Прості похідні тирозину діють як наукові доповіді органогеляторів з низькою молекулярною масою
Предмети
Виправлення видавця до цієї статті було опубліковано 03 травня 2019 року
Ця стаття оновлена
Анотація
Гелеутворення L-Tyr (тBu) -OH у тетрагідрофурані (ТГФ) був відкритий випадково. Було зазначено, що ця надзвичайно низькомолекулярна сполука (ЗМГ) має здатність гелеутворювати широкий спектр органічних розчинників (наприклад,., N, N-Диметилформамід (ДМФ), ТГФ, бутанол, толуол), навіть у дуже низьких концентраціях (тобто 0,1 мас./Об.% У ДМФА). Додавання таких основ, як NaOH та піперидин, посилювало властивість гелю. Змінивши захисну групу бічного ланцюга на трет-Бутилдиметилсилил (TBDMS), також був придбаний органогель, що реагує на іони фториду. Цей новий органогелятор реагував на концентрацію фторид-іонів до 0,2 ppm. Характеристика мікроструктур та поведінки гелю вивчалася за допомогою порошкової рентгенівської дифракційної спектроскопії (XRD), просвічувальної електронної мікроскопії (TEM), реологічних вимірювань та моделювання молекулярної динаміки (MD). Експериментальні спостереження та теоретичне моделювання послідовно показують волоконно-подібну структуру гелю, в якій молекули органогелятора утримуються разом через щільну мережу водневих зв’язків та за допомогою ван-дер-ваальсових взаємодій між гідрофобними групами.
Вступ
Результати і обговорення
Спонтанне виділення L-Tyr (тBu) -OH (2)
L-Tyr (тBu) -OH є недорогим комерційно доступним з'єднанням, а також є синтетично простим для кількісного отримання за один етап Fmoc-L-Tyr (тБу) -ОН 29. Гелеутворення відбувається спонтанно під час наступної реакції (рис. 1).
Синтез L-Tyr (тБу) -ОН.
Розщеплення групи флуоренілметилоксикарбонілу (Fmoc) з піперидином у ТГФ призвело до гелеутворення протягом 15 хвилин під час реакції. Після видалення побічного продукту гелеутворення було успішно досягнуто за тих самих умов з використанням чистого L-Tyr (тBu) -OH, що вказує на те, що побічний продукт не відіграє ролі в процесі гелеутворення. Спочатку ця реакція проводилася з метою синтезу незахищеного тирозину, який буде використаний в іншому дослідженні, і врешті-решт привела нас до випадкового відкриття цього нового органогелятора, що спричинило подальші дослідження, як повідомляється нижче.
Такі ж властивості гелеутворення спостерігались і для іншого енантіомеру, D-Tyr (тБу) -ОН, як і очікувалося. Однак у випадку рацемічного Tyr утворення гелю не спостерігалось (тBu) -OH при мінімальній концентрації гелеутворення. Крім того, ми спостерігали, що трет-бутилова частина відіграє значну роль у процесі гелеутворення, оскільки гелеутворення не відбувається ні для L-Tyr-OH, ні для L-Phe-OH, ні для L-Tyr (Me) -OH.
Скринінг добавок та розчинників для гелеутворення
Для дослідження властивостей гелеутворення L-Tyr (тBu) -OH, використовувались різні комбінації добавок та розчинників із застосуванням методу інверсії флаконів (таблиці 1 та 2). У таблиці 1 узагальнено вплив різних добавок (основ і спиртів) на гелеутворення в ТГФ.
Гелі готували в 1,0 мл ТГФ. Після розчинення L-Tyr (тBu) -OH у розчиннику за допомогою ультразвукової ванни при 40 ° C, додавали 10,0 мкл добавки. Розчини знову поміщали в ультразвукову ванну на 4–10 хвилин. Формування гелів визначали за допомогою інверсійного тесту.
Гелеутворення L-Tyr (тBu) -OH додатково випробовували в різноманітних розчинниках з додаванням або не додаванням негелюючого агента, піперидину або NaOH. Як показано в таблиці 2, L-Tyr (тBu) -OH утворює гель із широким розмаїттям органічних розчинників у надзвичайно низьких концентраціях.
Серед випробуваних умов ДМФ виглядає як найкращий розчинник для гелеутворення із здатністю гелеутворюватись при 0,1 мас./Об.% Без будь-якої добавки. Крім того, 2-етилгексанол, коли використовується як розчинник, показує перспективні результати гелеутворення з концентрацією до 0,2 мас./Об.%. Додавання негелюючого агента до останнього гелю лише змінює зовнішній вигляд гелю на прозорий і не робить істотного впливу на мінімальну концентрацію гелеутворення. Подібним чином толуол, гексан та 1,2-дихлоретан також виявляються хорошими розчинниками для гелеутворення лише з додаванням піперидину. Наявність піперидину зменшує концентрацію гелеутворення розчинників трет-бутилметиловий ефір та 1,2-диметоксиетан, з яких вони утворювали розчин у визначених концентраціях без добавок. На диво, розріджувач целюлози, ізопропілалкоголь та -бутилалкоголь, застосовуючи його як розчинники, утворює прозорий гель без піперидину, тоді як додавання піперидину утворює розчини. Гелеутворення соняшникової олії вказує на перспективне потенційне застосування L-Tyr (тBu) -OH в області доставки ліків 30,31,32. Аналогічним чином, гелеутворення дизельного палива L-Tyr (тБу) -ОН, що вказує на можливу функцію відновлення розливу нафти 3,10 .
Реакція гелеутворення та іонного фтору L-Tyr (TBDMS) -OH
Ми синтезували L-Tyr (TBDMS) -OH (рис. 2а) та досліджували його гелеутворюючі властивості за різних умов. Гелеутворення цього похідного було досягнуто як у ТГФ, так і в 2-етилгексанолі, з мінімальною концентрацією 1 мас./Об.% В обох розчинниках. L-Tyr (TBDMS) -OH чутливий до присутності фтору, оскільки останній може спричинити розщеплення зв’язку Si-O з утворенням L-Tyr-OH, як показано на рис. 2b. Додавання фториду натрію до гелів L-Tyr (TBDMS) -OH у 2-етилгексанолі в концентраціях 0,2, 0,3 та 0,5 ppm призвело до повного переходу гелю до розчину протягом 44 год, 18 год та 1 год відповідно (рис. . 2c). Іон фтору розщеплює фрагмент TBDMS, отримуючи L-Tyr-OH, який, як обговорювалося раніше, не виявляє гелеутворюючих властивостей у 2-етилгексанолі, пояснюючи перехід гелю в розчин, який спостерігається через певний проміжок часу. Тому ми пропонуємо L-Tyr (TBDMS) -OH як потенційно перспективний гелятор, який можна використовувати для виявлення іонів фтору.
(a) Синтез L-Tyr (TBDMS) -OH () Розщеплення зв’язку Si-O L-Tyr (TBDMS) -OH у присутності іону фтору. (c) Зображення переходу гелю в розчин 2 мас./Об.% L-Tyr (TBDMS) -OH у 2-етилгексанолі у вигляді розчинника та піперидину як добавки через 1 годину після додавання 0,5 ppm NaF (водн.)
Характеристика мікроструктур та поведінки гелів
Характеристика мікроструктури L-Tyr (тBu) -OH гель, а також молекулярне набивання в атомному масштабі проводили за допомогою візуалізації трансмісійного електронного мікроскопа (TEM) (рис. 3а), вимірювань дифракції рентгенівського порошку (XRD) (рис. 3b) та молекулярної динаміки MD) моделювання.
(a) TEM-зображення L-Tyr (тBu) -OH у ТГФ/піперидині, розведеному водою miliQ. (Шкала шкали: 200 нм та 500 нм). () Рентгенограмма ксерогелів з піперидином та без нього.
3а, TEM-зображення L-Tyr (тBu) -OH в ТГФ з додаванням піперидину показують утворення нановолокна з приблизною шириною 40 нм і довжиною в кілька мікрометрів. Зразки XRD, представлені на рис. 3b для зразків, приготовлених з добавкою піперидину та без неї, вказують на те, що піперидин не бере участі у молекулярній упаковці, оскільки ці дві схеми майже однакові.