导语
多硫化物广泛存在于天然产物中，在食品化学与药物科学中也有着大量应用，其中的二硫键不仅是多肽、蛋白质等生物分子中的重要连接子，也是许多药物发挥其药效的关键，因此，如何在分子中引入 S-S 键是合成化学家关注的重要问题。近日，华东师范大学姜雪峰教授团队发展了一种利用光催化直接由对称四硫化物合成二氧化三硫化物的方法，该方法不仅可以连接氨基酸、captopril 等生物活性分子，而且适用于多硫化物的克级规模制备。这一工作以 From symmetrical tetrasulfides to trisulfide dioxides via photocatalysis 为题发表于英国皇家化学会期刊 Green Chemistry 上 (DOI: 10.1039/d1gc03242a).
背景
目前构筑 S-S 的策略大致包括如下几种:
姜雪峰教授团队长期致力于硫化学研究，发展了一系列合成多硫化物的新试剂、新反应，2015 年以两种廉价无臭的含硫“无机盐”亚磺酸钠盐（RSO2Na）和硫代硫酸钠盐（RS2O3Na）为原料，通过价态归中策略合成非对称二硫化物[2]；2016 年设计了亲核过硫试剂（RSSAc），在铜催化剂作用下以“捆绑法”一步引入两个硫原子[3]；2018 年设计了极性反转的亲电过硫试剂（RSSOMe），通过路易斯酸或质子酸的催化构筑非对称二硫化物[4]；2020 年则先后实现了基于亲核取代反应和有机小分子催化的位阻手性二硫化物合成，和基于中环内 S-O 键能差的二硫两侧可控化安装[5]。
▲ 图 1. 构筑 S-S 键的策略 |
研究内容
姜雪峰团队基于对硫的数量态变化化学的研究，提出“降维法”理念，发展了可见光促进的由对称四硫化物和亚磺酸合成二氧化三硫化物的方法。条件筛选实验表明光敏剂 [Ir(dF(CF3)ppy)2(dtbbpy)]·PF6 和绿色溶剂乙酸乙酯的组合，以及两种原料 1: 1 的投料比对提高收率最为有利。对底物的研究证实一系列四硫化物和亚磺酸均可实现转化。值得注意的是，在流式反应器中以克级规模进行的反应仍能以较高的收率得到目标产物 3e (76%, 1.196 g) 和 3af (69%, 1.020 g)，表明该反应有望实现工业化放大。
▲ 图 2. 标准反应条件 |
▲ 图 3. 底物拓展与流式反应 |
此外，作者团队对反应机理进行了研究。自由基淬灭实验证明了反应体系中存在自由基物种；自由基捕获实验证明自由基是由苯基亚磺酸而非对称四硫化物所产生；紫外可见吸收实验表明 Ir 光敏剂在 530 nm 处有可见吸收峰；Stern-Volmer 分析也确认了光敏剂是同亚磺酸优先发生作用。基于以上结果，作者认为光敏剂在蓝光下被激发，与亚磺酸发生单电子转移(SET)反应，得到磺酰基自由基，并参与后续转化。机理假设如图所示。
▲ 图 4. 机理假设 |
总结
华东师范大学姜雪峰教授团队实现了可见光促进的对称四硫化物向二氧化三硫化物的高效转化。该反应使用了良性溶剂乙酸乙酯和和无臭、易得的原料，条件温和，底物兼容性好，且具有应用于工业生产的潜力，为多硫化物的合成提供了一条“绿色通道”。
参考文献
论文信息
From symmetrical tetrasulfides to trisulfide dioxides via photocatalysis
Kai Gong, Yilin Zhou and Xuefeng Jiang*(姜雪峰,华东师范大学)
Green Chem., 2021,23, 9865-9869
http://doi.org/10.1039/D1GC03242A
