磁性纳米纤维素-MOF协同催化体系绿色合成[1,2,3]-三唑衍生物的研究

本研究针对传统铜催化点击反应存在的环境毒性、催化剂回收困难等问题，开发了一种新型磁性纳米纤维素/NH2-UiO-66-Sal@Cu协同催化体系。该催化剂通过Fe3O4磁核实现快速分离，利用MOF孔道限域效应和纤维素亲水性提升催化效率，在水相中60分钟内实现97%的三唑衍生物产率，且可循环使用4次以上，为绿色化学提供了创新解决方案。

　　

在药物化学领域，[1,2,3]-三唑衍生物因其独特的生物活性备受关注，但其合成常面临催化剂毒性大、反应条件苛刻等挑战。传统铜催化点击反应虽高效，但存在铜离子残留、有机溶剂污染等问题。更棘手的是，现有催化体系往往难以兼顾高效性与环境友好性——要么需要高温高压条件，要么催化剂回收困难导致成本攀升。这些瓶颈严重制约了三唑类药物的大规模绿色生产。

针对这一难题，伊朗理工大学的研究团队创新性地将天然高分子材料与先进纳米技术相结合，设计出磁性纳米纤维素/NH₂-UiO-66-Sal@Cu复合催化系统。这项发表于《Carbohydrate Polymer Technologies and Applications》的研究，通过巧妙整合磁性纳米粒子（MNPs）、纤维素基质和金属有机框架（MOF）的三重优势，实现了催化性能与环境效益的双突破。

研究团队采用多步组装策略构建催化剂：首先通过共沉淀法制备Fe₃O₄磁核，再包覆纳米纤维素形成亲水载体（MNC），随后通过水热法在载体表面生长NH₂-UiO-66微晶，最后经水杨醛修饰并螯合铜离子。关键技术包括XRD表征晶体结构、FTIR分析官能团、VSM测试磁性能，以及ICP-OES定量铜负载量（2.5 wt%）。

3.1 催化剂制备与表征
通过FTIR证实了催化剂各组分的成功组装：591 cm^-1处Fe-O振动峰、1622 cm^-1处亚胺键（C=N）特征峰，以及561 cm^-1新出现的Cu-O键振动峰。XRD显示NH₂-UiO-66在7.35°和8.54°的特征衍射峰保持完整，证明MOF结构稳定性。SEM图像清晰呈现了MNC的球形形貌（64-79 nm）与UiO-66的八面体微晶（600 nm）的复合结构。VSM测试表明最终催化剂仍保持12.02 emu/g的饱和磁化强度，满足磁分离需求。

3.2 催化性能优化
在水相体系中，20 mg催化剂可使苯乙炔与苄溴的点击反应在室温下60分钟内完成，产率达97%。对比实验显示，单纯Fe₃O₄或MNC几乎无活性，而MOF修饰使效率提升至20%，证实铜离子的关键作用。溶剂筛选证实水相最佳，得益于纤维素羟基赋予的超强亲水性。

3.3 底物拓展与机理
该体系成功应用于8类三唑衍生物合成，产率79-97%。机理研究表明，MOF孔道可富集反应物，而纤维素基质促进传质。铜离子经抗坏血酸钠还原为活性Cu(I)物种，依次经历炔烃活化、叠氮亲核取代和[3+2]环加成三步反应。

3.4 稳定性验证
催化剂循环4次后效率仅下降6%，FTIR和XRD证实结构完整性。热过滤实验确认无铜浸出，TON和TOF值分别达124.36和124.36 h^-1，优于多数文献报道体系。

这项研究通过"天然高分子-纳米材料"协同策略，创造了兼具高效性与可持续性的新型催化平台。其创新性体现在三方面：一是利用纤维素生物可降解性降低环境负担；二是通过MOF限域效应突破传质限制；三是磁分离技术简化了催化剂回收流程。该工作不仅为三唑类药物绿色合成提供了新思路，其设计理念还可拓展至其他有机转化反应，对推动绿色化学工业化具有重要启示。未来研究可进一步探索催化剂在连续流动反应器中的应用潜力，以及针对复杂药物分子的合成适应性。