojik aktivite üzerinde önemli etkiler oluşturduğunu göstermiştir. Özellikle bileşik 2, güçlü α-amilaz ve α-glukozidaz inhibitör özellikleri ile potansiyel bir antidiyabetik aday olarak dikkat çekerken, 3 ve 4 üstün antioksidan ve tirozinaz inhibitör aktiviteleri ile öne çıkmıştır. Elde edilen bulgular, Schiff bazı türevlerinin çok fonksiyonlu biyolojik aktiviteye sahip yeni moleküllerin geliştirilmesi açısından umut verici yapılar olduğunu ortaya koymakta ve bu bileşiklerin etki mekanizmalarının aydınlatılmasına yönelik ileri biyolojik çalışmalar için bilimsel bir temel oluşturmaktadır.

Anahtar Kelimeler

• α-Amilaz inhibisyonu
• α-Glukosidaz inhibisyonu
• Antioksidant aktivite
• Schiff baz türevleri
• Yapı-aktivite ilişkisi
• Tirosinaz inhibisyonu

Kaynakça

1. International Diabetes Federation. IDF Diabetes Atlas. 10th ed. Brussels: International Diabetes Federation; 2021.
2. American Diabetes Association Professional Practice Committee. Standards of Care in Diabetes—2024. Diabetes Care. 2024;47(Suppl 1):S1-S321. doi:10.2337/dc24-SINT
3. Brownlee M. The pathobiology of diabetic complications: a unifying mechanism. Nature. 2005;434(7035):813-820. doi:10.1038/nature03536
4. Newsholme P, Cruzat V, Keane K, Carlessi R, de Bittencourt PIH Jr. Molecular mechanisms of ROS production and oxidative stress in diabetes. Biochem J. 2016;473(24):4527-4550. doi:10.1042/BCJ20160503
5. Rehman K, Akash MSH. Mechanisms of inflammatory responses and oxidative stress in diabetes mellitus. J Biomed Sci. 2017;24:1-32. doi:10.1186/s12929-016-0301-8
6. Betteridge DJ. What is oxidative stress? Metabolism. 2000;49(2 Suppl 1):3-8. doi:10.1016/S0026-0495(00)80077-3
7. Tundis R, Loizzo MR, Menichini F. Natural products as α-amylase and α-glucosidase inhibitors and their hypoglycaemic potential in the treatment of diabetes. Mini Rev Med Chem. 2010;10(4):315-331. doi:10.2174/138955710791331007
8. van de Laar FA. Alpha-glucosidase inhibitors in the early treatment of type 2 diabetes. Diabetes Care. 2005;28(1):154-163. doi:10.2337/diacare.28.1.154

9. Bischoff H. The mechanism of alpha-glucosidase inhibition in the management of diabetes. Clin Investig. 1994;72(7):541-547. doi:10.1007/BF00180056
10. Lebovitz HE. Alpha-glucosidase inhibitors. Endocrinol Metab Clin North Am. 1997;26(3):539-551. doi:10.1016/S0889-8529(05)70266-8
11. Pillaiyar T, Manickam M, Jung SH. Recent development of tyrosinase inhibitors: an overview of structure-activity relationships. J Med Chem. 2017;60(15):629-648. doi:10.1021/acs.jmedchem.6b01209
12. Chang TS. An updated review of tyrosinase inhibitors. Int J Mol Sci. 2009;10(6):2440-2475. doi:10.3390/ijms10062440
13. da Silva CM, da Silva DL, Modolo LV, Alves RB, de Resende MA, Martins CVB, et al. Schiff bases: A short review of their antimicrobial activities. J Adv Res. 2011;2(1):1-8. doi:10.1016/j.jare.2010.05.004
14. Miri R, Razzaghi-asl N, Mohammadi MK. QM study and biological activity of Schiff bases: A review. J Mol Model. 2013;19(2):727-746. doi:10.1007/s00894-012-1691-5
15. Kumar S, Dhar DN, Saxena PN. Applications of metal complexes of Schiff bases—A review. J Sci Ind Res. 2009;68:181-187.
16. Vigato PA, Tamburini S. The challenge of cyclic and acyclic Schiff bases in coordination chemistry. Coord Chem Rev. 2004;248(17-20):1717-2128. doi:10.1016/j.ccr.2004.04.018
17. Kajal A, Bala S, Kamboj S, Sharma N, Saini V. Schiff bases: A versatile pharmacophore. J Catal. 2013;2013:893512. doi:10.1155/2013/893512
18. Pervaiz M, Ahmad M, Yousaf M, Kirn S, Munir A. Synthesis, biological evaluation and medicinal significance of Schiff base derivatives: A review. J Mol Struct. 2022;1266:133535. doi:10.1016/j.molstruc.2022.133535
19. Dziuk B, Kaczmarek-Kędziera A, et al. Recent advances in Schiff base derivatives as biologically active compounds. Int J Mol Sci. 2021;22(3):1487. doi:10.3390/ijms22031487
20. Uysal S, Zengin G, Locatelli M, Bahadori MB, Mocan A, Bellagamba G, Aktumsek A, et al. Cytotoxic and enzyme inhibitory potential of two Potentilla species (P. speciosa L. and P. reptans Willd.) and their chemical composition. Front Pharmacol. 2017;8:290. doi:10.3389/fphar.2017.00290