キノリン系イオン液体のグリーン合成

要約

本研究では、キノリンを過剰に含んだ1-ブロモヘキサデカンを混合したキノリン系イオン液体(IL)、すなわち1-ヘキサデシルキノリン-1-臭化物{[C₁₆quin]Br}のグリーン合成を解明するとともに、核磁気共鳴および赤外分光法による詳細な評価を行う。

要約

薬剤耐性(AMR)の脅威はますます高まっており、細菌、ウイルス、寄生虫、真菌によって引き起こされる容赦なく発生する感染症に対して、一般的な抗生物質の効力を危険にさらし、人間の健康と幸福に大きな脅威をもたらします。この点で、いくつかの新しい分子がその気概を証明しており、イオン液体(IL)は、既存の抗菌剤に代わる最も環境に優しく、不揮発性で、熱的に安定した代替品の1つであり、高い溶媒和能力と低い蒸気圧を備えています。さらに、これらのエンティティをタンパク質構造の安定化と不安定化の両方、および酵素活性の強化に利用することで、生物医学業界での可能性がさらに高まりました。この点を念頭に置き、キノリンベースのILのグリーン合成と特性評価について、その膨大な抗菌力、低い細胞毒性、優れた人工シャペロン活性により、ILのグリーン合成と特性評価を提示します。ここでは、溶媒を含まず、より環境に優しい反応条件でワンポット合成アプローチを巧みに行うことで、反応効率が改善されただけでなく、化学収率も向上しました。合成されたILの純度は、1H核磁気共鳴(NMR)、13C NMR、および赤外(IR)分光法を用いて確認されました。合成された化合物の生物学的可能性は、その吸収、分布、代謝、排泄、および毒性(ADMET)特性を分析することによりさらに検証され、ディスク拡散アッセイを使用して認証されます。

概要

世界人口の驚異的な増加は、過去数年間で、食品、医薬品、その他の人間の生命維持のための重要な製品を含む、膨大な数の商品の消費の大幅な増加を説明しています。これにより、非常に専門的で、生態学的に健全で、有益な特性を持つ新しい化合物の探求が世界中で活性化されています。イオン液体(IL)は、この点で優れていることが証明されています。これらの化合物が科学領域に展開されることで、現代の化学技術の研究における新たなベンチャーが後押しされています¹。従来のアプローチとは対照的に、ILの利用は進行性反応条件を容易にするだけでなく、実験的研究開発に関連するさまざまな生化学的課題に取り組むためのカスタマイズされた戦略を促進します²。

通常、ILは、カチオン(有機)とアニオン(無機)を構成する安定塩であり、融点は100°^C3未満です。グリーンケミストリーの12の原則に従うと、経験的には、これらは慣習的な有機溶媒⁴の説得力のある代替品です。これらの化合物の利用に関連する驚くべき特性は、優れた固有伝導性、極性、溶媒和傾向、熱安定性、非揮発性、酸性度/塩基性、親水性/疎水性、および調整性を含み、ILを実験研究に最も適したものにしています⁵。

現代の有機合成⁶、触媒⁷、および^{センサー8}、アクチュエータ^ー9、電池¹⁰、燃料電池¹¹を含む様々な電気化学プロセスにおける様々なクラスのILの広範な応用は別として、このクラスの化合物は、AMRの観点から生物医学の分野で重要な認識を与えられてきた。現在の試用期間中、イミダゾリウム、ピリジン、コリン、およびピロールに基づくILは、その高い電荷と疎水性により、治療薬として非常に効果的であることが明らかになっています¹²。しかし、キノリンベースの対応物は、依然として病原性微生物に対して最も強力であると考えられています¹²。このクラスのILに伴うその他の生物医学的応用には、人工シャペロン活性¹³、癌細胞に対する細胞毒性¹⁴ 、および優れた薬物運搬能力¹⁵が含まれる。

従来、ILの作製には、ジクロロメタン、ベンゼン、四塩化炭素、ジクロロエチレンなどの毒性の高い溶媒媒体が利用されており¹⁶、生体適合性が阻害され、化合物の毒性が高まるため、生物学的利用には望ましくありません。さらに、反応媒体に有害な溶媒を使用すると、反応時間が遅くなるだけでなく、環境に放出される廃棄物副産物の意図しない生成も増加する¹⁷。さらに、反応媒体に使用される溶解剤も最終生成物のpHに影響を与えます。したがって、反応の最後にその除去を行うことは、特に目的の化合物がタンパク質関連の生物学的システムに使用することを意図している場合に重要です。したがって、このような溶媒の使用を避けることは、グリーンケミストリーの領域では有利です。

この研究では、生体適合性で毒性のない¹³ IL、すなわち1-ヘキサデシルキノリン-1-臭化物のワンポット合成について、より環境に優しいルートを使用して報告します。本戦略では、分子溶媒の利用を省略し、反応混合物内で形成されるILの自己溶解能力を活用し、高い反応効率と化学収率を促進します。メンシュトキン反応¹⁸は、現在の合成方法論の基礎を形成しています。合成された化合物の純度は、NMRおよびIR分光法を用いて調べられます。化合物の薬物動態プロファイルと毒性は、ADMET研究を通じて調査されました。.さらに、病原性 カンジダ・アルビカンス 株に対する合成ILの抗菌性もこの研究で実証されています。

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プロトコル

注:1-ヘキサデシルキノリン-1-臭化物{[C₁₆quin]Br}は、Sharmaらによって以前に報告されたように合成されました.¹³。

1. ガラス器具の調製・滅菌

注:これは、目的の化合物の合成のための反応を設定する少なくとも1日前に行う必要があります。

1. 24/29、250 mL、2ネック丸底フラスコ(RB)を、測定シリンダーなどの他のガラス器具と一緒によく洗浄し、蒸留水とアセトンですすいでください。
2. 洗浄した装置を60°Cの熱風オーブンで、装置が完全に乾くまで乾燥させます。
   注:通常、洗浄した装置は、水膜を完全に除去し、反応システムに不純物がないことを確認するために、乾燥オーブンに一晩置く必要があります。

2. 装置のセットアップ

注:反応物が均一に加熱されるように、装置は適切にクランプする必要があります。反応セットアップの概略図を 図1に示します。

1. マグネチックスターラー付きのホットプレートにオイルバスを置きます。反応を開始する前に、オイルバスを80°Cに予熱します。
2. RBをチューブレトルトスタンドを使用してオイルバスに立たせ、マグネチックスターラー付きのホットプレートに置かれたオイルバスに半分浸します。
3. RBの上部口をパージ針を構成するコルクで密封し、さらにN₂ バルーンが取り付けられた注射器に接続します。
4. 反応媒体からのN₂ の漏れを避けるために、別のゴムコルクを使用してRBのもう一方のネックをしっかりと密封します。
5. 反応物をRBに添加する前に、N₂ パージを通じて維持された不活性雰囲気で、培地全体を80°Cに予熱します。
6. N₂ バルーンを繰り返し補充して、反応システムの不活性を確保し、全体の温度を維持します(したがって、オイルバス加熱が好ましい)。

3. 反応系への反応物の添加

1. 0.1 Mのキノリンと0.105 Mの1-ブロモヘキサデカンを、あらかじめ設定された反応環境を乱さずに反応システムに注ぎます。
2. 内容物を2500〜3000rpmで3日間、不活性環境および一定温度で連続的に攪拌します。

4. 化合物の精製/再結晶化

注意: 製品全体を再結晶化しないでください。代わりに、製品の損失を避けるために、バッチ再結晶を選択する必要があります。

1. 得られた固体を1:2トルエン/エタン酸エチル混合物に溶解します。この混合物をディープフリーザー(温度を-15°Cに設定)で-15°Cに冷却し、真空ポンプとフィルターフラスコにチューブを介して取り付けられたブフナー漏斗を使用して真空下でろ過します。0.45 μmの細孔サイズを構成するポリプロピレンフィルターメンブレンをBuchner漏斗に配置し、フィルターの底全体を覆います。フィルターに少量の溶剤混合物を注ぎ、適切なシールを作成し、セットアップからの空気漏れを防ぎます。
2. ろ過した製品を冷たいトルエンで洗浄するには、溶媒を漏斗に徐々に注ぎ、続いて真空オーブンで70°Cで乾燥させます。この手順を2回繰り返して、目的の化合物の高純度を確保します。

5. NMR分光法による化合物の検証

1. 化合物を ^1HNMRおよび ^13CNMRに供する前に、1〜10 mgの化合物を測定し、約1 mLのCDCl 3に溶解して重水素化クロロホルム(CDCl₃)に溶解します_。
2. この混合物を1mLシリンジを使用してNMRチューブに注入し、NMR分光計でサンプルを分析します。サンプル調製は ^、1H NMRと ¹³C NMRの両方で同じです。

6. 合成ILのIR評価

1. 化合物のIRスペクトルを取得するためにサンプル調製は必要ありません。
2. 数mgの固体サンプルをIR分光計にかけ、合成された化合物に存在するさまざまな官能基についての洞察を得ます。読み取り値は、以前に示した¹⁹と同様に取得されました。

7. ADMET特性の予測

1. 目的のILの正規のSMILESを無料のオンラインソフトウェアADMETLAB 2.0に入力し、プログラムを実行してさまざまなパラメータを取得し、その生物学的可能性を立証します。

8. 合成ILの生物医学的応用を実証する椎間板拡散アッセイ

1. カンジダ・アルビカンス(ATCC 90028)の真菌株を酵母ペプトンデキストロース(YPD)ブロスで37°CのBODシェーカーインキュベーターで約16時間予備培養します。
2. 1 Lの二重蒸留水に1%酵母抽出物、2%ペプトン、2%デキストロース、および1.5%寒天を混合して、YPD寒天培地を調製します。新たに形成したYPD寒天培地25 mLを90 mmペトリプレートに注ぎ、121°Cで15分間オートクレーブします。 メディアが適切に固化するように、プレートを邪魔しないでください。
3. プレートが完全に固まったら、ガラススプレッダーを使用して、調製したばかりの真菌接種物約100μLを、培地が入ったプレート上に均一に広げます。プレートを層流フードに5〜7分間放置します。
4. 鉗子を使用して、直径5〜6 mmの滅菌円形の紙ディスクを同じプレートの中央に置きます。
5. 20〜200μLのピペットを使用して、合成したILの0.1mM水溶液50μLをディスク上に徐々に加えます。
6. プレートを約30分間冷蔵して、ILが寒天に適切に拡散することを確認します。プレートを37°Cにあらかじめ設定したBODインキュベーターに24時間置きます。
7. 測定スケールを使用して阻害ゾーン(ディスク直径を含む)を測定し、式1に従ってこのゾーンの下の面積を計算します。
   面積 = πr² (1)

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結果

図2は、合成プロセスに関わるメンシュトキン反応の反応スキームを表しています。このようにして合成された1-ヘキサデシルキノリン-1-臭化物は、NMRおよびIR分光法を用いて特徴付けられた。図3に示すように、得られた油性生成物は、図3に示すように、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, ...

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ディスカッション

近年、ILは、タンパク質のリフォールディング/シャペロン活性、薬物送達媒体、および/またはいくつかの有機反応における触媒など、生化学科学の分野におけるさまざまな有望な実装を明らかにしています。それらの調整可能な、生体適合性、溶解性、持続可能性、安定性などの興味深い物理化学的特性は、それらを新規治療薬の開発の潜在的な候補にしています

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資料

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)