《Tetrahedron》：Photocatalytic Synthesis of Sulfur-Containing Compounds via C-S Bond Formation: A Green and Sustainable Approach
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硫杂化合物在药物、农业等领域的应用广泛，光催化C-S键形成为高效温和的合成新策略，解决传统方法中的催化剂中毒问题，实现异噁唑啉酮、二芳基硫化物等分子合成，并与电化学、微流控技术结合提升反应可控性。
Xueyan Bao|Min Cao|Yongnan Xu|Yajun Liu|Maosheng Cheng
教育部结构基药物设计与发现重点实验室，沈阳药科大学，中国沈阳 110016
摘要
含硫化合物是一类在天然产物、药物、农用化学品和先进材料中发挥多种作用的化学物质。近年来，针对这类含硫分子的创新合成方法取得了显著进展，其中可见光驱动的光催化C-S键构建成为一种颠覆性的策略。这种光化学方法不仅为传统热处理过程提供了可持续的替代方案，还在解决过渡金属催化剂硫中毒等长期存在的合成难题方面展现了独特的潜力。目前的光催化技术已经实现了多种含硫化合物（包括含硫杂环、硫醚和砜类）的高效合成，且反应条件极为温和。光催化与新兴技术（如新型催化剂材料、电化学系统和连续流微反应器）的结合进一步拓展了合成范围，提升了反应控制能力、可回收性和可扩展性。本文系统总结了光催化C-S偶联反应的最新突破，对各种催化体系和反应机制进行了比较分析，并展望了该领域未来的发展方向。
引言
作为丰富且可再生的能源，太阳能因其可持续性而引起了科学界的关注[1]。近几十年来，光催化技术已成为材料科学、环境工程和合成化学领域的变革性技术[2][3]。这种技术能够在极其温和的反应条件下实现有机转化，因此在多种合成方案中得到广泛应用[4]。光催化反应系统通常使用过渡金属配合物（例如Ir、Ni）或有机染料（例如Eosin Y）作为光催化剂，通过光诱导电子转移（PET）过程生成活性自由基[5][6][7]。这些催化剂在可见光激发下，通过单电子转移（SET）机制从底物中生成活性自由基中间体。另一方面，电子供体-受体（EDA）复合物介导的光化学转化也是一种有前景的策略，因为它不需要额外的光催化剂[8][9]。EDA复合物通常由分别作为电子供体和电子受体的两种底物组成，在可见光激发下，复合物内部的SET过程会生成活性自由基。值得注意的是，光催化反应常常能够实现对某些传统方法难以处理的复杂分子的合成，尤其是在合成空间受阻或电子失活的化合物时。
含硫化合物在多个学科领域具有广泛的应用，特别是在药物、农药、环境修复和功能材料方面（图1）[10][11][12]。这些化合物也常见于天然产物中，展现出许多有趣的生物活性，成为药物发现中的重要结构模板[13]。C-S偶联反应是一种从简单起始材料有效制备复杂含硫化合物的有效策略。传统的C-S键形成方法主要依赖于有机卤化物与亲核硫试剂之间的交叉偶联[14][15]。虽然硫的亲核性有利于直接形成C(sp3)-S键，但C(sp2)-S键的构建却面临较大的合成挑战。通常需要过渡金属催化剂和苛刻的反应条件才能获得满意的反应效率，这些条件通常涉及强碱和高温[16]。因此，探索在操作简便且温和条件下实现C-S键形成的新方法具有重要意义。在这方面，光催化反应成为一种有前景的策略，为有机硫化合物的高效和可持续合成提供了前所未有的机会。
过去十年间，光催化C-S键形成取得了显著进展，报道了许多含硫化合物的合成实例。本文旨在总结这些重要成果，主要涵盖过去十年发表的文献。根据产物类型，将这些实例分为两大类：环状C-S键形成和非环状偶联策略。每个类别进一步根据目标分子的结构特征和反应路径进行细分。
噻唑
噻唑骨架是许多临床验证的治疗药物的药效核心[17][18]。噻唑中的氮和硫原子决定了其独特的生物活性。
2018年，Guo团队描述了一种无需光催化剂的可见光驱动方法，通过异硫氰酸酯、α-溴酯和苄胺的三组分连续环化反应制备2-亚氨基噻唑烷-4-酮（方案1）[19]。该反应在MeCN溶剂中、5 W蓝光LED照射下进行
（杂）芳基卤化物作为偶联伙伴
二芳基硫化物是一类由两个芳香环通过硫原子连接的有机化合物。二芳基硫化物广泛存在于天然产物、药物和功能材料中[70][71]。它们独特的化学结构和性质使其具有重要的研究价值和应用潜力。传统的二芳基硫化物合成方法包括苯胺与芳基硫醇之间的Stadler-Ziegler偶联反应等
结论
光催化C-S键形成已成为有机化学中一种有吸引力的策略，能够在温和条件下实现含硫化合物的高效和可持续制备。通过利用光能，光催化生成的硫中心自由基促进了传统金属催化或热处理难以实现的C-S偶联反应。温和的反应条件确保了与敏感官能团的兼容性
CRediT作者贡献声明
Min Cao：撰写 – 审稿与编辑、数据分析、实验研究。Yongnan Xu：撰写 – 审稿与编辑、监督。Yajun Liu：撰写 – 审稿与编辑、项目管理、资金获取、概念构思。Maosheng Cheng：撰写 – 审稿与编辑、监督。Xueyan Bao：撰写 – 初稿
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究工作。
致谢
作者感谢沈阳药科大学的科学研究基金以及华海青年学者基金的财政支持。
