التوليف الأخضر للسائل الأيوني القائم على الكينولين

Summary

في العمل الحالي ، نوضح التوليف الأخضر للسائل الأيوني القائم على الكينولين (IL) ، أي بروميد 1-Hexadecylquinolin-1-ium {[C₁₆quin]Br} عن طريق خلط الكينولين مع فائض من 1-بروموهيكساديكان ، إلى جانب توصيفه التفصيلي باستخدام الرنين المغناطيسي النووي والقياسات الطيفية بالأشعة تحت الحمراء.

Abstract

إن التهديد المتزايد باستمرار لمقاومة مضادات الميكروبات (AMR) يعرض للخطر فعالية المضادات الحيوية السائدة ضد العدوى التي تنتشر بلا هوادة والتي تنتجها البكتيريا والفيروسات والطفيليات وكذلك الفطريات ، مما يشكل تهديدا كبيرا لصحة الإنسان ورفاهه. في هذا الصدد ، أثبتت العديد من الجزيئات الجديدة قوتها ، مع كون السوائل الأيونية (ILs) واحدة من أكثر البدائل الصديقة للبيئة وغير المتطايرة والمستقرة حراريا لمضادات الميكروبات الموجودة ، والتي تمتلك إمكانات ذوبان عالية بالإضافة إلى ضغط بخار منخفض. علاوة على ذلك ، فإن استخدام هذه الكيانات في كل من استقرار هياكل البروتين وزعزعة الاستقرار وتعزيز النشاط الأنزيمي قد زاد من إمكاناتها في صناعة الطب الحيوي. مع وضع هذا في الاعتبار ، نقدم التوليف الأخضر وتوصيف IL القائم على الكينولين ، نظرا لفعاليته الهائلة المضادة للميكروبات ، مع انخفاض السمية الخلوية ونشاط مرافقة اصطناعي كبير. هنا ، لم تؤد مناورة نهج التوليف أحادي الوعاء في ظروف تفاعل خالية من المذيبات وأكثر اخضرارا إلى تحسين كفاءة التفاعل فحسب ، بل زادت أيضا من العائد الكيميائي. تم تأكيد نقاء IL المركب باستخدام الرنين المغناطيسي النووي 1H (NMR) و 13C NMR والتحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء (IR). يتم التحقق من الإمكانات البيولوجية للمركب المركب بشكل أكبر من خلال تحليل خصائص الامتصاص والتوزيع والتمثيل الغذائي والإفراز والسمية (ADMET) والمصادقة عليها باستخدام مقايسة انتشار القرص.

Introduction

يمثل النمو الهائل في عدد سكان العالم زيادة هائلة في استهلاك مجموعة واسعة من السلع على مدى السنوات القليلة الماضية ، بما في ذلك الغذاء والأدوية ، فضلا عن المنتجات الحيوية الأخرى لقوت الكائنات المميتة. وقد أدى ذلك إلى تنشيط البحث عن مركبات كيميائية جديدة ذات خصائص متخصصة بشكل استثنائي وسليمة بيئيا ومفيدة في جميع أنحاء العالم. أثبتت السوائل الأيونية (ILs) أنها مبهجة في هذا الصدد. وقد عززت الآثار المترتبة على هذه المركبات في المجال العلمي مشاريع جديدة في مجال البحوث في التكنولوجيات الكيميائية المعاصرة¹. على عكس الأساليب التقليدية ، فإن استخدام ILs لا يسهل ظروف التفاعل التدريجي فحسب ، بل يعزز أيضا استراتيجية مخصصة للتعامل مع مختلف التحديات البيوكيميائية المتعلقة بالبحث والتطوير التجريبي².

عادة ، ILs هي أملاح مستقرة تشكل الكاتيونات (العضوية) والأنيونات (غير العضوية) ، وتمتلك نقطة انصهار أقل من 100 درجة مئوية³. الالتزام بالمبادئ ال 12 للكيمياء الخضراء ، تجريبيا ، هذه بدائل مقنعة للمذيبات العضوية المعتادة⁴. تشمل الخصائص المذهلة المرتبطة باستخدام هذه المركبات الموصلية الجوهرية الكبيرة ، والقطبية ، والميل إلى الذوبان ، والاستقرار الحراري ، وعدم التقلب ، والحموضة / القاعدية ، والمحبة للماء / الكارهة للماء ، والضبط ، مما يجعل ILs الأنسب للبحث التجريبي⁵.

بصرف النظر عن التطبيقات الموسعة لفئات مختلفة من ILs في التخليق العضوي^{الحديث 6} ، والحفز⁷ ، والعمليات الكهروكيميائية المختلفة التي تنطوي على أجهزة استشعار⁸ ، والمحركات⁹ ، والبطاريات¹⁰ ، وخلايا الوقود¹¹ ، على مدى السنوات القليلة الماضية ، تم منح هذه الفئة من المركبات اعترافا بالغ الأهمية في مجال الطب الحيوي في ضوء مقاومة مضادات الميكروبات. تكشف الاختبارات الحالية أن ILs القائمة على الإيميدازوليوم والبيريدين والكولين والبيرول فعالة للغاية كعوامل علاجية بسبب شحنتها العالية وكارهتها للماء¹². ومع ذلك ، لا تزال النظراء القائمة على الكينولين تعتبر الأكثر فعالية ضد الميكروبات المسببة للأمراض¹². تشمل التطبيقات الطبية الحيوية الإضافية المصاحبة لهذه الفئة من ILs نشاط المرافق الاصطناعي¹³ ، والسمية الخلوية ضد الخلايا السرطانية¹⁴ بالإضافة إلى قدرة ممتازة على حمل الأدوية¹⁵.

تقليديا ، ينطوي تصنيع ILs على استخدام وسائط مذيبات شديدة السمية مثل ثنائي كلورو ميثان ، والبنزين ، ورابع كلوريد الكربون ، وثنائي كلورو الإيثيلين ، وما إلى ^ذلك.16 ، مما يعوق التوافق الأحيائي ويرفع من سمية المركب ، مما يجعلها غير مرغوب فيها للاستخدام البيولوجي. بالإضافة إلى ذلك ، فإن استخدام المذيبات الضارة في وسائط التفاعل لا يؤدي فقط إلى إبطاء وقت التفاعل ولكنه يزيد أيضا من الإنتاج غير المقصود للمنتجات الثانوية للنفايات المنبعثة في البيئة¹⁷. علاوة على ذلك ، يؤثر المذيب المستخدم في وسائط التفاعل أيضا على الرقم الهيدروجيني للمنتج النهائي ؛ وبالتالي ، فإن إزالته في نهاية التفاعل أمر حيوي ، خاصة عندما يكون المركب المطلوب مخصصا للاستخدام في الأنظمة البيولوجية المرتبطة بالبروتين. وبالتالي ، فإن الابتعاد عن استخدام مثل هذا المذيب أمر موات في مجال الكيمياء الخضراء.

في هذه الدراسة ، أبلغنا عن تخليق وعاء واحد ل¹³ IL متوافق حيويا وغير سام ، وهو بروميد 1-Hexadecylquinolin-1-ium ، باستخدام طريق أكثر خضرة. تغفل الاستراتيجية الحالية استخدام مذيب جزيئي ، والاستفادة من قدرة الذوبان الذاتي ل IL المتكونة داخل خليط التفاعل ، مما يعزز كفاءة التفاعل العالية والعائد الكيميائي. يشكل تفاعل Menschutkin¹⁸أساس منهجية التوليف الحالية. يتم فحص نقاء المركب المركب باستخدام التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي والأشعة تحت الحمراء. تم التحقيق في الملف الدوائي للمركب والسمية من خلال دراسات ADMET. علاوة على ذلك ، تم أيضا إثبات إمكانات مضادات الميكروبات ل IL المركب ضد سلالة المبيضات البيض المسببة للأمراض في الدراسة.

Protocol

ملاحظة: تم تصنيع 1-سداسي ديسيلكينولين-1-يوم بروميد {[C₁₆quin]Br} كما هو موضح سابقا من قبل شارما وآخرون ¹³.

1. إعداد وتعقيم الأجهزة الزجاجية

ملاحظة: يجب أن يتم ذلك قبل 1 يوم على الأقل من إعداد التفاعل لتوليف المركب المطلوب.

1. اغسل قارورة مستديرة القاع (RB) 24/29 ، 250 مل ، إلى جانب الأجهزة الزجاجية الأخرى مثل أسطوانات القياس ، وما إلى ذلك ، واشطفها بالماء المقطر متبوعا بالأسيتون.
2. جفف الجهاز المغسول في فرن الهواء الساخن على حرارة 60 درجة مئوية حتى يجف الجهاز تماما لمزيد من الاستخدام.
   ملاحظة: عادة ، يجب وضع الجهاز المغسول طوال الليل في فرن تجفيف لإزالة فيلم الماء تماما والتأكد من خلو نظام التفاعل من الشوائب.

2. إعداد الجهاز

ملاحظة: يجب تثبيت الجهاز بشكل صحيح لضمان تسخين موحد للمواد المتفاعلة. يوضح الشكل 1 الرسم التخطيطي لإعداد التفاعل.

1. ضع حمام زيت على طبق ساخن مع محرك مغناطيسي. سخن حمام الزيت إلى 80 درجة مئوية قبل بدء التفاعل.
2. اسمح ل RB بالوقوف في حمام زيت باستخدام حامل معوجة أنبوبي بحيث يكون نصف مغمور في حمام الزيت الموضوع على صفيحة ساخنة مع محرك مغناطيسي.
3. أغلق الفم العلوي ل RB بفلين يشكل إبرة تطهير ، متصلة أيضا بحقنة مع بالون N₂ متصل بها.
4. أغلق الرقبة الأخرى من RB بإحكام باستخدام فلين مطاطي آخر لتجنب تسرب N₂ من وسط التفاعل.
5. سخن الوسط بأكمله إلى 80 درجة مئوية في جو خامل يتم الحفاظ عليه من خلال تطهير N₂ قبل إضافة المواد المتفاعلة إلى RB.
6. أعد ملء بالون N₂ بشكل متكرر لضمان خمول نظام التفاعل والحفاظ على درجة الحرارة طوال الوقت (وبالتالي ، يفضل تسخين حمام الزيت).

3. إضافة المواد المتفاعلة إلى نظام التفاعل

1. صب 0.1 M الكينولين و 0.105 M 1-bromohexadecane في نظام التفاعل دون الإخلال ببيئة التفاعل المحددة مسبقا.
2. حرك المحتويات باستمرار عند 2500-3000 دورة في الدقيقة لمدة 3 أيام في بيئة خاملة ودرجة حرارة ثابتة.

4. تنقية / إعادة بلورة المركب

ملاحظة: يجب ألا يخضع المنتج بأكمله لإعادة التبلور. بدلا من ذلك ، يجب اختيار إعادة بلورة الدفعات لتجنب فقدان المنتج.

1. قم بإذابة المادة الصلبة التي تم الحصول عليها في خليط 1: 2 تولوين / إيثانوات إيثيل. قم بتبريد هذا الخليط إلى -15 درجة مئوية في الفريزر العميق (ضبط درجة الحرارة على -15 درجة مئوية) وقم بالتصفية تحت التفريغ باستخدام قمع Buchner ، متصل بمضخة تفريغ وقارورة مرشح عبر أنبوب. ضع غشاء مرشح البولي بروبلين ، الذي يشكل حجم مسام 0.45 ميكرومتر ، في قمع Buchner ، الذي يغطي الجزء السفلي بالكامل من الفلتر. صب كمية صغيرة من خليط المذيب من خلال المرشح من أجل إنشاء ختم مناسب ، ومنع أي نوع من تسرب الهواء من خلال الإعداد.
2. اغسل المنتج المصفى بالتولوين البارد عن طريق سكب المذيب عبر القمع تدريجيا ، متبوعا بالتجفيف عند 70 درجة مئوية في فرن مفرغ. كرر هذا الإجراء 2x لضمان النقاء العالي للمركب المطلوب.

5. التحقق من صحة المركب باستخدام التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي

1. قبل إخضاع المركب ل ¹H NMR و ¹³C NMR ، قم بإذابته في الكلوروفورم المثبط (CDCl₃) عن طريق قياس 1-10 مجم من المركب وإذابته في حوالي 1 مل من CDCl_3.
2. حقن هذا الخليط في أنبوب الرنين المغناطيسي النووي باستخدام حقنة 1 مل لتحليل العينة تحت مطياف الرنين المغناطيسي النووي. تحضير العينة متطابق لكل من ¹H NMR و ¹³C NMR.

6. توصيف الأشعة تحت الحمراء من IL توليفها

1. لا يلزم تحضير عينة للحصول على أطياف الأشعة تحت الحمراء للمركب.
2. إخضاع بضعة ملغ من العينة الصلبة لمطياف الأشعة تحت الحمراء للحصول على نظرة ثاقبة للمجموعات الوظيفية المختلفة الموجودة في المركب المركب. تم الحصول على القراءات كما هو موضح سابقا¹⁹.

7. التنبؤ بخصائص ADMET

1. أدخل الابتسامات المتعارف عليها ل IL المطلوب في البرنامج المجاني عبر الإنترنت ADMETLAB 2.0 وقم بتنفيذ البرنامج للحصول على معلمات مختلفة ، مما يبرر الإمكانات البيولوجية لنفسه.

8. مقايسة نشر القرص التي توضح التطبيق الطبي الحيوي ل IL المركب

1. قبل الاستزراع السلالة الفطرية من المبيضات البيض (ATCC 90028) في مرق خميرة بيبتون دكستروز (YPD) لمدة 16 ساعة تقريبا في حاضنة شاكر BOD عند 37 درجة مئوية.
2. قم بإعداد وسائط أجار YPD عن طريق خلط 1٪ من خلاصة الخميرة و 2٪ من الببتون و 2٪ سكر العنب و 1.5٪ من الأجار في 1 لتر من الماء المقطر المزدوج. صب 25 مل من وسائط أجار YPD المشكلة حديثا في صفيحة بتري 90 مم بعد تعقيمها لمدة 15 دقيقة عند 121 درجة مئوية. اترك الألواح دون إزعاج للسماح بالتصلب المناسب للوسائط.
3. بمجرد أن تصلب اللوحة تماما ، انشر حوالي 100 ميكرولتر من اللقاح الفطري الطازج بشكل متجانس على اللوحة التي تحتوي على الوسائط ، باستخدام مفرشة زجاجية. اترك الألواح دون إزعاج لمدة 5-7 دقائق في غطاء التدفق الصفحي.
4. ضع قرصا ورقيا دائريا معقما بقطر 5-6 مم في منتصف نفس اللوحة ، باستخدام ملقط.
5. أضف 50 ميكرولتر من محلول مائي 0.1 مللي متر من IL المركب على القرص ، تدريجيا ، بمساعدة ماصة 20-200 ميكرولتر.
6. قم بتبريد الطبق لمدة 30 دقيقة تقريبا لضمان الانتشار المناسب ل IL في الآجار. ضع اللوحة في حاضنة BOD المحددة مسبقا على 37 درجة مئوية لمدة 24 ساعة.
7. قم بقياس منطقة التثبيط (بما في ذلك قطر القرص) باستخدام مقياس قياس واحسب المساحة الواقعة تحت هذه المنطقة وفقا للمعادلة 1.
   المساحة = πr² (1)

النتائج

يمثل الشكل 2 مخطط تفاعل تفاعل Menschutkin المتضمن في إحداث عملية التخليق. تم توصيف بروميد 1-Hexadecylquinolin-1-ium ، وبالتالي تصنيعه ، باستخدام التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي والأشعة تحت الحمراء. من المتوقع أن يظهر المنتج الزيتي الذي تم الحصول عليه ^علىه?...

Discussion

في الآونة الأخيرة ، كشفت ILs عن العديد من التطبيقات الواعدة في مجال العلوم الكيميائية الحيوية بما في ذلك نشاط إعادة طي البروتين / chaperone ، ومركبات توصيل الأدوية ، و / أو المحفزات في العديد من التفاعلات العضوية. خصائصها الفيزيائية والكيميائية المثيرة للاهتمام ، مثل قابلية ال...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
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)