在可见光下，利用Cu?O/THPP纳米复合材料通过光氧化还原催化实现C–S键的形成：一种实用的硫醚合成方法

《Molecular Catalysis》：Photoredox-catalyzed C–S bond formation using a Cu?O/THPP nanocomposite under visible light: A practical approach to thioether synthesis

　　光驱动策略利用Cu?O/THPP纳米催化剂实现羧酸和醛类高效硫醚化，产率达90%，常温常压下操作，为绿色有机合成提供新途径。

　　

作者：Kimia Keshavarz | Najmeh Nowrouzi

伊朗布什尔波斯湾大学纳米与生物科学技术学院化学系，邮编75169

摘要

本文介绍了一种利用Cu?O/THPP纳米催化剂实现高效C–S键形成的新型光驱动策略。该方法在常温条件下，通过白光LED照射，能够通过二硫化物活化作用将羧酸或醛类顺利转化为硫醚，且产率较高。这种自由基介导的转化方法为生物活性含硫化合物的合成提供了一种绿色、选择性强且实用的方法，显示出其在可持续有机合成中的巨大潜力。

引言

碳-硫（C–S）键的形成在有机合成中具有重要意义，因为许多生物活性化合物（包括药物、农用化学品和天然产物）都含有硫醚结构[[1], [2], [3], [4], [5]]。尤其是硫醚，因其具有抗癌、抗病毒和抗炎等多种生物活性而备受关注[6]。尽管这些结构非常重要，但开发高效、选择性强且可持续的C–S键构建策略仍是合成化学领域的一大挑战[7]。 传统上，由于巯基的亲核性和易得性，它们一直是C–S键形成的主要硫源[8]。然而，巯基的高挥发性、难闻的气味以及对氧化的敏感性限制了其应用，尤其是在大规模或环保要求较高的场合。为克服这些缺点，二硫化物成为有吸引力的替代品。二硫化物更加稳定、无味，且不易发生副反应，在适当的活化条件下可作为硫芳基自由基的有效前体。因此，使用二硫化物符合绿色化学的原则，成为以更实用和环保的方式合成硫醚的有效策略[6,9]。 近年来，光化学领域的进展为在温和且无金属的条件下实现C–S键的形成提供了有力支持。特别是光诱导的自由基偶联反应，利用可见光作为可持续的能量来源，生成以硫为中心的自由基[[10], [11], [12], [13]]。这些方法不仅避免了高温或强试剂的需求，还实现了高官能团耐受性和选择性键的形成。虽然传统上使用铱、钌和钨等过渡金属基光催化剂来促进此类转化[14]，但人们越来越关注开发更易获取和异相的光催化系统[[15], [16], [17], [18], [19], [20], [21], [22], [23]]。其中，基于铜的催化剂因其低成本和优异性能而受到广泛关注[[24], [25], [26], [27], [28]]。 尽管取得了这些进展，但在可见光驱动条件下直接将羰基化合物（尤其是醛类和羧酸）硫醚化的研究仍相对较少。现有的方法通常局限于醛类的活化，或者需要多步骤合成，并涉及预功能化的底物或外部氧化剂。因此，开发一种通用、实用且可扩展的光化学方法，能够直接利用二硫化物作为硫源对醛类和羧酸进行硫醚化，将对该领域做出重要贡献。 在这方面，Nowrouzi（图1a）[29]、Singh（图1b）[30]、Maiti（图1c）[31]、Kancharla（图1d）[32]、Zhang（图1e）[33]和Sakai（图1f）[34]团队的最新研究展示了光氧化还原策略在C–S键构建中的强大作用。这些研究表明，多种硫源、反应条件和光催化系统可以高效且选择性地形成C–S键。 基于这些进展以及我们之前关于异相光催化剂的研究，我们最近开发并应用了一种基于铜的纳米催化剂（Cu?O/THPP），该催化剂在可见光下能够高效运行[35,36]。在本研究中，我们将这一平台扩展为首个能够直接将醛类和羧酸转化为硫醚的通用光化学方法。该转化在DMF溶剂中、常温条件下进行，以二硫化物作为硫源，并可适用于克级实验。该方法具有广泛的底物适用性、高化学选择性和优异的官能团兼容性。这一协议的成功实施不仅扩展了可见光介导的自由基化学的合成应用范围，还为合成具有潜在生物活性的硫醚骨架提供了一种绿色、可扩展且操作简单的途径（图1）。

实验部分

Cu?O/THPP复合材料的制备

首先，将1.6克聚乙二醇（PEG-10,000）溶解在500毫升去离子水中，并超声处理30分钟以确保完全溶解。然后加入612毫克二水合氯化铜（CuCl?·2H?O），继续搅拌30分钟。随后逐渐加入1.15克氢氧化钠（NaOH），10分钟后缓慢滴加0.73毫升肼水合物（N?H?）。观察到的颜色从蓝色变为……

表征

使用CINTRA 1010紫外-可见分光光度计（GBC，中国）记录了UV–Vis吸收光谱。傅里叶变换红外（FTIR）光谱是在Jasco 4600 FTIR光谱仪（日本）上获得的。透射电子显微镜（TEM）图像是由Zeiss EM10显微镜（德国）拍摄的。X射线粉末衍射（XRD）分析是在STAD-IP衍射仪上进行的。

UV–Vis光谱是一种研究界面相互作用、表面组成的强大技术……

基本信息

所有试剂和溶剂均从商业渠道购买，并采用标准方法纯化。柱层析实验使用硅胶小柱完成。¹H NMR（400, 300 MHz）和¹³C NMR（100, 75 MHz）光谱是在Bruker Avance DRX仪器上使用CDCl₃进行的。化学位移以百万分之一（ppm）的δ值和赫兹（Hz）的J值表示。¹H NMR的数据如下：化学位移（δ ppm）、多重性（s=单峰，d=双峰，t=三峰，q=四峰，m=多重峰，dd=……

CRediT作者贡献声明

Kimia Keshavarz：撰写原始稿件、方法设计、实验研究、数据分析。Najmeh Nowrouzi：审稿与编辑、项目监督。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

我们感谢波斯湾大学研究委员会对本工作的部分支持。