《Journal of Molecular Liquids》：Surface-active ionic liquid based deep eutectic solvents for antibacterial activity through experimental and computational approaches
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•制备并表征了基于咪唑鎓的深共晶溶剂。•两种深共晶溶剂的最小抑菌浓度（MIC）均为3.13%。•B3LYP/6-311+G水平下的DFT计算揭示了关键的电子性质。•分子对接显示其与大肠杆菌和铜绿假单胞菌的结合具有有利性。引言尽管支持治疗和抗菌治疗取得了进展，细菌感染仍然是导致
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制备并表征了基于咪唑鎓的深共晶溶剂。
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两种深共晶溶剂的最小抑菌浓度（MIC）均为3.13%。
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B3LYP/6-311+G水平下的DFT计算揭示了关键的电子性质。
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分子对接显示其与大肠杆菌和铜绿假单胞菌的结合具有有利性。
引言
尽管支持治疗和抗菌治疗取得了进展，细菌感染仍然是导致发病率和死亡率的主要原因[1]。这已成为人类、动物和环境面临的重大全球健康威胁，部分原因是细菌具有产生耐药性的能力。抗菌耐药性可能由多种因素引起，例如人类和动物中抗生素的不当使用、不卫生的环境以及未代谢药物及其副产物造成的环境污染[2]，[3]，[4]，[5]。一项关于新型铵基深共晶溶剂的研究已报告了令人鼓舞的结果[6]。根据这些结果，开发新的抗菌剂和/或消毒策略对于预防细菌感染至关重要[7]。令人担忧的是，药物开发和发现方面的研究在识别新型抗菌剂方面一直不尽如人意[8]。
尽管已有研究关注某些离子液体的抗菌活性，但将其作为溶剂的使用受到一些缺点的限制，如成本高、制备困难和缺乏可生物降解性[9]。因此，制备一种易于合成的环境友好型溶剂在实际应用中具有重要意义。深共晶溶剂（DESs）是离子液体（ILs）的潜在替代品，因为它们价格实惠、易于制备、毒性低、可生物降解，并且在经济和环境方面具有可持续性[10]，[11]，[12]。
深共晶溶剂通常由两种或三种通过氢键形成共晶混合物的组分组成，从而形成均相液体。与各自的氢键受体（HBA）和氢键供体（HBD）相比，深共晶溶剂的熔点已知较低[13]，[14]，[15]。最近，深共晶溶剂主要被用作药物递送和萃取溶剂。此外，它们还被用于从各种生物质来源中提取生理活性化合物，包括酚类植物代谢物[16]，[17]，[18]。在生物医学领域，深共晶溶剂常用于保存生物分子（如细胞、DNA、G-四链体）以及溶解和收获生物聚合物[19]，[20]。根据近期研究，深共晶溶剂对致病性细菌表现出显著的抗菌作用[21]。因此，已有研究提出深共晶溶剂在作为抗菌剂用于预防和治疗方面具有很大的前景[22]，[23]。
本研究调查的不同深共晶溶剂体系是1-丁基-3-甲基咪唑鎓硫酸氢盐（[BMIM][HSO?]）与甘油（Gly）以及[BMIM][HSO?]与乙二醇（EG）以1:2摩尔比组合，结合了离子液体的独特特性以及甘油和乙二醇的亲水性和生物相容性。由于硫酸氢根阴离子的存在，基于咪唑鎓的离子液体[BMIM][HSO?]具有固有的酸性、离子导电性和温度稳定性[24]，[25]，[26]，[27]。在本研究中，[BMIM][HSO?]作为HBA使用，甘油和EG作为强HBD，形成基于离子液体的深共晶溶剂[28]，[29]，[30]。甘油是一种三羟基化合物，EG是一种二羟基化合物，分别与[BMIM][HSO?]结合形成强氢键网络，从而产生具有改善溶剂能力和可调物理化学性质的共晶混合物[31]，[32]。
基于咪唑鎓的深共晶溶剂已被证明能够改变细胞通透性、干扰酶活性并破坏细菌细胞膜，特别是与硫酸氢盐等酸性化合物结合时[29]，[33]。两种深共晶溶剂的抗菌活性归因于离子相互作用、pH降低以及对微生物膜通透性增强的综合作用。因此，制备的深共晶溶剂具有作为抗菌剂和溶剂的双重功能，同时还满足了绿色化学替代品的要求[34]，[35]，[36]。
通过测试两种深共晶溶剂对多种治疗相关病原菌的活性，评估了其抗菌潜力，包括革兰氏阴性菌大肠杆菌、铜绿假单胞菌、肺炎克雷伯菌，以及革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌。这些菌株是导致健康问题的最常见原因，通常用于不同物质的毒性测试[23]。通过评估这些细菌菌株，可以进一步了解其广谱抗菌效率和在生物医学消毒中的潜在用途。
本研究的核心在于评估所制备深共晶溶剂的化学性质，包括酸性和光催化降解性能。此外，还评估了两种深共晶溶剂的抗菌活性，强调其作为生物活性剂和绿色溶剂的双重角色，具有在环境、医疗和制药行业中的潜在用途。还进行了DFT计算以评估所制备溶剂的结构和电子性质。通过分子对接评估了溶剂与细菌蛋白质靶标的结合亲和力。
章节摘要
化学品
本研究使用的化学化合物由Sigma Aldrich供应，纯度如表1所列。
深共晶溶剂的制备
深共晶溶剂采用文献中先前报道的加热方法制备[37]，将HBA（[BMIM][HSO?]）和HBD（甘油和EG）进行混合。在制备溶剂之前，使用旋转蒸发仪对各化合物进行纯化2小时，以去除任何可能的杂质。按1:2摩尔比将HBA和HBD混合制备深共晶溶剂
傅里叶变换红外光谱（FTIR）
使用傅里叶变换红外光谱（FTIR）对制备的深共晶溶剂（[BMIM][HSO?]:Gly和[BMIM][HSO?]:EG）中的官能团和分子间相互作用进行了考察，结果见图S.1。从4000-400 cm
?1范围内记录的光谱中识别了HBA [BMIM][HSO?]和HBDs（Gly和EG）的特征吸收峰。表2总结了各深共晶溶剂中发现的FTIR峰。甘油中O
H伸缩振动在[BMIM][HSO?]:Gly中表现为较宽的强吸收带
结论
成功制备了深共晶溶剂[BMIM][HSO?]:EG和[BMIM][HSO?]:Gly，并使用多种技术进行表征以评估其酸性和光催化潜力，并通过FTIR确认化合物结合时未发生反应以及作为抗菌剂的应用。两种深共晶溶剂均表现出中等酸性，这是由于硫酸氢根阴离子的存在，有助于其催化性质。深共晶溶剂的酸性顺序为[BMIM][HSO?]:Gly > [BMIM][HSO?]:EG。使用相同的HBA时，
CRediT作者贡献声明
Sebongile T. Lobega：撰写——初稿、方法论、形式化分析、数据管理。Madhur Babu Singh：撰写——初稿、方法论、形式化分析、数据管理。Rukayat Abiola Abdulsalam：撰写——初稿、方法论、形式化分析、数据管理。Bakusele Kabane：撰写——审阅与编辑、监督、资源、调查、形式化分析、概念化。Prashant Singh：撰写——审阅与编辑、软件、方法论、形式化分析，
利益冲突声明
作者声明不存在已知的可能影响本论文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。
Sebongile T. Lobega | Madhur Babu Singh | Rukayat Abiola Abdulsalam | Bakusele Kabane | Prashant Singh | Kabo Matshetshe | Saheed Sabiu
