סינתזה ירוקה של נוזל יוני על בסיס קינולין
Summary
בעבודה הנוכחית, אנו מבהירים את הסינתזה הירוקה של נוזל יוני מבוסס קווינולין (IL), כלומר, 1-Hexadecylquinolin-1-ium bromide {[C16quin]Br} על ידי ערבוב quinoline עם עודף של 1-Bromohexadecane, יחד עם אפיון מפורט שלה באמצעות תהודה מגנטית גרעינית ומדידות ספקטרוסקופיות אינפרא אדום.
Abstract
האיום ההולך וגובר של עמידות מיקרוביאלית (AMR) מסכן את עוצמתה של האנטיביוטיקה הרווחת נגד זיהומים נובטים ללא רחם הנוצרים על ידי חיידקים, וירוסים, טפילים כמו גם פטריות, ומהווים איום גדול על בריאות האדם ורווחתו. בהקשר זה, מספר מולקולות חדשות הוכיחו את יכולתן, כאשר נוזלים יוניים (ILs) הם אחת החלופות הידידותיות ביותר לסביבה, לא נדיפות ויציבות תרמית לאנטי-מיקרוביאלים הקיימים, בעלי פוטנציאל המסה גבוה כמו גם לחץ אדים נמוך. יתר על כן, ניצולם של גופים אלה הן בייצוב והן בערעור מבנים חלבוניים והגברת הפעילות האנזימטית העלה עוד יותר את הפוטנציאל שלהם בתעשייה הביו-רפואית. לאור זאת, אנו מציגים את הסינתזה והאפיון הירוק של IL מבוסס קווינולין, בשל עוצמתו האנטי-מיקרוביאלית העצומה, עם ציטוטוקסיות נמוכה ופעילות רבה של מלווה מלאכותי. כאן, תמרון גישת הסינתזה של סיר אחד בתנאי תגובה ירוקים ונטולי ממסים לא רק שיפר את יעילות התגובה אלא גם הגביר את התפוקה הכימית. טוהר ה-IL המסונתז אומת באמצעות תהודה מגנטית גרעינית 1H (NMR), 13C NMR וספקטרוסקופיית אינפרא-אדום (IR). הפוטנציאל הביולוגי של התרכובת המסונתזת מאומת עוד יותר על ידי ניתוח תכונות הספיגה, ההפצה, חילוף החומרים, ההפרשה והרעילות שלה (ADMET) ומאומת באמצעות בדיקת דיפוזיית דיסק.
Introduction
הגידול המונומנטלי באוכלוסיית העולם אחראי לעלייה עצומה בצריכה של מגוון עצום של סחורות בשנים האחרונות, כולל מזון, תרופות, כמו גם מוצרים חיוניים אחרים למחייתם של אורגניזמים בני תמותה. זה המריץ את החיפוש אחר תרכובות כימיות חדשות עם תכונות מיוחדות, אקולוגיות ומועילות במיוחד ברחבי העולם. נוזלים יוניים (ILs) הוכיחו את עצמם בהקשר זה. ההשלכות של תרכובות אלה בתחום המדעי חיזקו מיזמים חדשים במחקר בטכנולוגיות כימיות עכשוויות1. בניגוד לגישות המקובלות, השימוש ב- ILs לא רק מקל על תנאי תגובה מתקדמים אלא גם מקדם אסטרטגיה מותאמת אישית להתמודדות עם אתגרים ביוכימיים שונים הקשורים למחקר ופיתוח ניסיוני2.
בדרך כלל, ILs הם מלחים יציבים המהווים קטיונים (אורגניים) ואניונים (אנאורגניים), בעלי נקודת התכה מתחת ל -100 מעלות צלזיוס3. בהתאם ל-12 העקרונות של הכימיה הירוקה, מבחינה אמפירית, אלה הם תחליפים משכנעים לממסים האורגניים המקובלים4. התכונות המדהימות הקשורות לניצול תרכובות אלה כוללות מוליכות פנימית רבה, קוטביות, נטייה להמסה, יציבות תרמית, אי-נדיפות, חומציות/בסיסיות, הידרופיליות/הידרופוביות וכוונון, מה שהופך את ILs למתאימים ביותר למחקר ניסיוני5.
מלבד היישומים הנרחבים של סוגים שונים של ILs בסינתזה אורגנית מודרנית6, קטליזה7, ותהליכים אלקטרוכימיים שונים המערבים חיישנים8, מפעילים9, סוללות10 ותאי דלק11, במהלך השנים האחרונות, סוג זה של תרכובות קיבל הכרה משמעותית בתחום הביו-רפואה לאור AMR. בדיקות נוכחיות מגלות כי ILs המבוססים על אימידזוליום, פירידין, כולין ופירול יעילים ביותר כחומרים טיפוליים בשל המטען הגבוה וההידרופוביות שלהם12. עם זאת, עמיתים מבוססי קווינולין עדיין נחשבים החזקים ביותר נגד חיידקים פתוגניים12. יישומים ביו-רפואיים נוספים הנלווים לסוג זה של ILs כוללים פעילות מלווה מלאכותי13, ציטוטוקסיות נגד תאים סרטניים14 וכן יכולת נשיאת תרופות מצוינת15.
באופן קונבנציונלי, ייצור ILs כרוך בשימוש במדיומים רעילים ביותר של ממסים כגון דיכלורומתאן, בנזן, פחמן טטרכלוריד, דיכלורואתילן וכו ‘.16, מה שמעכב את התאימות הביולוגית ומעלה את הרעילות של התרכובת, מה שהופך אותם ללא רצויים לשימוש ביולוגי. בנוסף, השימוש בממסים מזיקים באמצעי התגובה לא רק מאט את זמן התגובה אלא גם מגביר את הייצור הלא מכוון של תוצרי לוואי של פסולת המשתחררת לסביבה17. יתר על כן, הממס המשמש בתקשורת התגובה משפיע גם על ה- pH של המוצר הסופי; לפיכך, הסרתו בסוף התגובה היא חיונית, במיוחד כאשר התרכובת הרצויה מיועדת לשמש למערכות ביולוגיות הקשורות לחלבון. לפיכך, התרחקות משימוש בממס כזה היא חיובית בתחום הכימיה הירוקה.
במחקר זה, אנו מדווחים על סינתזה של סיר אחד של13 IL תואם ביולוגית ולא רעיל, כלומר, 1-Hexadecylquinolin-1-ium bromide, באמצעות מסלול ירוק יותר. האסטרטגיה הנוכחית משמיטה את השימוש בממס מולקולרי, תוך מינוף יכולת המסה עצמית של IL הנוצרת בתוך תערובת הריאקציה, ומקדמת יעילות תגובה גבוהה ותשואה כימית. תגובת מנשוטקין18מהווה את הבסיס למתודולוגיית הסינתזה הנוכחית. טוהר התרכובת המסונתזת נבדק באמצעות ספקטרוסקופיית NMR ו- IR. הפרופיל הפרמקוקינטי של התרכובת והרעילות נחקרו באמצעות מחקרי ADMET. יתר על כן, הפוטנציאל האנטי-מיקרוביאלי של IL המסונתז כנגד זן קנדידה אלביקנס הפתוגני הודגם גם הוא במחקר.
Protocol
Representative Results
Discussion
לאחרונה, ILs חשפו יישומים מבטיחים שונים בתחום המדעים הביוכימיים, כולל קיפול מחדש / פעילות מלווה חלבונים, כלי משלוח תרופות, ו / או זרזים במספר תגובות אורגניות. התכונות הפיזיקוכימיות המסקרנות שלהם, כגון כוונון, תאימות ביולוגית, מסיסות, קיימות, יציבות וכו ‘, הפכו אותם למועמדים ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מודים בהכרת תודה על התמיכה הכספית במענק שהתקבל מ- ICMR, ממשלת הודו, דלהי-110029 [No./ICMR/ 52/06/2022-BIO/BMS]. המחברים רוצים גם להודות למתקן המדע והמכשור של האוניברסיטה (USIC), אוניברסיטת דלהי, על הרחבת העזרה האנליטית. קג’אל שארמה מכיר בתמיכה הכספית שהתקבלה מהמחלקה למדע וטכנולוגיה באמצעות תוכנית INSPIRE (IF200397).
Materials
| 1-bromohexadecane | Merck | CAS no.112-82-3 | 95% pure (as determined by HPLC analysis) |
| Ethyl acetate | Merck | CAS no. 205-500-4 | 95% pure (as determined by HPLC analysis) |
| Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectrometer | Jeol, Model: JNM-ECZ 400S | Nil | Nil |
| Quinoline | Merck | CAS no.91-22-5 | 95% pure (as determined by HPLC analysis) |
| Toluene | Merck | CAS no. 108-88-3 | 95% pure (as determined by HPLC analysis) |
References
- Vekariya, R. L. A review of ionic liquids: Applications towards catalytic organic transformations. J Mol Liquids. 227 (3), 44-60 (2017).
- Pena-Pereira, F., Kloskowski, A., Namieśnik, J. Perspectives on the replacement of harmful organic solvents in analytical methodologies: a framework toward the implementation of a generation of eco-friendly alternatives. Green Chem. 17 (7), 3687-3705 (2015).
- Anastas, P. T., Kirchhoff, M. M. Origins, current status, and future challenges of green chemistry. Account Chem Res. 35 (9), 686-694 (2002).
- Cull, S. G., Holbrey, J. D., Vargas-Mora, V., Seddon, K. R., Lye, G. J. Room-temperature ionic liquids as replacements for organic solvents in multiphase bioprocess operations. Biotech Bioeng. 69 (2), 227-233 (2000).
- Rooney, D. W., Jacquemin, J., Gardas, R. L. Thermophysical properties of ionic liquids. Ionic Liquids. 3 (5), 185-212 (2010).
- Qureshi, Z. S., Deshmukh, K. M., Bhanage, B. M. Applications of ionic liquids in organic synthesis and catalysis. Clean Tech Environ Policy. 16 (8), 1487-1513 (2014).
- Welton, T. Ionic liquids in catalysis. Coord Chem Rev. 248 (21-24), 2459-2477 (2004).
- Singh, V. V., et al. Applications of ionic liquids in electrochemical sensors and biosensors. Int J Electrochem. 2012 (9), 112-125 (2012).
- Must, I., et al. Ionic liquid-based actuators working in air: The effect of ambient humidity. Sens Actuat B: Chemical. 202 (3), 114-122 (2014).
- Ray, A., Saruhan, B. Application of ionic liquids for batteries and supercapacitors. Materials. 14 (11), 2942 (2021).
- Alashkar, A., et al. A critical review on the use of ionic liquids in proton exchange membrane fuel cells. Membranes. 12 (2), 178 (2022).
- Busetti, A., Crawford, R. J., Ivanova, E. P. Antimicrobial and antibiofilm activities of 1-alkylquinolinium bromide ionic liquids. Green Chem. 12 (3), 420-425 (2010).
- Sharma, K., Sharma, M. In vitro anti-biofilm activity and the artificial chaperone activity of quinoline-based ionic liquids. Colloids Surfaces B: Biointer. 235, 113773 (2024).
- Qashou, E., et al. Antiproliferative activities of lipophilic fluoroquinolones-based scaffold against a panel of solid and liquid cancer cell lines. Asian Paci J Cancer Prevent. 23 (5), 1529-1538 (2022).
- Patel, H. M. Synthesis of new mannich products bearing quinoline nucleus using reusable ionic liquid and antitubercular evaluation. Green Sust Chem. 5 (4), 137-144 (2015).
- Joshi, D. R., Adhikari, N. An overview on common organic solvents and their toxicity. J Pharm Res Int. 28 (3), 1-18 (2019).
- Sanchez, J. M. Air and breath analysis for the assessment of exposure to solvent emissions in university chemistry laboratories. Atm Pollut Res. 10 (6), 1795-1802 (2019).
- Sowmiah, S., Esperanca, J. M. S. S., Rebelo, L. P. N., Afonso, C. A. M. On the chemical stabilities of ionic liquids. Molecules. 14 (9), 3780-3813 (2009).
- JoVE Science Education Database. Organic Chemistry II. Infrared Spectroscopy. , (2024).
- Zhuo, Y., et al. Ionic liquids in pharmaceutical and biomedical applications: A review. Pharmaceutics. 16 (1), 151 (2024).
- Hameed, A., et al. Process for the preparation of quinoline-based ionic fluoride salts (QUFS). US patent. , (2017).
.