超声辅助香蕉皮灰水提取物（WEBPA）高效合成螺环化合物的绿色新方法

本研究创新性地利用香蕉皮灰水提取物(WEBPA)作为绿色反应介质，在超声辐射条件下无催化剂、无有机溶剂地高效合成螺[吲哚啉-3,4′-吡喃并[4,3-b]吡喃]衍生物。该三组分反应以取代靛红、丙二腈/氰基乙酸乙酯和4-羟基-6-甲基-2H-吡喃-2-酮为原料，反应时间短、产率高，为杂环化合物合成提供了可持续新策略。

　　

在当代药物研发和材料科学领域，螺环化合物因其独特的立体结构和广泛的生物活性备受关注。然而传统合成方法通常依赖有毒有机溶剂、昂贵金属催化剂和苛刻反应条件，不仅造成环境污染，还面临原子经济性差等问题。如何开发环境友好的高效合成策略，成为绿色化学领域亟待突破的科学难题。

研究人员创新性地将农业废弃物转化为化学合成的宝贵资源，利用香蕉皮灰水提取物(Water Extract of Banana Peel Ash, WEBPA)作为绿色反应介质，在超声波辅助下实现了螺[吲哚啉-3,4′-吡喃并[4,3-b]吡喃]衍生物的高效合成。这项发表于《Phosphorus, Sulfur, and Silicon and the Related Elements》的研究，为解决有机合成中的可持续性问题提供了创新方案。

研究采用超声波辅助多组分反应技术，以WEBPA为反应介质，通过取代靛红、丙二腈/氰基乙酸乙酯和4-羟基-6-甲基-2H-吡喃-2-酮的三组分"一锅法"反应。关键技术包括：超声波辐射促进反应动力学、WEBpH值调控反应体系、无催化剂条件下的原位合成策略，以及绿色溶剂的替代应用。

【反应体系优化】
通过系统考察反应温度、超声功率和WEBPA用量等参数，确定最佳条件为：40kHz超声辐射、50℃反应温度、WEBPA用量10mL。与传统加热回流相比，反应时间从6-8小时缩短至30-45分钟，产率提升15-20%。

【底物适用范围】
研究测试了含不同取代基的靛红衍生物（5-Cl、5-Br、5-NO₂等），发现吸电子基团显著提高反应活性。其中5-硝基靛红与丙二腈组合获得最高产率（92%），证实WEBPA对强极性中间体的稳定作用。

【绿色性评估】
与传统方法对比显示：该工艺避免使用VOCs（挥发性有机化合物），E-因子（环境因子）降低62%；WEBPA中检测到K⁺、Mg²⁺等金属离子可能参与催化循环，实现"废物变催化剂"的双重绿色效应。

【机理推测】
通过LC-MS追踪反应过程，提出可能的机理：WEBPA中的碱性成分促进Knoevenagel缩合形成亚苄基中间体，随后发生分子内Michael加成和环化反应。超声波空化效应加速质传并防止产物聚集，是提高效率的关键。

该研究突破性地将生物质废弃物转化为功能化反应介质，建立了一种原子经济性高、环境友好的螺环化合物合成新范式。其重要意义体现在三个方面：首先，为农业废弃物高值化利用开辟新途径；其次，提出的"无催化剂-无溶剂-超声辅助"三位一体策略，为绿色合成提供普适性方法学参考；最后，所得螺[吲哚啉-吡喃并吡喃]骨架可作为药物先导化合物，如抗菌、抗炎活性分子的核心结构。这项研究完美诠释了"从废弃物到功能分子"的可持续化学理念，对推动绿色制药工业发展具有示范价值。