《Results in Chemistry》：Green mechanochemical synthesis of thiazolyl–hydrazone phenolic derivatives and evaluation of their antioxidant activity
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摘要
氧化应激在多种慢性疾病的发生和进展中起着关键作用，因此促使研究者寻找新型抗氧化剂。在此背景下，腙和噻唑骨架因其能够稳定自由基中间体而特别引人注目。本研究采用一种简便且可持续的策略合成了一系列酚类噻唑基-腙衍生物。除常规溶液相方案外，研究人员首次开发了一种
摘要
氧化应激在多种慢性疾病的发生和进展中起着关键作用，因此促使研究者寻找新型抗氧化剂。在此背景下，腙和噻唑骨架因其能够稳定自由基中间体而特别引人注目。本研究采用一种简便且可持续的策略合成了一系列酚类噻唑基-腙衍生物。除常规溶液相方案外，研究人员首次开发了一种一锅机械化学串联策略，该策略在室温下运行，并以乙醇作为液体辅助研磨（LAG）添加剂。两种方法的环境效率通过绿色指标进行评估，包括比溶剂消耗（SPR）、工艺质量强度（PMI）、环境因子（E-factor）和反应质量效率（RME）。机械化学方法显著减少了溶剂消耗（高达99%），将PMI从35.3降至2.05，E-factor从34.3降至1.05，同时提高了总产率，如ES3（从42%提高至80%）。使用DPPH和ABTS自由基清除实验评估抗氧化活性，并以抗坏血酸作为参考标准。从生物学角度来看，富电子衍生物表现出最高的抗自由基活性：特别是含有邻苯二酚结构的化合物ES26和ES27是该系列中活性最强的衍生物，而ES9、ES16和ES17也显示出良好的抗氧化特性。值得注意的是，后几种化合物的抗氧化性能优于抗坏血酸。构效关系分析强调了3,4-二羟基和3,4-二甲氧基取代模式在增强自由基清除效率方面的关键作用。总体而言，一锅机械化学串联法为合成酚类噻唑基-腙衍生物提供了一种快速、溶剂最小化、节能且减少废弃物的途径，能够获得抗氧化活性高于参考标准的新化合物，并为未来的机制和生物学研究奠定了基础。
论文解读：酚类噻唑基-腙衍生物的绿色机械化学合成及其抗氧化活性研究
**1. 研究背景与问题**
氧化应激源于活性氧/氮物种（ROS/RNS）与内源性抗氧化防御系统之间的失衡，是多种慢性疾病发生与进展的核心病理因素。氧化应激对脂质、蛋白质和核酸等生物分子造成的氧化损伤已被广泛证实与慢性疾病及衰老过程密切相关，因而新型抗氧化剂的开发成为药物化学领域的重要研究方向。芳香族腙和含噻唑杂环化合物被认为是有效的抗氧化骨架，其中硫和氮原子能够促进氢过氧化物分解和金属螯合，腙基团的NH官能团可通过氢原子转移（HAT）和单电子转移（SET）机制参与自由基清除，并通过电子离域稳定自由基物种。此外，邻苯二酚或愈创木酚单元的引入可显著增强抗氧化潜力，酚羟基有利于苯氧自由基的稳定并降低O-H键的均裂解离能（BDE），从而促进氢原子供给。然而，传统合成方法通常需要在高温回流条件下使用大量有机溶剂，不符合绿色化学原则。因此，开发一种操作简便、溶剂最小化、能耗低的可持续合成策略具有重要意义。
**2. 研究内容与意义**
研究人员首次开发了一种基于机械化学串联策略的绿色合成路线，用于制备一系列酚类噻唑基-腙衍生物。该策略在Retsch MM500混合球磨仪中于室温条件下运行，每次研磨1小时，共两步串联完成，全程仅使用450 μL乙醇作为液体辅助研磨（LAG）添加剂，无需中间体分离。与传统两步乙醇回流（80 ℃，6小时+6小时）相比，机械化学方法显著缩短了反应时间，大幅降低溶剂消耗和能耗，同时简化了操作流程。该研究成果发表在《Results in Chemistry》上，为多酚类噻唑基-腙化合物的可持续合成提供了新途径，并展示了机械化学在绿色合成中的广阔应用前景。
**3. 主要技术方法**
研究人员首先在传统溶液相条件下合成了目标化合物作为对照，随后系统优化了机械化学条件下的两步反应参数，包括LAG添加剂种类及用量、研磨时间和催化剂用量。优化后的串联条件应用于全部底物合成，并进行20 mmol规模的放大实验。绿色指标通过SPR、PMI、E-factor和RME进行评估。抗氧化活性采用DPPH和ABTS自由基清除实验测定EC50值，以抗坏血酸为阳性对照。密度泛函理论（DFT）计算用于优化分子几何结构并计算热化学描述符（BDE、IP、PDE、PA和ETE）。所有实验均在同一研究团队实验室完成，无外部队列样本。
**4. 研究结果**
**4.1 经典溶液相合成**
传统方法采用两步法，第一步在乙醇回流条件下由硫代氨基脲与取代苯甲醛缩合制得缩氨基硫脲中间体（产率30–71%），第二步与取代苯酰溴环化得到目标产物（产率30–96%）。所有终产物经1H和13C NMR表征确认，纯度均超过95%。该方法虽有效但需要12小时高温回流，溶剂消耗量大。
**4.2 绿色机械化学合成**
机械化学条件优化表明，乙醇作为LAG添加剂（η=1）时第一步缩合产率可达82–85%，第二步环化产率达86%。串联一锅法在不分离中间体的情况下直接加入第二步试剂，ES3产率达80%，延长研磨时间可进一步提高至83%。将该条件应用于全系列底物合成，产率为29–93%，多数化合物产率等同或优于溶液相方法，反应时间从12小时缩短至2小时。
**4.3 反应放大**
在20 mmol规模下，以50 mL氧化锆研磨罐进行串联反应，LAG用量降至η=0.25，产率仍达71%。产物仅通过乙醇洗涤和过滤即可分离，无需柱色谱纯化，显示了方法的实用性和可扩展性。
**4.4 绿色指标计算**
以ES3为模型化合物进行定量比较：机械化学方法溶剂用量从25 mL降至0.45 mL，SPR从40.8 mL·g?1降至0.38 mL·g?1（降低99%）；PMI从35.3降至2.05（约17倍改善）；E-factor从34.3降至1.05（约33倍降低）；RME从32.3%提高至57.1%。整体产率从42%提高至80%。
**4.5 抗氧化活性**
所有化合物在DPPH和ABTS实验中均表现出微摩尔级EC50值。在两种实验中，含3,4-二羟基（邻苯二酚）结构的化合物（ES25–ES28）活性最强。其中ES26（DPPH: 8.4±0.2 μM；ABTS: 2.59±0.01 μM）、ES27（DPPH: 9.0±0.6 μM；ABTS: 2.7±0.1 μM）和ES28（DPPH: 9.6±0.2 μM；ABTS: 3.69±0.04 μM）为最优化合物。ES9、ES16和ES17也表现出优于抗坏血酸（DPPH: 18.6±0.6 μM；ABTS: 12.2±0.1 μM）的活性。构效关系分析表明，R2位引入甲氧基等供电子基团可增强活性，而溴原子等吸电子基团则降低活性，但邻苯二酚基团可部分缓解该不利影响。
**4.6 计算研究**
DFT优化结果表明前线分子轨道存在高度电子离域。热化学计算显示，对于苯甲醛衍生物，HAT途径主要发生在腙NH位点；香草醛衍生物（R1=3-OMe, 4-OH）在极性溶剂中4-OH位点HAT更具竞争性；而3,4-二羟基衍生物的4-OH位点HAT热力学最有利，归因于苯氧自由基通过分子内氢键和π共轭获得额外稳定化。IP值普遍高于BDE，表明SET-PT途径热力学上不如HAT有利，但在溶剂中竞争性增强。SPLET途径中，溶剂显著降低PA值并稳定阴离子中间体，使其在溶液中的贡献更加重要。总体而言，HAT是气相中最有利的途径，在溶液中仍占主导，但SPLET的贡献在溶剂条件下不可忽视。
**5. 结论与展望**
本研究首次建立了酚类噻唑基-腙衍生物的机械化学串联合成法，在室温条件下（1小时+1小时）以乙醇为LAG实现了全系列化合物的高效制备。绿色指标分析确认该方法在溶剂消耗（SPR降低99%）、废弃物产生（E-factor降低33倍）、材料效率（PMI降低17倍）和总产率（从42%提高到80%）方面均显著优于经典溶液相路线。抗氧化实验表明，含邻苯二酚和愈创木酚结构且R2位带有供电子基团的化合物具有优异的自由基清除活性，其中ES26、ES27和ES28为最优化合物，ES9、ES16和ES17亦超过抗坏血酸。DFT计算进一步阐明富电子R2取代基和邻苯二酚结构通过降低BDE和稳定自由基中间体增强抗氧化活性的分子机制。未来的研究将深入探索反应机理并开展初步生物学评价，以明确其转化应用潜力。该工作不仅简化了多酚类噻唑基-腙化合物的合成流程，还显著改善了过程的环境足迹，为可持续药物合成提供了范例。
