基于草酸的新型天然深共晶溶剂在吡啶并[4,5-b]喹啉合成中的有效性比较

《Journal of Molecular Liquids》：Comparison of the effectiveness of novel natural deep eutectic solvents based on oxalic acid in the synthesis of Pyrimido[4,5- b]quinolines

草酸与甘露醇、山梨醇通过溶剂-free热熔法制备天然深共熔溶剂（NADESs），FT-IR、1H NMR、DSC及TGA表征显示其形成稳定氢键网络和良好热稳定性。该NADESs作为绿色催化介质用于3组分合成吡rimido[4,5-b]喹啉衍生物，MOX?,?体系产率达95%，验证了其催化重用性。

　　

Mohammad Jaryani Khorasgani|Masoumeh Abedini|Farhad Shirini|Kurosh Rad-Moghadam

伊朗吉兰大学化学系有机化学系，邮政信箱1914，拉斯赫特41335，伊斯兰共和国

摘要

基于草酸并与甘露醇和山梨醇结合的天然深度共晶溶剂（NADESs，分别称为MOX系列和SOX系列）是通过一种简单无溶剂的热熔化过程制备的。这里的“无溶剂”表示没有添加其他挥发性有机溶剂，因为NADES本身同时充当反应介质和催化剂。这些共晶体系通过FT-IR、¹H NMR、DSC和TGA/DTG分析进行了表征，证实了在研究条件下形成了广泛的氢键网络并具有足够的热稳定性。随后，这些生物来源的NADESs被评估为用于多组分合成吡啶[4,5-b]喹啉衍生物的双用途催化剂和反应介质，吡啶[4,5-b]喹啉衍生物是一种具有公认的药用和生物相关性的杂环骨架。在优化条件下，基于MOX_1,3的系统促进了反应，获得了优异的产率（高达95%），并且反应时间较短。此外，还研究了催化介质的可重复使用性，证明其在多次连续循环中具有可接受的催化耐久性。总体而言，本研究介绍了新的基于草酸的NADESs，并强调了它们作为绿色杂环合成生物基催化介质的潜力。

引言

绿色化学通过优先考虑环境友好的方法来促进可持续的化学合成[1]。传统的有机溶剂通常具有毒性、不可生物降解性，并且是挥发性有机化合物排放的主要来源，从而对环境造成重大危害[2]。同样，基于重金属的催化剂由于其毒性和有限的回收性也面临可持续性挑战[3]。这些问题突显了需要符合废物预防、原子经济性和可再生资源利用原则的更环保替代品[4]、[5]。在这方面，离子液体因其低蒸气压和易于回收的特性而受到广泛关注，满足了绿色化学的需求[6]。然而，由于合成难度和潜在的毒性，它们的应用受到限制[6]、[7]、[8]。另一方面，所谓的深度共晶溶剂（DESs）作为有前途的替代品出现，它们具有低毒性、可生物降解性和简单的制备方法[9]。天然深度共晶溶剂（NADESs）来源于植物代谢物，如有机酸、糖和胺，因其天然来源和环境兼容性而特别有利[10]、[11]、[12]。与传统的DESs相比，NADESs对环境的影响较小，因为它们完全由生物基材料和生物相容的合成成分组成[13]。由于原料如糖的丰富性，NADESs具有可调性和成本效益，使其特别适合用于药物合成[1]、[14]。NADESs在低温下表现出高粘度，通过少量加水可以缓解这一问题，并且具有适合多种应用的热稳定性[11]。

在我们之前关于深度共晶溶剂（DESs）的制备及其在有机合成中作为催化剂的应用的研究基础上[15]、[16]、[17]、[18]、[19]、[20]、[21]、[22]，本研究重点制备了基于草酸并与甘露醇和山梨醇结合的新型天然深度共晶溶剂（NADESs）。这些共晶体系可以通过无溶剂熔化过程，使用天然、可生物降解的简单结构成分轻松制备，符合原子经济性的原则[23]。考虑到它们有利的物理化学特性，这些NADESs被视为多组分反应（MCRs）的有希望的介质，由于操作简单和产生的废物少，在绿色化学中占据重要地位[24]。因此，合成的NADESs被评估为用于三组分合成吡啶[4,5-b]喹啉衍生物的绿色催化介质。这些化合物在药物化学中被广泛认为是有价值的骨架，主要是因为它们显著的抗癌活性。大量研究表明，它们通过多种分子机制发挥作用，包括抑制Src酪氨酸激酶和HER2信号传导、调节HDM2–p53调控轴以稳定肿瘤抑制因子p53，以及诱导多种人类癌细胞系（如MCF-7（乳腺癌）、A549（肺癌）和K562（白血病）的细胞凋亡和细胞周期停滞[26]。总的来说，这些发现突显了这种杂环骨架在抗癌药物发现中的重要治疗潜力。除了抗癌特性外，这类化合物还表现出抗菌（抗细菌和抗真菌）、抗炎和抗氧化活性，进一步强调了它们的广泛药理学相关性[25]、[26]。本研究的目的是制备、表征并评估所提出的NADESs的催化潜力，从而为其在可持续杂环合成中的应用提供见解。

材料

无水草酸（纯度≥99%，90 g/mol）、甘露醇（纯度≥98%，182 g/mol）和山梨醇（纯度≥98%，182 g/mol）从Sigma-Aldrich购买。苯甲醛（106.12 g/mol）及其衍生物二甲基脲（140.18 g/mol）、6-氨基-1,3-二甲基尿嘧啶（155.15 g/mol）和巴比妥酸（分析级，128.09 g/mol）从Merck购买。蒸馏水用于洗涤、分离和反应过程中的粘度降低。所有材料均按接收状态使用，无需进一步处理。

结果与讨论

首先使用光谱和热技术研究了制备的基于草酸的天然深度共晶溶剂（NADESs）的形成和物理化学性质。FT-IR和¹H NMR光谱用于阐明共晶体系内的分子间相互作用和氢键特征，提供了NADES形成的分子级证据。同时，进行了DSC和TGA/DTG分析以评估热行为和稳定性。

结论

本研究报道了四种基于草酸的天然深度共晶溶剂（NADESs）的制备和全面表征，这些溶剂由甘露醇和山梨醇衍生而来，分别为MOX_1,2、MOX_1,3、SOX_1,2和SOX_1,3。通过FT-IR、¹H NMR、DSC和TGA分析进行的结构和热研究证实了这些体系是由组分之间广泛的氢键相互作用形成的稳定共晶体系。

在所研究的体系中，MOX_1,3表现出了最强的...

CRediT作者贡献声明

Mohammad Jaryani Khorasgani：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，验证，监督，软件，资源，项目管理，方法论，研究，资金获取，正式分析，数据管理，概念化。Masoumeh Abedini：概念化。Farhad Shirini：撰写 – 审稿与编辑。Kurosh Rad-Moghadam：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，资金获取，正式分析。

作者声明

所有作者都参与了本研究的手稿准备工作。所有作者均已阅读并批准了最终修订版的手稿。作者声明与本出版物无关的已知利益冲突。

未引用的参考文献

[29], [33]

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢吉兰大学研究委员会对这项工作的支持。