光催化有机合成取得新进展！新国大苏研院吴杰团队在《Nature》子刊发表科研成果
近日，新加坡国立大学苏州研究院（以下简称“新国大苏研院”）环境与能源纳米科技卓越研究中心高级研究员吴杰团队在光催化有机合成研究领域取得新进展，相关成果发表于国际顶级期刊《自然·通讯》（Nature Communications）。团队利用中性曙红(eosin Y)作为氢原子转移 (HAT) 光催化剂，高效地实现醛的酰基自由基形成，原位产生的酰基自由基与多种官能团化的砜试剂 (X-SO2R') 进行亲半占轨道SOMOphili取代，以获得具有更高工业价值的酰基产品。该研究成果具有操作简单、成本低廉及无金属、无氧化剂、无添加剂等绿色特性，可广泛应用于生物医药及石油化工等领域。
酰基自由基是C-C键形成反应中的通用合成中间体。酰基自由基化学的探索极大地扩展了羰基功能分子的合成范围。目前，使用醛生成酰基自由基是最直接的途径，具有原子经济性和步骤经济性。然而，来自醛的酰基-X (X=S，N，D)和酰基-C(sp)键的构建在很大程度上未得到充分探索，并且通常需要过量的氧化剂、添加剂或贵金属催化剂来实现（图1a）。
近年来，光催化直接氢原子转移(HAT)在C-H官能化方面取得了显著突破。化学家利用激发的酮或醌的C-O双自由基的HAT活性，开发了一系列HAT光催化剂。在之前的研究中，吴杰团队首次将中性曙红确立为一种出色的直接氢原子转移 (HAT) 光催化剂。随着中性曙红HAT光催化系统的研究不断深入，研究人员设想其与砜SOMOphiles的联用可以为醛C-H官能化提供一个通用平台（图1b）。光诱导HAT产生的酰基自由基与砜X-SO2R'发生亲核取代，将有利于极性匹配。使得离去亲电子磺酰基自由基物种的同时，还能够生成多种官能化酰基化合物。除此以外，离去的磺酰基自由基可与eosin Y-H物种参与反向HAT (RHAT)过程以完成催化循环。
图1 醛C-H键多官能化
通过在中性曙红介导的直接HAT光催化条件下，使用多种 SOMOphilic砜基试剂作为酰基自由基捕捉试剂，吴杰团队实现了醛的C-H键多官能化，包括氟甲硫基化、芳硫基化、炔基化、烯基化和叠氮化。其中值得注意的是，吴杰团队还率先开发出了无味硫化试剂芳基亚磺酸（ArSO2H）用于芳硫基化。与现有的醛基C-H键官能化方案相比，利用中性曙红的HAT光催化是一种更绿色、可持续性的醛基官能化方法，并且更容易操作。目前，吴杰团队正在研究将C-H底物范围扩展到丰富的烷烃底物并继续挖掘砜SOMOphilic试剂的化学空间，有望实现新的反应模式。
光催化有机合成的相关研究成果具有显著的实用性和工业化前景，不仅能够应用于药物合成，为创新型新药的研发提供可能。当其应用于工业领域，还能够实现精细化工的绿色生产工艺，促进规模化量产，为产学结合提供实践可能。
新国大苏研院的科研工作聚焦前沿技术，开展原创性、应用性研究，与产业发展强关联，与苏州工业园区及地方科技深融入，已建立环境与能源纳米科技、智慧医疗技术、大健康生物与食品工程等卓越研究中心以及生物医学工程创新中心。新国大苏研院致力于推动科技成果转化落地工作，希望通过研究产生有影响力的高科技创新产品，赋能地方产业升级。目前，研究院承担各项科研项目100余项，在国际著名期刊发表了800余篇有影响力的科研论文，其中2篇发表在Nature母刊，15篇发表在Nature子刊。
