presentato da: danilo malferrari
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Sintesi di nuovi liquidi ionici e studio degli effetti su alcune attività enzimatiche di cellule in coltura. Relatore: Dott.ssa Paola Galletti Correlatore: Prof. Giorgio Sartor. Presentato da: Danilo Malferrari. Anno Accademico 2006/2007. I solventi nell’industria chimica. E-Factor. 0.1. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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Sintesi di nuovi liquidi ionici e Sintesi di nuovi liquidi ionici e studio degli effetti su alcune studio degli effetti su alcune attività enzimatiche di cellule attività enzimatiche di cellule
in colturain coltura
Presentato da:
Danilo Malferrari
Relatore:
Dott.ssa Paola Galletti
Correlatore:
Prof. Giorgio Sartor
Anno Accademico 2006/2007
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•Direttiva VOC 1999/13/EC - Regolamento REACH
Anastas, P.; Warner, C.; Green Chem.; 1998Anastas, P.; Warner, C.; Green Chem.; 1998
I solventi nell’industria chimicaI solventi nell’industria chimica
Necessità dell’abbandono o diminuzione nell’uso di solventiNecessità dell’abbandono o diminuzione nell’uso di solventi
Refinery
bulk chemicals
fine chemicals
pharmaceuticals
Production tons / yearProduction tons / year
101077
101055
101033
101022
Roger A. Sheldon, 2007Roger A. Sheldon, 2007
E-FactorE-Factor0.10.155
5050100100
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Prevenzione
Solventi e prodotti ausiliari più sicuri
Reazioni chimiche meno pericolose
È meglio prevenire l’inquinamento piuttosto che intervenire per ridurlo dopo che lo si è prodotto
Quando possibile, la sintesi dei prodotti chimici deve essere progettata in modo da utilizzare e generare sostanze non
tossiche o poco tossiche per l’uomo e per l’ambiente
L’uso di sostanze ausiliarie (solventi, agenti di separazione) dovrebbe diventare non necessario o almeno innocuo
Principi della green chemistry
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I liquidi ionici – Solventi alternativiI liquidi ionici – Solventi alternativi
• Non infiammabili, non esplosivi
• Non volatili
• Alta miscibilità con i gas: CO2, H2
• Riciclabili, reazioni selettive
N+
R
N+
NR CH3
N+
CH3
CH3
CH3
CH3
P+
CH3CH3
CH3
CH3
Cationi comuni
N-alchil-piridinio 1-alchil-3-metil-imidazolio tetra-alchil-ammonio tetra-alchil-fosfonio
Anioni comuni
immiscibili in acqua miscibili in acqua
PF6- BF4
- Cl-
NO3-N(SO2CF3)2
-
CF3SO3- CF3SO2
-
CH3CO2-
Paul Walden - 1913
Etilammonio nitrato
N+
CH3
HHHNO3
-
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• [MOEMIM][BF4] meno tossico rispetto al [BMIM][BF4] di 2 ordini di grandezza
• La presenza di ossigeni nella catena laterale ne diminuisce l’idrofobicità
• L’inserzione di funzioni ossigenate nelle catene laterali diminuisce la tossicità del liquido ionico?
Samorì C., Pasteris A., Galletti P., Tagliavini E., Environ. Toxicol. Chem., 2007
Scopo tesiScopo tesi
N+
NCH3
CH3
B-
F
F F
F
[BMIM][BF4]
N+
NCH3
O
CH3
B-
F
F F
F
[MOEMIM][BF4]
N+
N
CH3
CH3
N+
N
O
CH3
CH3N
+N
CH3
O
CH3
N+
NCH3
O
CH3
2 3
[BMIM][BF4] [MOEMIM][BF4] [MOE2MIM][BF4] [MOE3MIM][BF4]
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ANALISI STRUTTURA ANALISI STRUTTURA CHIMICACHIMICA
SAR / QSARSAR / QSAR
SINTESI SINTESI
STRUTTURA CHIMICASTRUTTURA CHIMICA
APPLICAZIONE SALUTE UMANA AMBIENTE
ASPETTI ECONOMICI
VALENZA SOCIALE IMPATTO ECOLOGICO
DATI TOSSICOLOGICI -
ECOTOSSICOLOGICI
VALUTAZIONE
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La sintesiLa sintesi
N NCH3
+R1
X
N
CH3
+R1
X
N
+R1
X
N N+CH3 R1
+ M+ Y-
N+
CH3R1
+ M+ Y-
+ M+ Y-
N+
R1
-M+
-M+
-M+
X-
X-
X-
X-
X-
X-
N N+
CH3 R1
N+
CH3R1
N+
R1
Y-
Y-
Y-
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I Liquidi ionici I Liquidi ionici sintetizzatisintetizzati
N+
CH3
CH3
N+
CH3
O
CH3
N+
CH3
O
CH3
OTs-
Cl-
Cl- , Br-
n
2
N+
CH3
N+
OCH3
N+
OCH3
OTs-
Cl-
Br-Cl- ,
n
2
N+
NCH3
CH3
N+
NCH3
O
CH3
N+
NCH3
O
CH3
n
n= 2,3
B-
F
F F
F
B-
F
F F
F
B-
F
F F
F
N(CN)2
N(CN)2
n
N(CN)2
![Page 9: Presentato da: Danilo Malferrari](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081506/56815168550346895dbf998e/html5/thumbnails/9.jpg)
Test biologiciTest biologici
Qualità dell’analisi QSAR
Livello di organizzazione biologico
Membrane modelloMembrane modello
N
N
N
N+
N
S
CH3
CH3Br
-
MTT-testMTT-test
Lattato deidrogenasiLattato deidrogenasi
Inibizione acetilcolinesterasiInibizione acetilcolinesterasi
![Page 10: Presentato da: Danilo Malferrari](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081506/56815168550346895dbf998e/html5/thumbnails/10.jpg)
Saggio di vitalità cellulare MTT-testSaggio di vitalità cellulare MTT-test
PC12Vitalità cellulare (16h)
[BMIM][BF4] (mM)
0 10 20 30
AB
S (
% c
on
tro
llo)
0
20
40
60
80
100
120
NN
N NH
N
S
CH3
CH3
N
N
N
N+
N
S
CH3
CH3
N+
NCH3
CH3
B-
F
F F
F
BMIM BF4
EC50 [mM]
Errore standard
MTT-test (16 h)
1,20 0,05
I dati sono il risultato di 3 esperimenti distinti in cui ogni concentrazione è stata replicata 4 volte.
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Saggio di vitalità cellulare MTT-testSaggio di vitalità cellulare MTT-test
Vitalità cellulare (16 h)
Ctr
l
[BM
IM][
BF4
]
[BM
IM][
NC
N2]
[MO
EM
IM][
NC
N2]
[MO
E2M
IM][
NC
N2]
[MO
E3M
IM][
NC
N2]
Ab
s (
% c
trl)
0
20
40
60
80
100
120
NN
N NH
N
S
CH3
CH3
N
N
N
N+
N
S
CH3
CH3
In entrambe le serie si identificano delle differenze significative tra [BMIM][BF4]
e liquidi ionici con 1 e 2 funzionalità etossi.
Vitalità cellulare(16 h)
Ctr
l
[BM
IM][
BF4
]
[MO
EM
IM][
BF4
]
[MO
E2M
IM][
BF4
]
[MO
E3M
IM][
BF4
]
AB
S (
% C
trl )
0
20
40
60
80
100
120
![Page 12: Presentato da: Danilo Malferrari](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081506/56815168550346895dbf998e/html5/thumbnails/12.jpg)
PC12Attività AChE (16h)
[BMIM][BF4] (mM)
0 2 4 6 8 10 12
Attiv
ità
(n
mo
l/m
g*m
in)
2
3
4
5
6
7
8
9
Inibizione dell’acetilcolinesterasiInibizione dell’acetilcolinesterasi
EC50 [mM]
Errore standard
Acetilcolinesterasi
(16 h)4,80 0,32
N+
NCH3
CH3
B-
F
F F
F
BMIM BF4
I dati sono il risultato di 3 esperimenti distinti in cui ogni concentrazione è stata replicata 4 volte.
![Page 13: Presentato da: Danilo Malferrari](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081506/56815168550346895dbf998e/html5/thumbnails/13.jpg)
Inibizione dell’acetilcolinesterasiInibizione dell’acetilcolinesterasi
Si osserva un andamento differente nell’attività dell’enzima per le due famiglie di anioni.
Non vi sono differenze significative tra i liquidi ionici con catene etossilate e polietossilate.
Attività AChE (16 h)
[BM
IM][
BF4
]
[MO
EM
IM][
BF4
]
[MO
E2
MIM
][B
F4
]
[MO
E3
MIM
][B
F4
]
Att
ivit
à (
% c
trl)
0
20
40
60
80
100
Attività AChE (16 h)
[BM
IM][
BF4]
[BM
IM][
N(C
N)2
]
[MO
EM
IM[N
(CN
)2]
[MO
E2
MIM
][N
(CN
)2]
[MO
E3
MIM
][N
(CN
)2]
Att
ivit
à (
% c
trl)
0
20
40
60
80
100
![Page 14: Presentato da: Danilo Malferrari](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081506/56815168550346895dbf998e/html5/thumbnails/14.jpg)
Stabilità membrane cellulari –Stabilità membrane cellulari –
lattato deidrogenasilattato deidrogenasi
PC12Stabilità membrane cellulari (16h)
[BMIM][BF4] (mM)
0 2 4 6
% L
DH
rila
scia
to
0
10
20
30
40
50
60
EC50 [mM]
Errore standard
LattatoDeidrogenasi
(16 h)1,66 0,22
N+
NCH3
CH3
B-
F
F F
F
BMIM BF4
I dati sono il risultato di 3 esperimenti distinti in cui ogni concentrazione è stata replicata 4 volte.
![Page 15: Presentato da: Danilo Malferrari](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081506/56815168550346895dbf998e/html5/thumbnails/15.jpg)
Stabilità membrane cellulari –Stabilità membrane cellulari –
lattato deidrogenasilattato deidrogenasi
PC12Stabilità membrane cellulari (16 h)
Ctr
l
[BM
IM][
BF4]
[BM
IM][
N(C
N)2
]
[MO
EM
IM][
N(C
N)2
]
[MO
E2M
IM][
N(C
N)2
]
[MO
E3M
IM][
N(C
N)2
]
% L
DH
rilascia
to
0
2
4
6
8
Diminuzione dell’LDH rilasciato per liquidi ionici contenenti fino a due atomi di ossigeno nella catena laterale.
Si osservano differenze significative tra [BMIM][BF4] e [BMIM][N(CN)2].
PC12Stabilità membrane cellulari (16h)
Ctr
l
[BM
IM][
BF4
]
[MO
EM
IM][
BF4
]
[MO
E2
MIM
][B
F4]
[MO
E3
MIM
][B
F4]
% L
DH
rilascia
to
0
2
4
6
8
![Page 16: Presentato da: Danilo Malferrari](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081506/56815168550346895dbf998e/html5/thumbnails/16.jpg)
Tendenza generaleTendenza generale
N+
NCH3
CH3
N+
NCH3
O
CH3 N+
NCH3
O
CH3
3
A-
A-
A-
N+
NCH3
O
CH3
2
A-
Nel test di inibizione dell’acetilcolinesterasi si osservano delle differenze tra anioni ed un allontanamento dalla tendenza generale
Non si osservano differenze significative nei liquidi ionici dipendentemente dall’allungamento della catena
![Page 17: Presentato da: Danilo Malferrari](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081506/56815168550346895dbf998e/html5/thumbnails/17.jpg)
Anisotropia di fluorescenza tramite DPHAnisotropia di fluorescenza tramite DPH
NNH
NNH
NNH
Qual è l’effetto dei liquidi ionici sull’anisotropia di fluorescenza?
Si possono identificare delle variazioni nella fluidità di membrana nella serie di liquidi ionici con catene polietossilate?
DPH
1,6-DIFENILESATRIENE
![Page 18: Presentato da: Danilo Malferrari](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081506/56815168550346895dbf998e/html5/thumbnails/18.jpg)
Anisotropia di fluorescenza di DPH in presenza di Anisotropia di fluorescenza di DPH in presenza di [BMIM][BF[BMIM][BF44]]
Temperature [° C]
16 18 20 22 24 26 28 30 32 34
DP
H F
luor
esce
nce
anis
otro
py
-0.02
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0.14
0.16
none4mM 50mM 500mM 2000mM
Temperature [°C]
16 18 20 22 24 26 28 30 32 34
DP
H F
luor
esce
nce
anis
otro
py
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
none4 mM 50 mM 500 mM 2000 mM
N+
NCH3
CH3
B-
F
F F
F
BMIM BF4
![Page 19: Presentato da: Danilo Malferrari](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081506/56815168550346895dbf998e/html5/thumbnails/19.jpg)
Anisotropia di fluorescenza con [MOEAnisotropia di fluorescenza con [MOE22MIM][N(CN)MIM][N(CN)22]]
Temperature [° C]
16 18 20 22 24 26 28 30 32 34
DP
H F
luor
esce
nce
anis
otro
py
-0.02
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0.14
0.16
none4mM 50mM 500mM 2000mM
N+
NCH3
O
O CH3
MOE2MIM N(CN)2
N(CN)2
Variazione dell’andamento dell’anisotropia per molarità superiori a 500 mM
![Page 20: Presentato da: Danilo Malferrari](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081506/56815168550346895dbf998e/html5/thumbnails/20.jpg)
Fluorescenza - Proprietà spettrali del [BMIM][BFFluorescenza - Proprietà spettrali del [BMIM][BF44]]
4
6
8
10
12
14
16
260265
270275
280285
290295
300380
400420
440460
480500
Fluore
scence
inte
nsi
ty (
a.
u.)
Excitation Wavelength (nm)
Emission Wavelength (nm)
[BMIM][BF4] 0.10 M in H2O
100
200
300
400
260265
270275
280285
290295
300360
380400
420440
460480
500
Fluore
scence
inte
nsi
ty (
a.
u.)
Excitation Wavelength (nm)
Emission Wavelength (nm)
[BMIM][BF4] 0.10 M in CH3CN
Massimi di emissione a 415 e 427 nm con eccitazione a 260 nm
![Page 21: Presentato da: Danilo Malferrari](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081506/56815168550346895dbf998e/html5/thumbnails/21.jpg)
•Si osserva un andamento generale per il test di vitalità MTT-test e il test di integrità di membrana
•Vi è una diminuzione della tossicità introducendo delle funzioni etossi nella struttura, ma la tendenza si inverte in presenza di tre atomi di ossigeno
•Non si evidenziano differenze sistematiche tra i tipi di anioni impiegati
ConclusioniConclusioni
•La purezza dei liquidi ionici è fondamentale per un utilizzo nei test biologici
•Sono necessari passaggi sintetici che migliorino la sostenibilità del processo, diminuendo l’uso di solventi nelle fasi di purificazione
•I liquidi ionici a catena alchilica variano la fluidità di membrana anche a basse molarità, con formazione di strutture miste