自组装胶囊中吲哚一步合成靛蓝类化合物的绿色新方法

《Dyes and Pigments》：One step synthesis of indigoids from indoles in a self-assembled capsule

本综述重点介绍了一种在自组装胶囊（由2,8,14,20-四十一烷基间苯二酚[4]芳烃（7）与水形成）催化下，以H2O2为绿色氧化剂，从吲哚衍生物（3）一步合成靛蓝（1）和靛玉红（2）等 indigoids 的创新方法。该方法条件温和、无需金属参与，为这类具有重要生物活性（如抗肿瘤、抗炎）染料的绿色合成提供了新策略。

　　

Highlight

化学品与仪器

常规的 ¹H 和 ¹³C{¹H} 核磁共振谱图使用 Bruker 傅里叶变换仪器（AC 300, 500 和 600）记录，并参照残留的氘代DMSO-d₆ 信号进行校准（对于 ¹H 和 ¹³C{¹H}，化学位移 δ 分别设定为 2.50 和 39.52 ppm）。化学位移和耦合常数分别以 ppm 和 Hz 为单位报告。紫外-可见光谱在 Agilent Technologies Cary 60 UV-Vis 光谱仪上完成。红外光谱使用 Bruker FT-IR Alpha-P 光谱仪记录。实验所用原料吲哚、四丁基四氟硼酸铵等均从商业供应商处购买，未经进一步纯化直接使用。胶囊 7₆ 根据文献方法制备。

结果与讨论

首次的 indigoid 合成测试使用胶囊 7₆ 作为催化剂（负载量为 4 mol%），在 40°C 下反应 8 小时。本研究选择 H₂O₂ 作为氧化剂，因为它具有温和且环境友好的特性。在这些实验条件下，观察到底物吲哚 3a 被完全消耗，其转化为 indigoids 的总产率达到 32%，并且产物中靛蓝 (1a) 和靛玉红 (2a) 的比例为 25/75（参见表 1，条目 1）。实验观察发现反应混合物中存在沉淀物。通过核磁共振波谱分析证实，该沉淀物是 indigoids 的混合物。有趣的是，当反应在没有胶囊 7₆ 的条件下进行时，即使延长反应时间至 24 小时，也仅观察到痕量的目标产物生成（表 1，条目 2）。这个对比实验有力地证明了胶囊在催化该反应中的关键作用。为了探索反应参数的优化空间，我们考察了催化剂负载量的影响。将催化剂负载量从 4 mol% 增加到 8 mol%，结果令人惊喜， indigoids 的总产率显著提高至 65%，不过靛蓝 (1a) 和靛玉红 (2a) 的比例基本保持不变，为 26/74（表 1，条目 3）。然而，继续增加催化剂负载量至 12 mol% 并未带来进一步的产率提升，反而略有下降至 58%（表 1，条目 4）。基于这些结果，8 mol% 被确定为后续反应的最佳催化剂负载量。接下来，我们对反应温度进行了优化。在 8 mol% 催化剂存在下，将反应温度从 40°C 提升至 60°C，导致 indigoids 的总产率下降至 45%，并且产物比例发生了明显变化，靛蓝 (1a) 成为主要产物，靛蓝/靛玉红比例变为 70/30（表 1，条目 5）。当反应在室温（25°C）下进行时，反应速率显著减慢，8小时后 indigoids 的总产率仅为 15%，产物比例与 40°C 时相似，为 22/78（表 1，条目 6）。这些温度实验表明，40°C 是实现高转化率和特定产物比例（偏向靛玉红）的最佳条件。最后，我们评估了氧化剂当量的影响。在标准条件（40°C, 8 mol% 催化剂）下，将 H₂O₂ 的当量从 2 当量减少至 1 当量，导致 indigoids 的总产率降低至 28%（表 1，条目 7）。反之，将 H₂O₂ 当量增加至 4 当量，并未显著提高产率（67%），但观察到产物比例轻微地向靛蓝偏移（32/68）（表 1，条目 8）。综上所述，最优反应条件确定为：使用 8 mol% 的胶囊 7₆ 作为催化剂，2 当量的 H₂O₂ 作为氧化剂，在 40°C 下反应 8 小时。在此条件下，我们成功地将反应底物范围扩展到其他几种吲哚衍生物，合成了共计九种不同的 indigoid 染料，其中包括两个新颖的衍生物：6,6'-二苄氧基靛蓝和 6,6'-二苄氧基靛玉红。我们推测反应机理可能涉及 H₂O₂ 被包裹在胶囊的超分子空腔内，并通过其氢键网络被活化，从而更有效地氧化吲哚底物生成关键的中间体（如吲羟 4a），这些中间体随后在胶囊的限域空间内发生二聚反应，最终生成 indigoids。

结论

在空气中，40°C条件下，由2,8,14,20-四十一烷基间苯二酚[4]芳烃和水形成的胶囊催化吲哚与H₂O₂的反应，成功实现了靛蓝类衍生物的合成。该过程涉及氧化剂被纳入超分子组装的氢键网络中，从而增强了其亲电特性。本次染料合成应用于五种吲哚衍生物，产生了九种不同的靛蓝类衍生物，其中包括两种新型分子。该方法为在温和条件下合成这类具有重要生物活性的染料提供了一条绿色途径。