Name: Zielona synteza cieczy jonowej na bazie chinoliny (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-09-27T14:50:00.000+00:00
Duration: 5 min 59 s
Description: Poznaj zieloną syntezę cieczy jonowej na bazie chinoliny z wykorzystaniem NMR i IR. Ta metoda umożliwia otrzymanie nowych związków o potencjalnym zastosowaniu przeciwbakteryjnym.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Autorzy dziękują za finansowe wsparcie grantu otrzymanego od ICMR, rządu Indii, Delhi-110029 [No./ICMR/ 52/06/2022-BIO/BMS]. Autorzy pragną również podziękować Uniwersyteckiemu Ośrodku Nauki i Oprzyrządowania (USIC), University of Delhi, za rozszerzenie pomocy analitycznej. Kajal Sharma dziękuje za wsparcie finansowe otrzymane od Departamentu Nauki i Technologii w ramach programu INSPIRE (IF200397).

UWAGA: bromek 1-heksadecylochinolino-1-ium{[C16quin]Br} został zsyntetyzowany zgodnie z wcześniejszym opisem Sharma et al.13.
1. Przygotowanie i sterylizacja aparatury szklanej 
UWAGA: Powinno to być zrobione co najmniej 1 dzień przed przygotowaniem reakcji do syntezy pożądanego związku.
<ol>
	<li>Dokładnie umyj kolbę okrągłodenną (RB) o pojemności 24/29 ml i 250 ml wraz z innymi szklanymi urządzeniami, takimi jak cylindry miarowe itp., a następnie spłucz wodą destylowaną, a następnie acetonem.</li>
	<li>Wysuszyć umyte urządzenie w suszarce z gorącym powietrzem w temperaturze 60 °C, aż urządzenie całkowicie wyschnie do dalszego użytku. 
	UWAGA: Zazwyczaj umyte urządzenie należy umieszczać na noc w suszarce, aby całkowicie usunąć film wodny i upewnić się, że system reakcyjny jest wolny od zanieczyszczeń.</li>
</ol>
2. Ustawianie aparatury
UWAGA: Aparatura powinna być odpowiednio zaciśnięta, aby zapewnić równomierne podgrzewanie reagentów. Schemat ideowy układu reakcji jest pokazany na <silna klasa="xfig">Rysunek 1.
<ol>
	<li>Umieść kąpiel olejową na płycie grzejnej z mieszadłem magnetycznym. Przed rozpoczęciem reakcji podgrzać łaźnię olejową do temperatury 80 °C.</li>
	<li>Pozostawić RB w kąpieli olejowej za pomocą stojaka retortowego z rurką w taki sposób, aby był do połowy zanurzony w kąpieli olejowej umieszczonej na płycie grzejnej z mieszadłem magnetycznym.</li>
	<li>Uszczelnić górny otwór RB korkiem stanowiącym igłę do przeczyszczania, następnie połączoną ze strzykawką z przymocowanym do niej balonemN2.</li>
	<li>Uszczelnić szczelnie drugą szyjkę RB za pomocą innego gumowego korka, aby uniknąć wycieku N2 z pożywki reakcyjnej.</li>
	<li>Podgrzej całe podłoże do temperatury 80 °C w atmosferze obojętnej utrzymywanej przez przedmuchiwanieN2 przed dodaniem reagentów do RB.</li>
	<li>Kilkakrotnie napełniać balonN2, aby zapewnić bezwładność układu reakcyjnego i utrzymać temperaturę przez cały czas (stąd preferowane jest ogrzewanie w kąpieli olejowej).</li>
</ol>
3. Dodawanie reagentów do układu reakcyjnego
<ol>
	<li>Wlać 0,1 M chinoliny i 0,105 M 1-bromoheksadekanu do układu reakcyjnego bez naruszania zadanego środowiska reakcji.</li>
	<li>Mieszaj zawartość w sposób ciągły z prędkością 2500-3000 obr./min przez 3 dni w obojętnym środowisku i stałej temperaturze.</li>
</ol>
4. Oczyszczanie/rekrystalizacja związku
UWAGA: Cały produkt nie powinien być poddawany ponownej krystalizacji. Zamiast tego należy wybrać rekrystalizację partii, aby uniknąć strat produktu.
<ol>
	<li>Otrzymaną substancję stałą rozpuścić w mieszaninie toluenu i etanianu etylu w stosunku 1:2. Schłodzić tę mieszaninę do temperatury -15 °C w głębokiej zamrażarce (temperatura ustawiona na -15 °C) i przefiltrować pod próżnią za pomocą lejka Buchnera, podłączonego do pompy próżniowej i kolby filtracyjnej przez rurkę. Umieścić polipropylenową membranę filtracyjną o wielkości porów 0,45 μm w lejku Buchnera, zakrywając całe dno filtra. Wlej niewielką ilość mieszaniny rozpuszczalników przez filtr, aby stworzyć odpowiednie uszczelnienie, zapobiegając wszelkim wyciekom powietrza przez zestaw.</li>
	<li>Przefiltrowany produkt umyć zimnym toluenem, stopniowo przelewając rozpuszczalnik przez lejek, a następnie wysuszyć w temperaturze 70 °C w piecu próżniowym. Powtórz tę procedurę 2x, aby zapewnić wysoką czystość pożądanego związku.</li>
</ol>
5. Walidacja związku za pomocą spektroskopii NMR
<ol>
	<li>Przed poddaniem związku działaniu 1H NMR i 13C NMR należy go rozpuścić w deuterowanym chloroformie (CDCl3), odmierzając 1-10 mg związku i rozpuszczając go w około 1 ml CDCl3. </li>
	<li>Wstrzyknąć tę mieszaninę do probówki NMR za pomocą strzykawki o pojemności 1 ml do analizy próbki pod spektrometrem NMR. Przygotowanie próbki jest identyczne zarówno dla 1H NMR, jak i 13C NMR.</li>
</ol>
6. Charakterystyka IR zsyntetyzowanego IL
<ol>
	<li>Nie jest wymagane przygotowanie próbki do uzyskania widm IR związku.</li>
	<li>Poddaj kilka mg próbki stałej spektrometrowi IR, aby uzyskać wgląd w różne grupy funkcyjne obecne w zsyntetyzowanym związku. Odczyty uzyskano, jak pokazano wcześniej19.</li>
</ol>
7. Przewidywanie właściwości ADMET
<ol>
	<li>Wprowadź kanoniczne SMILES żądanego IL do bezpłatnego oprogramowania online ADMETLAB 2.0 i uruchom program, aby uzyskać różne parametry, potwierdzając ich potencjał biologiczny.</li>
</ol>
8. Test dyfuzji krążków demonstrujący biomedyczne zastosowanie zsyntetyzowanego IL
<ol>
	<li>Wstępną hodowlę szczepu grzyba Candida albicans (ATCC 90028) w bulionie dekstrozy peptonowej (YPD) drożdży przez prawie 16 godzin w inkubatorze z wytrząsarką BZT w temperaturze 37 °C.</li>
	<li>Przygotuj podłoże agarowe YPD, mieszając 1% ekstraktu drożdżowego, 2% peptonu, 2% dekstrozy i 1,5% agaru w 1 litrze podwójnie destylowanej wody. Wlać 25 ml świeżo uformowanej pożywki agarowej YPD do 90 mm płytki Petriego po autoklawowaniu przez 15 minut w temperaturze 121 °C. Pozostawić płytki w spokoju, aby umożliwić prawidłowe zestalenie podłoża.</li>
	<li>Po całkowitym zestaleniu się płytki rozprowadzić około 100 μl świeżo przygotowanego inokulum grzybowego jednorodnie na płytce zawierającej pożywkę, używając szklanego rozsiewacza. Pozostaw płytki w spokoju przez 5-7 minut w okapie z przepływem laminarnym.</li>
	<li>Umieść sterylny okrągły krążek papierowy o średnicy 5-6 mm na środku tej samej płytki za pomocą kleszczy.</li>
	<li>Stopniowo dodawać 50 μl 0,1 mM wodnego roztworu zsyntetyzowanego IL na krążek za pomocą pipety o pojemności 20-200 μl.</li>
	<li>Wstaw płytkę do lodówki na około 30 minut, aby zapewnić prawidłową dyfuzję IL do agaru. Umieścić płytkę w inkubatorze BZT nastawionym na 37 °C na 24 godziny.</li>
	<li>Zmierzyć strefę zahamowania (łącznie ze średnicą tarczy) za pomocą skali pomiarowej i obliczyć obszar pod tą strefą zgodnie z równaniem 1. 
	Powierzchnia = πr2 (1)</li>
</ol>

Synthesis of Quinoline-Based Ionic Liquids for Antimicrobial Applications

<ol><li>Vekariya, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+of+ionic+liquids%3A+Applications+towards+catalytic+organic+transformations%5BTitle%5D)+AND+%22J+Mol+Liquids%22%5BJournal%5D)">A review of ionic liquids: Applications towards catalytic organic transformations.</a> J Mol Liquids. 227 (3), 44-60 (2017).</li>
<li>Pena-Pereira, F., Kloskowski, A., Namieśnik, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Perspectives+on+the+replacement+of+harmful+organic+solvents+in+analytical+methodologies%3A+a+framework+toward+the+implementation+of+a+generation+of+eco-friendly+alternatives%5BTitle%5D)+AND+%22Green+Chem%22%5BJournal%5D)">Perspectives on the replacement of harmful organic solvents in analytical methodologies: a framework toward the implementation of a generation of eco-friendly alternatives.</a> Green Chem. 17 (7), 3687-3705 (2015).</li>
<li>Anastas, P. T., Kirchhoff, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Origins%2C+current+status%2C+and+future+challenges+of+green+chemistry%5BTitle%5D)+AND+%22Account+Chem+Res%22%5BJournal%5D)">Origins, current status, and future challenges of green chemistry.</a> Account Chem Res. 35 (9), 686-694 (2002).</li>
<li>Cull, S. G., Holbrey, J. D., Vargas-Mora, V., Seddon, K. R., Lye, G. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Room-temperature+ionic+liquids+as+replacements+for+organic+solvents+in+multiphase+bioprocess+operations%5BTitle%5D)+AND+%22Biotech+Bioeng%22%5BJournal%5D)">Room-temperature ionic liquids as replacements for organic solvents in multiphase bioprocess operations.</a> Biotech Bioeng. 69 (2), 227-233 (2000).</li>
<li>Rooney, D. W., Jacquemin, J., Gardas, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermophysical+properties+of+ionic+liquids%5BTitle%5D)+AND+%22Ionic+Liquids%22%5BJournal%5D)">Thermophysical properties of ionic liquids.</a> Ionic Liquids. 3 (5), 185-212 (2010).</li>
<li>Qureshi, Z. S., Deshmukh, K. M., Bhanage, B. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Applications+of+ionic+liquids+in+organic+synthesis+and+catalysis%5BTitle%5D)+AND+%22Clean+Tech+Environ+Policy%22%5BJournal%5D)">Applications of ionic liquids in organic synthesis and catalysis.</a> Clean Tech Environ Policy. 16 (8), 1487-1513 (2014).</li>
<li>Welton, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ionic+liquids+in+catalysis%5BTitle%5D)+AND+%22Coord+Chem+Rev%22%5BJournal%5D)">Ionic liquids in catalysis.</a> Coord Chem Rev. 248 (21-24), 2459-2477 (2004).</li>
<li>Singh, V. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Applications+of+ionic+liquids+in+electrochemical+sensors+and+biosensors%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Electrochem%22%5BJournal%5D)">Applications of ionic liquids in electrochemical sensors and biosensors.</a> Int J Electrochem. 2012 (9), 112-125 (2012).</li>
<li>Must, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ionic+liquid-based+actuators+working+in+air%3A+The+effect+of+ambient+humidity%5BTitle%5D)+AND+%22Sens+Actuat+B%3A+Chemical%22%5BJournal%5D)">Ionic liquid-based actuators working in air: The effect of ambient humidity.</a> Sens Actuat B: Chemical. 202 (3), 114-122 (2014).</li>
<li>Ray, A., Saruhan, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Application+of+ionic+liquids+for+batteries+and+supercapacitors%5BTitle%5D)+AND+%22Materials%22%5BJournal%5D)">Application of ionic liquids for batteries and supercapacitors.</a> Materials. 14 (11), 2942(2021).</li>
<li>Alashkar, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+critical+review+on+the+use+of+ionic+liquids+in+proton+exchange+membrane+fuel+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Membranes%22%5BJournal%5D)">A critical review on the use of ionic liquids in proton exchange membrane fuel cells.</a> Membranes. 12 (2), 178(2022).</li>
<li>Busetti, A., Crawford, R. J., Ivanova, E. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Antimicrobial+and+antibiofilm+activities+of+1-alkylquinolinium+bromide+ionic+liquids%5BTitle%5D)+AND+%22Green+Chem%22%5BJournal%5D)">Antimicrobial and antibiofilm activities of 1-alkylquinolinium bromide ionic liquids.</a> Green Chem. 12 (3), 420-425 (2010).</li>
<li>Sharma, K., Sharma, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vitro+anti-biofilm+activity+and+the+artificial+chaperone+activity+of+quinoline-based+ionic+liquids%5BTitle%5D)+AND+%22Colloids+Surfaces+B%3A+Biointer%22%5BJournal%5D)">In vitro anti-biofilm activity and the artificial chaperone activity of quinoline-based ionic liquids.</a> Colloids Surfaces B: Biointer. 235, 113773(2024).</li>
<li>Qashou, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Antiproliferative+activities+of+lipophilic+fluoroquinolones-based+scaffold+against+a+panel+of+solid+and+liquid+cancer+cell+lines%5BTitle%5D)+AND+%22Asian+Paci+J+Cancer+Prevent%22%5BJournal%5D)">Antiproliferative activities of lipophilic fluoroquinolones-based scaffold against a panel of solid and liquid cancer cell lines.</a> Asian Paci J Cancer Prevent. 23 (5), 1529-1538 (2022).</li>
<li>Patel, H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+new+mannich+products+bearing+quinoline+nucleus+using+reusable+ionic+liquid+and+antitubercular+evaluation%5BTitle%5D)+AND+%22Green+Sust+Chem%22%5BJournal%5D)">Synthesis of new mannich products bearing quinoline nucleus using reusable ionic liquid and antitubercular evaluation.</a> Green Sust Chem. 5 (4), 137-144 (2015).</li>
<li>Joshi, D. R., Adhikari, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+overview+on+common+organic+solvents+and+their+toxicity%5BTitle%5D)+AND+%22J+Pharm+Res+Int%22%5BJournal%5D)">An overview on common organic solvents and their toxicity.</a> J Pharm Res Int. 28 (3), 1-18 (2019).</li>
<li>Sanchez, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Air+and+breath+analysis+for+the+assessment+of+exposure+to+solvent+emissions+in+university+chemistry+laboratories%5BTitle%5D)+AND+%22Atm+Pollut+Res%22%5BJournal%5D)">Air and breath analysis for the assessment of exposure to solvent emissions in university chemistry laboratories.</a> Atm Pollut Res. 10 (6), 1795-1802 (2019).</li>
<li>Sowmiah, S., Esperanca, J. M. S. S., Rebelo, L. P. N., Afonso, C. A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+chemical+stabilities+of+ionic+liquids%5BTitle%5D)+AND+%22Molecules%22%5BJournal%5D)">On the chemical stabilities of ionic liquids.</a> Molecules. 14 (9), 3780-3813 (2009).</li>
<li>JoVE Science Education Database. Organic Chemistry II. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Infrared+Spectroscopy%22">Infrared Spectroscopy</a>. , JoVE. Cambridge MA. (2024).</li>
<li>Zhuo, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ionic+liquids+in+pharmaceutical+and+biomedical+applications%3A+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22Pharmaceutics%22%5BJournal%5D)">Ionic liquids in pharmaceutical and biomedical applications: A review.</a> Pharmaceutics. 16 (1), 151(2024).</li>
<li>Process for the preparation of quinoline-based ionic fluoride salts (QUFS). US patent. , 9643169 (2017).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Ostatnio IL ujawniły różne obiecujące zastosowania w dziedzinie nauk biochemicznych, w tym refałdowanie białek/aktywność opiekuńczą, nośniki dostarczania leków i/lub katalizatory w kilku reakcjach organicznych. Ich intrygujące właściwości fizykochemiczne, takie jak przestrajalność, biokompatybilność, rozpuszczalność, trwałość, stabilność itp., uczyniły je potencjalnymi kandydatami do opracowania nowych środków terapeutycznych20. Proponowane badania wizualizują oporność na środki przeciwdrobnoustrojowe jako kwestię budzącą poważne zaniepokojenie i jedno z największych zagrożeń dla globalnego zdrowia, bezpieczeństwa żywnościowego i rozwoju, nadając priorytet dążeniu do badań i rozwoju nowych związków farmaceutycznych w dziedzinie nauk biomedycznych. Wybierając IL na bazie chinoliny do zastosowania w przemyśle biomedycznym, uznajemy jej wysoką siłę działania w niszczeniu drobnoustrojów chorobotwórczych. Oprócz działania przeciwdrobnoustrojowego tej klasy związków, jej sztuczna aktywność opiekuńcza podnosi jej wartość w biofizycznym aspekcie świata naukowego.
W tym badaniu udało nam się zsyntetyzować pożądaną IL przy użyciu bardziej ekologicznej drogi reakcji. W przeciwieństwie do konwencjonalnych metodologii, które opierają się na wykorzystaniu toksycznych rozpuszczalników, wydzielających szkodliwe gazowe produkty uboczne21, tutaj przedstawiamy bardziej ekonomiczne, przyjazne dla środowiska i bezrozpuszczalnikowe podejście do ich syntezy. Protokół zakłada wykorzystanie łatwego zestawu do reakcji i prostej aparatury, ułatwiającej solidną syntezę laboratoryjną pożądanego związku. Zakupiony tutaj produkt można bez wysiłku wyizolować za pomocą prostej techniki filtracji. Brak istotnych produktów ubocznych w trakcie reakcji dodatkowo sprzyja bardziej ekologicznym aspektom syntezy. Technika zastosowana w tym badaniu okazała się skuteczna zarówno pod względem wydajności chemicznej, jak i czystości pożądanego związku. Wieloetapowa reakcja została przeprowadzona w jednym garnku, z zamiarem skrócenia czasu i zasobów. Technika ta została przyjęta w celu pozbycia się przedłużonych etapów separacji i oczyszczania związanych z ogólną syntezą organiczną.
Jednak ograniczenia towarzyszące wyżej wymienionemu protokołowi obejmują dokładne zarządzanie zgodnością warunków reakcji (zwłaszcza temperatury) oraz zapewnienie prawidłowego przedmuchiwania gazem N2 w celu ręcznego utrwalenia obojętnego środowiska pracy. Niezbędne jest kontrolowanie i monitorowanie środowiska reakcji w odpowiednim czasie dla prawidłowego wykonania każdego pojedynczego kroku. Skalowalność może być kolejną możliwą przeszkodą dla sugerowanego protokołu, ponieważ skalowanie syntezy jednogarnkowej do celów przemysłowych może być niezwykle wymagające ze względu na obawy związane z jednorodnym mieszaniem, a także kontrolą nad każdym parametrem reakcji.
Podsumowując, przedstawiona metodologia jest potężną strategią w dziedzinie zielonej chemii, oferującą szereg korzyści, z własnym zestawem wyzwań, które należy skrupulatnie rozwiązać i rozważyć podczas projektowania, realizacji i optymalizacji ścieżek reakcji.

Ogromny wzrost światowej populacji powoduje ogromny wzrost konsumpcji szerokiej gamy towarów w ciągu ostatnich kilku lat, w tym żywności, leków, a także innych kluczowych produktów dla utrzymania organizmów śmiertelnych. Ożywiło to poszukiwania nowych związków chemicznych o wyjątkowo wyspecjalizowanych, ekologicznych i korzystnych właściwościach na całym świecie. Ciecze jonowe (IL) okazały się szczęśliwe pod tym względem. Implikacja tych związków w domenie naukowej wzmocniła nowe przedsięwzięcia badawcze w zakresie współczesnych technologii chemicznych1. W przeciwieństwie do konwencjonalnych podejść, wykorzystanie IL nie tylko ułatwia postępujące warunki reakcji, ale także promuje zindywidualizowaną strategię radzenia sobie z różnymi wyzwaniami biochemicznymi związanymi z eksperymentalnymi badaniami i rozwojem2.
Zazwyczaj, ILs to stabilne sole stanowiące kationy (organiczne) i aniony (nieorganiczne), o temperaturze topnienia poniżej 100 °C3. Empirycznie, zgodnie z 12 zasadami zielonej chemii, są one przekonującymi substytutami zwykłych rozpuszczalników organicznych4. Zdumiewające właściwości związane z wykorzystaniem tych związków obejmują doskonałą przewodność wewnętrzną, polarność, tendencję do solwatacji, stabilność termiczną, nielotność, kwasowość/zasadowość, hydrofilowość/hydrofobowość i przestrajalność, dzięki czemu IL najlepiej nadają się do badań eksperymentalnych5.
Oprócz szerokich zastosowań różnych klas IL w nowoczesnej syntezie organicznej6, kataliza7, oraz różne procesy elektrochemiczne z udziałem czujników8, siłowniki9, baterie10, oraz ogniwa paliwowe11, w ciągu ostatnich kilku lat ta klasa związków zyskała doniosłe uznanie w dziedzinie biomedycyny w świetle oporności na środki przeciwdrobnoustrojowe. Obecne badania wykazały, że IL oparte na imidazolimie, pirydynie, cholinie i pirolu są niezwykle skuteczne jako środki terapeutyczne ze względu na ich wysoki ładunek i hydrofobowość12. Jednak ich odpowiedniki na bazie chinoliny są nadal uważane za najsilniejsze w walce z drobnoustrojami chorobotwórczymi12. Dodatkowe zastosowania biomedyczne towarzyszące tej klasie IL obejmują aktywność sztucznych białek opiekuńczych13, cytotoksyczność wobec komórek rakowych14, a także doskonałą zdolność przenoszenia leków15.
Konwencjonalnie, produkcja ILs wiąże się z użyciem wysoce toksycznych rozpuszczalników, takich jak dichlorometan, benzen, czterochlorek węgla, dichloroetylen, itp.16, utrudniając biokompatybilność i podnosząc toksyczność związku, czyniąc je niepożądanymi do użytku biologicznego. Dodatkowo, stosowanie szkodliwych rozpuszczalników w pożywkach reakcyjnych nie tylko spowalnia czas reakcji, ale także zwiększa niezamierzoną produkcję odpadów ubocznych uwalnianych do środowiska17. Co więcej, rozpuszczalnik stosowany w pożywce reakcyjnej wpływa również na pH produktu końcowego; W związku z tym jego usunięcie pod koniec reakcji jest niezbędne, zwłaszcza gdy pożądany związek ma być stosowany w systemach biologicznych związanych z białkami. W związku z tym trzymanie się z dala od stosowania takiego rozpuszczalnika jest korzystne w dziedzinie zielonej chemii.
W tym badaniu opisujemy jednoetapową syntezę biokompatybilnego i nietoksycznego 13 IL, a mianowicie bromku 1-hekadecylochinolino-1-ium, używając bardziej ekologicznej metody. Obecna strategia pomija wykorzystanie rozpuszczalnika molekularnego, wykorzystując zdolność samosolwatowania IL utworzonego w mieszaninie reakcyjnej, promując wysoką wydajność reakcji i wydajność chemiczną. Menschutkin reaction18stanowi podstawę obecnej metodologii syntezy. Czystość zsyntetyzowanego związku bada się za pomocą spektroskopii NMR i IR. Profil farmakokinetyczny związku i jego toksyczność badano w badaniach ADMET. Ponadto w badaniu wykazano również potencjał przeciwdrobnoustrojowy zsyntetyzowanego IL wobec patogennego szczepu Candida albicans.

<table><tbody><tr><td>1-bromoheksadekan</td><td>Merck</td><td>nr CAS 112-82-3</td><td>95% czystości (zgodnie z analizą HPLC)</td></tr> <tr><td>octan etylu</td><td>Merck</td><td>nr CAS 205-500-4</td><td>95% czystości (zgodnie z analizą HPLC)</td></tr> <tr><td>spektrometr magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR)</td><td>Jeol, model: JNM-ECZ 400S</td><td>Nil</td><td></td></tr><tr><td>Nil Chinolina</td><td>Merck</td><td>nr CAS 91-22-5</td><td>95% czystości (zgodnie z oznaczeniem HPLC analiza)</td></tr> <tr><td>Toluen</td><td>Merck</td><td>nr CAS 108-88-3</td> o <td>czystości 95% (zgodnie z analizą HPLC)</td></tr></tbody></table>

zielona synteza cieczy jonowej na bazie chinoliny

Green Synthesis of Quinoline-Based Ionic Liquid

Stale rosnące zagrożenie opornością na środki przeciwdrobnoustrojowe (AMR) zagraża skuteczności dominujących antybiotyków przeciwko nieustannie kiełkującym infekcjom wywoływanym przez bakterie, wirusy, pasożyty i grzyby, stanowiąc wielkie zagrożenie dla ludzkiego zdrowia i dobrego samopoczucia. W związku z tym kilka nowych cząsteczek udowodniło swoją siłę, a ciecze jonowe (IL) są jedną z najbardziej przyjaznych dla środowiska, nielotnych i stabilnych termicznie alternatyw dla istniejących środków przeciwdrobnoustrojowych, posiadając wysoki potencjał solwatacyjny, a także niską prężność pary. Co więcej, wykorzystanie tych jednostek zarówno w stabilizowaniu, jak i destabilizowaniu struktur białkowych oraz wzmacnianiu aktywności enzymatycznej jeszcze bardziej zwiększyło ich potencjał w przemyśle biomedycznym. Mając to na uwadze, przedstawiamy zieloną syntezę i charakterystykę IL na bazie chinoliny, ze względu na jej ogromną siłę przeciwdrobnoustrojową, o niskiej cytotoksyczności i doskonałej aktywności sztucznych białek opiekuńczych. W tym przypadku zastosowanie podejścia opartego na syntezie jednogarnkowej w bezrozpuszczalnikowych, bardziej ekologicznych warunkach reakcji nie tylko poprawiło wydajność reakcji, ale także zwiększyło wydajność chemiczną. Czystość zsyntetyzowanego IL potwierdzono za pomocą spektroskopii 1H magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR), 13C NMR i spektroskopii w podczerwieni (IR). Potencjał biologiczny zsyntetyzowanego związku jest dalej weryfikowany poprzez analizę jego właściwości wchłaniania, dystrybucji, metabolizmu, wydalania i toksyczności (ADMET) i uwierzytelniany za pomocą testu dyfuzji krążkowej.

Rysunek 2 przedstawia schemat reakcji Menschutkina wykorzystanej w procesie syntezy. Tak zsyntetyzowany bromek 1-heksadecylchinaliniowy został scharakteryzowany za pomocą spektroskopii NMR i IR. Otrzymany w ten sposób oleisty produkt powinien wykazywać sygnały w widmie 1H NMR (400 MHz, CDCl3) przy δ 9.34 (d, 1H), 8.21 (d, 1H), 7.80 (t, 1H), 7.30-7.35 (m, 3H), 7.20 (d, 1H), 5.00 (t, 2H), 2.00 (p, 2H), 1.30-1.35 (m, 26H), 1 (t, 3H), co przedstawiono na Rysunku 3. Związek powinien wykazywać sygnały w widmie 13C NMR (Rysunek 4; 100 MHz, CDCl3) przy δ 143, 141, 131, 130.27, 130, 127.5, 126.3, 126, 60, 31, 29, 29, 28.5, 27, 23 i 14. Każdy pik jest oznaczony odpowiadającym mu numerem protonu wskazanym w strukturze związku, który odpowiada za wystąpienie danego sygnału.
CDCl3 jest przezroczysty dla zakresu NMR (tj. zakresu radiowego) widm elektromagnetycznych ze względu na brak atomów H, które generowałyby wyraźne sygnały w tym obszarze, dlatego w formie zdeuteryzowanej jest on stosowany jako rozpuszczalnik do przygotowania próbek. Nie zakłóca on działania przyłożonego pola magnetycznego i jest całkowicie obojętny chemicznie. Niemniej jednak nie jest możliwe całkowite wyeliminowanie piku odpowiadającego temu rozpuszczalnikowi (pojawiającego się około 7,26 ppm w widmach 1H NMR), ponieważ deuterowanie rozpuszczalników do NMR nie może osiągnąć dokładnie 100%. Pojawiający się pik jest zazwyczaj nieznaczący i można go całkowicie usunąć, rejestrując widmo tła CDCl3 i odpowiednio integrując wymagane piki. Ustawienia te można wprowadzić bezpośrednio w instrumencie lub za pomocą odpowiedniego oprogramowania (np. NMRium itp.). W przypadku, gdy próbka nie jest idealnie wysuszona, w widmach może pojawić się wyraźny pik charakterystyczny dla wody. Ponadto CDCl3 i inne zdeuteryzowane rozpuszczalniki mogą zawierać pewną ilość wody, co skutkuje pojawieniem się pików przypisywanych obecności wody. Problem ten rozwiązano poprzez odpowiednie wysuszenie próbki oraz przechowywanie rozpuszczalnika NMR w temperaturze pokojowej, pod przykryciem z przezroczystej folii. W niektórych przypadkach, w celu usunięcia zawartości wody z butelki CDCl3, stosuje się również określone obojętne środki suszące, takie jak węglan potasu lub siarczan sodu.
Oczekuje się, że widma FTIR cieczy jonowej (IL) (Rycina 5) wykażą pasma drgań przy 3051 cm-1, 2917 cm-1 i 2853 cm-1 o maksymalnej intensywności, odpowiadające drganiom rozciągającym C-H występującym w pierścieniu aromatycznym oraz dla węgli alkilowych. Szerokie ramię przy 3440 cm-1 odpowiada drganiom rozciągającym N-H. Inne pasmo ramienne zaobserwowane przy 1357 cm-1 jest charakterystyczne dla drgań rozciągających wynikających z wiązania C-N. Charakterystyczne pasma przy 820 cm-1, 770 cm-1 i 710 cm-1 wiążą się z drganiami zginającymi C-H poza płaszczyzną pierścienia. Piki przy 1155 cm-1 są specyficzne dla drgań zginających C-H w płaszczyźnie. Drgania rozciągające C-C dominujące w pierścieniu aromatycznym są potwierdzone przez piki widoczne przy 1468 cm-1, 1520 cm-1 i 1585 cm-1. Uzyskane w ten sposób wyniki są porównywalne z danymi raportowanymi wcześniej przez Sharmę i wsp.13, co potwierdza utworzenie pożądanego związku.
Wyniki uzyskane w analizie ADMET zestawiono w Tabeli 1. Potencjał biomedyczny związku [C16quin]Br zbadano za pomocą testu dyfuzyjnego w agarze przeciwko szczepowi C. albicans (Rysunek 6). Technika ta pozwala ocenić aktywność przeciwdrobnoustrojową IL poprzez pomiar strefy zahamowania wzrostu wokół miejsca aplikacji związku. Zaobserwowano, że [C16quin]Br wykazał statystycznie istotny efekt przeciwdrobnoustrojowy (p &lt; 0.05) przeciwko C. albicans, co czyni tę klasę IL wysoce skuteczną i potencjalną do zastosowań w biomedycynie.
Wydajność procentowa reakcji 
Teoretyczną wydajność reakcji można obliczyć w następujący sposób, zgodnie z przyjętym schematem reakcji (Rycina 2).
Zgodnie ze schematem, 1 M chinoliny prowadzi do powstania 1 M bromku 1-heksadecylichinolinu, tj. 129,16 g/mol chinoliny = 434 g/mol [C16quin]Br. Zatem,
12,916 g (0,1 mola) chinoliny <img alt="Równowaga statyczna, równanie ΣF=0, demonstrujące zasadę równowagi. Diagram do analizy edukacyjnej." src="/files/ftp_upload/67345/67345eq01.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Równanie 1"> ×12,916= 43,4 g
Zatem teoretyczna wydajność reakcji wynosi 43.4 g.
Jednakże,
% wydajności= <img alt="Wzór na procentową wydajność, równanie przedstawiające wydajność rzeczywistą podzieloną przez wydajność teoretyczną w celu obliczenia efektywności." src="/files/ftp_upload/67345/67345eq02.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Równanie 2"> ×100
W niniejszym badaniu stwierdzono, że rzeczywista wydajność reakcji po całkowitym wysuszeniu otrzymanego produktu wyniosła 37,84 g.
Zatem,
% wydajność= <img alt="Przedstawienie ułamkowe 37,84 podzielone przez 43,4, równanie matematyczne, edukacyjne." src="/files/ftp_upload/67345/67345eq03.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Equation 3"> ×100=87,188% (87%)
Ponadto dłuższy czas reakcji, jak w przedstawionym przypadku, jest istotny, aby układ reakcyjny mógł osiągnąć pełną równowagę termodynamiczną, w której entropia układu jest maksymalna, a energia swobodna Gibbsa zminimalizowana. W rezultacie maksymalizuje to wydajność reakcji. Warunki reakcji są jednak dość łagodne, co wymaga wydłużenia czasu reakcji, aby zapewnić pełną konwersję substratu w produkt. Czas reakcji został tutaj zoptymalizowany w drodze wielokrotnych prób praktycznych.
<img alt="Schemat reakcji chemicznej z balonem do zbierania gazu na grzejącej mieszalce magnetycznej." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67345/67345fig01.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 1"> 
Rysunek 1: Układ reakcyjny. Na rysunku przedstawiono ogólny schemat układu reakcyjnego. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67345/67345fig01large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Schemat reakcji chemicznej; substytucja nukleofilowa; wiązania węgiel-brom; związek aromatyczny." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67345/67345fig02.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rycina 2"> 
Rycina 2: Mechanizm syntezy. Schematyczne przedstawienie przebiegu reakcji w procesie syntezy. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67345/67345fig02large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Schemat spektroskopii NMR z strukturą chemiczną, pikami widma, skalą ppm i analizą intensywności." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67345/67345fig03.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 3"> 
Rysunek 3: Przewidywane widmo 1H NMR. Przedstawienie widm 1H NMR dla [C16quin]Br. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67345/67345fig03large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Widmo NMR ze strukturą cząsteczkową, przesunięciami chemicznymi, analizą całkowania piku, związkiem organicznym." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67345/67345fig04.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rycina 4"> 
Rycina 4: Oczekiwane 13CNMR. Przedstawienie widm 13C NMR dla [C16quin]Br. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67345/67345fig04large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Schemat widma FTIR, piki absorpcyjne, transmitancja w funkcji liczby falowej, analiza materiału." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67345/67345fig05.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 5"> 
Rysunek 5: Przewidywane widma IR. Przedstawienie widm IR dla [C16quin]Br. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67345/67345fig05large.jpg" target="_blank">Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Eksperyment przeciwdrobnoustrojowy pokazujący strefę zahamowania wzrostu dla bromku 1-heksadecylchinolinu-1-u na płytce z agarem." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67345/67345fig06.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rycina 6"> 
Rycina 6: Badanie przeciwgrzybicze. Przeprowadzono test dyfuzyjny z krążków poprzez dodanie 50 µL 0,1 mM cieczy jonowej (IL), co reprezentuje potencjał przeciwgrzybiczy [C16quin]Br. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67345/67345fig06large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Właściwość</td>
			<td>Wartość</td>
			<td colspan="2">Komentarz</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Reguła Lipińskiego</td>
			<td>Zaakceptowano</td>
			<td colspan="2">MW ≤ 500; log P ≤ 5; liczba akceptorów wiązań wodorowych ≤ 10; liczba donorów wiązań wodorowych ≤ 5. Przekroczenie zakresu dla dwóch parametrów może wskazywać na słabą absorpcję lub przenikalność; przekroczenie jednego parametru jest dopuszczalne.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wchłanianie z przewodu pokarmowego</td>
			<td>Wysoki</td>
			<td colspan="2">Zwiększona skuteczność podawania doustnego</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rozpuszczalność w wodzie</td>
			<td>Umiarkowany</td>
			<td colspan="2">Zwiększa zdolność przenoszenia leku przez związek</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wskaźnik biodostępności</td>
			<td>0.55 (55%)</td>
			<td colspan="2">Wpływa na potencjał terapeutyczny związku</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tabela 1: Analiza ADMET. Tabela przedstawiająca istotne właściwości, które należy wziąć pod uwagę w celu walidacji potencjału biologicznego zsyntetyzowanej cieczy jonowej (IL).

W niniejszej pracy wyjaśniamy zieloną syntezę cieczy jonowej (IL) na bazie chinoliny, a mianowicie bromku 1-heksadecylochinolino-1-ium {[C16quin]Br} poprzez zmieszanie chinoliny z nadmiarem 1-bromoheksadekanu, wraz z jej szczegółową charakterystyką za pomocą pomiarów magnetycznego rezonansu jądrowego i spektroskopowego podczerwieni.

Zielona synteza cieczy jonowej na bazie chinoliny

The ever-growing menace of Antimicrobial Resistance (AMR) jeopardizes the potency of the prevailing antibiotics against the relentlessly sprouting ...

Oporność na środki przeciwdrobnoustrojowe jest złożonym globalnym zagrożeniem dla zdrowia, które wymaga wieloaspektowego podejścia badawczego. Badania nad opornością na środki przeciwdrobnoustrojowe mają na celu lepsze zrozumienie tych zjawisk, opracowanie skutecznych interwencji i złagodzenie globalnego zagrożenia dla zdrowia, jakie stanowi oporność na środki przeciwdrobnoustrojowe. W ostatnich latach nastąpił znaczny postęp w dziedzinie oporności na środki przeciwdrobnoustrojowe, a naukowcy badają innowacyjne podejścia do zwalczania rosnącego globalnego zagrożenia dla zdrowia.Prowadzone są badania mające na celu opracowanie antybiotykoterapii, alternatywnych podejść, poprawę diagnostyki, zapobiegania infekcjom i tak dalej. Do prześwietlania, badań i rozwoju w dziedzinie oporności na środki przeciwdrobnoustrojowe stosuje się różne technologie, takie jak genomika i bioinformatyka, nanotechnologia dostarczania leków i bioczujników, sztuczna inteligencja i uczenie maszynowe do analizy danych i wzorców związanych z opornością na środki przeciwdrobnoustrojowe. Obecnie pracujemy nad skróceniem czasu reakcji i optymalizacją szybkości reakcji w pożądanych warunkach, utrzymując czystość produktu naszym najwyższym priorytetem.Z biegiem lat wyprodukowano dużą liczbę związków syntetycznych, które mogą być wykorzystane jako środki przeciwdrobnoustrojowe. Jednak ich synteza wiąże się z użyciem kilku szkodliwych rozpuszczalników chemicznych, które nadają swoją własną moc organizmom testowym, zwiększając ich toksyczność i ograniczając ich zastosowania w dziedzinie chemii biomedycznej.

green-synthesis-of-quinoline-based-ionic-liquid

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Opisano protokół diastereoselektywnego jednogarnkowego przygotowania cis-N-Ts-jodoazyrydyn. Wykazano wytwarzanie dijodometyllitu, dodawanie do N-T aldimin i cyklizację aminokwasu pośredniego z dijodydem kaminu i jodozyrydyn. Dołączony jest również protokół szybkiej i ilościowej oceny najodpowiedniejszej fazy stacjonarnej do oczyszczania za pomocą chromatografii.

Synteza i oczyszczanie jodoazyrydyn polegające na ilościowym doborze optymalnej fazy stacjonarnej do chromatografii

Ciecze jonowe (IL) zapewniają szybki, prosty i tani dostęp do 1,6-ketoestrów o wysokiej diastereoselektywności i dobrych plonach. Protokół reakcji jest solidny, a 1,6-ketoestry można uzyskać w skali gramowej po prostym protokole filtracji. Co więcej, 1,6-ketoestry są silnymi żelatorami w rozpuszczalnikach węglowodorowych.

Wysoce stereoselektywna synteza 1,6-ketoestrów za pośrednictwem cieczy jonowych: trójskładnikowa reakcja umożliwiająca szybki dostęp do nowej klasy żelatorów o niskiej masie cząsteczkowej

Przedstawiono protokół łatwego przygotowania 4-podstawionych pochodnych chinazoliny z 2-aminobenzofenonów, tiomocznika i dimetylosulfotlenku.

Łatwe przygotowanie pochodnych chinozoliny z podstawieniami 4

W tym protokole synteza bezcdowych kropek kwantowych InP/ZnS (QD) jest szczegółowa. Płyny QD na bazie InP zyskują na popularności ze względu na toksyczność jonów Cd2+, które mogą być uwalniane w wyniku degradacji nanocząstek. Po syntezie QD są rozpuszczane w wodzie przy użyciu amfifilowego polimeru do zastosowań biomedycznych.

Synteza bezkadgingowych kropek kwantowych InP/ZnS odpowiednich do zastosowań biomedycznych

Fotostabilne barwniki cyjaninowe są dołączane do oligonukleotydów w celu monitorowania hybrydyzacji poprzez transfer energii.

Synteza sond hybrydyzacyjnych DNA zmieniających długość fali przy użyciu fotostabilnych barwników cyjaninowych

Pokazano wstępną obróbkę biomasy lignocelulozowej za pomocą protonowych, tanich płynów jonowych, w wyniku czego powstaje deligtynizowana miazga bogata w celulozę i oczyszczona lignina. Miazga powoduje wysoką wydajność glukozy po scukrzaniu enzymatycznym.

Wstępna obróbka biomasy lignocelulozowej za pomocą tanich cieczy jonowych

Przedstawiono protokół syntezy wodnej in situ ligandu bis(iminoguanidynowego) i jego wykorzystania w selektywnym rozdzielaniu siarczanu.

Separacja siarczanów przez selektywną krystalizację ligandem bis-iminoguanidyny

Tutaj opisujemy protokoły przygotowania elektrolitów z soli jonowej bis(trifluorometanu)sulfonimidu litu na bazie fosfonu i soli bis(trifluorometanu)sulfonimidu, oraz montażu niepalnej i działającej w wysokiej temperaturze baterii litowo-jonowej.

Synteza elektrolitów na bazie cieczy jonowych, montaż akumulatorów litowo-jonowych i pomiary wydajności w wysokiej temperaturze

Protokół syntezy nowego typu mezogenów, oparty na anionie supramolekularnym wiązanym halogenem [CnF2n+1-I···I··I-CnF 2n+1]−.

Od molekuł do materiałów: inżynieria nowych ciekłych kryształów jonowych za pomocą wiązań halogenowych

Przedstawiamy tutaj protokół do identyfikacji potencjalnych kandydatów do leków przeciwgruźliczych poprzez badanie fenotypową, obejmujące syntezę chemiczną związku 4-aminochinolinowego, określenie jego minimalnego stężenia hamującego wobec Mycobacterium tuberculosis i ocenę jego cytotoksyczności w liniach komórek ssaczych.

Identyfikacja potencjalnych kandydatów przeciwgruźliczych: Krok po kroku przewodnik po syntezie, oznaczaniu MIC i ocenie cytotoksyczności w komórkach ssaczy

Poznaj zieloną syntezę cieczy jonowej na bazie chinoliny z wykorzystaniem NMR i IR. Ta metoda umożliwia otrzymanie nowych związków o potencjalnym zastosowaniu przeciwbakteryjnym.

Zielona synteza cieczy jonowej na bazie chinoliny

Przeglądaj więcej filmów