光催化合成领域新进展！新国大苏研院吴杰团队在《美国化学会志》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”）高级研究员吴杰及团队成员在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society, JACS）期刊上发表光催化有机合成领域的最新研究成果。研究团队开发了一种高效的三组分偶联反应，利用光催化氢原子转移（HAT）策略，从简单化工原料和单质硫出发，合成了高附加值的硫酯产物。该策略为今后的药物合成和功能材料开发提供了新思路。

研究背景

在合成化学中，开发条件温和、步骤简单且高效的催化策略，从而将简单原料转化为高附加值化学品具有重要的意义。硫酯类化合物不仅在有机合成中发挥重要作用，还可以广泛应用于材料、食品、化妆品、抗生素和生物学等。然而，目前合成硫酯的方法主要依赖于羧酸和硫醇的脱水缩合，以及硫醇在当量酰化试剂或金属添加剂的存在下酰化，这些方法会产生大量的副产物和废料，限制了其应用。同时，由于硫醇气味难闻、性质不稳定以及市场规模有限等问题，使用硫醇作为起始原料并不理想。相比于其他含硫试剂，单质硫具有丰富、无毒、不挥发、稳定和无臭的优点，最近有一些研究也表明，单质硫可以参与自由基转化，在温和条件下将硫原子引入到分子骨架，使其成为有机分子中硫原子的理想来源。

研究结果

吴杰团队受到硫醇-烯点击化学反应的启发，对羰基硫自由基中间体是否具有类似的反应活性进行了研究，开发了一种基于羰基硫自由基中间体的硫酯合成方法。该方法通过光催化HAT策略将原料醛、烯烃或炔烃和单质硫进行三组分偶联。单质硫高效、高选择性地捕捉HAT之后产生酰基自由基，实现酰基自由基到羰基硫自由基的极性反转。该策略从简单的化工原料（如乙烯和乙炔）到复杂的药物分子均可应用，具有非常广泛的底物范围。除此之外，该合成策略还可以进一步扩展到内硫酯、硫酯聚合物和硫代羧酸的合成，并且能直接通过两步合成获得药物分子esonarimod（抗风湿药物）。机理研究表明，使用单质硫来捕获酰基自由基在热力学和动力学上都有利，这说明了该方法在合成含硫分子方面具有巨大的潜力。

▲光催化条件下由简单化工原料和单质硫合成硫酯。

应用前景

该研究成果的开发可能为有机合成、功能材料、药物和环境保护等多个领域带来创新性的机会。研究通过直接利用工业富存的单质硫，降低了合成过程中的成本和环境影响，因此有助于推动绿色化学合成的发展。所得产物硫酯类化合物在材料领域中也具有重要的应用，例如作为聚合物添加剂、表面活性剂和涂层等。团队开发的合成方法可以通过控制底物的选择和反应条件来合成具有不同结构和性质的硫酯化合物，进一步扩展其在功能材料领域中的应用。此外，该方法在直接合成药物分子和药物分子修饰中展现的高效性也表明其可能成为开发新型药物的有力工具，特别是对于需要含硫官能团的药物。

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，研究院承担各级科研项目150余项，在国际著名期刊发表了1100余篇有影响力的科研论文，其中2篇发表在Nature母刊，29篇发表在Nature子刊。