Synthesis, characterization and biological activity of Schiff bases based on chitosan and arylpyrazole moiety

Conclusions 
Chitosan was chemically modified with biologically active pyrazole moiety. Specifically, Chitosan 
Schiff bases were synthesized by the condensation of 3-(4-substituted-phenyl)-1-phenyl-1H-
pyrazole-4-carbaldehyde with chitosan. These chitosan derivatives were characterized by elemental 
analyses, FT-IR, XRD and TG analysis. It has been found that the type of substituent significantly 
affect the degree of substitution of the amino group of chitosan. The formation of Schiff base 
groups led to reduction of the crystallinity compared with chitosan. This can be attributed to the 
spatial hindrance and hydrophobic forces in the arylpyrazole groups. The stability of the prepared 
compounds was studied and the activation energy of degradation was calculated using Coats–
Redfern model. The thermal stability reduced by introducing Schiff base groups compared with 

---

Page 16 of 31
Accepted Manuscript
12
chitosan. The activation energy of the decomposition was found to be dependent on the type of 
substituent.
The antimicrobial activitiy of chitosan and the Schiff bases of chitosan were 
investigated against Streptococcus pneumonia, Bacillis subtilis and Escherichia coli bacterial 
species as well as Aspergillus fumigatus, Geotricum candidum and Syncephalastrum recemosum 
fungal species. The results indicated that the Schiff bases of chitosan had better antimicrobial 
activities than chitosan. The chitosan Schiff base with un-substituted arylpyrazole moiety was found 
to be more active against all examined microorganisms. 
References 
[1] M. Yazdani-Pedram, A. Lagos, J. Retuert, R. Guerrero, P. Riquelme, J. Macromol. Sci. Part A: 
Pure Appl. Chem. 32 (1995) 1037-1047. 
]
2
[ M. Yazdani
‐Pedram, J. Retuert, J. Appl. Polym. Sci. 63 (1997) 1321-1326. 
]
3
[ M. Sugimoto, M. Morimoto, H. Sashiwa, H. Saimoto, Y. Shigemasa, Carbohyd. Polym. 36 
(1998) 49-59. 
]
4
[ P.A. Felse, T. Panda, Bioprocess Eng. 20 (1999) 505-512. 
]
5
[ C.-M. Lehr, J.A. Bouwstra, E.H. Schacht, H.E. Junginger, Int. J. Pharm. 78 (1992) 43-48. 
]
6
[ N. Alves, J. Mano, Int. J. Biol. Macromol. 43 (2008) 401-414. 
]
7
[ W. Tiyaboonchai, Naresuan University Journal 11 (2013) 51-66. 
]
8
[ E. Mirzaei B, A. Ramazani SA, M. Shafiee, M. Danaei, Int. J. Polymer. Mater. Polymer. 
Biomater. 62 (2013) 605-611. 
]
9
[ S.J. Kim, S.J. Park, S.I. Kim, React. Funct. Polym. 55 (2003) 53-59. 
]
10
[
J. Zhang, Z. Zhang, Y. Song, H. Cai, React. Funct. Polym. 66 (2006) 916-923. 
]
11
[
E.I. Rabea, M.E.-T. Badawy, C.V. Stevens, G. Smagghe, W. Steurbaut, Biomacromolecules 4 
(2003) 1457-1465. 
]
12
[
K. El-Tahlawy, M.A. Gaffar, S. El-Rafie, Carbohyd. Polym. 63 (2006) 385-392. 
]
13
[
J. Wang, H. Wang, Int. J. Biol. Macromol. 48 (2011) 523-529. 
]
14
[
T. Baran, A. Menteş, H. Arslan, Int. j. Biol. Macromol. 72 (2015) 94-103. 
]
15
[
R. Muzzarelli, V. Baldassarre, F. Conti, P. Ferrara, G .Biagini, G. Gazzanelli, V. Vasi, 
Biomaterials 9 (1988) 247-252. 
]
16
[
R. Antony, S.T. David, K. Saravanan, K. Karuppasamy, S. Balakumar, Spectrochim Acta A. 
103 (2013) 423-430 
]
17
[
M.W. Sabaa, R.R. Mohamed, S. Eltaweel, R.S. Seoudi, J. Appl. Polym. Sci. 123 (2012) 3459-
3469. 

---

Page 17 of 31
Accepted Manuscript
13
]
18
[
N.A. Mohamed, M.W. Sabaa, A.H. El-Ghandour, M.M. Abdel-Aziz, O.F. Abdel-Gawad, Int. 
J. Biol. Macromol. 60 (2013) 156-164. 
]
19
[
R.R. Mohamed, R.S. Seoudi, M.W. Sabaa, Cellulose, 19 (2012) 947-958. 
[20] M. EI Badawy. Polym. Int. 57 (2008) 254–261. 
]
21
[
X. Jin, J. Wang, J. Bai, Carbohydr. Res. 344 (2009) 825-829. 
]
22
[
S. Hirano, K. Nagamura, M. Zhang, S.K. Kim, B.G. Chung, M. Yoshikawa, T. Midorikawa, 
Carbohyd. Polym. 38 (1999) 293-298. 
]
23
[
K. Kurita, S. Mori, Y. Nishiyama, M. Harata, Polym. Bull. 48 (2002) 159-166. 
]
24
[
G.K. Moore, G.A. Roberts, Int. J. Biol. Macromol. 3 (1981) 337-340. 
]
25
[
H. Sashiwa, Y. Shigemasa, Carbohyd. Polym. 39 (1999) 127-138. 
]
26
[
V. Mourya, N.N. Inamdar, React. Funct. Polym. 68 (2008) 1013-1051. 
]
27
[
J. Xiao-xia, J. Wang, J. Bai, J Chem Eng Chinese Univ, 24 (2010) 645-650. 
[28] L. Canali, D.C. Sherrington, Chem. Soc. Rev. 28 (1999) 85–93. 
[29] X. Pang, X. Chen, H. Du, X. Wang, X. Jing, J. Organomet. Chem. 692 (2007)5605–5613.
[30] N.M. Alves, J.F. Mano, Int. J. Biol. Macromol. 43 (2008) 401–414. 
[31] M. Monier, Int. J. Biol. Macromol. 50 (2012) 773–781. 
]
32
[
R. Antony, S.T.D. Manickam, K. Saravanan, K. Karuppasamy, S. Balakumar, J. Mol. Struct., 
1050 (2013) 53- 60. 
[33] R. Antony at all.,2013, Journal of Molecular Structure 1050 (2013) 53-60. 
[34] N.M. Alves, J.F. Mano, Int. J. Biol. Macromol. 43 (2008) 401–414. 
]
35
[
D. Vyas, S. Tala, J. Akbari, M. Dhaduk, H. Joshi, Ind. J. Chem., Sect. B\ Organic including 
medicinal 48 (2009) 1405. 
]
36
[
E.I. Klimova, M. Martı
́nez Garcı́a, T. Klimova Berestneva, C. Alvarez Toledano, R. Alfredo 
Toskano, L. Ruı́z Ramı́rez, J. Organomet. Chem. 585 (1999) 106-114. 
]
37
[
N. S Shah, A. Biradar, S.I. Habib, J. Dhole, M. Baseer, P. Kulkarni, Der Pharma Chem. 3 
(2011) 167-171. 
]
38
[
M. Avadi, A. Sadeghi, A. Tahzibi, K. Bayati, M. Pouladzadeh, M. Zohuriaan-Mehr, M. 
Rafiee-Tehrani, Eur. Polym. J. 40 (2004) 1355-1361. 
]
39
[
S.M. Rida, M.N. Saudi, A.M. Youssef, M.A. Halim, Lett. Org. Chem. 6 (2009) 282-288. 
]
40
[
M. Kira, M. Abdel-Rahman, K. Gadalla, Tetrahedron Lett. 10 (1969) 109-110. 
]
41
[
L. Hai-hong, Chem. Res. Appl. 2 (2007) 024. 
]
42
[
A. Senso, P. Franco, L. Oliveros, C. Minguillón, Carbohydr. Res. 329 (2000) 367-376. 

---

Page 18 of 31
Accepted Manuscript
14
]
43
[
A. C. Scott, Laboratory control of antimicrobial therapy, In: Mackie & McCartney Practical 
medical Microbiology, J. G. Collee, J. P. Duguid, A. G. Fraser, B. P. Marmion (Eds), United 
Kingdom-Edinburgh: Churchill Livingstone, 1989, pp. 161-181. 
]
44
[
K.R. K Saini, S.A. Choudhary, Y.C. Joshi, P. Joshi, J. Chem. 2 (2005) 224-227. 
]
45
[
M. Bhuiyan, M. Hossain, M. Mahmud, M. Al-Amin, Chem. J. 1 (2011) 21-28. 
]
46
[
L.S. Guinesi, E.T.G. Cavalheiro, Carbohyd. Polym. 65 (2006) 557-561. 
]
47
[
A.K. Sah, C.P. Rao, P.K. Saarenketo, E. Kolehmainen, K. Rissanen, Carbohydr. Res. 335 
(2001) 33-43. 
]
48
[
D.-H. Li, L.-M. Liu, K.-L. Tian, J.-C. Liu, X.-Q. Fan, Carbohyd. Polym. 67 (2007) 40-45. 
]
49
[
Y. Zhang, C. Xue, Y. Xue, R. Gao, X. Zhang, Carbohydr. Res. 340 (2005) 1914-1917. 
]
50
[
T.F. Jiao, J. Zhou, J. Zhou, L. Gao, Y. Xing, X. Li, Iran. Polym. J. 20 (2011) 123-136. 
]
51
[
N. Lomadze, H.-J. Schneider, Tetrahedron, 61 (2005) 8694-8698. 
]
52
[
M. Bengisu, E. Yilmaz, Carbohyd. Polym. 50 (2002) 165-175. 
]
53
[
A. Pawlak, M. Mucha, Thermochim. Acta 396 (2003) 153-166. 
]
54
[
T. Wanjun, W. Cunxin, C. Donghua, Polym. Degrad. Stab. 87 (2005) 389-394. 
]
55
[
F. López, A. Mercê, F.J. Alguacil, A. López-Delgado, J. Therm. Anal. Calorim. 91 (2008) 
633-639. 
]
56
[
A. Coats, J. Redfern, Nature 201 (1964) 68-69. 
]
57
[
Q. Feng, J. Wu, G. Chen, F. Cui, T. Kim, J. Kim, J. Biomed. Mater. Res. (2001) 662-668. 
]
58
[
L. Hadwiger, D. Kendra, B. Fristensky, W. Wagoner, Chitosan both activates genes in plants 
and inhibits RNA synthesis in fungi, in: Chitin in nature and technology, Springer, 1986, pp. 209-
214. 
]
59
[
R. Cuero, G. Osuji, A. Washington, Biotechnol. Lett, 13 (1991) 441-444. 

---

Page 19 of 31
Accepted Manuscript
15