Summary
이 프로토콜은 이러한 시스템을 재현 할 수 있도록 과학 커뮤니티전반에 걸쳐 심층 적 유혈 시스템의 준비를 표준화하는 것을 목표로합니다.
Abstract
심층 성 채 시스템 (DES)의 준비는 간단한 절차입니다. 정의에 의해, 2개 이상의 성분이 주어진 몰 비율로 함께 혼합되어 DES를 형성한다. 그러나, 실험실에 있는 우리의 경험에서, 다른 연구원에 선행된 방법론을 준비하고, 특성화하고 보고하는 절차를 표준화할 필요가 있습니다, 그래서 간행된 결과를 재현될 수 있습니다. 이 작품에서, 우리는 공융 시스템을 준비하기 위해 문헌에보고된 다른 접근법을 시험하고 실온에서 액체 시스템의 성공적인 준비에 있는 근해의 중요성을 평가했습니다. 이러한 공융 시스템은 구연산, 포도당, 자당, 사과산, 사과산, β-알라닌, L-타르타르산 및 베타인으로 구성되었고, 기술된 모든 준비 방법이 재현될 수 없었다. 그러나, 어떤 경우에는, 설명된 시스템을 재현할 수 있었고, 물을 유혈 혼합물의 제3 성분으로 포함시킬 수 있었다.
Introduction
심층 용융제는 21세기의 용매로 명명되었으며 새로운 세대의 용매로 간주됩니다. 그들은 특정 몰 비율에서 두 개 이상의 화학 화합물의 혼합물로 정의되어 개별 성분의 용융 온도가 현저하게 감소하고 실온1,2에서액체가됩니다. 3. 이러한 의미에서 용매의 제제는 화학 반응을 필요로하지 않으므로 생산 수율은 100 %입니다. 2011년, 최씨와 동료들은 자연발생적 발생 가능성을 보고하고 이를 명명하였고, 자연심층용매(NADES)3,4,5를명명하였다. NADES 는 설탕, 아미노산, 유기산 및 콜린 유도체의 다양한 조합으로부터 제조될 수 있다; 천연 성분으로부터 제조된 이러한 시스템은 본질적으로 생체 적합성 및 생분해성이며, 다른 대체 용매(예: 이온성액체)에비해 독성이 상당히 적습니다5,6, 7,8. 2015 년 이후, 필드의 출판물의 수는 기하 급수적으로 증가하고 NADES의 가능한 응용 프로그램은 매우 광범위3. 많은 원고와 리뷰가 출판되었음에도 불구하고 근본적인 질문이 지속되고 있으며 과학자들은 DES 형성의 기본 메커니즘과 같은 흥미로운 질문에 대한 답을 아직 찾지 못했습니다. DES 형성 메커니즘을 이해하면 현재의 시행 착오 접근 방식이 아니라 새로운 시스템 개발을 향한 통합된 접근 방식이 될 것입니다. 또한, 소비자가 자신의 제품의 지속 가능성에 대해 더 많이 인식하게됨에 따라 현장에서 의 기회는 매일 증가하고 있습니다, 뿐만 아니라 그들의 말기의 관점에서뿐만 아니라 처리 자체의 측면에서8,9, 10. 심층 용융제 분야에서 주요 혁신을 주도하기 위해서는 먼저 생산 및 특성화 방법의 표준화가 필요합니다. 문헌에 보고된 일부 시스템의 재현성 부족은 이 문제에 여러 번 직면하면서 이 작업을 개발하려는 동기부여가 되었습니다. 본 명세서에서, 우리는 재료와 방법을 정확하게 설명하고 DES의 제조가 간단하고 간단한 절차이지만, 몇 가지 주요 측면 (예를 들어, 물의 존재 / 양)이 있음을 보여 줄 필요성과 중요한 중요성을 보여줍니다. 항상 논의해야 합니다.
Protocol
참고: 연구된 NADES는 베타인:L-(+)-타르타르산(2:1), β-알라닌:DL-사과산(3:2), 포도당:수크로오스(1:1) 및 구연산:포도당(2:1)이었다. 이러한 시스템은 동결 건조 (FD), 진공 증발 (VE), 및 열 및 교반 (HS) 물과 함께 또는 물없이 다른 방법으로 제조되었다. 일례로, 구연산:포도당(2:1)에 대한 프로토콜이 주어진다. NADES는 차동 스캐닝 열량계(DSC), 편광 광학 현미경 검사법(POM), 수분 함량 및 핵 자기 공명(NMR) 분광법을 특징으로 하였다.
1. NADES 준비
- 동결 건조
- 별도의 용기에 구연산 모노하이드레이트 2 g과 포도당 모노하이드레이트 0.9530 g을 넣습니다. 각각 10 mL의 탈이온수를 추가하고 화합물이 완전히 녹을 때까지 저어줍니다.
- 두 용액을 함께 혼합하고 최종 용액의 균질화를 보장합니다. 용액을 둥근 바닥 플라스크에 놓습니다.
- 액체 질소를 사용 하 여 동결. 플라스크를 48시간 동안 동결 건조기에 넣어 모든 물이 샘플에서 제거되도록 합니다.
- 진공 증발
- 구연산 모노하이드레이트 2 g과 포도당 모노하이드레이트 0.9530 g의 무게를 별도의 용기에 넣어 보입니다. 각각 10 mL의 탈이온수를 추가하고 화합물이 완전히 녹을 때까지 저어줍니다.
- 두 솔루션을 함께 혼합하고 용액의 균질화를 보장합니다. 용액을 둥근 바닥 플라스크에 놓습니다.
- 회전식 증발기에서 명확하고 점성이 있는 액체가 형성될 때까지 시료를 건조시고 건조시면 됩니다.
- 가열 및 교반
- 구연산 모노하이드레이트 2 g과 포도당 모노하이드레이트 0.9530 g을 동일한 바이알에 넣습니다. 278 μL의 물을 추가합니다.
- 50°C 수조에 마그네틱 교반 막대로 바이알을 놓습니다.
- 명확하고 점성이 있는 액체가 형성될 때까지 샘플을 그대로 둡니다.
2. NADES 특성화
- 편광 광학 현미경 검사법 (POM)
- 관찰을 위해 현미경 유리 슬라이드에 NADES 방울을 놓습니다.
- 현미경의 투과 모드를 사용하여 실온에서 샘플의 광학 특성화를 수행합니다.
- 칼 피셔 적정
- 주사기에 NADES 100 μL을 수집한 다음 외부의 여분의 액체를 청소합니다.
- 주사기를 스케일에 놓고 타레.
- KF 장비에서 START를 누르고 용기에 샘플의 작은 방울을 추가합니다.
- 주사기를 계량하고 KF 장비의 질량을 입력하고 ENTER를누릅니다. 결과는 물 ppm화면에 나타납니다.
- 차동 스캐닝 열량계(DSC)
- 뚜껑이 있는 밀폐 알루미늄 팬에 각 샘플 3-10 mg을 넣습니다. 샘플을 눌러 팬을 닫습니다.
- 10 °C / min의 가열 속도로 - 90 °C의 온도 범위와 DSC를 사용하여 샘플을 분석하고 2 분의 등온 홀드로 두 사이클을 수행하고 질소 분위기 (50 mL / min)에서 분석하십시오.
- 핵 자기 공명 (NMR)
- 250 μL의 디메틸 설폭사이드-d6(DMSO-d6)로NADES 250 μL을 용해시킴으로써 5 mm NMR 튜브를 준비한다.
- 400 MHz 분광계에서 25 °C에서 1H 및 NOESY 스펙트럼을 획득합니다.
- 적절한 소프트웨어를 사용하여 스펙트럼을 분석하고 DMSO-d6(δ2.50 ppm)의 화학적 시프트를 사용하여 각 구성 요소의 모든 신호를 할당합니다.
Representative Results
NADES의 준비에서, 우리가 얻을 것으로 예상되는 결과는 그림 1에도시되어 있습니다. 각 시스템에 대한 설명은 아래에 있습니다. 동결 건조 방법을 사용하면 모든 물이 시스템에서 제거되기 때문에 결과가 고체 또는 매우 조밀 한 페이스트여야합니다. 증발 방법을 사용하여, 결과는 명확하고 점성 액체이어야한다. 소량의 물을 첨가하여 가열 및 교반 방법을 사용하여, 결과는 명확하고 매우 점성 액체이어야한다.
POM에서 얻은 결과는 그림 1에서확인할 수 있습니다. NADES가 완전히 형성되면 샘플이 완전히 무정형이고 시스템에 남아있는 결정이 없음을 나타내는 검은 색 이미지가 표시될 것으로 예상됩니다. KF 적정으로부터 얻은 결과는 표 2에기재되어 있다. 시스템에 첨가되는 물의 양 외에도 최종 혼합물의 물 비율은 시약의 수분 함량에 따라 달라집니다.
DSC에 관해서는, 이 기술의 목적은 또한 시스템이 적용될 온도 범위내의 액체임을 확인하는 것이므로, 예상되는 결과는 관심 있는 온도 범위에 열 이벤트를 표시하지 않는 열체를 가지는것이다(표 2) ). NMR 기술은 NADES 시스템의 주요 특성인 수소 결합 형성의 존재를 확인하는 데 사용됩니다. 이는 각 신호의 화학적 변화 변화를 관찰하고, 공간 및 분자간 상관관계를 나타내는 NOESY 스펙트럼의 분석에 의해 확인될 수있다(그림 2).
| 구성 요소 1 | 구성 요소 2 | 준비 방법 | 참조 |
| 베타인 (베팅) | L-(+)-타르타르산(LTA) | 진공 증발 (VE) | 다이 외( 2013)5 및 에스피노 외 (2016)6 |
| β-알라닌 (β-A) | DL-말산 (MA) | 진공 증발 (VE) | 다이 외( 2013)5 및 에스피노 외 (2016)6 |
| 포도당 (글루크) | 자당 (수액) | 동결 건조 (FD) | 최외(2011)4, 에스피노 외 (2016)6 |
| 구연산 (CA) | 포도당 (글루크) | 동결 건조 (FD) | 최외(2011)4, 에스피노 외 (2016)6 |
표 1: 문헌 및 그 제조 방법에 보고된 시스템.
| 나데스 (있는) | 준비 방법 | 수분 함량(%) |
| 칼 피셔 측정 | ||
| 베팅: LTA (물 2:1 + 물 20%) | 가열 및 교반, 물 추가 | 19.94 ± 1.28 |
| 베팅:LTA (2:1) | 진공 증발 | 11.36 ± 0.78 |
| β-A: MA (3:2 + 11% 물) | 가열 및 교반, 물 추가 | 11.45 ± 0.25 |
| β-A:MA (3:2) | 진공 증발 | 18.84 ± 1.78 |
| 글루크:수크 (물 1:1 + 21% 물) | 가열 및 교반, 물 추가 | 20.88 ± 0.13 |
| 글루크:수크 (1:1) | 진공 증발 | 22.56 ± 0.48 |
| CA: 글루크 (2:1 + 17% 물) | 가열 및 교반, 물 추가 | 17.33 ± 0.68 |
| CA:글루크 (2:1) | 진공 증발 | 20.04 ± 0.26 |
표 2: 수분 함량(%) 다른 방법으로 준비된 시스템의
도 1: nades의 대표적인 결과는 a) 동결건조, b) 진공 증발 및 c) 물을 첨가하여 가열 및 교반할 때제조될 때이다. 그림은 시스템이 동결 건조될 때, 얻어진 결과는 모든 물이 혼합물에서 제거되기 때문에 결정인 반면 VE 및 HS 방법을 사용할 때 NADES가 형성되는 데 필요한 물의 양이 존재하고 얻어진 결과는 홈홈임을 보여줍니다. 실온에서 성액체. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: 교차 편광판(왼쪽 이미지)과 병렬 편광판(오른쪽 이미지)으로 다른 방법으로 제조된 CA:Glu(2:1)의 편광 광학 현미경 검사법 - 100 μm(10배 증폭). 검은 색 이미지는 샘플이 실온에서 액체임을 보여줍니다. 이 기술로부터 얻어진 결과가 액체가 아니었기 때문에 FD 샘플은 완전히 결정화된다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3: a) (A) NADES 계 구연산:포도당:물(2:1:4), (B) 포도당 및 (C) 구연산의 1HNMR 스펙트럼의 중첩; b) NADES 시스템 구연산의 NOESY 스펙트럼 : 포도당 : 물 (2:1:4). 중첩 된 스펙트럼은 DES 형성 시 각 구성 요소의 화학 적 변화의 차이를 보여 주며, 그 사이에 수소 결합이 확립되어 발생했습니다. NOESY 스펙트럼은 구연산에서 OH 양성자와 두 성분의 나머지 양성자 사이의 상호 작용을 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
Discussion
NADES의 제조를 위한 문헌에 보고된 상이한 방법론은 가열 및 교반 방법(HS), 진공 증발(VE), 및 동결 건조(FD)이다. 우리가이 작품에서 준비 한 시스템은 문학4,5,6,10,11의다른 저자에 의해 설명된다 . 표 1은 본래 원고에 보고된 바와 같이 각 혼합물의 성분과 그들의 제조 방법을 나열한다.
설명된 시스템을 재현하기 위한 조사를 통해, 우리는 어떤 경우에는 실온에서 명확하고 점성이 있는 액체 시료로서 유사한 NADES를 달성할 수 없다는 것을 깨달았습니다. NADES를 준비하는 것은 여러 가지 요인에 의존합니다. 일부는 쉽게 제어 할 수 있지만 다른 일부는 표준화하기가 더 어렵습니다. 고려해야 할 가장 중요한 점은 최종 제품이 사용되는 장비와 같은 외부 요인에 의존할 수 없다는 것입니다.
상이한 방법으로 제조된 시스템을 특성화하였다. 편광 광학 현미경 검사법 (POM)을 사용하면 물이없는 HS 방법으로 다른 온도에서도 NADES가 명확하고 점성이있는 액체를 형성하지 않는 것으로 관찰되었습니다. 그러나, 균일하고 선명하고 점성이 있는 액체는 NADES의 제조를 위한 소량의 물과 VE 방법으로 HS 방법을 적용했을 때 도 1에 나타난 바와 같이 관찰되었다.
DSC는 혼합물의 열 이벤트를 결정하는 데 사용되었다. 그 결과, 열람은 열전현상이 나타나지 않았기 때문에 상온에서 최대 130°C까지 액체가 되는 것으로 나타났다. 각 시료의 수분 함량은 칼-피셔 적정에 의해 측정되었고, 결과는 표 2에나타내고 있다. 시스템의 수분 함량은 점도 및 극성과 같이 얻어진 액체의 특성에 가장 영향을 미치는 파라미터이기 때문에 보고되어야 합니다. 이러한 변경 사항은 NADES가 디자인된 응용 프로그램의 결과에 큰 영향을 미칩니다.
NMR은 또한 각 시스템의 분자 들 사이의 수소 결합의 형성을 통해 언급 된 NADES 시스템의 형성을 확인하는 데 사용되었다. 한 가지 예는 NADES 계 구연산에 대한 도 2:글루코스(2:1)와 HS에 의해 얻어진 17%의 물과 이러한 NADES의 양성자 스펙트럼및 출발 물질(구연산 및 포도당)이 중첩되는 경우(도2a)에주어진다. 이로부터, 각 분자에서 일부 양성자의 화학적 변화의 변화를 관찰 할 수있다. 주요 변화는 구연산에서 OH 양성자의 이동이다. 원래이 신호는 5.16 ppm에 나타나지만 수소 결합의 형성으로 인해이 신호는 6.22 ppm으로 이동합니다. 이것은 구연산과 나머지 양성자에서 OH 사이 강한 상호 작용이 보이는 NOESY 스펙트럼(그림 2b)에의해 확인됩니다. 다른 NADES 시스템에 대해 유사한 상호작용이 관찰되었다.
이 연구에서 우리는 문헌에 보고된 공융 시스템에 대한 준비 방법에 대한 설명이 대부분의 시스템의 수분 함량에 관한 정보가 부족하기 때문에 때때로 불완전하다는 것을 관찰했습니다. VE 방법에서, 물은 다른 성분의 용액을 준비하고 공융 시스템의 형성으로 이어지는 온도에서 혼합함으로써 첨가된다; 그러나 필요한 최소 수분 함량은 확신할 수 없습니다. 시스템을 형성하는 데 필요한 물의 비율에 대한 지식은 따라서 다른 사람들이 다른 유약 혼합물의 준비를 재현 할 수 있도록 항상보고해야하는 중요한 지점으로 간주됩니다.
가장 좋은 방법은 수분 함량이 이미 설명되어있는 경우 준비하는 데 시간이 덜 걸리므로 물을 첨가한 HS 방법입니다. 그러나 이 정보를 사용할 수 없는 경우 가장 쉬운 방법은 사용 가능한 모든 물을 제거하고 NADES 구성 요소와 상호 작용하는 물만 시스템에 남아 있는 VE 방법입니다. 어쨌든, 연구원은 자유 물이 시스템에서 제거되도록 충분한 시간 동안 시스템이 증발하게해야합니다. 이 타이밍은 장비에 따라 달라지므로 재료 섹션에서 VE 방법의 지속 기간을 설명하기에 충분하지 않지만 수분 함량은 항상 보고되어야합니다.
Disclosures
저자는 공개 할 것이 없다.
Acknowledgments
이 프로젝트는 보조금 계약 No ERC-2016-CoG 725034에 따라 유럽 연합의 호라이즌 2020 연구 및 혁신 프로그램에 따라 유럽 연구 위원회 (ERC)로부터 자금을 받았습니다. 이 작품은 또한 FCT / MCTES (UID / QUI / 50006 / 2019)에서 국가 기금에 의해 자금조달 녹색 화학 -LAQV에 대한 준연구소와 프로젝트 크라이오데스 (PTDC / EQU-EQU / 29851 / 2017)를 통해 FCT / MCTES에 의해 지원되었다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 5 mm NMR tube | Norell | ||
| Acid citric monohydrate | Sigma-Aldrich | ||
| Advance III spectrometer | Bruker | ||
| Deionized water | |||
| dimethyl sulfoxide-d6 | Sigma-Aldrich | ||
| DSC Q200 | TA Instruments, USA | ||
| Freeze-dryer CHRIST ALPHA 1-4 | Braun Biotec International | ||
| Glucose monohydrate | Cmd chemicals | ||
| Karl Fisher Coulometer | Metrohm | ||
| Olympus BX-51 polarized optical microscope | Olympus |
References
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