芦荟介导绿色合成银纳米颗粒及其在硝基芳烃化学选择性还原中的高效催化性能研究

《New Biotechnology》：Phytochemical assisted synthesis of silver nanoparticles and their catalytic activity in the chemoselective reduction of nitroarenes

本研究开发了一种利用芦荟提取物绿色合成银纳米颗粒(AgNPs)的新方法，成功应用于硝基芳烃的化学选择性还原。该生物合成策略在温和水相条件下制备出粒径均一(约10 nm)、稳定性优异的AgNPs，在无需外加还原剂的情况下实现了对硝基苯酚和硝基苯甲酸乙酯的高效催化转化，为可持续纳米催化技术在药物合成领域的应用提供了新思路。

　　

在当代绿色化学领域，开发环境友好的纳米材料合成方法已成为重要研究方向。传统金属纳米颗粒制备常涉及有毒化学试剂和高温高压条件，不仅存在安全隐患，还会造成环境污染。与此同时，芳香胺类化合物作为医药、染料和功能材料的关键中间体，其合成通常依赖贵金属催化剂和危险还原剂，导致生产成本高且产生大量废弃物。面对这些挑战，利用植物提取物生物合成纳米颗粒的技术应运而生，其中芦荟(Aloe vera)因其丰富的生物活性成分和天然还原能力备受关注。

近期发表于《New Biotechnology》的研究论文中，阿根廷科研团队开创性地利用两种芦荟品种（库拉索芦荟和睫状芦荟）的水提取物，在常温常压条件下成功合成银纳米颗粒(AgNPs)，并系统评估了其在硝基芳烃化学选择性还原中的催化性能。该研究通过优化提取工艺和合成参数，获得了粒径均匀、稳定性优异的球形AgNPs，并首次实现以NaBH₄为还原剂、水为溶剂的苯佐卡因绿色合成路线。

本研究采用多学科交叉技术方法：通过紫外-可见光谱(UV-vis)监测纳米颗粒形成过程中的表面等离子共振效应，利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析植物提取物与纳米颗粒的相互作用机制，借助透射电子显微镜(TEM)表征颗粒形貌与尺寸分布，并采用原子吸收光谱(AAS)定量银负载量。催化性能通过模型反应（对硝基苯酚还原）和实际应用（硝基苯甲酸乙酯还原）两个层面进行评价，系统考察了温度、pH、还原剂比例等参数对反应效率的影响。

3.1 芦荟提取物生物合成AgNPs

研究显示，25℃水提法制备的芦荟提取物能有效还原银离子形成AgNPs，溶液颜色由淡黄渐变为红棕是纳米颗粒形成的直观证据。与高温提取或乙醇提取相比，常温水提法更好地保留了多糖（特别是乙酰化甘露聚糖）、酚类和黄酮类化合物的还原活性，这些成分通过羟基、羰基等官能团协同作用，既作为还原剂又作为稳定剂控制纳米颗粒成核与生长。值得注意的是，碱性条件或外加还原剂反而会导致颗粒聚集失稳，证明植物天然成分的平衡作用至关重要。

3.2 AgNPs表征分析

UV-vis光谱在385-430 nm处出现对称的表面等离子共振吸收峰，提示球形AgNPs的成功合成。FTIR谱图显示提取物特征峰位移（如O-H伸缩振动从3430 cm^-1偏移），证实植物多糖与银表面的配位作用。TEM图像显示AgNPs呈单分散球形，平均直径约10 nm且分布狭窄（AgAC1i: 9.9±3 nm, AgABM1i: 10±2 nm）。银负载量测定表明常温水提样品金属含量最高（0.43-0.45 wt%），显著优于高温或有机溶剂提取样品。

3.3 AgNPs在对硝基苯酚还原中的催化性能

以对硝基苯酚还原为模型反应评估催化活性，发现AgABM1i表现最优（k_app=0.216 min^-1，10分钟转化率98%）。催化效率与合成条件紧密相关：常温水提样品（AgAC1i/AgABM1i）的速率常数是高温提取样品（AgAC1ii）的4-6倍，证明温和条件有利于保持植物成分的催化辅助功能。循环实验显示催化剂连续使用10次后仍保持90%以上活性，银溶出量低于7%，TEM证实重复使用后颗粒尺寸略有增大（14-16 nm）但形貌保持完整。

3.4 AgNPs在ENB还原中的催化活性

将最优催化剂应用于硝基苯甲酸乙酯(ENB)还原合成苯佐卡因(EAB)，发现NaBH₄/ENB摩尔比60为最佳条件。AgABM1i在80分钟内实现84.6%转化率，且对酯基表现出优异化学选择性。对比文献报道的钯/铂基催化剂，本研究开发的AgNPs系统在常温、常压、水相条件下即可实现高效转化，避免了贵金属和有机溶剂的使用。五次循环后催化剂活性仍维持79%以上，凸显其实际应用潜力。

该研究通过系统优化植物提取物介导的纳米颗粒绿色合成策略，成功开发出具有高催化活性和稳定性的银纳米催化剂。其创新性在于：首次利用芦荟提取物实现苯佐卡因的化学选择性合成，突破传统工艺对贵金属和危险试剂的依赖；通过多维度表征阐明植物成分在纳米颗粒形成与催化过程中的协同机制；建立的反应体系条件温和、溶剂绿色、操作安全，为芳香胺类药物的可持续生产提供新范式。这项工作不仅推进绿色纳米催化理论基础，更为制药工业的清洁化转型提供技术支撑，具有显著的科学价值与应用前景。