अल्ट्रासाउंड और पौधे से तैयार उत्प्रेरक ने क्विनोलिन संश्लेषण को तेज किया

ScienMag की रिपोर्ट के अनुसार, रसायनज्ञों की एक टीम ने पहले कभी रिपोर्ट न किए गए आठ क्विनोलिन-क्रोमीन यौगिक बनाने की तेज़, जल-आधारित विधि विकसित की है। इस प्रक्रिया में अल्ट्रासाउंड और बटरबर नामक औषधीय पौधे की मदद से तैयार किया गया पुनर्चक्रण योग्य नैनोउत्प्रेरक इस्तेमाल होता है।

इस अभिक्रिया में लक्ष्य अणु 25 डिग्री सेल्सियस पर 15 मिनट में तैयार हुए और उनकी उपज 93 से 97 प्रतिशत के बीच रही। इसका विवरण Journal of Saudi Chemical Society में तेहरान स्थित इस्लामिक आज़ाद विश्वविद्यालय की शाहरज़ाद अब्दोलमोहम्मदी और अज़रबैजान, जॉर्डन तथा भारत के सहयोगियों ने दिया है।

यह परिणाम औषधीय रसायन विज्ञान की एक पुरानी चुनौती का समाधान प्रस्तुत करता है: खतरनाक विलायकों, ऊर्जा खपत और रासायनिक कचरे को कम करते हुए जटिल अणुओं का कुशल निर्माण। नई विधि में जलीय अभिक्रिया माध्यम, ध्वनिक ऊर्जा और तांबे, जिंक ऑक्साइड तथा ग्रैफीन ऑक्साइड से बना उत्प्रेरक एक साथ इस्तेमाल किए जाते हैं।

पानी में तीन-भागीय अभिक्रिया

ये यौगिक [1]बेंज़ोपाइरानो[b]डाइऑक्सोलो[g]क्विनोलिन परिवार से संबंधित हैं। उनकी संरचनाओं में तीन प्रकार की रिंग प्रणालियां एक साथ आती हैं: बेंज़ोपाइरान, जिसे क्रोमीन भी कहा जाता है; डाइऑक्सोल; और क्विनोलिन। औषधि अनुसंधान में ऐसे ढांचे महत्वपूर्ण हैं, क्योंकि संबंधित अणुओं को जीवाणुरोधी, विषाणुरोधी, ट्यूमररोधी और कोशिका-प्रसाररोधी प्रभावों से जोड़ा गया है।

नए यौगिक बनाने के लिए शोधकर्ताओं ने 4-हाइड्रॉक्सीकूमारिन, अलग-अलग एरोमैटिक एल्डिहाइड और 3,4-(मेथिलीनडाइऑक्सी)ऐनिलीन को मिलाया। इस मिश्रण को पानी में रखा गया और Cu/ZnO@GO की थोड़ी मात्रा की मौजूदगी में 80-वॉट के अल्ट्रासाउंड के संपर्क में लाया गया। Cu/ZnO@GO एक मिश्रित उत्प्रेरक है, जिसमें तांबे से डोप किए गए जिंक ऑक्साइड कण ग्रैफीन ऑक्साइड से जुड़े होते हैं।

उत्प्रेरक और अल्ट्रासाउंड ने अकेले किसी एक घटक की तुलना में साथ मिलकर कहीं बेहतर काम किया। उत्प्रेरक के बिना, रिफ्लक्स की स्थिति में 300 मिनट बाद अभिक्रिया से 20 प्रतिशत उपज मिली। नैनोकॉम्पोजिट के बिना अल्ट्रासाउंड से 15 मिनट में 48 प्रतिशत उपज मिली। हालांकि चुनी गई परिस्थितियों में, संयुक्त प्रणाली ने 3 मिलीलीटर पानी में 0.05 ग्राम उत्प्रेरक का इस्तेमाल करके अधिकतम 97 प्रतिशत उपज हासिल की।

शोधकर्ताओं ने इथेनॉल, डाइक्लोरोमीथेन, एसीटोनाइट्राइल और डाइमेथिलफॉर्मामाइड का भी परीक्षण किया। इनमें से कोई भी पानी जितना अच्छा प्रदर्शन नहीं कर सका। कई अन्य उत्प्रेरकों का भी मूल्यांकन किया गया, लेकिन वे नैनोकॉम्पोजिट के परिणामों की बराबरी नहीं कर सके।

अल्ट्रासाउंड तरल में सूक्ष्म बुलबुले बनाकर और उन्हें ढहाकर मदद करता है। ध्वनिक कैविटेशन के नाम से जानी जाने वाली यह प्रक्रिया थोड़े समय के लिए उच्च तापमान और दबाव वाले क्षेत्र बनाती है, जिससे अभिकारकों और ठोस उत्प्रेरक के बीच संपर्क बेहतर होता है। सूक्ष्म स्तर पर ये परिस्थितियां तीव्र होती हैं, लेकिन अभिक्रिया मिश्रण स्वयं कमरे के तापमान पर बना रहता है, जिससे पूरे पात्र को गर्म करने की आवश्यकता नहीं पड़ती।

बटरबर अर्क की मदद से तैयार उत्प्रेरक

उत्प्रेरक की तैयारी भी कम खतरनाक रसायन विज्ञान को ध्यान में रखकर की गई थी। टीम ने Petasites hybridus, जिसे आम तौर पर बटरबर कहा जाता है, के जलीय अर्क का इस्तेमाल करके जिंक ऑक्साइड और तांबा-युक्त नैनोकण बनाए। पौधे के सूखे और चूर्ण किए गए राइजोम को उबलते डीआयोनाइज़्ड पानी में भिगोया गया और इस तरह प्राप्त अर्क ने बन रहे नैनोकणों को अपचयित और स्थिर करने में मदद की।

जिंक एसीटेट और कॉपर क्लोराइड ने धातु के घटक उपलब्ध कराए। इसके बाद एक अन्य पौधे-अर्क-सहायित वृद्धि चरण के जरिए इन कणों को ग्रैफीन ऑक्साइड के साथ मिलाया गया। ग्रैफीन ऑक्साइड को आधार के रूप में इस्तेमाल किया जाता है, क्योंकि इसका सतह क्षेत्र बड़ा, रासायनिक और तापीय स्थिरता अच्छी तथा लागत अपेक्षाकृत कम होती है। धातु-युक्त कणों को इस आधार से जोड़ने पर सक्रिय पदार्थ को फैला हुआ बनाए रखने में मदद मिलती है।

विभिन्न विश्लेषणात्मक तकनीकों ने मिश्रित पदार्थ की संरचना और बनावट की पुष्टि की। इन्फ्रारेड मापों से जिंक–ऑक्सीजन और कॉपर–ऑक्सीजन बंधों की पहचान हुई। एक्स-रे विवर्तन से जिंक ऑक्साइड के षट्कोणीय वुर्ट्ज़ाइट रूप के साथ-साथ तांबे से संबंधित संकेत भी मिले। इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी में ग्रैफीन ऑक्साइड से जुड़े लगभग गोलाकार कण दिखाई दिए, जबकि तत्वीय विश्लेषण ने अपेक्षित अवयवों की पुष्टि की।

इस्तेमाल के बाद उत्प्रेरक को पुनः प्राप्त भी किया जा सकता था। शोधकर्ताओं ने इसे सेंट्रीफ्यूगेशन से अलग किया, इथेनॉल से धोया और सुखाकर दूसरी अभिक्रिया में फिर इस्तेमाल किया। प्रदर्शन में उल्लेखनीय गिरावट के बिना इसने कम-से-कम चार चक्रों तक अपनी सक्रियता बनाए रखी, जिससे संकेत मिलता है कि बार-बार इस्तेमाल से सामग्री की खपत और लागत, दोनों को सीमित करने में मदद मिल सकती है।

नए अणुओं में एंटीऑक्सिडेंट सक्रियता

शोधकर्ताओं ने प्रस्तावित किया कि अभिक्रिया कई आपस में जुड़े चरणों के जरिए आगे बढ़ती है। उत्प्रेरक सबसे पहले एल्डिहाइड को सक्रिय करता है, जो ऐनिलीन घटक के साथ अभिक्रिया करता है। इसके बाद 4-हाइड्रॉक्सीकूमारिन बने हुए मध्यवर्ती पदार्थ में जुड़ता है, जिसके बाद रिंग बंद होती है, पानी निकलता है और अंतिम संयुक्त संरचना बनती है।

इस विधि में मेथॉक्सी, हाइड्रॉक्सी और मिथाइल जैसे इलेक्ट्रॉन-दान करने वाले समूहों वाले एरोमैटिक एल्डिहाइड के साथ-साथ ब्रोमो, क्लोरो, सायनो और नाइट्रो जैसे इलेक्ट्रॉन-खींचने वाले समूहों वाले एल्डिहाइड का भी इस्तेमाल किया जा सका। ऐलिफैटिक एल्डिहाइड कम सफल रहे, संभवतः इसलिए कि उनके कम क्वथनांक के कारण सोनिकेशन के दौरान वे वाष्पित हो जाते हैं।

चार उत्पादों का DPPH मुक्त-कट्टरपंथी अवशोषण परीक्षण में परीक्षण किया गया। इस परीक्षण में 517 नैनोमीटर पर दर्ज रंग परिवर्तन के जरिए एंटीऑक्सिडेंट सक्रियता मापी जाती है। शोधकर्ताओं ने उनकी तुलना वाणिज्यिक एंटीऑक्सिडेंट BHT और TBHQ से की। कुल मिलाकर TBHQ का प्रदर्शन सबसे अच्छा रहा, जबकि अपने एरिल रिंग पर हाइड्रॉक्सिल समूह वाले यौगिक 4e ने 1,000 पार्ट्स प्रति मिलियन पर BHT के करीब सक्रियता दिखाई।

जैविक परीक्षण यह साबित नहीं करता कि ये यौगिक दवाएं हैं। हालांकि, यह संकेत जरूर मिलता है कि इस रासायनिक परिवार पर आगे अध्ययन किया जाना चाहिए, खासकर इसलिए कि ऑक्सीडेटिव क्षति को मधुमेह, कैंसर, एथेरोस्क्लेरोसिस और अल्ज़ाइमर रोग जैसी स्थितियों से जोड़ा गया है। अध्ययन का मुख्य योगदान एक ऐसा तेज़ संश्लेषण मंच है, जिसमें पानी, अल्ट्रासाउंड, पौधे की मदद से उत्प्रेरक तैयार करना और उत्प्रेरक का पुनः उपयोग—इन सभी को एक ही प्रक्रिया में जोड़ा गया है।