Περίληψη
Αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής αποτέλεσε η ανάπτυξη και η βελτιστοποίηση πράσινων διεργασιών σύνθεσης και εκχύλισης βιοδραστικών ενώσεων μέσω της αξιοποίησης φιλικών προς το περιβάλλον διαλυτών, όπως ιοντικά υγρά φυσικής προέλευσης (Bιo-ΙΥ) και φυσικοί βαθέως ευτηκτικοί διαλύτες (NADES). Για τον σκοπό αυτό και με στόχο την αντικατάσταση των συμβατικών πτητικών οργανικών διαλυτών, συντέθηκαν 54 βαθέως ευτηκτικοί διαλύτες και 13 ιοντικά υγρά, τα οποία χαρακτηρίστηκαν δομικά μέσω φασματασκοπίας πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού αλλά και φυσικοχημικά, μέσω του προσδιορισμού της πολικότητα, του pH, του ιξώδους και του ποσοστού υγρασίας. Όσον αφορά την σύνθεση βιοδραστικών ενώσεων, τα Βιο-ΙΥ και τα NADES διερευνήθηκαν ως πιθανοί παράγοντες διπλής δράσης (διαλύτες και καταλύτες) σε ένα ευρύ φάσμα σημαντικών οργανικών αντιδράσεων, κατά τις οποίες σχηματίζονται δεσμοί C-C. Ένα σύνολο αντιδρώντων για κάθε τύπο αντίδρασης επιλέχθηκε ως «αντίδραση μοντέλο» και η ανάπτυξη και η βελτ ...
Αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής αποτέλεσε η ανάπτυξη και η βελτιστοποίηση πράσινων διεργασιών σύνθεσης και εκχύλισης βιοδραστικών ενώσεων μέσω της αξιοποίησης φιλικών προς το περιβάλλον διαλυτών, όπως ιοντικά υγρά φυσικής προέλευσης (Bιo-ΙΥ) και φυσικοί βαθέως ευτηκτικοί διαλύτες (NADES). Για τον σκοπό αυτό και με στόχο την αντικατάσταση των συμβατικών πτητικών οργανικών διαλυτών, συντέθηκαν 54 βαθέως ευτηκτικοί διαλύτες και 13 ιοντικά υγρά, τα οποία χαρακτηρίστηκαν δομικά μέσω φασματασκοπίας πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού αλλά και φυσικοχημικά, μέσω του προσδιορισμού της πολικότητα, του pH, του ιξώδους και του ποσοστού υγρασίας. Όσον αφορά την σύνθεση βιοδραστικών ενώσεων, τα Βιο-ΙΥ και τα NADES διερευνήθηκαν ως πιθανοί παράγοντες διπλής δράσης (διαλύτες και καταλύτες) σε ένα ευρύ φάσμα σημαντικών οργανικών αντιδράσεων, κατά τις οποίες σχηματίζονται δεσμοί C-C. Ένα σύνολο αντιδρώντων για κάθε τύπο αντίδρασης επιλέχθηκε ως «αντίδραση μοντέλο» και η ανάπτυξη και η βελτιστοποίηση της μεθοδολογίας πραγματοποιήθηκε σε αυτήν την αντίδραση. Διερευνήθηκαν παράμετροι όπως ο διαλύτης της αντίδρασης, η μέθοδος θέρμανσης (συμβατική, υπερηχητική ακτινοβολία, μικροκυματική ακτινοβολία) κι η αναλογία των αντιδρώντων, ενώ με βάση το νέο πρωτόκολλο σύνθεσης μελετήθηκε και η δυνατότητα ανακύκλωσης και επαναχρησιμοποίησης των διαλυτών, ενισχύοντας περαιτέρω τα πράσινα χαρακτηριστικά της προτεινόμενης μεθοδολογίας. Στην συνέχεια, το πεδίο εφαρμογής των βελτιστοποιημένων μεθοδολογιών διερευνήθηκε χρησιμοποιώντας μια ποικιλία αντιδρώντων προκειμένου να διαπιστωθεί η ευρεία εφαρμογή της συνθετικής προσέγγισης, ενώ τα ανάλογα που συντέθηκαν αξιολογήθηκαν για την πιθανή αντιοξειδωτική τους δράση μέσω δύο in vitro δοκιμών: (i) της ικανότητάς τους να δεσμεύουν τη σταθερή ελεύθερη ρίζα DPPH και (ii) της ικανότητάς τους να αναστέλλουν τη λιπιδική υπεροξείδωση του λινολεϊκού οξέος που προκαλείται από τη ρίζα AAPH. Συνοπτικά, προέκυψαν τα εξής αποτελέσματα για την κάθε αντίδραση: α) Αντίδραση Knoevenagel: Οι βέλτιστες συνθήκες για την αντίδραση αυτή βρέθηκαν το NΑDES2a (L-Προλίνη/Γλυκερόλη 1:2) ως διαλύτης, και η χρήση υπερήχων ισχύος 120 W για 8 λεπτά. Συνολικά, μέσω της νέας συνθετικής μεθόδου, η διαδικασία της ανακύκλωσης και επαναχρησιμοποίησης του NΑDES επιτεύχθηκε έως και 6 φορές, ενώ συντέθηκαν 9 ωρόνες. β) Αντίδραση Domino Knoevenagel-Michael: Οι βέλτιστες συνθήκες για την αντίδραση βρέθηκαν το NADES2a (L-Προλίνη/Γλυκερόλη 1:2) ως διαλύτης, με χρήση μικροκυματικής ακτινοβολίας για 15 λεπτά. Συνολικά, μέσω της νέας συνθετικής μεθόδου, η διαδικασία της ανακύκλωσης και επαναχρησιμοποίησης του NADES επιτεύχθηκε έως και 4 φορές, ενώ συντέθηκαν 5 δι-τετρονικά ανάλογα. γ) Αντίδραση αλδολικής συμπύκνωσης (Aldol condensation): Οι βέλτιστες συνθήκες για την αντίδραση βρέθηκαν το NADES2a (L-Προλίνη/Γλυκερόλη 1:2) ως διαλύτης, με χρήση μικροκυματικής ακτινοβολίας για 15 λεπτά. Συνολικά, μέσω της νέας συνθετικής μεθόδου, η διαδικασία της ανακύκλωσης και επαναχρησιμοποίησης του NΑDES επιτεύχθηκε έως και 3 φορές, ενώ συντέθηκαν 5 φλαβανόνες και 4 χαλκόνες. δ) Click αντίδραση κυκλοπροσθήκης Huisgen: Οι βέλτιστες συνθήκες για την αντίδραση αυτή βρέθηκαν το Βιο-ΙΥ Ασκορβικό οξύ/Διμεθυλοαιθανολαμίνη 1:1 ως διαλύτης, και η χρήση μικροκυματικής ακτινοβολίας για 15 λεπτά. Συνολικά, μέσω της νέας συνθετικής μεθόδου, συντέθηκαν 9 νέα υβριδικά μόρια φαινολικών οξέων-τριαζολίων. Σημαντική παρατήρηση αποτέλεσε η εξάλειψη της ανάγκης προστασίας και αποπροστασίας των ευαίσθητων υδροξυλομάδων, σε όλες τις μεθοδολογίες που αναπτύχθηκαν, επιτρέποντας την σύνθεση υδροξυ-υποκατεστημένων παραγώγων σε λιγότερα στάδια, ενισχύοντας τον πράσινο χαρακτήρα των νέων συνθετικών πρωτοκόλλων. Επιπρόσθετα, καθώς η αξιοποίηση της βιοκατάλυσης για την σύνθεση οργανικών μορίων έχει κινήσει το ενδιαφέρον πολλών ερευνητών λόγω του πράσινου χαρακτήρα της, μελετήθηκε η σταθερότητα και η δράση δύο ευρέως χρησιμοποιούμενων ενζύμων, της λιπάσης και της λακκάσης, σε διάφορα συστήματα NΑDES και ευτηκτογελών. Συγκεκριμένα σχεδιάστηκαν και συντέθηκαν NΑDES με κύρια συστατικά ωσμωλύτες, δηλαδή μικρά μόρια τα οποία συντίθενται από τα κύτταρα με στόχο την απόκριση σε εξωτερικές μεταβολές του περιβάλλοντος και τα ΝΑDES αυτά είτε χρησιμοποιήθηκαν ως έχει για την σταθεροποίηση των δύο ενζύμων, είτε αξιοποιήθηκαν για την παρασκευή ευτηκτογελών αλγινικού ως μία νέα πλατφόρμα σταθεροποίησης ενζύμων. Οι καινοτόμες ευτηκτογέλες σχηματίστηκαν μέσω πηκτωματοποίησης των NADES με χρήση του φυσικού πολυσακχαρίτη αλγινικού, χωρίς την χρήση κάποιου παράγοντα διασταύρωσης και αξιολογήθηκαν ως προς τα ρεολογικά χαρακτηριστικά τους. Η σταθεροποιητική ικανότητα τόσο των NADES όσο και των ευτηκτογελών μελετήθηκαν μέσω της υπολειπόμενης ενζυμικής ενεργότητας στα διαφορετικά συστήματα για έως και 65 ημέρες σε διαφορετικές θερμοκρασίες: 4, 25 και 50 °C στην περίπτωση των NADES και 4 και 25 °C στην περίπτωση των ευτηκτογελών. Συνολικά, η αντικατάσταση των ρυθμιστικών διαλυμάτων αναφοράς με NADES με βάση ωσμωλύτες οδήγησε σε ποικίλες τάσεις στην υπολειπόμενη ενζυμική ενεργότητα, ανάλογα με το εκάστοτε ένζυμο, την θερμοκρασία επώασης και το NADES που χρησιμοποιήθηκε. Ειδικότερα, το NADES54 (Βεταΐνη/Σορβιτόλη/Ταυρίνη/L-α-Γλυκεροφωσφορυλοχολίνη/Ουρία/Νερό 1:2.8:3.1:0.1:7.1), το οποίο έχει σχεδιαστεί για να μιμείται τις φυσικές συγκεντρώσεις των ωσμωλυτών στον νεφρικό ιστό θηλαστικών, και η αντίστοιχη ευτηκτογέλη, αναδείχθηκαν ως τα πιο αποτελεσματικά συστήματα και στα δύο ένζυμα, συχνά ξεπερνώντας τόσο το ρυθμιστικό διάλυμα όσο και άλλα ΝΑDES ανεξάρτητα από τις συνθήκες αποθήκευσης. Τα δεδομένα αυτά αξιοποιήθηκαν για την ανάπτυξη μίας καινοτόμου μεθοδολογίας σύνθεσης βενζοφουροκινολινονών, ανάλογων φυσικών προϊόντων, συνδυάζοντας τη χρήση NΑDES ως πράσινων διαλυτών και ενζύμων ως καταλυτών. Τα νέα καταλυτικά συστήματα NΑDES-λακκάσης εφαρμόστηκαν σε μία οξειδωτική 1,4-προσθήκη της Ν-μεθυλο κινολινόνης με την κατεχόλη προς σχηματισμό βενζοφουροκινολινονών (Σχήμα 3). Η αντίδραση βελτιστοποιήθηκε ως προς την επιλογή του καταλληλότερου για την αντίδραση διαλύτη, την θερμοκρασία της αντίδρασης, την ποσότητα του καταλύτη, το περιεχόμενο νερό και την ποσότητα του διαλύτη, από όπου προέκυψε ότι υψηλότερη απόδοση επιτυγχάνεται όταν στην αντίδραση χρησιμοποιείται το NADES35 (Βεταΐνη/Φρουκτόζη/Γλυκερόλη/Νερό 2:1:3:10), σε αναλογία 5.3 g NADES/mmol κινολινόνης, με 40% w/w περιεκτικότητα σε νερό, στους 50 °C, με αναλογία λακκάσης/κινολινόνης 26.3 g/mol.Σε συνέχεια της μελέτης σύνθεσης βιοδραστικών ενώσεων, έγινε και μία προσπάθεια σύνθεσης πράσινων διαλυτών με πιθανή βιολογική δράση, δηλαδή διαλυτών οι οποίοι δεν λειτουργούν απλώς ως αδρανή μέσα, αλλά μπορούν να αλληλεπιδράσουν με βιολογικά συστήματα και να επιδείξουν θεραπευτικά αποτελέσματα. Στο πλαίσιο αυτό, σχεδιάστηκαν και συντέθηκαν διαφορετικά NΑDES με χρήση οργανικών οξέων, τα οποία χρησιμοποιούνται ευρέως στην φαρμακευτική ή καλλυντική βιομηχανία, και αξιολογήθηκε η ικανότητά τους να αναστέλλουν το ένζυμο τυροσινάση, η υπερδραστηριότητά του οποίου μπορεί έχει συσχετιστεί με πληθώρα ασθενειών και δερματικών παθήσεων. Καλύτερη ανασταλτική δράση έναντι της τυροσινάσης παρουσίασαν τα NΑDES14 (Χλωριούχος Χολίνη/Γαλακτικό οξύ/Νερό 1:2:2.5) και το NΑDES28 (Βεταΐνη/Μηλονικό οξύ/Νερό 1:1:1), καλύτερη από αυτή των μεμονωμένων συστατικών, υπογραμμίζοντας την συνεργιστική δράση των συστατικών όταν αυτά ενσωματωθούν σε NADES. Επιπρόσθετα, μελετήθηκε ο μηχανισμός αναστολής επιλεγμένων NADES και υπολογίστηκαν οι σταθερές αναστολής τους. Παράλληλα, συντέθηκαν 9 νέα Βιο-ΙΥ με βάση φαινολικά οξέα, τα οποία αποτελούν φυσικά προϊόντα με πληθώρα φαρμακευτικών δράσεων. Τα ΙΥ αυτά χαρακτηρίστηκαν και αξιολογήθηκαν ως προς την αντηλιακή τους δράση, υπολογίζοντας τον παράγοντα αντηλιακής προστασίας τους, ή δείκτη SPF μέσω της μεθόδου Mansur. Ακόμη, τα Βιο-ΙΥ μελετήθηκαν ως προς την ικανότητά τους να αναστέλλουν την δράση του ενζύμου τυροσινάση. Τα αποτελέσματα ανέδειξαν το 3,4-διυδροξυ-βενζοϊκό τριαιθανολαμμώνιο ως το ΙΥ με την καλύτερη συνδυασμένη δράση φωτοπροστασίας (SPF 2.92 ± 0.04, σε συγκέντρωση 30μg/mL) και αναστολής της τυροσινάσης (ΙC50 (mg/mL) 0.92 ± 0.06 και 1.01 ± 0.05, σε 5 και 10min, αντίστοιχα). Αναφορικά με την εκχύλιση βιοδραστικών ενώσεων, για την ανάπτυξη πιο φιλικών προς το περιβάλλον διεργασιών εκχύλισης φυσικών βιοδραστικών προϊόντων τόσο από φυτικές πρώτες ύλες, όσο και από απόβλητα της βιομαχανίας τροφίμων, χρησιμοποιήθηκαν φυσικοί βαθέως ευτηκτικοί διαλύτες ως εκχυλιστικά μέσα, με σκοπό την χρήση εναλλακτικών διαλυτών και ανανεώσιμων πρώτων υλών, ενώ παράλληλα διασφαλίζεται η υψηλή ποιότητα του εκχυλίσματος. Ως αντικείμενο μελέτης επιλέχθηκαν το χαμομήλι, η πικραλίδα και το τσάι του βουνού, καθώς αποτελούν αυτοφυή φυτά, τα οποία περιέχουν μια πληθώρα φαινολικών και φλαβονοειδών ενώσεων με θεραπευτικές και αντιοξειδωτικές δράσεις, ενώ αξιοποιήθηκαν και οι φλούδες μπανάνες ως οικιακό και βιομηχανικό απόβλητο ενός ευρέως διαδεδομένου φρούτου μαζικής κατανάλωσης. Αναλυτικότερα, έπειτα από την επιλογή του καταλληλότερου διαλύτη για την κάθε πρώτη ύλη, οι συνθήκες της εκχύλισης βελτιστοποιήθηκαν μέσω πειραματικού σχεδιασμού τύπου Box-Benken. Ως μεταβλητές απόκρισης επιλέχθηκαν το ολικό περιεχόμενο σε φαινολικές ενώσεις (TPC) και σε φλαβονοειδή (TFC), καθώς και η αντιοξειδωτική τους δράση με χρήση της δοκιμής DPPH. Από τον πειραματικό σχεδιασμό προέκυψαν οι βέλτιστες συνθήκες για την μεγιστοποίηση του TPC και ΤFC και βρέθηκαν τα εξής: 1.Χαμομήλι (Matricaria chamomilla L.): NADES52 (Γλυκόζη/Γαλακτικό όξύ/Νερό 1:5:6.2 ως διαλύτης, 34% w/w νερό ως συνδιαλύτης, 5.8 h εκχύλισης και εκχύλιση 20 mg χαμομηλιού/g διαλύτη, με τιμές TPC και TFC 36.1 και 8.8 mg/g εκχυλίσματος αντίστοιχα. 2.Τσάι του βουνού (Sideritis Scardica): NADES40a (Βεταΐνη:1,3-Προπανοδιόλη 1:4) ως διαλύτης, χρήση 40% w/w νερού ως συνδιαλύτη, 70 οC θερμοκρασία εκχύλισης για 4 h, και εκχύλιση 20 mg τσάι του βουνού/g διαλύτη, με τιμές TPC και TFC 49.2 και 45.9 mg/g εκχυλίσματος αντίστοιχα. 3.Πικραλίδα (Taraxacum officinale): NΑDES40b (Βεταΐνη/1,3-Προπανοδιόλη/Νερό 1:7:1), χρήση 31% w/w νερού ως συνδιαλύτη, 50 οC θερμοκρασία εκχύλισης για 2 h, και εκχύλιση 50 mg πικραλίδας/g διαλύτη, με τιμές TPC και TFC 23.9 και 22.2 mg/g εκχυλίσματος αντίστοιχα 4.Φλούδες μπανάνας: NΑDES (Βεταΐνη/Γαλακτικό οξύ/Νερό 1:2:2.5) ως διαλύτης, 45% w/w νερό ως συνδιαλύτης, 1 h εκχύλισης και εχύλιση 93.5 mg αποξηραμένης φλούδας μπανάνας/g διαλύτη, με τιμές TPC και TFC 42.0 και 17.6 mg/g εκχυλίσματος αντίστοιχα Τα εκχυλίσματα που προέκυψαν από τις παραπάνω μελέτες, συγκρίθηκαν με συμβατικά υδροαιθανολικά εκχυλίσματα, αναδεικνύοντας την υπεροχή των NADES-εκχυλισμάτων σε όλες τις περιπτώσεις, ενώ τέλος τα βέλτιστα εκχυλίσματα αναλύθηκαν με την βοήθεια HPLC για τον προσδιορισμό του περιεχομένου τους σε φυτοχημικές ενώσεις και μελετήθηκε και η ενσωμάτωσή τους σε καλλυντική κρέμα.
περισσότερα
Περίληψη σε άλλη γλώσσα
The aim of this doctoral thesis was to develop and optimize green processes for the synthesis and extraction of bioactive compounds through the utilization of environmentally friendly solvents, such as ionic liquids of natural origin (Bio-ILs) and natural deep eutectic solvents (NADES). In this context and with the aim of replacing conventional volatile organic solvents, 54 deep eutectic solvents and 13 ionic liquids were synthesized and characterized structurally and physicochemically, through the determination of polarity, pH, viscosity and moisture content. Regarding the synthesis of bioactive compounds, Bio-ILs and NADES were investigated as potential dual-action agents (solvents and catalysts) in a wide range of important organic reactions, during which C-C bonds are formed. A set of reactants for each type of reaction was selected as a “model reaction” and the development and optimization of the methodology was carried out on this reaction. Parameters such as the reaction solvent ...
The aim of this doctoral thesis was to develop and optimize green processes for the synthesis and extraction of bioactive compounds through the utilization of environmentally friendly solvents, such as ionic liquids of natural origin (Bio-ILs) and natural deep eutectic solvents (NADES). In this context and with the aim of replacing conventional volatile organic solvents, 54 deep eutectic solvents and 13 ionic liquids were synthesized and characterized structurally and physicochemically, through the determination of polarity, pH, viscosity and moisture content. Regarding the synthesis of bioactive compounds, Bio-ILs and NADES were investigated as potential dual-action agents (solvents and catalysts) in a wide range of important organic reactions, during which C-C bonds are formed. A set of reactants for each type of reaction was selected as a “model reaction” and the development and optimization of the methodology was carried out on this reaction. Parameters such as the reaction solvent, the heating method (conventional, ultrasound irradiation, microwave irradiation) and the ratio of reactants were investigated, while based on the new synthesis protocol, the possibility of recycling and reusing the solvents was also studied, further enhancing the green features of the proposed methodology. Subsequently, the scope of the optimized methodologies was explored using a variety of reactants in order to establish the broad applicability of the synthetic approach and finally the synthesized analogues were evaluated for their potential antioxidant activity through two in vitro tests: (i) their ability to scavenge the stable free radical DPPH and (ii) their ability to inhibit lipid peroxidation of linoleic acid induced by the AAPH radical. In summary, the following results were obtained for each reaction:a) Knoevenagel reaction: The optimal conditions for this reaction were found to be NADES2a (L-Proline/Glycerol 1:2) as solvent, and the use of ultrasound irradiation (120 W) for 8 minutes. Overall, through the new synthetic methodology, the process of recycling and reusing NADES was achieved up to 6 times, while 9 aurones were synthesized. b) Domino Knoevenagel-Michael reaction: The optimal conditions for the reaction were found to be NADES2a (L-Proline/Glycerol 1:2) as solvent, using microwave irradiation for 15 minutes. Overall, through the new synthetic methodology, the process of recycling and reusing NADES was achieved up to 4 times, while 5 di-tetronic acid analogues were synthesized. c) Aldol condensation reaction: The optimal conditions for the reaction were found to be NADES2a (L-Proline/Glycerol 1:2) as solvent, using microwave irradiation for 15 minutes. Overall, through the new synthetic methodology, the process of recycling and reusing NADES was achieved up to 3 times, while 5 flavanones and 4 chalcones were synthesized. d) Click Huisgen cycloaddition reaction: The optimal conditions for this reaction were found to be Bio-IL Ascorbic acid/Dimethylethanolamine 1:1 as solvent, and the use of microwave irradiation for 15 minutes. In total, through the new synthetic methodology, 9 new hybrid molecules of phenolic acids-triazoles were synthesized. It is noteworthy that all the developed methodologies eliminate the need for protection and deprotection of sensitive hydroxyl groups, allowing the synthesis of hydroxy-substituted derivatives in fewer steps, enhancing the green character of the new synthetic protocols. Furthermore, as the utilization of biocatalysis for the synthesis of organic molecules has attracted the interest of many researchers due to its green character, the stability and activity of two widely used enzymes, lipase and laccase, in various NADES and eutectic gel systems were studied. Specifically, osmolytes, i.e. small molecules synthesized by cells in response to external environmental changes, were employed for the synthesis of NADES that were either used as is for the stabilization of the two enzymes, or were utilized for the preparation of alginate eutectogels as a new enzyme stabilization platform. The novel eutectogels were formed by gelation of NADES using the natural polysaccharide alginate, without the use of any crosslinking agent, and were evaluated in terms of their rheological characteristics. The stabilizing ability of both NADES and eutectogels was studied through the residual enzyme activity in the different systems for up to 65 days at different temperatures: 4, 25 and 50 °C in the case of NADES and 4 and 25 °C in the case of eutectogels. Overall, the replacement of reference buffers with osmolyte-based NADES resulted in varying trends in residual enzyme activity, depending on the enzyme, incubation temperature, and NADES used. In particular, NADES54 (Betaine/Sorbitol/Taurine/ L-α-Glycerophosphorylcholine/Urea/Water 1:2.8:3.1:0.1:7.1), which is designed to mimic the natural concentrations of osmolytes in mammalian kidney tissue, and the corresponding eutectogel, emerged as the most effective systems for both enzymes, often outperforming both buffer and other NADES regardless of storage conditions. Based on these results, a novel methodology for the synthesis of benzofuroquinolinones, compounds with various medicinal properties, was developed, combining the use of NADES as green solvents and enzymes as catalysts. The new NADES-laccase catalytic systems were applied to an oxidative 1,4-addition of N-methyl quinolinone with catechol to form benzofuroquinolinones. The reaction was optimized in terms of the reaction solvent, the reaction temperature, the amount of catalyst, the water content of the solvent and the amount of solvent, from which it emerged that higher yield is achieved when NADES35 (Betaine/Fructose/Glycerol/Water 2:1:3:10) is used in the reaction, at a ratio of 5.3 g NADES/mmol quinolinone, with 40% w/w water content, at 50 °C, with a laccase/quinolinone ratio of 26.3 g/mol. Following the synthesis of bioactive compounds, an attempt was made to synthesize green solvents with potential biological activity, i.e. solvents that do not simply function as solvents, but can interact with biological systems and demonstrate therapeutic effects. In this context, different NADES were designed and synthesized using organic acids that are widely used in the pharmaceutical or cosmetic industry. The ability of the synthesized NADES to inhibit the enzyme tyrosinase, the overactivity of which has been associated with a variety of diseases and skin conditions, was evaluated. NADES14 (Choline Chloride/Lactic Acid/Water 1:2:2.5) and NADES28 (Betaine/Malonic Acid/Water 1:1:1) exhibited the best inhibitory activity against tyrosinase, better than that of the individual components, highlighting the synergistic effect of the components when incorporated into NADES. Additionally, the inhibition mechanism of selected NADES was studied and their inhibition constants were calculated. At the same time, 9 new Bio-ILs based on phenolic acids, natural products with various of pharmaceutical properties, were synthesized. These ILs were characterized and evaluated for their photoprotective activity, calculating their sun protection factor, or SPF index, using the Mansur method. Furthermore, the Bio-ILs were assessed for their ability to inhibit the activity of the enzyme tyrosinase. The results revealed 3,4-dihydroxy-benzoate triethanolammonium as the IL with the best combined photoprotection activity (SPF 2.92 ± 0.04, at a concentration of 30μg/mL) and tyrosinase inhibition (IC50 (mg/mL) 0.92 ± 0.06 and 1.01 ± 0.05, at 5 and 10min, respectively). Regarding the extraction of bioactive compounds, for the development of more environmentally friendly extraction processes of natural bioactive compounds from both plant materials and food industry waste, NADES were used as extraction media, with the aim of using alternative solvents and renewable raw materials, while ensuring the high quality of the extract. Chamomile, dandelion and mountain tea were chosen as the object of study, as they are native plants, which contain plethora of phenolic and flavonoid compounds with therapeutic and antioxidant effects, while banana peels were also utilized as a domestic and industrial waste of a widespread mass-consumption fruit. In detail, after selecting the most suitable solvent for each raw material, the extraction conditions were optimized through a Box-Benken experimental design. The total phenolic content (TPC), the total flavonoid content (TFC) as well as their antioxidant activity (DPPH assay) of the extracts were selected as response variables. The optimization of the extraction process for each material via the experimental design resulted in the optimal conditions for maximizing TPC and TFC: 1.Chamomile (Matricaria chamomilla L.): NADES52 (Glucose/Lactic acid/Water 1:5:6.2 as solvent, 34% w/w water as co-solvent, 5.8 h of extraction and extraction of 20 mg chamomile/g solvent, with TPC and TFC values of 36.1 and 8.8 mg/g extract respectively. 2.Mountain tea (Sideritis Scardica): NADES40a (Betaine:1,3-Propanediol 1:4) as solvent, use of 40% w/w water as co-solvent, 70 οC extraction temperature for 4 h, and extraction of 20 mg mountain tea/g solvent, with TPC and TFC values of 49.2 and 45.9 mg/g extract respectively. 3.Dandelion (Taraxacum officinale): NADES40b (Betaine/1,3-Propanediol/Water 1:7:1), using 31% w/w water as co-solvent, 50 οC extraction temperature for 2 h, and extraction of 50 mg dandelion/g solvent, with TPC and TFC values of 23.9 and 22.2 mg/g extract respectively. 4.Banana peels: NADES25 (Betaine/Lactic acid/Water 1:2:2.5) as solvent, 45% w/w water as co-solvent, 1 h extraction and extraction of 93.5 mg dried banana peel/g solvent, with TPC and TFC values of 42.0 and 17.6 mg/g extract respectively The extracts resulting from the above studies were compared with conventional hydroethanolic extracts, highlighting the superiority of NADES-extracts in all cases, while the optimal extracts were analyzed using HPLC to determine their content in phytochemical compounds and their incorporation into a cosmetic cream was also studied.
περισσότερα