Grüne Synthese von chinolinbasierter ionischer Flüssigkeit

Das monumentale Wachstum der Weltbevölkerung ist der Grund für einen enormen Anstieg des Verbrauchs einer Vielzahl von Rohstoffen in den letzten Jahren, darunter Lebensmittel, Medikamente sowie andere wichtige Produkte für die Ernährung sterblicher Organismen. Dies hat die Suche nach neuartigen chemischen Verbindungen mit außergewöhnlich spezialisierten, ökologisch unbedenklichen und vorteilhaften Eigenschaften weltweit verstärkt. Ionische Flüssigkeiten (ILs) haben sich in dieser Hinsicht als erfolgreich erwiesen. Die Bedeutung dieser Verbindungen im wissenschaftlichen Bereich hat neue Vorstöße in der Forschung auf dem Gebiet der zeitgenössischen chemischen Technologien gefördert¹. Im Gegensatz zu herkömmlichen Ansätzen ermöglicht die Verwendung von ILs nicht nur progressive Reaktionsbedingungen, sondern fördert auch eine maßgeschneiderte Strategie, um verschiedene biochemische Herausforderungen im Zusammenhang mit experimenteller Forschung und Entwicklung in den Griff zu bekommen².

Typischerweise sind IL stabile Salze, die aus Kationen (organisch) und Anionen (anorganisch) bestehen und einen Schmelzpunkt unter 100 °C^{besitzen 3}. Hält man sich an die 12 Prinzipien der grünen Chemie, so sind diese empirisch überzeugende Ersatzstoffe für die üblichen organischen Lösungsmittel⁴. Zu den erstaunlichen Eigenschaften, die mit der Verwendung dieser Verbindungen verbunden sind, gehören eine hohe intrinsische Leitfähigkeit, Polarität, Solvatationstendenz, thermische Stabilität, Nichtflüchtigkeit, Säure/Basizität, Hydrophilie/Hydrophobie und Abstimmbarkeit, wodurch ILs am besten für die experimentelle Forschung geeignet sind⁵.

Abgesehen von den umfangreichen Anwendungen verschiedener Klassen von ILs in der modernen organischen Synthese⁶, der Katalyse⁷ und verschiedenen elektrochemischen Prozessen mit Sensoren⁸, Aktuatoren⁹, Batterien¹⁰ und Brennstoffzellen¹¹ hat diese Klasse von Verbindungen in den letzten Jahren im Bereich der Biomedizin im Hinblick auf AMR eine bedeutende Anerkennung gefunden. Aktuelle Untersuchungen zeigen, dass ILs auf Basis von Imidazolium, Pyridin, Cholin und Pyrrol aufgrund ihrer hohen Ladung und Hydrophobie als Therapeutika äußerst wirksam sind¹². Chinolin-basierte Gegenstücke gelten jedoch nach wie vor als am wirksamsten gegen die pathogenen Mikroben¹². Zu den weiteren biomedizinischen Anwendungen, die mit dieser Klasse von ILs einhergehen, gehören die Aktivität des künstlichen Chaperons¹³, die Zytotoxizität gegen Krebszellen¹⁴ sowie eine ausgezeichnete Wirkstofftransportkapazität¹⁵.

Herkömmlicherweise beinhaltet die Herstellung von ILs die Verwendung von hochgiftigen Lösungsmittelmedien wie Dichlormethan, Benzol, Tetrachlorkohlenstoff, Dichlorethylen ^usw.16, wodurch die Biokompatibilität behindert und die Toxizität der Verbindung erhöht wird, wodurch sie für die biologische Verwendung unerwünscht sind. Darüber hinaus verlangsamt die Verwendung schädlicher Lösungsmittel in den Reaktionsmedien nicht nur die Reaktionszeit, sondern erhöht auch die unbeabsichtigte Produktion von Abfallnebenprodukten, die in die Umwelt freigesetzt werden¹⁷. Darüber hinaus beeinflusst auch das in den Reaktionsmedien verwendete Lösungsmittel den pH-Wert des Endprodukts. Daher ist seine Entfernung am Ende der Reaktion von entscheidender Bedeutung, insbesondere wenn die gewünschte Verbindung für proteinbezogene biologische Systeme verwendet werden soll. Daher ist es im Bereich der grünen Chemie vorteilhaft, sich von der Verwendung eines solchen Lösungsmittels fernzuhalten.

In dieser Studie berichten wir über die Eintopfsynthese eines biokompatiblen und untoxischen¹³ IL, nämlich 1-Hexadecylchinolin-1-iumbromid, auf einem umweltfreundlicheren Weg. Die vorliegende Strategie verzichtet auf die Verwendung eines molekularen Lösungsmittels, wodurch die Selbstsolvatisierungsfähigkeit des in der Reaktionsmischung gebildeten IL genutzt wird, was eine hohe Reaktionseffizienz und chemische Ausbeute fördert. Die Menschutkin-Reaktion¹⁸bildet die Grundlage der aktuellen Synthesemethodik. Die Reinheit der synthetisierten Verbindung wird mittels NMR- und IR-Spektroskopie untersucht. Das pharmakokinetische Profil der Substanz und die Toxizität wurden im Rahmen der ADMET-Studien untersucht. Darüber hinaus wurde in der Studie auch das antimikrobielle Potenzial des synthetisierten IL gegen den pathogenen Stamm Candida albicans nachgewiesen.