超声波与植物制备催化剂加速喹啉合成

据 ScienMag 报道，一组化学家开发出一种快速的水基方法，用于制备此前未见报道的八种喹啉-色烯化合物。该工艺使用超声波，以及一种在蜂斗菜（一种药用植物）的帮助下制备的可回收纳米催化剂。

该反应在25摄氏度下进行15分钟，生成目标分子的产率为93%至97%。相关研究发表在《Journal of Saudi Chemical Society》上，作者包括德黑兰伊斯兰阿扎德大学的 Shahrzad Abdolmohammadi，以及来自阿塞拜疆、约旦和印度的合作者。

这一成果应对了药物化学中的一项长期挑战：在减少有害溶剂、能源消耗和化学废物的同时，高效构建复杂分子。这种新方法将水相反应介质、声能和一种由铜、氧化锌及氧化石墨烯构成的催化剂结合起来。

水中的三组分反应

这些化合物属于[1]苯并吡喃并[b]二氧杂环戊烯并[g]喹啉家族。它们的结构融合了三类环系：苯并吡喃，也称为色烯；二氧杂环戊烯；以及喹啉。这类骨架在药物研究中十分重要，因为相关分子已被发现具有抗菌、抗病毒、抗肿瘤和抗增殖作用。

为制备这些新化合物，研究人员将4-羟基香豆素、不同的芳香醛和3,4-（亚甲二氧基）苯胺混合。混合物置于水中，并在少量 Cu/ZnO@GO 的存在下接受80瓦超声处理。Cu/ZnO@GO 是一种复合催化剂，其中掺铜氧化锌颗粒附着在氧化石墨烯上。

催化剂与超声波协同作用的效果远好于单独使用其中任何一种成分。没有催化剂时，反应在回流条件下进行300分钟，产率仅为20%。仅使用超声波而不加入纳米复合材料时，15分钟后的产率为48%。然而，在选定条件下，联合体系使用0.05克催化剂和3毫升水，最高产率达到了97%。

研究人员还测试了乙醇、二氯甲烷、乙腈和二甲基甲酰胺。它们的表现都不如水。研究人员还评估了其他几种催化剂，但结果均未达到该纳米复合材料的水平。

超声波通过在液体中形成并破裂微小气泡发挥作用。这一过程称为声空化，会产生短暂的高温高压区域，从而改善反应物与固体催化剂之间的接触。尽管这些条件在微观层面十分剧烈，反应混合物本身仍保持在室温，因而无需加热整个反应容器。

用蜂斗菜提取物制备的催化剂

催化剂的制备同样围绕降低化学危害进行设计。研究团队使用 Petasites hybridus 的水提取物制备氧化锌和含铜纳米颗粒；这种植物通常称为蜂斗菜。研究人员将干燥并研磨后的根茎浸泡在沸腾的去离子水中，所得提取物帮助还原并稳定正在形成的纳米颗粒。

金属组分由醋酸锌和氯化铜提供。随后，研究人员通过另一个植物提取物辅助的生长步骤，将这些颗粒与氧化石墨烯结合。氧化石墨烯可作为载体，因为它具有较大的表面积、化学和热稳定性，以及相对较低的成本。将含金属颗粒锚定在这种载体上，有助于使活性材料保持分散。

一系列分析技术证实了该复合材料的组成和结构。红外测量识别出了锌—氧键和铜—氧键。X射线衍射检测到了氧化锌的六方纤锌矿形态，以及与铜有关的信号。电子显微镜显示，近似球形的颗粒附着在氧化石墨烯上；元素分析则确认了预期的成分。

该催化剂还可以在使用后回收。研究人员通过离心将其分离，用乙醇洗涤并干燥，然后将其重新用于另一轮反应。至少经过四个循环后，其活性仍保持稳定，性能没有明显下降。这表明，重复使用有助于减少材料消耗和成本。

新分子的抗氧化活性

研究人员提出，该反应经过数个相互衔接的步骤进行。催化剂首先活化醛，醛随后与苯胺组分反应。接着，4-羟基香豆素加成到所得中间体上，随后发生关环、失水并形成最终的稠合结构。

该方法能够适应带有给电子基团的芳香醛，例如甲氧基、羟基和甲基；也能适应带有吸电子基团的芳香醛，包括溴、氯、氰基和硝基。脂肪醛的效果较差，原因似乎是其沸点较低，在超声处理过程中容易挥发。

研究人员使用 DPPH 自由基清除实验测试了四种产物。该实验通过记录517纳米处的颜色变化来测量抗氧化活性。研究人员还将其与商业抗氧化剂 BHT 和 TBHQ 进行了比较。总体而言，TBHQ 的表现最佳；而含有芳环羟基的化合物4e，在1,000 ppm浓度下显示出的活性接近 BHT。

这些生物学测试并不能证明这些化合物是药物。但它确实表明，这一化学家族值得进一步研究，尤其是因为氧化损伤已被证实与糖尿病、癌症、动脉粥样硬化和阿尔茨海默病等疾病有关。这项研究的主要贡献，是建立了一个快速的合成平台，将水、超声波、植物辅助的催化剂制备和催化剂重复使用整合到同一工艺中。