经过银功能化的共价有机聚合物作为曼尼希反应的异相催化剂：一种用于合成昂丹司琼的绿色方法

《Results in Chemistry》：Silver-functionalized covalent organic polymer as a heterogeneous catalyst for the mannich reaction: A green approach to ondansetron synthesis

　　本研究开发了一种银功能化的共价有机聚合物Ag-COP，作为高效、可回收的异相催化剂用于曼尼希反应合成β-氨基羰基化合物，成功应用于昂丹司琼的制备，展示了其在绿色制药中的应用潜力。

　　银离子功能化的共价有机聚合物（Ag-COP）作为一类新型的非均相催化剂，在β-氨基羰基化合物的合成中展现出了显著的催化效率和可回收性。该研究通过将银盐引入共价有机聚合物（COP）中，成功开发了一种高效且环保的催化剂。COP通过苯二甲酸和三聚氰胺的缩合反应合成，随后通过后合成修饰将银硫酸盐引入到聚合物结构中，以增强其催化性能。这种材料在Mannich反应中表现出优异的催化效果，不仅提高了反应产率，还缩短了反应时间，并且具有良好的可重复使用性。此外，Ag-COP在合成奥丹西酮（ondansetron）这一抗恶心药物时也表现出出色的催化性能，证明了其在制药领域的广泛应用潜力。

共价有机框架（COFs）因其独特的物理和化学性质，近年来在催化领域受到广泛关注。这些材料具有永久的孔隙结构、巨大的比表面积、低密度以及高度可调的孔径，能够适应多种反应条件。COFs的稳定性使其能够在有机溶剂和苛刻的反应环境中保持结构完整性，这为它们在有机合成中的应用提供了良好的基础。此外，COFs的有序结构和纳米级孔洞有助于活性位点的均匀分布，从而提升反应物的接触效率和催化反应的整体性能。

在本研究中，Ag-COP的合成过程采用了一种简便的方法，通过将银硫酸盐引入到COP的孔隙结构中，从而赋予其额外的催化活性。通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、热重分析（TGA）和比表面积分析（BET）等多种表征手段，研究团队确认了Ag-COP的结构特征和组成成分。其中，FTIR分析结果显示，银离子的引入改变了原本的氢键吸收峰，表明其与COP中的氮原子形成了配位键，从而增强了催化活性。XRD分析进一步证实了银硫酸盐在COP表面的沉积，形成了具有特定晶体结构的复合材料。

Ag-COP的催化性能在Mannich反应中得到了验证。该反应涉及芳香醛、芳香胺和芳香酮三种反应物的协同作用，合成β-氨基羰基化合物。实验表明，Ag-COP在乙醇作为溶剂的条件下，能够高效地催化这一反应，反应时间仅为4小时，产率高达98%。此外，Ag-COP的可回收性也得到了充分证明，即使经过四次重复使用，其催化活性仍保持较高水平，且银离子的流失率较低，这表明其具有良好的结构稳定性和重复使用潜力。在不同的溶剂体系中，Ag-COP表现出最佳的催化效率，尤其是在乙醇中，而其他溶剂如乙腈、水和乙酸乙酯则导致产率下降，这可能与溶剂的极性和反应物的溶解度有关。

为了进一步拓展Ag-COP的应用范围，研究团队还将其用于奥丹西酮的合成。奥丹西酮是一种重要的抗恶心药物，其合成过程通常涉及Mannich反应。实验结果表明，Ag-COP能够显著缩短反应时间，并保持较高的产率和纯度，达到99.96%的纯度。这不仅提高了合成效率，还降低了生产成本，同时减少了对环境的影响，符合绿色化学的发展方向。

在催化反应的机理方面，Ag-COP被认为能够通过质子化反应物，提高羰基化合物的反应活性，促进其与胺类化合物的亲核攻击。随后，形成的亚胺中间体经历结构重排，最终生成目标产物。在整个过程中，Ag-COP不仅起到了催化作用，还可能通过某种方式被再生，以维持其催化效率。这一机制为Ag-COP在有机合成中的广泛应用提供了理论支持。

此外，研究团队还对比了Ag-COP与其他已知催化剂在Mannich反应中的表现。结果表明，Ag-COP在反应时间、产率和可回收性方面均优于其他催化剂。例如，某些传统催化剂需要更长的反应时间或在特定条件下才能获得较高的产率，而Ag-COP则能够在较短的时间内实现高效的催化反应。同时，Ag-COP的合成过程相对简单，不需要复杂的设备或昂贵的原料，这进一步提升了其在工业生产中的可行性。

在实际应用中，Ag-COP的催化性能得到了验证。实验表明，无论反应物的电子性质如何，Ag-COP均能有效催化Mannich反应，其中含电子吸引基团的反应物表现出更快的反应速率，而含电子供体基团的反应物则对催化活性影响较小。然而，某些含有强电子吸引基团的胺类化合物，如4-硝基苯胺，未能在优化条件下发生反应，这可能与反应条件或催化剂活性位点的匹配度有关。因此，Ag-COP在选择性方面仍有一定的提升空间，但其总体催化性能已显示出巨大的潜力。

通过多次重复实验，研究团队还评估了Ag-COP在不同反应条件下的稳定性。结果表明，Ag-COP在多次使用后仍能保持其结构完整性，且催化活性仅略有下降。这一特性使其成为一种理想的绿色催化剂，能够在多次循环中保持高效，从而减少催化剂的消耗和环境负担。此外，Ag-COP的可回收性不仅降低了生产成本，还符合可持续发展的要求，使其在工业生产中具有广泛的应用前景。

综上所述，银离子功能化的共价有机聚合物（Ag-COP）作为一种新型的非均相催化剂，在Mannich反应中展现出优异的催化性能和可回收性。其高产率、短反应时间和良好的结构稳定性，使其成为一种高效、环保的催化剂。此外，Ag-COP在合成奥丹西酮等重要药物中的应用，进一步验证了其在制药领域的潜力。未来的研究可以进一步优化Ag-COP的合成方法，提高其催化活性和选择性，以拓展其在更多有机反应中的应用。同时，探索其在不同反应条件下的性能，也将有助于其在工业生产中的推广和应用。