《Tetrahedron》：Photocatalytic Synthesis of Sulfur-Containing Compounds via C-S Bond Formation: A Green and Sustainable Approach
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硫雜化合物在藥物、農業等領域的應用廣泛，光催化C-S鍵形成為高效溫和的合成新策略，解決傳統方法中的催化劑中毒問題，實現異噁唑啉酮、二芳基硫化物等分子合成，并與電化學、微流控技術結合提升反應可控性。
Xueyan Bao|Min Cao|Yongnan Xu|Yajun Liu|Maosheng Cheng
教育部結構基藥物設計與發現重點實驗室，沈陽藥科大學，中國沈陽 110016
摘要
含硫化合物是一類在天然產物、藥物、農用化學品和先進材料中發揮多種作用的化學物質。近年來，針對這類含硫分子的創新合成方法取得了顯著進展，其中可見光驅動的光催化C-S鍵構建成為一種顛覆性的策略。這種光化學方法不僅為傳統熱處理過程提供了可持續的替代方案，還在解決過渡金屬催化劑硫中毒等長期存在的合成難題方面展現了獨特的潛力。目前的光催化技術已經實現了多種含硫化合物（包括含硫雜環、硫醚和砜類）的高效合成，且反應條件極為溫和。光催化與新興技術（如新型催化劑材料、電化學系統和連續流微反應器）的結合進一步拓展了合成范圍，提升了反應控制能力、可回收性和可擴展性。本文系統總結了光催化C-S偶聯反應的最新突破，對各種催化體系和反應機制進行了比較分析，并展望了該領域未來的發展方向。
引言
作為豐富且可再生的能源，太陽能因其可持續性而引起了科學界的關注[1]。近幾十年來，光催化技術已成為材料科學、環境工程和合成化學領域的變革性技術[2][3]。這種技術能夠在極其溫和的反應條件下實現有機轉化，因此在多種合成方案中得到廣泛應用[4]。光催化反應系統通常使用過渡金屬配合物（例如Ir、Ni）或有機染料（例如Eosin Y）作為光催化劑，通過光誘導電子轉移（PET）過程生成活性自由基[5][6][7]。這些催化劑在可見光激發下，通過單電子轉移（SET）機制從底物中生成活性自由基中間體。另一方面，電子供體-受體（EDA）復合物介導的光化學轉化也是一種有前景的策略，因為它不需要額外的光催化劑[8][9]。EDA復合物通常由分別作為電子供體和電子受體的兩種底物組成，在可見光激發下，復合物內部的SET過程會生成活性自由基。值得注意的是，光催化反應常常能夠實現對某些傳統方法難以處理的復雜分子的合成，尤其是在合成空間受阻或電子失活的化合物時。
含硫化合物在多個學科領域具有廣泛的應用，特別是在藥物、農藥、環境修復和功能材料方面（圖1）[10][11][12]。這些化合物也常見于天然產物中，展現出許多有趣的生物活性，成為藥物發現中的重要結構模板[13]。C-S偶聯反應是一種從簡單起始材料有效制備復雜含硫化合物的有效策略。傳統的C-S鍵形成方法主要依賴于有機鹵化物與親核硫試劑之間的交叉偶聯[14][15]。雖然硫的親核性有利于直接形成C(sp3)-S鍵，但C(sp2)-S鍵的構建卻面臨較大的合成挑戰。通常需要過渡金屬催化劑和苛刻的反應條件才能獲得滿意的反應效率，這些條件通常涉及強堿和高溫[16]。因此，探索在操作簡便且溫和條件下實現C-S鍵形成的新方法具有重要意義。在這方面，光催化反應成為一種有前景的策略，為有機硫化合物的高效和可持續合成提供了前所未有的機會。
過去十年間，光催化C-S鍵形成取得了顯著進展，報道了許多含硫化合物的合成實例。本文旨在總結這些重要成果，主要涵蓋過去十年發表的文獻。根據產物類型，將這些實例分為兩大類：環狀C-S鍵形成和非環狀偶聯策略。每個類別進一步根據目標分子的結構特征和反應路徑進行細分。
噻唑
噻唑骨架是許多臨床驗證的治療藥物的藥效核心[17][18]。噻唑中的氮和硫原子決定了其獨特的生物活性。
2018年，Guo團隊描述了一種無需光催化劑的可見光驅動方法，通過異硫氰酸酯、α-溴酯和芐胺的三組分連續環化反應制備2-亞氨基噻唑烷-4-酮（方案1）[19]。該反應在MeCN溶劑中、5 W藍光LED照射下進行
（雜）芳基鹵化物作為偶聯伙伴
二芳基硫化物是一類由兩個芳香環通過硫原子連接的有機化合物。二芳基硫化物廣泛存在于天然產物、藥物和功能材料中[70][71]。它們獨特的化學結構和性質使其具有重要的研究價值和應用潛力。傳統的二芳基硫化物合成方法包括苯胺與芳基硫醇之間的Stadler-Ziegler偶聯反應等
結論
光催化C-S鍵形成已成為有機化學中一種有吸引力的策略，能夠在溫和條件下實現含硫化合物的高效和可持續制備。通過利用光能，光催化生成的硫中心自由基促進了傳統金屬催化或熱處理難以實現的C-S偶聯反應。溫和的反應條件確保了與敏感官能團的兼容性
CRediT作者貢獻聲明
Min Cao：撰寫 – 審稿與編輯、數據分析、實驗研究。Yongnan Xu：撰寫 – 審稿與編輯、監督。Yajun Liu：撰寫 – 審稿與編輯、項目管理、資金獲取、概念構思。Maosheng Cheng：撰寫 – 審稿與編輯、監督。Xueyan Bao：撰寫 – 初稿
利益沖突聲明
作者聲明沒有已知的財務利益或個人關系可能影響本文的研究工作。
致謝
作者感謝沈陽藥科大學的科學研究基金以及華海青年學者基金的財政支持。
