DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-60693-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42437774
تاريخ النشر: 2026-07-12
المؤلف: Fatemeh Tamaddon وآخرون
الموضوع الرئيسي: خصائص السوائل الأيونية وتطبيقاتها
نظرة عامة
تقدم البحث مذيب عميق eutectic جديد (TDES)، وهو ZnCl₂:ChCl:2thiourea (TDES1)، والذي يظهر قدرات ثلاثية وظيفية ملحوظة ككاشف، محفز، ومذيب في التخليق الكيميائي الانتقائي للبيرازولو[3،4-d]بيريميدين(ثي)ونات (PyrPys). أظهرت التحليلات أن TDES1 لديه نقطة انصهار منخفضة بشكل ملحوظ تبلغ 16 درجة مئوية، وكثافة تبلغ 1.21 جرام/سم³، وموصلية كهربائية تبلغ 33 ميكروسيمنز/سم، ولزوجة تبلغ 2632 سنتي بواز. أشارت التحليلات النظرية، بما في ذلك DFT وEPS، إلى تكوين مركب ZnCl₃⁻:Ch⁺ الذي يتفاعل مع NH₂ الخاص بالثيويوريا ومجموعة OH الخاصة بـ ChCl، وهو ما تم تأكيده من خلال بيانات XPS التجريبية. أظهرت TDESs أدوار مزدوجة لـ Zn²⁺ والثيويوريا/اليوريا في هيكل سائل متجانس، مما يسهل تخليق PyrPys النشطة بيولوجيًا مع تقليل الحاجة إلى المواد المساعدة.
يخلص الدراسة إلى أن TDESs المطورة توفر طريقة فعالة ومستدامة لتخليق PyrPys النشطة بيولوجيًا، مما يظهر تحسينات كبيرة مقارنة بنظائرها من اليوريا (TDES2) من حيث نقطة الانصهار، اللزوجة، الكثافة، وغيرها من الخصائص الفيزيائية والكيميائية. يبرز البروتوكول مبادئ الكيمياء الخضراء من خلال القضاء على المذيبات السامة، وتعزيز اقتصاد الذرة، وضمان عوائد عالية وانتقائية كيميائية تحت ظروف معتدلة. أكدت اختبارات مضادات البكتيريا فعالية PyrPys المُصنعة ضد مسببات الأمراض المختلفة، حيث أظهرت مشتقات الفانيليا نشاطًا قويًا بشكل خاص. ستستكشف الأبحاث المستقبلية تطبيقات إضافية لهذه TDESs.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث المذيبات العميقة eutectic (DESs) كبدائل قابلة للتطبيق للمركبات العضوية المتطايرة (VOCs) والسوائل الأيونية (ILs) في التقنيات المستدامة. تتشكل DESs من مانحي الروابط الهيدروجينية (HBDs) وقابلي الروابط الهيدروجينية (HBAs) بنسب مولارية محددة، مما يؤدي إلى نقاط انصهار أقل مقارنة بمكوناتها النقية. تشمل مزايا DESs سهولة التحضير، القابلية للتعديل، اقتصاد الذرة، وارتفاع القطبية، مما يؤدي إلى تطوير أنواع مختلفة، بما في ذلك المذيبات العميقة eutectic المحبة للماء، الكارهة للماء، الطبيعية، المغناطيسية، والمذيبات العميقة eutectic الثلاثية (TDESs).
تسلط الورقة الضوء على الاستكشاف المحدود لمذيبات DESs القائمة على الثيويوريا، على الرغم من تطبيقاتها المحتملة كمذيبات، ومحفزات، ومواد ماصة في عمليات مختلفة، مثل امتصاص SO₂ وNO₂ وتخليق المركبات العضوية. يؤكد المؤلفون على الحاجة إلى TDESs جديدة متعددة الاستخدامات يمكن أن تعمل في الوقت نفسه ككواشف، ومذيبات، ومحفزات لمعالجة التحديات مثل اللزوجة العالية وانخفاض نقل الكتلة، وبالتالي تعزيز الممارسات الصديقة للبيئة في التخليق العضوي. تشمل النتائج الأخيرة تطوير TDES (ZnCl₂:ChCl:2urea) مع نقطة انصهار تبلغ 12 درجة مئوية، والتي تم استخدامها لإنتاج السليلوز الدقيق أو النانوي عالي الكلورة.
طرق
في هذه الدراسة، تضمنت الطرق التجريبية استخدام مواد كيميائية متنوعة، تحديدًا البنزالدهيدات، 3-ميثيلبيرازولون، 1-فينيل-3-ميثيلبيرازولون، اليوريا، الثيويوريا، كلوريد الكولين (ChCl)، وكلوريد الزنك، جميعها مصدرها من ميرك. تشير اختيار هذه المواد إلى التركيز على تخليق أو تحليل المركبات التي قد تتضمن تفاعلات تتعلق بخصائص مشتقات البيرازولون أو تفاعلاتها مع الكواشف المذكورة. من المحتمل أن يتم توفير مزيد من التفاصيل حول الإجراءات والظروف التجريبية في الأقسام اللاحقة، والتي ستوضح المنهجيات المحددة المستخدمة في البحث.
نتائج
في هذا القسم، يقدم المؤلفون تحضير وتوصيف مذيب عميق eutectic جديد (DES)، يُطلق عليه TDES1، يتكون من كلوريد الزنك (ZnCl₂)، كلوريد الكولين (ChCl)، و2-ثيويوريا. بالإضافة إلى ذلك، قاموا بتخليق نظير اليوريا الخاص به، TDES2، المصنوع من ZnCl₂، ChCl، و2-يوريا. شمل التحضير تحسين معايير مختلفة، تلاه توصيف شامل للمذيبات من خلال مخططات الطور، قياسات الكثافة، تقييمات اللزوجة، مطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FT-IR)، التحليل الحراري الوزني (TGA)، والتحليلات الحاسوبية. توفر هذه التوصيفات رؤى حول الخصائص الفيزيائية والكيميائية لـ DESs المُصنعة، مما يؤسس أساسًا لتطبيقاتها المحتملة.
مناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على تخليق وتوصيف مذيبات عميقة eutectic جديدة (DESs)، تحديدًا ZnCl₂:ChCl:2thiourea (TDES1) وZnCl₂:ChCl:2urea (TDES2)، وتطبيقها في تفاعل متعدد المكونات التحفيزي (MCR) لإنتاج البيرازولوبيريميدينونات (PyrPys). تؤكد الدراسة على مزايا استخدام TDESs، التي تعمل كمذيب ومصدر للثيويوريا أو اليوريا، مما يلغي الحاجة إلى إضافات خارجية ويعزز كفاءة التفاعل. أظهر تخليق PyrPys من TDESs عوائد ونقاء عالية، مع إظهار TDES1 وTDES2 خصائص تحفيزية متميزة بسبب تفاعلاتهما المختلفة مع حمض لويس ZnCl₂.
أكدت التقييمات النظرية باستخدام نظرية الوظائف الكثافة (DFT) وتحليلات سطح الجهد الكهروستاتيكي (EPS) وجود مركب كلورو-زنكات (ZnCl₃⁻-Ch⁺) في TDES1، وهو ما تم دعمه أيضًا من خلال قياسات مطيافية الأشعة السينية (XPS). تشير النتائج إلى أن TDES1 يظهر استقرارًا حراريًا متفوقًا ونقاط انصهار أقل مقارنة بمكوناته الفردية، وهو ما يُعزى إلى تفاعلات الروابط الهيدروجينية القوية. استكشفت الدراسة أيضًا إمكانية إعادة استخدام TDESs، مما يظهر أنها تحافظ على سلامتها الهيكلية ونشاطها التحفيزي عبر دورات متعددة، مما يدعم إمكانياتها للتخليق العضوي المستدام والفعال. بشكل عام، تقدم الأبحاث تقدمًا كبيرًا في تخليق PyrPys باستخدام منهجيات صديقة للبيئة وفعالة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-60693-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42437774
Publication Date: 2026-07-12
Author(s): Fatemeh Tamaddon et al.
Primary Topic: Ionic liquids properties and applications
Overview
The research presents a novel ternary deep eutectic solvent (TDES), specifically ZnCl₂:ChCl:2thiourea (TDES1), which exhibits remarkable tri-functional capabilities as a reagent, catalyst, and solvent in the chemo-selective synthesis of antibacterial pyrazolo[3,4-d]pyrimidin(thi)ones (PyrPys). Characterization revealed that TDES1 has a significantly reduced melting point of 16 °C, a density of 1.21 g/cm³, electrical conductivity of 33 µS/cm, and viscosity of 2632 cP. Theoretical analyses, including DFT and EPS, indicated the formation of a complex ZnCl₃⁻:Ch⁺ that interacts with thiourea’s NH₂ and the OH group of ChCl, corroborated by experimental XPS data. The TDESs demonstrated dual roles of Zn²⁺ and thiourea/urea in a homogeneous liquid structure, facilitating the synthesis of bioactive PyrPys while minimizing the need for auxiliary substances.
The study concludes that the developed TDESs provide an efficient and sustainable method for synthesizing biologically active PyrPys, showcasing significant improvements over their urea analogs (TDES2) in terms of melting point, viscosity, density, and other physicochemical properties. The protocol emphasizes green chemistry principles by eliminating toxic solvents, enhancing atom economy, and ensuring high yields and chemo-selectivity under mild conditions. Antibacterial testing confirmed the efficacy of the synthesized PyrPys against various pathogens, with vanillin derivatives exhibiting particularly strong activity. Future research will explore additional applications of these TDESs.
Introduction
The introduction of the research paper discusses deep eutectic solvents (DESs) as viable alternatives to volatile organic compounds (VOCs) and ionic liquids (ILs) in sustainable technologies. DESs are formed from hydrogen-bond donors (HBDs) and hydrogen-bond acceptors (HBAs) in specific molar ratios, resulting in lower melting points compared to their pure components. The advantages of DESs include ease of preparation, adjustability, atom economy, and high polarity, leading to the development of various types, including hydrophilic, hydrophobic, natural, magnetic, and ternary deep eutectic solvents (TDESs).
The paper highlights the limited exploration of thiourea-based DESs, despite their potential applications as solvents, catalysts, and adsorbents in various processes, such as SO₂ and NO₂ adsorption and the synthesis of organic compounds. The authors emphasize the need for new versatile TDESs that can function simultaneously as reagents, solvents, and catalysts to address challenges such as high viscosity and low mass transfer, thereby promoting eco-friendly practices in organic synthesis. Recent findings include the development of a TDES (ZnCl₂:ChCl:2urea) with a melting point of 12 °C, which has been utilized for producing high-cholinated micro- or nano-cellulose.
Methods
In this study, the experimental methods involved the use of various chemicals, specifically benzaldehydes, 3-methylpyrazolone, 1-phenyl-3-methylpyrazolone, urea, thiourea, choline chloride (ChCl), and zinc chloride, all sourced from Merck. The selection of these materials suggests a focus on synthesizing or analyzing compounds that may involve reactions pertinent to the properties of pyrazolone derivatives or their interactions with the listed reagents. Further details on the experimental procedures and conditions are likely provided in subsequent sections, which would elucidate the specific methodologies employed in the research.
Results
In this section, the authors present the preparation and characterization of a novel deep eutectic solvent (DES), designated as TDES1, composed of zinc chloride (ZnCl₂), choline chloride (ChCl), and 2-thiourea. Additionally, they synthesized its urea analog, TDES2, formulated with ZnCl₂, ChCl, and 2-urea. The preparation involved optimizing various parameters, followed by a comprehensive characterization of the solvents through phase diagrams, density measurements, viscosity assessments, Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), thermogravimetric analysis (TGA), and computational analyses. These characterizations provide insights into the physical and chemical properties of the synthesized DESs, establishing a foundation for their potential applications.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the synthesis and characterization of novel deep eutectic solvents (DESs), specifically ZnCl₂:ChCl:2thiourea (TDES1) and ZnCl₂:ChCl:2urea (TDES2), and their application in the catalytic multicomponent reaction (MCR) for the production of pyrazolopyrimidinones (PyrPys). The study emphasizes the advantages of using TDESs, which serve as both the solvent and the source of thiourea or urea, thereby eliminating the need for external additives and enhancing reaction efficiency. The synthesis of PyrPys from TDESs demonstrated high yields and purity, with TDES1 and TDES2 showing distinct catalytic properties due to their differing interactions with the Lewis acid ZnCl₂.
Theoretical evaluations using density functional theory (DFT) and electrostatic potential surface (EPS) analyses confirmed the presence of a chloro-zincate complex (ZnCl₃⁻-Ch⁺) in TDES1, which was further supported by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurements. The findings indicate that TDES1 exhibits superior thermal stability and lower melting points compared to its individual components, which is attributed to strong hydrogen bonding interactions. The study also explored the reusability of TDESs, demonstrating that they maintain structural integrity and catalytic activity over multiple cycles, thus supporting their potential for sustainable and efficient organic synthesis. Overall, the research presents a significant advancement in the synthesis of PyrPys using environmentally friendly and efficient methodologies.