Derivații simpli de tirozină acționează ca rapoarte științifice ale organogelatorilor cu greutate moleculară mică

Subiecte

O corecție a editorului la acest articol a fost publicată pe 03 mai 2019

Acest articol a fost actualizat

Abstract

Gelificarea L-Tyr (tBu) -OH în tetrahidrofuran (THF) a fost descoperit serendipit. S-a observat că acest compus cu greutate moleculară extrem de redusă (LMW) are capacitatea de a gelifica o mare varietate de solvenți organici (de ex., N, N-Dimetilformamidă (DMF), THF, butanol, toluen), chiar și în concentrații foarte scăzute (adică 0,1% în greutate/v în DMF). Adăugarea de baze precum NaOH și piperidină a îmbunătățit proprietatea gelului. Prin schimbarea grupului de protecție a lanțului lateral în tert-butildimetilsilil (TBDMS), un organogel care răspunde la ionii fluorurilor a fost, de asemenea, achiziționat. Acest nou organogelator a răspuns la o concentrație de ioni de fluor cât mai mică de 0,2 ppm. Caracterizarea microstructurilor și a comportamentelor în gel au fost studiate prin spectroscopie de difracție cu raze X (XRD), microscopie electronică de transmisie (TEM), măsurători reologice și simulări de dinamică moleculară (MD). Observațiile experimentale și simulările teoretice arată în mod constant o structură asemănătoare fibrelor gelului, în care moleculele organogelatoare sunt ținute împreună printr-o rețea densă de legături de hidrogen și prin interacțiunile van der Waals între grupurile hidrofobe.

Introducere

Rezultate si discutii

Gelificarea spontană a L-Tyr (tBu) -OH (2)

L-Tyr (COM)tBu) -OH este un compus ieftin disponibil comercial și este, de asemenea, simplu din punct de vedere sintetic pentru a produce cantitativ într-un singur pas din Fmoc-L-Tyr (tBu) -OH 29. Gelificarea are loc spontan în timpul următoarei reacții (Fig. 1).

Sinteza lui L-Tyr (tBu) -OH.

Scindarea grupării fluorenilmetiloxicarbonil (Fmoc) cu piperidină în THF a dus la gelificare în decurs de 15 minute în timpul reacției. După îndepărtarea subprodusului, gelificarea a fost realizată cu succes în aceleași condiții folosind L-Tyr pur (tBu) -OH care indică faptul că produsul secundar nu joacă un rol în procesul de gelificare. Această reacție a fost inițial realizată cu scopul de a sintetiza tirozina neprotejată pentru a fi utilizată într-un alt studiu și, în cele din urmă, ne-a condus la descoperirea serendipită a acestui nou organogelator, care a declanșat investigații suplimentare, după cum sa raportat mai jos.

Au fost observate aceleași proprietăți de gelificare pentru celălalt enantiomer, D-Tyr (tBu) -OH, așa cum era de așteptat. Cu toate acestea, nu s-a observat nicio formare de gel în cazul racului Tyr (tBu) -OH la concentrația minimă de gelificare. În plus, am observat că tert-restul butil joacă un rol semnificativ în procesul de gelificare, deoarece formarea gelului nu are loc nici pentru L-Tyr-OH, L-Phe-OH și L-Tyr (Me) -OH.

Screening aditiv și solvent pentru gelificare

Pentru a investiga proprietățile de gelificare ale L-Tyr (tBu) -OH, diferite combinații de aditivi și solvenți au fost luate în considerare folosind metoda inversării flaconului (tabelele 1 și 2). Tabelul 1 rezumă efectele diferiților aditivi (baze și alcooli) asupra gelificației în THF.

Gelurile au fost preparate în 1,0 ml de THF. După dizolvarea L-Tyr (tBu) -OH în solvent cu ajutorul băii cu ultrasunete la 40 ° C, s-au adăugat 10,0 μl de aditiv. Soluțiile au fost introduse din nou în baie cu ultrasunete timp de 4-10 minute. Formarea gelurilor a fost determinată folosind un test de inversare.

Gelificarea L-Tyr (tBu) -OH a fost testat în continuare într-o mare varietate de solvenți cu sau fără adăugarea agentului non-gelifiant, piperidină sau NaOH. Așa cum se arată în Tabelul 2, L-Tyr (tBu) -OH formează un gel cu o mare varietate de solvenți organici la concentrații remarcabil de scăzute.

Printre condițiile testate, DMF apare ca cel mai bun solvent pentru gelificare, cu o capacitate de gelificare la 0,1% în greutate/v, fără niciun aditiv. Mai mult, 2-etilhexanolul, atunci când este utilizat ca solvent, prezintă rezultate promițătoare de gelificare cu o concentrație de până la 0,2% în greutate/v%. Adăugarea unui agent non-gelifiant la cel din urmă gel schimbă doar aspectul gelului la transparent și nu are un impact semnificativ asupra concentrației minime de gelificare. În mod similar, toluenul, hexanul și 1,2-dicloroetanul par, de asemenea, a fi solvenți buni pentru gelificare numai cu adăugarea de piperidină. Prezența piperidinei reduce concentrația de gelificație pentru solvenți tert-butilmetileter și 1,2-dimetoxietan, din care au format o soluție la concentrațiile definite fără aditivi. În mod surprinzător, diluantul de celuloză, alcool izopropilic și -alcoolul butilic, atunci când este utilizat ca solvenți, are ca rezultat un gel limpede fără piperidină, în timp ce adăugarea de piperidină formează soluții. Gelificarea uleiului de floarea-soarelui indică o potențială aplicare promițătoare a L-Tyr (tBu) -OH în domeniul livrării de medicamente 30,31,32. În mod similar, gelificarea motorinei de către L-Tyr (tBu) -OH a fost observat, indicând o posibilă funcție în recuperarea scurgerilor de petrol 3.10 .

Răspunsul gelului și fluorului ionic al L-Tyr (TBDMS) -OH

Am sintetizat L-Tyr (TBDMS) -OH (Fig. 2a) și am investigat proprietățile sale de gelificare în diferite condiții. Gelificarea acestui derivat a fost realizată atât în THF, cât și în 2-etilhexanol, cu o concentrație minimă de 1% în greutate/v% în ambii solvenți. L-Tyr (TBDMS) -OH este sensibil la prezența fluorului, deoarece acesta din urmă poate declanșa scindarea legăturii Si-O pentru a forma L-Tyr-OH, așa cum este prezentat în Fig. 2b. Adăugarea de fluorură de sodiu la gelurile L-Tyr (TBDMS) -OH în 2-etilhexanol în concentrații de 0,2, 0,3 și 0,5 ppm a dus la o tranziție completă la soluție de gel în 44 ore, 18 ore și 1 oră, respectiv 2c) . Ionul fluor clivează porțiunea TBDMS pentru a produce L-Tyr-OH, care, după cum sa discutat anterior, nu prezintă proprietăți de gelificare în 2-etilhexanol, explicând tranziția gel-soluție observată după o anumită perioadă de timp. Prin urmare, sugerăm L-Tyr (TBDMS) -OH ca un gelator potențial promițător care poate fi utilizat pentru detectarea ionilor de fluor.

(A) Sinteza L-Tyr (TBDMS) -OH () Scindarea legăturii Si-O a L-Tyr (TBDMS) -OH în prezența ionului fluor. (c) Imagine a gelului complet la tranziția soluției de 2% în greutate/v% de L-Tyr (TBDMS) -OH în 2-etilhexanol ca solvent și piperidină ca aditiv după 1 oră după adăugarea a 0,5 ppm NaF (aq.)

Caracterizarea microstructurilor și comportamentelor în gel

Caracterizarea microstructurii L-Tyr (tGelul Bu) -OH, precum și ambalajul molecular la scară atomică au fost efectuate utilizând imagistica cu microscop electronic de transmisie (TEM) (Fig. 3a), măsurarea difracției cu raze X (XRD) (Fig. 3b) și dinamica moleculară MD ) simulări.

(A) Imagini TEM ale lui L-Tyr (tBu) -OH în THF/piperidină diluat cu apă miliQ. (Bara de scalare: 200 nm și 500 nm). () Model XRD al xerogelurilor cu și fără piperidină.

În Fig. 3a, imaginile TEM ale L-Tyr (tBu) -OH în THF cu adăugarea de piperidină arată formarea de nanofibre cu o lățime aproximativă de 40 nm și o lungime de câțiva micrometri. Modelele XRD raportate în Fig. 3b pentru probele preparate cu și fără aditiv piperidină indică faptul că piperidina nu participă la ambalarea moleculară, deoarece cele două modele sunt aproape identice.