基于深共晶溶剂修饰多壁碳纳米管的一锅法合成新型抗癌活性化合物及其机制研究

本研究针对传统有机合成中高毒性溶剂和低选择性催化问题，开发了一种由胆碱氯化物-乳酸-乙二醛三元深共晶溶剂(DES)修饰的多壁碳纳米管(MWCNT)异相催化系统。通过机械研磨法将0.83mM DES负载于MWCNT，在无溶剂条件下高效催化苯并噻吩甲醛与巴比妥酸的Knoevenagel缩合反应，获得收率达92%的新型化合物5-(苯并噻吩-2-亚甲基)嘧啶-2,4,6-三酮(BTMPT)。该化合物对MCF-7乳腺癌细胞展现显著抗癌活性(IC50=9.8μg/ml)，7.8μg/ml浓度即可诱导100%细胞凋亡。研究为绿色催化合成高附加值药物分子提供了新策略。

　　

在当今绿色化学与可持续发展的大背景下，传统有机合成面临严峻挑战：高毒性有机溶剂的使用、低原子经济性反应以及难以回收的均相催化剂等问题日益凸显。尤其对于药物分子合成领域，如何在减少环境负担的同时提高反应选择性和产物生物活性，成为科学家们亟待解决的难题。针对这一科学瓶颈，基督大学(Christ University)和圣约瑟夫大学(St Joseph's University)的研究团队创新性地将深共晶溶剂(DES)与纳米材料技术相结合，开发出一种兼具高效催化与生物活性的新型杂化系统，相关成果发表在《Scientific Reports》上。

研究团队采用机械研磨法将胆碱氯化物(Choline Chloride)、乳酸(Lactic Acid)和乙二醛(Glyoxal)组成的三元DES(0.83mM)负载于多壁碳纳米管(MWCNT)表面，通过XPS、TEM和Py-IR等技术证实DES成功嫁接并形成酸性位点。该系统在无溶剂条件下催化苯并噻吩-2-甲醛(BTC)与巴比妥酸(BA)的Knoevenagel缩合反应，通过优化反应参数(摩尔比2:1、80℃、1小时)获得92%收率的新型化合物BTMPT。

表征分析
FT-IR显示DES/MWCNT中C=O伸缩振动(1738 cm^-1)强度显著降低，证实DES与MWCNT的强相互作用。XRD中25.48°(002)晶面衍射峰强度减弱，表明DES有效覆盖碳管晶面。TEM观察到MWCNT表面出现有机相吸附导致的凸起结构，SAED图谱显示体系保持多晶特性。XPS解析出C1s(284.77eV)、N1s(399.48eV)等特征峰，证实DES化学嫁接。Py-IR检测到1430 cm^-1(强Lewis酸位)和1667.6 cm^-1(Br?nsted酸位)，阐明催化机制。

催化性能
对比实验显示0.83mM DES/MWCNT具有最佳活性，循环使用4次后仍保持76%收率。TGA证明催化剂在500℃内保持稳定，失重仅14.16%。反应机理研究表明，DES通过氢键活化醛基并促进巴比妥酸烯醇化，最终脱水形成α,β-不饱和产物。

生物活性
MTT实验显示BTMPT对MCF-7细胞的实测IC₅₀为15.62μg/ml，理论计算值达9.8μg/ml，优于临床药物顺铂(13.3μM)。AO/EB双荧光染色证实7.8μg/ml浓度即可诱导100%细胞凋亡，凋亡细胞呈现特征性橙红色荧光。

该研究首次实现DES修饰MWCNT在无溶剂条件下的高效催化，创制的新型BTMPT化合物展现出媲美标准抗癌药物的活性。这种"催化剂-药物"一体化设计策略不仅为绿色合成提供新思路，更为抗肿瘤药物开发开辟了新途径。研究完全符合联合国可持续发展目标(SDGs)，在减少有机溶剂使用、降低能耗的同时，创造出具有实际应用价值的生物活性分子，体现了基础研究向应用转化的巨大潜力。