Kinolin Bazlı İyonik Sıvının Yeşil Sentezi
Summary
Bu çalışmada, kinolin bazlı İyonik Sıvının (IL), yani 1-Heksadesilkinolin-1-ium bromür {[C16quin]Br}’nin yeşil sentezini, kinolini fazla miktarda 1-Bromoheksadekan ile karıştırarak ve Nükleer Manyetik Rezonans ve Kızılötesi spektroskopik ölçümler kullanılarak ayrıntılı karakterizasyonunu açıklıyoruz.
Abstract
Giderek büyüyen Antimikrobiyal Direnç (AMR) tehdidi, bakteri, virüs, parazit ve mantarların neden olduğu durmaksızın filizlenen enfeksiyonlara karşı mevcut antibiyotiklerin gücünü tehlikeye atarak insan sağlığı ve refahı için büyük bir tehdit oluşturmaktadır. Bu bağlamda, İyonik Sıvılar (IL’ler) mevcut antimikrobiyallere göre en çevre dostu, uçucu olmayan ve termal olarak kararlı alternatiflerden biri olan, yüksek çözünme potansiyeline ve düşük buhar basıncına sahip olan birkaç yeni molekül cesaretlerini kanıtlamıştır. Ayrıca, bu varlıkların protein yapılarını hem stabilize etmede hem de kararsızlaştırmada ve enzimatik aktiviteyi arttırmada kullanılması, biyomedikal endüstrisindeki potansiyellerini daha da artırmıştır. Bunu göz önünde bulundurarak, düşük sitotoksisite ve mükemmel yapay şaperon aktivitesi ile muazzam antimikrobiyal gücü sayesinde kinolin bazlı IL’nin yeşil sentezini ve karakterizasyonunu sunuyoruz. Burada, tek hazneli sentez yaklaşımını solventsiz, daha yeşil reaksiyon koşullarında manevra yapmak, yalnızca reaksiyon verimliliğini iyileştirmekle kalmadı, aynı zamanda kimyasal verimi de artırdı. Sentezlenen IL’nin saflığı, 1H Nükleer Manyetik Rezonans (NMR), 13C NMR ve Kızılötesi (IR) spektroskopisi kullanılarak doğrulandı. Sentezlenen bileşiğin biyolojik potansiyeli, Absorpsiyon, Dağılım, Metabolizma, Atılım ve Toksisite (ADMET) özelliklerinin analiz edilmesiyle daha da doğrulanır ve disk difüzyon testi kullanılarak doğrulanır.
Introduction
Dünya nüfusundaki muazzam artış, son birkaç yılda gıda, ilaçlar ve ölümlü organizmaların beslenmesi için diğer önemli ürünler de dahil olmak üzere çok çeşitli emtiaların tüketiminde muazzam bir artışa neden oluyor. Bu, dünya çapında son derece özelleşmiş, ekolojik olarak sağlam ve faydalı özelliklere sahip yeni kimyasal bileşikler arayışını canlandırdı. İyonik Sıvılar (IL’ler) bu konuda başarılı olduklarını kanıtlamıştır. Bu bileşiklerin bilimsel alandaki etkileri, çağdaş kimyasal teknolojilerdeki araştırmalarda yeni girişimleri desteklemiştir1. Konvansiyonel yaklaşımların aksine, IL’lerin kullanımı sadece ilerleyici reaksiyon koşullarını kolaylaştırmakla kalmaz, aynı zamanda deneysel araştırma ve geliştirme ile ilgili çeşitli biyokimyasal zorluklarla başa çıkmak için özelleştirilmiş bir stratejiyi de teşvik eder2.
Tipik olarak IL’ler, 100 °C’nin altında bir erime noktasına sahip katyonlar (organik) ve anyonlar (inorganik) içeren kararlı tuzlardır3. Yeşil kimyanın 12 ilkesine bağlı kalarak, ampirik olarak, bunlar geleneksel organik çözücülerin ikna edici ikameleridir4. Bu bileşiklerin kullanımıyla ilişkili şaşırtıcı özellikler, büyük içsel iletkenlik, polarite, çözünme eğilimi, termal kararlılık, uçuculuk, asitlik/bazlık, hidrofiliklik/hidrofobiklik ve ayarlanabilirliği kapsar ve IL’leri deneysel araştırmalar için en uygun hale getirir5.
Modern organik sentez 6, kataliz7 ve sensörler8,aktüatörler 9, piller 10 ve yakıt hücreleri11’i içeren çeşitli elektrokimyasal işlemlerde çeşitli IL sınıflarının geniş uygulamalarının yanı sıra, son birkaç yılda, bu bileşik sınıfı, AMR ışığında biyotıp alanında önemli bir tanınırlık kazanmıştır. Mevcut deneme süreleri, imidazolium, piridin, kolin ve pirol bazlı IL’lerin yüksek yükleri ve hidrofobiklikleri nedeniyle terapötik ajanlar olarak son derece etkili olduğunu ortaya koymaktadır12. Bununla birlikte, kinolin bazlı muadilleri hala patojenik mikroplara karşı en güçlü olarak kabul edilmektedir12. Bu IL sınıfına eşlik eden ek biyomedikal uygulamalar arasında yapay şaperon aktivitesi13, kanserli hücrelere karşı sitotoksisite14 ve mükemmel bir ilaç taşıma kapasitesi15 bulunur.
Geleneksel olarak, IL’lerin üretimi, diklorometan, benzen, karbon tetraklorür, dikloroetilen vb. gibi oldukça toksik çözücü ortamların kullanılmasını içerir.16, biyouyumluluğu engeller ve bileşiğin toksisitesini yükseltir, bu da onları biyolojik kullanım için istenmeyen hale getirir. Ek olarak, reaksiyon ortamında zararlı çözücülerin kullanılması sadece reaksiyon süresini yavaşlatmakla kalmaz, aynı zamanda çevreye salınan atık yan ürünlerin kasıtsız üretimini de artırır17. Ayrıca, reaksiyon ortamında kullanılan çözücü, nihai ürünün pH’ını da etkiler; Bu nedenle, reaksiyonun sonunda uzaklaştırılması, özellikle istenen bileşiğin proteinle ilgili biyolojik sistemler için kullanılması amaçlandığında hayati önem taşır. Bu nedenle, bu tür çözücülerin kullanımından uzak durmak yeşil kimya alanında olumludur.
Bu çalışmada, biyouyumlu ve toksik olmayan bir13 IL’nin, yani 1-Hekzadesilkinolin-1-ium bromürün daha yeşil bir yol kullanılarak tek kap sentezini rapor ediyoruz. Mevcut strateji, reaksiyon karışımı içinde oluşan IL’nin kendi kendine çözme yeteneğinden yararlanan, yüksek reaksiyon verimliliğini ve kimyasal verimi teşvik eden moleküler bir çözücünün kullanımını ihmal eder. Menschutkin reaksiyonu18, mevcut sentez metodolojisinin temelini oluşturur. Sentezlenen bileşiğin saflığı, NMR ve IR spektroskopisi kullanılarak incelenir. Bileşiğin farmakokinetik profili ve toksisitesi ADMET çalışmaları ile araştırılmıştır. Ayrıca, sentezlenen IL’nin patojenik Candida albicans suşuna karşı antimikrobiyal potansiyeli de çalışmada gösterilmiştir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Son zamanlarda, IL’ler, protein yeniden katlanması / şaperon aktivitesi, ilaç dağıtım araçları ve / veya çeşitli organik reaksiyonlarda katalizörler dahil olmak üzere biyokimyasal bilimler alanında çeşitli umut verici uygulamaları ortaya koymuştur. Ayarlanabilirlik, biyouyumluluk, çözünürlük, sürdürülebilirlik, stabilite vb. gibi ilgi çekici fizikokimyasal özellikleri, onları yeni terapötik ajanların geliştirilmesi için potansiyel adaylar haline getirmişt…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar, ICMR, Hindistan Hükümeti, Delhi-110029 [No./ICMR/ 52/06/2022-BIO/BMS]’den alınan hibenin mali desteğini minnetle kabul eder. Yazarlar ayrıca, analitik yardımı genişlettiği için Delhi Üniversitesi Bilim ve Enstrümantasyon Tesisi’ne (USIC) teşekkür eder. Kajal Sharma, INSPIRE programı (IF200397) aracılığıyla Bilim ve Teknoloji Bakanlığı’ndan alınan mali desteği kabul ediyor.
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).
.