近日，新加坡國(guó)立大學(xué)蘇州研究院（以下簡(jiǎn)稱“新國(guó)大蘇研院”）高級(jí)研究員吳杰及團(tuán)隊(duì)成員在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》（Journal of the American Chemical Society, JACS）期刊上發(fā)表光催化有機(jī)合成領(lǐng)域的最新研究成果。研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種高效的三組分偶聯(lián)反應(yīng)，利用光催化氫原子轉(zhuǎn)移（HAT）策略，從簡(jiǎn)單化工原料和單質(zhì)硫出發(fā)，合成了高附加值的硫酯產(chǎn)物。該策略為今后的藥物合成和功能材料開發(fā)提供了新思路。

研究背景

在合成化學(xué)中，開發(fā)條件溫和、步驟簡(jiǎn)單且高效的催化策略，從而將簡(jiǎn)單原料轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品具有重要的意義。硫酯類化合物不僅在有機(jī)合成中發(fā)揮重要作用，還可以廣泛應(yīng)用于材料、食品、化妝品、抗生素和生物學(xué)等。然而，目前合成硫酯的方法主要依賴于羧酸和硫醇的脫水縮合，以及硫醇在當(dāng)量酰化試劑或金屬添加劑的存在下酰化，這些方法會(huì)產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物和廢料，限制了其應(yīng)用。同時(shí)，由于硫醇?xì)馕峨y聞、性質(zhì)不穩(wěn)定以及市場(chǎng)規(guī)模有限等問題，使用硫醇作為起始原料并不理想。相比于其他含硫試劑，單質(zhì)硫具有豐富、無毒、不揮發(fā)、穩(wěn)定和無臭的優(yōu)點(diǎn)，最近有一些研究也表明，單質(zhì)硫可以參與自由基轉(zhuǎn)化，在溫和條件下將硫原子引入到分子骨架，使其成為有機(jī)分子中硫原子的理想來源。

研究結(jié)果

吳杰團(tuán)隊(duì)受到硫醇-烯點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)的啟發(fā)，對(duì)羰基硫自由基中間體是否具有類似的反應(yīng)活性進(jìn)行了研究，開發(fā)了一種基于羰基硫自由基中間體的硫酯合成方法。該方法通過光催化HAT策略將原料醛、烯烴或炔烴和單質(zhì)硫進(jìn)行三組分偶聯(lián)。單質(zhì)硫高效、高選擇性地捕捉HAT之后產(chǎn)生酰基自由基，實(shí)現(xiàn)酰基自由基到羰基硫自由基的極性反轉(zhuǎn)。該策略從簡(jiǎn)單的化工原料（如乙烯和乙炔）到復(fù)雜的藥物分子均可應(yīng)用，具有非常廣泛的底物范圍。除此之外，該合成策略還可以進(jìn)一步擴(kuò)展到內(nèi)硫酯、硫酯聚合物和硫代羧酸的合成，并且能直接通過兩步合成獲得藥物分子esonarimod（抗風(fēng)濕藥物）。機(jī)理研究表明，使用單質(zhì)硫來捕獲酰基自由基在熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)上都有利，這說明了該方法在合成含硫分子方面具有巨大的潛力。

▲光催化條件下由簡(jiǎn)單化工原料和單質(zhì)硫合成硫酯。

應(yīng)用前景

該研究成果的開發(fā)可能為有機(jī)合成、功能材料、藥物和環(huán)境保護(hù)等多個(gè)領(lǐng)域帶來創(chuàng)新性的機(jī)會(huì)。研究通過直接利用工業(yè)富存的單質(zhì)硫，降低了合成過程中的成本和環(huán)境影響，因此有助于推動(dòng)綠色化學(xué)合成的發(fā)展。所得產(chǎn)物硫酯類化合物在材料領(lǐng)域中也具有重要的應(yīng)用，例如作為聚合物添加劑、表面活性劑和涂層等。團(tuán)隊(duì)開發(fā)的合成方法可以通過控制底物的選擇和反應(yīng)條件來合成具有不同結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的硫酯化合物，進(jìn)一步擴(kuò)展其在功能材料領(lǐng)域中的應(yīng)用。此外，該方法在直接合成藥物分子和藥物分子修飾中展現(xiàn)的高效性也表明其可能成為開發(fā)新型藥物的有力工具，特別是對(duì)于需要含硫官能團(tuán)的藥物。

新國(guó)大蘇研院的科研工作聚焦前沿技術(shù)，開展原創(chuàng)性、應(yīng)用性研究，與產(chǎn)業(yè)發(fā)展強(qiáng)關(guān)聯(lián)，與蘇州工業(yè)園區(qū)及地方科技深融入，已建立環(huán)境與能源納米科技、智慧醫(yī)療技術(shù)、大健康生物與食品工程等卓越研究中心以及生物醫(yī)學(xué)工程創(chuàng)新中心。新國(guó)大蘇研院致力于推動(dòng)科技成果轉(zhuǎn)化落地工作，希望通過研究產(chǎn)生有影響力的高科技創(chuàng)新產(chǎn)品，賦能地方產(chǎn)業(yè)升級(jí)。目前，研究院承擔(dān)各級(jí)科研項(xiàng)目150余項(xiàng)，在國(guó)際著名期刊發(fā)表了1100余篇有影響力的科研論文，其中2篇發(fā)表在Nature母刊，29篇發(fā)表在Nature子刊。