固定于氮掺杂介孔二氧化硅纳米管上的Sb(iii)用于吡唑并吡喃并嘧啶的高效绿色合成：综合表征、绿色化学评价及针对5TZ1的计算抗真菌分析

《RSC Advances》：Synthesis of Sb(iii)-immobilized on nitrogen-doped mesoporous silica nanotubes for efficient and green preparation of pyrazolopyranopyrimidines: comprehensive characterization, green chemistry evaluation and computational antifungal profiling against 5TZ1Open Access

　　

在这项研究中，研究人员成功合成了一种新型多相纳米催化剂，即固定于氮掺杂介孔二氧化硅纳米管上的Sb(ⁱⁱⁱ)（N-MSNTs/Sb(ⁱⁱⁱ)）。该催化剂随后被应用于通过乙酰乙酸乙酯、水合肼、芳香醛和巴比妥酸/硫代巴比妥酸的缩合，一锅四组分合成吡唑并吡喃并嘧啶衍生物。使用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）、能量色散X射线光谱（EDS）、高分辨透射电子显微镜（HR-TEM）、X射线衍射（XRD）和BET/BJH分析进行的综合表征确认了其结构特征。值得注意的是，HR-TEM揭示出中空纳米管结构，其内径约为23 nm，壁厚为27 nm。此外，BET/BJH测量显示出IV型等温线（type IV isotherm），表明具有高度多孔的结构，比表面积高达1255 m² g^?1，孔体积为0.71 cm³ g^?1，平均孔径为2.26 nm。催化评价表明，N-MSNTs/Sb(ⁱⁱⁱ)在水介质中室温条件下表现出优异的性能，在短时间内（35–85 min）以高产率（78–96%）获得目标化合物。这种显著效率源于氮位点对载体的协同活化以及活性Sb(ⁱⁱⁱ)路易斯酸性物种。此外，该催化剂表现出优异的稳定性，在连续五次循环使用中保持其初始活性。最后，针对抗真菌靶标5TZ1进行了分子对接模拟。结果证实，所合成分子骨架中的羰基和NH基团建立了有利的结合相互作用，凸显了最终产物具有前景的药物样性质。

绿色化学旨在从源头减少或消除有害物质的使用与产生，其十二原则中的废物预防、原子经济性、安全溶剂与能量效率对有机合成尤为重要。多组分反应（multicomponent reactions，MCRs）能够在一锅体系中使三个或以上底物反应生成复杂产物，具有副产物少、溶剂用量低、纯化简便等优点，契合绿色化学理念。含氮杂环化合物占已知药物的70%以上，其中吡唑并吡喃并嘧啶类化合物融合了吡唑、吡喃和嘧啶环，具有抗疟、镇痛、抗炎、除草及抗真菌等多种药理活性。然而，传统合成方法依赖均相催化剂、挥发性有机溶剂和剧烈条件，不符合绿色化学要求且难以放大。因此，开发稳定、可回收、高活性的多相催化剂用于该类化合物在水相中的绿色合成具有重要意义。碳纳米管（CNTs）可作为硬模板制备介孔二氧化硅纳米管，而氮掺杂可提供碱性位点，进一步负载Sb(ⁱⁱⁱ)路易斯酸可形成双功能催化体系。此外，水作为绿色溶剂可加速MCRs。基于此，研究人员设计了N-MSNTs/Sb(ⁱⁱⁱ)催化剂，并评价其对抗真菌靶标5TZ1的结合潜力。

本研究成功合成了Sb(ⁱⁱⁱ)固定于氮掺杂介孔二氧化硅纳米管上的新型多相纳米催化剂N-MSNTs/Sb(ⁱⁱⁱ)，通过一系列表征确认其结构，并用于一锅四组分绿色合成吡唑并吡喃并嘧啶衍生物。该催化剂在水相室温下表现出优异催化活性，且可重复使用。论文发表在《RSC Advances》。

主要关键技术方法包括：以多壁碳纳米管（MWCNTs）为硬模板，经羟基化后，在十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）存在下以正硅酸四乙酯（TEOS）为硅源、二乙醇胺（DEA）为氮源进行溶胶-凝胶包覆，再经煅烧去除模板得到氮掺杂介孔二氧化硅纳米管（N-MSNTs）；随后在乙醇中与SbCl₃搅拌固定Sb(ⁱⁱⁱ)。使用FT-IR、XRD、FE-SEM、EDS、元素mapping、HR-TEM、BET/BJH、ICP-OES表征材料。催化性能通过模型反应优化溶剂、催化剂用量和温度；底物扩展合成12个衍生物；通过循环实验和热过滤实验评价稳定性与异相性。分子对接采用Schr?dinger Glide SP/XP模式进行。

3.1 N-MSNTs/Sb(ⁱⁱⁱ)的表征：FT-IR证实羟基化、硅包覆、氮掺杂及Sb–O/Sb–N键形成；XRD显示无定形SiO₂且无结晶Sb物种，表明Sb(ⁱⁱⁱ)高度分散；FE-SEM和HR-TEM显示中空管状结构，内径约23 nm，壁厚约27 nm；EDS和元素mapping显示C、O、Si、N、Sb、Cl均匀分布，ICP-OES测得Sb负载量为13.8 wt%；BET/BJH显示Type IV等温线，比表面积1255 m² g^?1，孔容0.71 cm³ g^?1，平均孔径2.26 nm。

3.2 催化性能：通过模型反应优化，最佳条件为水、室温、0.008 g催化剂。对照实验表明无催化剂仅痕量，N-MSNTs单独68%，SbCl₃均相72%，而N-MSNTs/Sb(ⁱⁱⁱ)达95%。底物扩展显示吸电子基团提高产率，供电子基团和空间位阻降低产率；氧代巴比妥酸优于硫代类似物；TON和TOF分别为96–118和68–203 h^?1。循环使用5次产率从95%略降至88%，FT-IR和FE-SEM表明结构稳定。热过滤实验和ICP-OES显示Sb溶出<3%，确认异相催化。与文献相比，该催化剂在温和条件下具有竞争力，生产率117.5 mmol g^?1。

3.3 抗真菌潜力评估：对合成的12个衍生物进行分子对接和ADME预测，所有化合物符合Lipinski五规则，分子量<500，logP<5，HBD<5，HBA≤10，QPlogS在?6.5~0.5，PHOA为49–84%，Caco-2多数在25–500 nm s^?1，BBB穿透低，血清蛋白结合适中，tPSA在7–200 ?²。对接结果表明，代表化合物5h通过酰胺NH与Ser507、羟基OH与Lys90形成氢键，稳定结合于5TZ1的活性口袋。

讨论部分指出，优异的催化活性源于氮掺杂位点的碱性与Sb(ⁱⁱⁱ)路易斯酸性的协同作用，以及高比表面积和中空介孔结构促进传质。分子对接和ADME预测表明这些化合物具有类药性和抗真菌潜力。研究结论为：本研究成功合成了N-MSNTs/Sb(ⁱⁱⁱ)催化剂，表征确认其结构，催化一锅四组分合成吡唑并吡喃并嘧啶衍生物，水相室温短时间高产率（78–96%），绿色化学指标良好（E-factor 0.40–0.72，AE 71.51–76.06%，OE高达99.99%），分子对接显示强结合亲和力，符合Lipinski规则，为可持续合成该类化合物提供了高效环保的纳米催化体系。