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.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
Kinolin Bazlı İyonik Sıvının Yeşil Sentezi
Bu makalede
Özet
Özet
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.
Giriş
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.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Protokol
NOT: 1-Heksadesilkinolin-1-ium bromür {[C16quin]Br}, daha önce Sharma ve ark.13 tarafından tarif edildiği gibi sentezlenmiştir.
1. Cam aparatların hazırlanması ve sterilizasyonu
NOT: Bu, istenen bileşiğin sentezi için reaksiyonun kurulmasından en az 1 gün önce yapılmalıdır.
- 24/29, 250 mL, iki boyunlu yuvarlak tabanlı bir şişeyi (RB), ölçüm silindirleri vb. gibi diğer cam aparatlarla birlikte iyice yıkayın ve damıtılmış su ve ardından aseton ile durulayın.
- Yıkanmış cihazı, daha sonra kullanmak üzere tamamen kuruyana kadar 60 °C'de sıcak hava fırınında kurutun.
NOT: Genellikle, yıkanmış cihaz, su filmini tamamen çıkarmak ve reaksiyon sisteminin yabancı maddelerden arınmış olduğundan emin olmak için gece boyunca bir kurutma fırınına yerleştirilmelidir.
2. Cihazın kurulması
NOT: Cihaz, reaktanların eşit şekilde ısınmasını sağlamak için uygun şekilde sıkıştırılmalıdır. Reaksiyon kurulumunun şematik diyagramı Şekil 1'de gösterilmiştir.
- Manyetik karıştırıcılı sıcak bir plakaya bir yağ banyosu yerleştirin. Reaksiyon başlamadan önce yağ banyosunu 80 °C'ye ısıtın.
- RB'nin, manyetik karıştırıcılı sıcak bir plaka üzerine yerleştirilmiş yağ banyosuna yarı daldırılmış olacak şekilde bir tüp imbik standı kullanarak bir yağ banyosunda durmasına izin verin.
- RB'nin üst ağzını, kendisine bağlı bir N2 balonu olan bir şırıngaya daha fazla bağlanan bir temizleme iğnesi oluşturan bir mantarla kapatın.
- Reaksiyon ortamındanN2 sızıntısını önlemek için RB'nin diğer boynunu başka bir kauçuk mantar kullanarak sıkıca kapatın.
- Reaktanları RB'ye eklemeden önce tüm ortamı N2 temizleme yoluyla korunan inert bir atmosferde 80 ° C'ye önceden ısıtın.
- Reaksiyon sisteminin eylemsizliğini sağlamak ve sıcaklığı baştan sona korumak için N2 balonunu tekrar tekrar doldurun (bu nedenle yağ banyosu ısıtması tercih edilir).
3. Reaktanların reaksiyon sistemine eklenmesi
- 0.1 M Kinolin ve 0.105 M 1-bromohekzadekanı önceden ayarlanmış reaksiyon ortamını bozmadan reaksiyon sistemine dökün.
- İçeriği inert bir ortamda ve sabit sıcaklıkta 3 gün boyunca 2500-3000 rpm'de sürekli olarak karıştırın.
4. Bileşiğin saflaştırılması / yeniden kristalleştirilmesi
NOT: Ürünün tamamı yeniden kristalizasyona tabi tutulmamalıdır. Bunun yerine, ürün kaybını önlemek için toplu yeniden kristalizasyon seçilmelidir.
- Elde edilen katıyı 1:2 toluen/etil etanoat karışımı içinde çözün. Bu karışımı bir derin dondurucuda (sıcaklık -15 °C'ye ayarlanmış) -15 °C'ye soğutun ve bir vakum pompasına bağlı bir Buchner hunisi ve bir borudan bir filtre şişesi kullanarak vakum altında süzün. 0,45 μm'lik bir gözenek boyutu oluşturan bir polipropilen filtre membranını, filtrenin tüm tabanını kaplayacak şekilde Buchner hunisine yerleştirin. Düzgün bir sızdırmazlık oluşturmak için az miktarda solvent karışımını filtreden dökün ve kurulumdan her türlü hava sızıntısını önleyin.
- Filtrelenmiş ürünü, çözücüyü huniden kademeli olarak dökerek soğuk toluen ile yıkayın ve ardından vakumlu fırında 70 °C'de kurutun. İstenen bileşiğin yüksek saflığını sağlamak için bu prosedürü 2 kez tekrarlayın.
5. NMR spektroskopisi kullanılarak bileşiğin doğrulanması
- Bileşiği 1H NMR ve 13C NMR'ye tabi tutmadan önce, bileşiğin 1-10 mg'ını ölçerek ve yaklaşık 1 mL CDCl3 içinde çözerek döteryumlu kloroform (CDCl3) içinde çözün.
- Numunenin bir NMR spektrometresi altında analizi için 1 mL'lik bir şırınga kullanarak bu karışımı bir NMR tüpüne enjekte edin. Numune hazırlama hem 1H NMR hem de 13C NMR için aynıdır.
6. Sentezlenen IL'nin IR karakterizasyonu
- Bileşiğin IR spektrumlarını elde etmek için numune hazırlığına gerek yoktur.
- Sentezlenen bileşikte bulunan farklı fonksiyonel gruplar hakkında bir fikir edinmek için birkaç mg katı numuneyi bir IR spektrometresine tabi tutun. Okumalar daha önce gösterildiği gibi elde edildi19.
7. ADMET özelliklerinin tahmini
- İstenen IL'nin kanonik SMILES'ını ücretsiz çevrimiçi yazılım ADMETLAB 2.0'a girin ve çeşitli parametreler elde etmek için programı çalıştırın, bu da aynı biyolojik potansiyeli doğrular.
8. Sentezlenen IL'nin biyomedikal uygulamasını gösteren disk difüzyon testi
- Candida albicans'ın (ATCC 90028) mantar suşunu maya pepton dekstroz (YPD) suyunda 37 ° C'de bir BOD çalkalayıcı inkübatöründe yaklaşık 16 saat ön kültürleyin.
- %1 maya özütü, %2 pepton, %2 dekstroz ve %1,5 agarı 1 L çift damıtılmış suda karıştırarak YPD agar ortamını hazırlayın. 121 ° C'de 15 dakika otoklavladıktan sonra 25 mL taze şekillendirilmiş YPD agar ortamını 90 mm'lik bir Petri plakasına dökün. Ortamın düzgün bir şekilde katılaşmasını sağlamak için plakaları rahatsız etmeden bırakın.
- Plaka tamamen katılaştıktan sonra, bir cam yayıcı kullanarak, taze hazırlanmış mantar aşısının yaklaşık 100 μL'sini homojen bir şekilde ortamın bulunduğu plakanın üzerine yayın. Plakaları laminer akış başlığında 5-7 dakika boyunca rahatsız edilmeden bırakın.
- Forseps kullanarak aynı plakanın ortasına 5-6 mm çapında steril dairesel bir kağıt disk yerleştirin.
- Sentezlenen IL'nin 50 μL 0.1 mM sulu çözeltisini 20-200 μL'lik bir pipet yardımıyla yavaş yavaş disk üzerine ekleyin.
- IL'nin agar'a düzgün bir şekilde yayılmasını sağlamak için plakayı yaklaşık 30 dakika soğutun. Plakayı 24 saat boyunca 37 ° C'de önceden ayarlanmış BOD inkübatörüne yerleştirin.
- Bir ölçüm ölçeği kullanarak inhibisyon bölgesini (disk çapı dahil) ölçün ve bu bölgenin altındaki alanı denklem 1'e göre hesaplayın.
Alan = πr2 (1)
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Sonuçlar
Şekil 2, sentez işleminin meydana getirilmesinde yer alan Menschutkin reaksiyonunun reaksiyon şemasını temsil etmektedir. Bu şekilde sentezlenen 1-Hekzadesilkinolin-1-yum bromür, NMR ve IR spektroskopisi kullanılarak karakterize edildi. Bu şekilde elde edilen yağlı ürünün, Şekil 3'te gösterildiğigibi 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) δ 1 H NMR (400 MHz, C...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Tartışma
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 getirmiştir20. Öne...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Açıklamalar
Yazarların ifşa edecek hiçbir şeyi yok.
Teşekkürler
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.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Malzemeler
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| 1-bromohekzadekan | Merck | CAS no.112-82-3 | %95 saf (HPLC analizi ile belirlendiği gibi) |
| Etil asetat | Merck | CAS no. 205-500-4 | %95 saf (HPLC analizi ile belirlendiği gibi |
| ) Nükleer Manyetik Rezonans (NMR) spektrometresi | Jeol, Model: JNM-ECZ 400S | Nil | Nil |
| Kinolin | Merck | CAS no.91-22-5 | %95 saf (HPLC ile belirlendiği gibi analiz) |
| Toluen | Merck | CAS no. 108-88-3 | %95 saf (HPLC analizi ile belirlendiği gibi) |
Kaynaklar
- 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. , JoVE. Cambridge MA. (2024).
- Zhuo, Y., et al. Ionic liquids in pharmaceutical and biomedical applications: A review. Pharmaceutics. 16 (1), 151(2024).
- Process for the preparation of quinoline-based ionic fluoride salts (QUFS). US patent. , 9643169 (2017).
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yeniden basım ve izinler
