甘蔗渣源纤维素纳米纤维作为绿色纳米催化剂在无溶剂条件下高效合成2H-吲唑并[2,1-b]酞嗪三酮的研究

本研究针对传统合成酞嗪类化合物存在的催化剂毒性大、反应条件苛刻等问题，利用农业废弃物甘蔗渣(SCB)提取纤维素纳米纤维(CNFs)，开发了一种绿色高效的纳米催化剂。通过电纺丝技术制备的CNFs（直径约47 nm）在无溶剂条件下催化三组分缩合反应，5分钟内实现80-97%产率，且可循环使用5次以上，为药物分子合成提供了环境友好新策略。

　　

随着全球对可持续化学的迫切需求，利用生物质资源开发绿色催化体系成为研究热点。酞嗪类化合物作为重要的药物骨架，其传统合成方法常依赖贵金属催化剂和有机溶剂，存在环境污染大、成本高等问题。甘蔗渣(SCB)作为糖业主要废弃物，含有40-50%纤维素，是制备纳米纤维的理想原料。

Shahid Chamran University of Ahvaz的Maryam Deinavizadeh团队在《Polymer》发表研究，通过三步法将SCB转化为高效纳米催化剂：首先采用亚氯酸钠/乙酸脱木质素，氢氧化钠去除半纤维素，DMSO纯化获得高纯度纤维素；随后通过电纺丝技术（6 wt% LiCl/DMAc溶液，15.1 kV/cm电场）制备出直径47 nm的纤维素纳米纤维(CNFs)。该材料在无溶剂条件下催化醛类、二甲双酮和邻苯二甲酰肼的三组分缩合，5分钟内高产率(80-97%)合成2H-吲唑并[2,1-b]酞嗪三酮，且循环使用5次后活性仅降低7%。

关键技术包括：1）SCB的化学分馏（脱木质素-除半纤维素两步法）；2）电纺丝参数优化（电场强度、流速控制）；3）催化剂表征（SEM、FT-IR、EDX）；4）溶剂-free反应体系设计。

【结果与讨论】

1. 材料特性：SEM显示CNFs呈三维网状结构，FT-IR证实保留大量羟基（3421 cm^-1），XRD显示结晶度指数76.5%，这些特性赋予其优异催化活性。
2. 底物普适性：对含吸电子基（-NO₂）和供电子基（-OCH₃）的芳香醛均适用，邻位取代基仅需延长反应时间至8分钟。
3. 机理推测：CNFs表面羟基通过氢键活化羰基，加速Knoevenagel缩合和Michael加成级联反应。
4. 绿色指标：相比Fe₃O₄@SiO₂等传统催化剂，原子经济性提高32%，E因子（环境因子）降低至0.15。

该研究创新性地将农业废弃物转化为高性能纳米催化剂，解决了药物合成中溶剂污染和催化剂回收难题。CNFs的可生物降解特性使其在绿色制药领域具有重大应用前景，为循环经济模式提供了范例。未来可进一步探索其在其他多组分反应中的催化潜力，或通过表面修饰拓展功能应用。