《Journal of the National Medical Association》：Ultrasound-Assisted Amberlyst? A21 Catalyzed One-Pot Synthesis of Pyrazolo[1,2-b]phthalazine Derivatives: Spectroscopic Characterization, DFT Insights, Molecular Docking and Cytotoxic Evaluation
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采用超声辅助的Amberlyst? A21催化剂，通过乙醇溶剂实现一锅三组分合成高效、环保的1H-吡唑并[1,2-b]酞嗪衍生物，产率优异且反应时间短，并验证其结构及抗癌活性。
Venkatesan Kavishree | Udhayakumar Peroli | Ramasamy Rohith | Rajadurai Vijay Solomon | Appaswami Lalitha
印度泰米尔纳德邦塞勒姆市佩里亚尔大学化学系，邮编636011
摘要
本文介绍了一种一锅法、三组分合成二氢-1H-吡唑[1,2-b]酞嗪衍生物的方法。该方法使用Amberlyst? A21作为可重复使用的碱性催化剂，在乙醇（一种环境友好的溶剂）中，在40 kHz、60°C的超声条件下进行反应。通过马来酰腈、邻苯二甲酰肼和多种芳香醛的缩合，高效地制备出了目标杂环化合物，且反应时间较短。二氢-酞嗪骨架与吡唑结构单元的结合赋予了这些分子独特的物理化学和生物学性质，使其具有多样的药理潜力。合成的化合物通过FT-IR、1H NMR、13C NMR和ESI-Mass分析进行了表征。密度泛函理论（DFT）研究揭示了其优化的几何结构和电子特性。分子对接结果显示，这些化合物与关键活性位点残基之间存在显著的结合亲和力，主要通过氢键实现。其中，化合物4g、4i和4h的对接得分分别为-14.099、-11.495和-11.208 kcal mol?1。分子动力学模拟（100 ns）证实了最佳对接复合物的稳定性。此外，对HeLa细胞系的体外细胞毒性研究表明，这些化合物具有浓度依赖性的抗癌活性，MTT实验中的IC??值为61.86 μg mL?1，并且在40 μg mL?1浓度下能产生显著的活性氧（ROS），显示出其作为抗癌候选物的潜力。
引言
杂环化学是药物科学和医药领域的重要研究方向，对治疗剂的发现和发展做出了重要贡献[1,2]。芳香杂环醛因其能够参与氢键作用、π–π堆叠等相互作用而成为合成生物活性化合物的关键构建块[3,4]。基于吡唑结构的化合物及其盐类展现出多种生物学活性，包括抗肿瘤、抗炎、抗艾滋病、抗疟疾、抗真菌、抗增殖、抗菌和抗生素作用[5]。酞嗪结构单元也因其多样的生物活性而受到关注[6, [7], [8]]。由于其独特的双环含氮骨架，酞嗪环为结构修饰提供了灵活的平台，为开发新型药物分子奠定了基础[9]。由于吡唑[1,2-b]酞嗪具有独特的含氮杂环结构（由肼和吡唑单元通过桥连接而成），制药行业和合成化学领域对其表现出浓厚兴趣[10]。尽管酞嗪核和杂环醛在药物化学中起着关键作用，但它们的合成策略仍存在不足。传统方法通常涉及复杂的多步反应，反应时间长且原子经济性较低。为克服这些限制，多组分反应（MCRs）成为有效的合成方法，能够通过混合三种或更多种反应物在一锅中合成复杂化合物，从而提高原子经济性[11]。目前尚未发现有关使用树脂负载催化剂进行大规模工业合成二氢吡唑酞嗪的文献。特别是Amberlyst? A21催化剂因其高催化活性[12,13]、选择性[14,15]、较长的使用寿命、出色的耐热性、机械性和渗透压冲击性以及低泄漏性而表现出显著优势。为避免在合成吡唑酞嗪衍生物过程中遇到的困难[16, [17], [18], [19], [20], [21]，我们结合超声辐照和Amberlyst催化剂进行了实验。近年来，超声化学在有机合成中的应用日益增多[22]。本研究通过马来酰腈、邻苯二甲酰肼和醛类三组分反应合成了新的吡唑酞嗪衍生物，具有高产率、操作简便和较短的反应时间，相比传统分步方法具有明显优势。合成产物的结构通过红外光谱（IR）、核磁共振（NMR）和质谱（MS）等技术进行了确认，确保了其纯度和完整性。计算机模拟（包括分子对接、分子动力学、Swiss ADME和DFT）也用于研究。此外，还通过MTT实验对HeLa细胞系的体外细胞毒性进行了研究。总体而言，本研究提出了一种新的合成策略，将聚合物负载的碱性催化剂与超声辅助的多组分反应相结合，用于可持续构建吡唑[1,2-b]酞嗪骨架，该方法具有操作简便、反应效率高和环境影响小的特点，为绿色合成具有重要价值。
DFT研究
采用高斯09（Gaussian 09）软件和B3LYP/6-31G(d,p)参数，通过密度泛函理论（DFT）对吡唑酞嗪衍生物（4a–4j）的几何结构进行了优化和频率计算[23]。频率计算表明，优化后的几何结构在势能面上稳定，未发现虚频。为了评估电子特性和反应性，还生成了静电势图和前线分子轨道（FMOs）[]
新型5,10-二氧-5,10-二氢-1H-吡唑[1,2-b]酞嗪-2-碳腈衍生物的合成及反应条件优化
在Amberlyst? A21可重复使用催化剂和乙醇绿色溶剂的帮助下，通过超声辐照（40 kHz, 60°C），使用芳香醛（1 mmol）、邻苯二甲酰肼（1 mmol）和马来酰腈（1 mmol）进行了一锅法三组分合成（方案1）。该反应通过不同的溶剂、温度和催化条件进行了优化。
结论
Amberlyst? A21碱性催化剂在乙醇溶剂中成功用于合成一系列二氢-1H-吡唑[1,2-b]酞嗪衍生物，具有较高的产率和较短的反应时间。Amberlyst? A21是一种温和、可重复使用且无腐蚀性的碱性催化剂，无需添加其他碱或苛刻条件即可实现Knoevenagel–Michael–环化反应。该催化剂的使用显著提高了合成效率。
Venkatesan Kavishree：概念设计、方法学研究、软件开发、数据验证、实验实施、资源协调及初稿撰写。
Udhayakumar Peroli：数据管理、软件应用。
Ramasamy Rohith：DFT计算、分子对接与动力学分析、软件应用、文本修订与编辑。
Rajadurai Vijay Solomon：软件应用、数据验证、文本修订与编辑。
Appaswami Lalitha：概念设计、数据验证、实验实施、文本修订与编辑、项目监督及管理。
