[CMMIM][BF4 ]离子液体催化高效合成指甲花基呫吨衍生物及其光物理性质、理论计算与分子对接研究

研究人员针对传统合成方法存在的反应条件苛刻、环境污染等问题，开发了一种以[CMMIM][BF4 ]离子液体为催化剂的高效绿色合成策略，成功制备了32种指甲花基呫吨衍生物（收率最高达92%），并通过UV-Vis、荧光光谱及分子对接（结合能：BSA -8.0~-11.5 kcal/mol?1 ，DNA -8.5~-10.9 kcal/mol?1 ）揭示了其光物理性质与生物活性潜力，为药物开发提供了新思路。

　　

在绿色化学成为有机合成领域核心议题的今天，传统金属催化剂和有毒溶剂的使用仍是一大痛点。指甲花（2-羟基-1,4-萘醌）衍生的呫吨类化合物虽具有抗菌、抗氧化等广谱生物活性，但其合成常面临反应时间长（>50分钟）、产率低（<50%）及重金属污染等问题。更棘手的是，这类化合物与生物大分子（如血清白蛋白和DNA）的相互作用机制尚未系统阐明，限制了其药物开发潜力。

针对这些挑战，印度科学理工学院的研究团队在《Tetrahedron》发表了一项突破性研究。他们利用自主开发的[CMMIM][BF₄
]离子液体（4 mol%）作为双功能催化剂/溶剂，在80℃水乙醇体系中实现了32种指甲花基呫吨衍生物的一锅法高效合成（20-50分钟，产率最高92%）。通过结合实验表征（UV-Vis、荧光光谱）与理论计算（DFT/TD-DFT），首次揭示了该类化合物的光物理特性（λ_max
吸收395-410 nm，发射413-415 nm）。更引人注目的是，分子对接（AutoDock Vina）显示这些衍生物与牛血清白蛋白（BSA）和DNA的结合能分别达-11.5 kcal/mol^?1
和-10.9 kcal/mol^?1
，提示其具有成为药物载体的潜力。

关键技术方法
研究采用四大核心技术：1）离子液体催化的一锅法多组分反应；2）光谱学表征（¹
H/¹³
C NMR、FT-IR）；3）量子化学计算（Gaussian 16W程序进行HOMO-LUMO能隙分析）；4）分子对接（AutoDock Vina评估与BSA/DNA的结合模式）。

研究结果
Results and discussion
优化反应条件发现，[CMMIM][BF₄
]在4 mol%用量、80℃水乙醇体系中表现最佳。Hirshfeld表面分析证实晶体结构中存在C-H···O等弱相互作用。

Plausible reaction mechanism
提出Br?nsted酸催化机制：离子液体活化醛基，促进2-羟基-1,4-萘醌的亲核加成，继而发生分子内环化。

Photophysical studies
所有衍生物在近紫外区均有强吸收，荧光量子产率与供电子基团取代正相关。

DFT and TD-DFT studies
计算显示HOMO-LUMO能隙（3.2-3.5 eV）与实验光学带隙吻合，苯环取代基可调控电子云分布。

Molecular docking studies
化合物7f'与BSA的Trp-212残基形成π-π堆积，与DNA小沟通过氢键结合，结合能优于已知药物。

结论与意义
该研究不仅建立了首个离子液体介导的指甲花基呫吨绿色合成平台（反应时间缩短60%，产率提升40%），更通过多尺度研究揭示了此类化合物的构效关系：1）C-13位芳基取代可增强荧光强度；2）分子对接证实其能同时靶向血清蛋白（影响药物代谢）和DNA（潜在抗癌机制）。这些发现为设计新型抗菌/抗肿瘤药物提供了双重策略——既可通过修饰母核结构优化光动力疗法效果，又能利用其高血清蛋白结合性改善药物递送效率。值得一提的是，该方法避免了传统金属催化剂的使用，使原子经济性达到92.3%，完美契合绿色化学十二原则。