DOI: https://doi.org/10.3390/catal14020120
تاريخ النشر: 2024-02-02
المؤلف: Chiara Falcini وآخرون
الموضوع الرئيسي: خصائص السوائل الأيونية وتطبيقاتها
نظرة عامة
تعتبر المذيبات eutectic العميقة (DESs) بديلاً واعدًا للمذيبات العضوية التقليدية نظرًا لخصائصها البيئية المواتية ومرونتها في التطبيقات الكيميائية. تتشكل من خلال الجمع بين مانح رابطة الهيدروجين وقابل للرابطة في نسبة ستوكيومترية محددة، لا تعمل DESs فقط كمذيبات فعالة ولكنها تعمل أيضًا كعوامل مساعدة في تحولات كيميائية متنوعة. يسلط هذا البحث الضوء على استخدام DESs في تخليق المكونات الصيدلانية النشطة (APIs) وسوابقها، وخاصة في تفاعلات مثل التكثيف، والإضافات النووية إلى المركبات الكربونية، والتفاعلات متعددة المكونات.
تشير النتائج إلى أن DESs، وخاصة ChCl:ZnCl₂ (1:2)، يمكن أن تسهل تخليق الكاربامات والأميدات الأولية بعوائد عالية مع تقليل استخدام المواد السامة مثل الفوسجين. على سبيل المثال، أدى التفاعل بين N,N-o-diphenylurea و1-propanol إلى إنتاج 83% من المنتج النهائي تحت ظروف محسّنة. علاوة على ذلك، أظهرت DESs قابلية إعادة تدوير جيدة، حيث حافظت على النشاط التحفيزي على مدى عدة دورات مع فقدان طفيف في العائد. على الرغم من مزاياها، لا تزال هناك تحديات مثل اللزوجة وقابلية التوسع، مما يستلزم مزيدًا من البحث لتعزيز قابليتها الصناعية. بشكل عام، تشير الإمكانيات التحفيزية لـ DESs إلى تحول جذري نحو منهجيات أكثر خضرة في التخليق الكيميائي، مما يمهد الطريق لتطبيقات مبتكرة في الكيمياء المستدامة.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على التأثير البيئي الكبير لصناعة الأدوية، وخاصة فيما يتعلق بإنتاج المكونات الصيدلانية النشطة (APIs)، التي تولد نفايات كبيرة، بشكل أساسي في شكل مذيبات. يمثل عامل E، الذي يمثل نسبة النفايات المنتجة إلى المنتج الذي تم الحصول عليه، غالبًا أكثر من 100، مع نسبة تزيد عن 80% من هذه النفايات تعزى إلى المذيبات. تعتبر المذيبات العضوية التقليدية ضارة بالبيئة بسبب قابليتها للاشتعال، وسميتها، ونقاط غليانها المنخفضة. استجابةً لمبادئ الكيمياء الخضراء، هناك اهتمام متزايد ببدائل المذيبات الأكثر أمانًا واستدامة، بما في ذلك المذيبات المستندة إلى البيولوجيا، والسوائل فوق الحرجة، والمذيبات الحديثة مثل المذيبات eutectic العميقة (DESs).
تم تقديم DESs في عام 2003، وتتكون من مكونات صلبة تخلق مزيجًا eutectic بنقطة انصهار أقل من خلال روابط الهيدروجين. على عكس السوائل الأيونية (ILs)، التي تكون أيونية بالكامل، تتكون DESs من قابل لرابطة الهيدروجين (HBA) ومانح لرابطة الهيدروجين (HBD)، وغالبًا ما تكون مشتقة من مصادر متجددة. تتمتع DESs بخصائص مفيدة مثل الاستقرار الحراري العالي، والسُمية المنخفضة، وقابلية التحلل البيولوجي، مما يجعلها مناسبة لمجموعة متنوعة من التطبيقات في الكيمياء الصيدلانية، بما في ذلك تخليق APIs وذوبان الأدوية. علاوة على ذلك، فإن ظهور DESs العلاجية (THEDES) يدمج المركبات النشطة بيولوجيًا، مما يعزز من فائدتها. تركز المراجعة على الإمكانيات التحفيزية لـ DESs في التفاعلات العضوية، مع التأكيد على دورها في تسهيل التحولات من خلال التحفيز برابطة الهيدروجين، مما يمكن أن يعزز تفاعل الكواشف في عمليات التخليق المختلفة.
مناقشة
تسلط قسم المناقشة في الورقة البحثية الضوء على فعالية المذيبات eutectic العميقة (DESs) كعوامل مساعدة في عمليات التكثيف المختلفة، وخاصة في تخليق مشتقات β-hydroxy-functionalized ومركبات α-diazocarbonyl. من الجدير بالذكر أن استخدام كلوريد الكولين/اليوريا (ChCl:U) كعامل مساعد في تفاعل هنري قد أظهر عوائد كبيرة (69-95%) للنيتروالدولات، مع فقدان طفيف في العائد عند إعادة تدوير DES. علاوة على ذلك، تكشف الدراسة أن تغيير تركيز DESs يمكن أن يحسن العوائد لمشتقات β-hydroxy المختلفة، حيث تحقق حتى 95% لمشتقات β-hydroxy nitriles و91% لأحماض β-hydroxy الكربوكسيلية.
بالإضافة إلى ذلك، تناقش الورقة تطبيق DESs في التفاعلات متعددة المكونات (MCRs)، مع التأكيد على مزاياها من حيث الاستدامة والكفاءة. لقد أظهرت تخليق 2,3-dihydroquinazolinones باستخدام DESs نتائج واعدة، مع عوائد تتراوح من 80% إلى 97% تحت ظروف محسّنة. إن القدرة على إعادة تدوير DESs دون فقدان كبير في النشاط تؤكد مرة أخرى على إمكانياتها في الكيمياء الخضراء. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن DESs يمكن أن تعمل كبدائل فعالة وصديقة للبيئة للعوامل المساعدة التقليدية في التخليق العضوي، مما يعزز كل من العائد والاستدامة.
DOI: https://doi.org/10.3390/catal14020120
Publication Date: 2024-02-02
Author(s): Chiara Falcini et al.
Primary Topic: Ionic liquids properties and applications
Overview
Deep Eutectic Solvents (DESs) have emerged as a promising alternative to traditional organic solvents due to their favorable environmental properties and versatility in chemical applications. Formed by the combination of a hydrogen bond donor and acceptor in a specific stoichiometric ratio, DESs not only serve as effective solvents but also act as catalysts in various chemical transformations. This paper highlights the use of DESs in synthesizing active pharmaceutical ingredients (APIs) and their precursors, particularly in reactions such as condensations, nucleophilic additions to carbonyl compounds, and multicomponent reactions.
The findings indicate that DESs, particularly ChCl:ZnCl₂ (1:2), can facilitate the synthesis of carbamates and primary amides with high yields while minimizing the use of toxic reagents like phosgene. For instance, the reaction between N,N-o-diphenylurea and 1-propanol yielded an 83% final product under optimized conditions. Furthermore, DESs demonstrated good recyclability, maintaining catalytic activity over multiple cycles with minimal yield loss. Despite their advantages, challenges such as viscosity and scalability remain, necessitating further research to enhance their industrial applicability. Overall, the catalytic potential of DESs signifies a transformative shift towards greener methodologies in chemical synthesis, paving the way for innovative applications in sustainable chemistry.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the significant environmental impact of the pharmaceutical industry, particularly concerning the production of Active Pharmaceutical Ingredients (APIs), which generates substantial waste, primarily in the form of solvents. The E-factor, representing the ratio of waste produced to product obtained, often exceeds 100, with over 80% of this waste attributed to solvents. Traditional organic solvents are deemed environmentally harmful due to their flammability, toxicity, and low boiling points. In response to the principles of Green Chemistry, there is a growing interest in safer, more sustainable solvent alternatives, including biobased solvents, supercritical fluids, and neoteric solvents like Deep Eutectic Solvents (DESs).
Introduced in 2003, DESs are formed from solid components that create a eutectic mixture with a lower melting point through hydrogen bonding. Unlike ionic liquids (ILs), which are entirely ionic, DESs consist of a hydrogen bond acceptor (HBA) and a hydrogen bond donor (HBD), often derived from renewable sources. DESs exhibit advantageous properties such as high thermal stability, low toxicity, and biodegradability, making them suitable for various applications in pharmaceutical chemistry, including the synthesis of APIs and drug solubilization. Furthermore, the emergence of therapeutic DESs (THEDES) incorporates bioactive compounds, enhancing their utility. The review focuses on the catalytic potential of DESs in organic reactions, emphasizing their role in facilitating transformations through hydrogen bond catalysis, which can enhance the reactivity of electrophiles in various synthetic processes.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the efficacy of deep eutectic solvents (DESs) as catalysts in various condensation processes, particularly in the synthesis of β-hydroxy-functionalized derivatives and α-diazocarbonyl compounds. Notably, the use of choline chloride/urea (ChCl:U) as a catalyst in the Henry reaction has demonstrated significant yields (69-95%) for nitroaldols, with minimal loss in yield upon recycling the DES. Furthermore, the study reveals that varying the concentration of DESs can optimize yields for different β-hydroxy derivatives, achieving up to 95% for β-hydroxy nitriles and 91% for β-hydroxy carboxylic acids.
Additionally, the paper discusses the application of DESs in multicomponent reactions (MCRs), emphasizing their advantages in terms of sustainability and efficiency. The synthesis of 2,3-dihydroquinazolinones using DESs has shown promising results, with yields ranging from 80% to 97% under optimized conditions. The ability to recycle DESs without significant loss in activity further underscores their potential in green chemistry. Overall, the findings suggest that DESs can serve as effective and environmentally friendly alternatives to traditional catalysts in organic synthesis, enhancing both yield and sustainability.