《Journal of Physical Organic Chemistry》：The Dithiirane–Thiosulfine Equilibrium Revisited—A Computational Study of Structure, Thermodynamics and Kinetics
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作为具有高反应活性的硫中心1,3-偶极体，硫代亚磺酸酯（thiosulfines）参与的(3+2)环加成反应在富硫杂环化学中仍具有重要研究价值。研究人员重新探讨了二硫杂环丙烷（dithiirane）与硫代亚磺酸酯之间的平衡体系，旨在阐明溶剂与非共价相互作用对硫
作为具有高反应活性的硫中心1,3-偶极体，硫代亚磺酸酯（thiosulfines）参与的(3+2)环加成反应在富硫杂环化学中仍具有重要研究价值。研究人员重新探讨了二硫杂环丙烷（dithiirane）与硫代亚磺酸酯之间的平衡体系，旨在阐明溶剂与非共价相互作用对硫代亚磺酸酯生成的稳定作用。研究选取了多个已报道的化合物体系，结合显式与隐式溶剂模型，采用r2-Scan-3c泛函进行密度泛函理论（DFT）计算，并与实验结果进行比较。热力学与动力学性质通过正则变分过渡态理论（canonical variational transition state theory）进行分析，同时结合电子结构特征对动力学参数进行验证。研究首次在溶剂簇体系中引入基于HFLD/ADLD计算的伦敦色散与空间排斥效应分析，揭示了溶剂环境与分子结构对平衡及反应速率的协同影响。
研究背景与意义
二硫杂环丙烷–硫代亚磺酸酯异构现象是硫物理有机化学中的重要课题。硫代亚磺酸酯作为硫中心1,3-偶极体，在合成多种富硫杂环的反应中具有潜在应用价值。自20世纪70年代以来，相关研究逐步发展，已有若干稳定的二硫杂环丙烷被分离，但迄今为止尚未获得可分离的硫代亚磺酸酯。这一现状促使研究人员利用现代量子化学方法重新审视该平衡体系，探讨溶剂效应、电子结构参数及色散作用在硫代亚磺酸酯稳定化过程中的角色。该研究发表于《Journal of Physical Organic Chemistry》，为富硫活性中间体的稳定性设计提供了理论依据。
主要技术方法
研究人员采用ORCA量子化学软件包开展计算，使用r2-Scan-3c泛函优化分子几何，并通过PILGRIM程序计算热力学与动力学参数。溶剂效应分别由隐式SMD模型与显式溶剂簇（含15–20个溶剂分子）模拟，其中溶剂簇构建基于CREST程序与量子簇生长（QCG）方法，并采用GFN-xTB半经验方法进行几何优化。过渡态通过爬升图像弹性带（NEB）方法确定，并由频率分析确认单一虚频，再通过内禀反应坐标（IRC）验证反应路径。非共价相互作用分析则使用HFLD（Hartree–Fock London dispersion）与ADLD（atomic decomposition of London dispersion）方法完成。
研究结果
结构与化合物几何
优化后的几何结构与实验数据及高水平计算结果吻合良好，键长偏差仅0.01–0.02 ?，角度偏差约0.1°–0.6°。溶剂极性对键长影响较小，但对键角与二面角影响显著。硫代亚磺酸酯因具有偶极特性，对溶剂环境变化更为敏感。显式溶剂模型中，C–S–S核心键长普遍缩短，且键角变化呈现规律性差异。
热力学与动力学性质
正则变分过渡态理论（MS-CVT/SCT）计算表明，化合物可分为两组：A–C组吉布斯自由能为正，平衡偏向二硫杂环丙烷；D–F组为负，平衡偏向硫代亚磺酸酯。随着溶剂极性增加，活化能降低，反应速率可提升五个数量级。硫代亚磺酸酯表现出强至极强的亲电性（3–6 eV），其中1D最为显著，其形成速率接近扩散控制。溶剂极性与极化率对活化能与反应速率有显著影响，但亲电性本身受溶剂影响较小。
取代基效应、伦敦色散与空间排斥
HFLD/ADLD分析显示，在二氯甲烷中空间排斥占主导，而在正己烷中伦敦色散贡献最大。取代基的色散能供体（DED）能力决定色散稳定作用的强弱，大体积DED基团（如金刚烷基、叔丁基、苯基）显著提升色散贡献。C–S–S核心的色散贡献随取代基增大而减小，取代基本身的色散贡献则相应增加。
讨论与结论
研究表明，二硫杂环丙烷–硫代亚磺酸酯平衡受到电子结构参数（如亲电性/亲核性）与溶剂效应的共同调控。非极性溶剂与大体积DED取代基有利于增强硫代亚磺酸酯的稳定性，但高极性溶剂虽降低活化能却加速其反应消耗，这种对立效应解释了为何尚未分离得到稳定的硫代亚磺酸酯。未来的研究可借助机器学习模型优化多参数相互作用，以实现对富硫活性中间体稳定性的精准调控。
