H2O2 氧化硫醚制備砜的研究進(jìn)展

戈強(qiáng)勝，王貞超，李成朋*

（1.貴州大學(xué) 藥學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025；2.貴州省合成藥物工程實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽(yáng) 550025)

砜是指以磺?；柚蚺c兩個(gè)碳原子連結(jié)為特征的一類有機(jī)化合物，通式為R1-SO2-R2，該類化合物在環(huán)保[1]、材料[2]、生物醫(yī)藥[3]等方面有廣泛的應(yīng)用，如氧化脫硫除臭[4]、聚砜類化合物的膜材料[5]以及砜類藥物在抗腫瘤、抗病毒中均表現(xiàn)出良好的作用[6]。因此，砜類化合物的合成方法一直是廣大學(xué)者研究的熱點(diǎn)。在砜類化合物的眾多合成方法中，硫醚氧化是最直接有效的一種方法（Scheme 1），H2O2作為一種綠色氧化劑，在硫醚氧化中扮演著重要的角色。本文對(duì)近年來(lái)文獻(xiàn)報(bào)道的H2O2氧化硫醚制備砜的方法進(jìn)行綜述，以期為安全有效、清潔溫和的硫醚轉(zhuǎn)化為砜的氧化體系的研究提供參考。

Scheme 1 H2O2 氧化硫醚成砜的通式

1 無(wú)催化劑的H2O2 氧化

2012 年，Jereb 等[7]在沒有溶劑和催化劑的反應(yīng)條件下，僅使用30%的H2O2溶液在75 ℃下將硫化物高原子效率地氧化成砜（Scheme 2）。該反應(yīng)方法經(jīng)濟(jì)環(huán)保，收率在41%～95%之間，47 個(gè)底物（指代反應(yīng)式中的硫醚化合物原料，下同），量級(jí)放大可行，具有多重優(yōu)勢(shì)。該反應(yīng)體系底物只適用于固體硫化物。

Scheme 2 無(wú)催化劑下氧化硫醚

2016 年，Wagh 等[8]報(bào)道了一種在無(wú)催化劑條件下，僅用50%的H2O2氧化制備阿苯達(dá)唑類砜的綠色合成方法（Scheme 3）。水作為溶劑，在30 ℃～35 ℃下反應(yīng)。該方法條件溫和、環(huán)保清潔，需注意較高濃度過氧化氫的強(qiáng)腐蝕性以及反應(yīng)過程中大量分解時(shí)容易爆炸。

Scheme 3 阿苯達(dá)唑類砜的制備

2 H2O2 的催化氧化

由于H2O2在氧化硫化物過程中存在著反應(yīng)緩慢、反應(yīng)條件難以把控等情況[9]，因此在H2O2氧化硫醚合成砜的過程中，通常與催化劑結(jié)合使用[10-11]，H2O2選擇性氧化硫醚的催化體系又可分為金屬催化與非金屬催化[12]。

2.1 金屬催化劑

2.1.1 鉭催化劑

2009 年，Kirihara 等[13]用甲醇作溶劑，五氯化鉭作催化劑，在45 ℃下30%的H2O2溶液催化氧化硫化物（Scheme 4）。該方法條件溫和，收率優(yōu)異，同時(shí)拓展了鉭無(wú)機(jī)鹽的應(yīng)用。

Scheme 4 鉭無(wú)機(jī)鹽催化硫醚

2.1.2 鎢催化劑

2012 年，Das 等[14]將過氧鎢酸鹽固定在聚丙烯腈上制備新型聚合物負(fù)載的過氧化鎢（PANW）多相催化劑，硫醚底物為5 mmol，所用催化劑用量為0.005 mmol，50%的H2O2氧化硫醚，對(duì)于其他易氧化官能團(tuán)，硫醚可被選擇性氧化，收率在95%～98%（Scheme 5）。

Scheme 5 PANW 多相催化劑催化硫醚

Das 等[15]報(bào)道以甲醇水溶液作溶劑，在室溫下使用3 種單核、雙核的過氧化鎢配合物（MWG=[WO(O2)2(L)(H2O)]·3H2O）,L=雙甘氨肽；DWG=Na2[W2O3(O2)4(L)2]·3H2O,L=雙甘氨肽；DWC=Na2[W2O3(O2)4(L)2]·3H2O,L=胱氨酸）作氧化劑，實(shí)現(xiàn)硫化物綠色氧化為砜（Scheme 6，比例為底物與催化劑的摩爾量之比）。收率在95%以上，反應(yīng)時(shí)間大多在1 h，但所用催化劑未商用，使用價(jià)格昂貴。Das 以制備的單核過氧化鎢（MWG）為催化劑，分別選取乙醇、乙腈和一氯甲烷為反應(yīng)溶劑，反應(yīng)6 h，均未檢測(cè)到反應(yīng)發(fā)生，推測(cè)可能與配合物MWG 的水溶性結(jié)構(gòu)性質(zhì)有關(guān)。

Scheme 6 過氧化鎢配合物的硫醚氧化

2020 年，Pirdosti 等[16]用納米花結(jié)構(gòu)Keggin 型多金屬酸（PW12納米花）作催化劑，水作溶劑，30%的H2O2作氧化劑氧化硫化物制備相應(yīng)的砜（Scheme 7）。所用催化劑可使用4 次而不喪失催化活性，用離心分離機(jī)可將混合物分離出來(lái)，收率高。

Scheme 7 PW12 納米花催化硫醚

2.1.3 鋅催化劑

2014 年，F(xiàn)eng 等[17]首次報(bào)道了一種使用鋅作催化劑，H2O2氧化硫醚制備相應(yīng)砜的合成方法（Scheme 8）。催化劑為鋅鹽是其顯著優(yōu)勢(shì)，其資源豐富、價(jià)格低廉、環(huán)境溫和。同時(shí)鋅很少涉及氧化反應(yīng)，該新氧化體系具有良好的前景與潛力。

Scheme 8 鋅作催化劑硫醚氧化

2.1.4 鈮催化劑

2015 年，Gogoi 等[18]開發(fā)了一對(duì)過氧化鈮配合物（NbA 和NbN）作催化劑的綠色氧化方法。純水作溶劑，且沒有鹵素、有機(jī)助溶劑或助催化劑的參與（Scheme 9）。具有收率優(yōu)異、條件溫和、催化劑可重復(fù)使用6 次而不喪失活性等優(yōu)點(diǎn)。

Scheme 9 過氧化鈮配合物綠色催化

2.1.5 鐵催化劑

2018 年，Rostami 等[19]利用磁性納米級(jí)Fe3O4作催化劑，乙醇作溶劑，回流條件下30%的過氧化氫氧化硫化物制備相應(yīng)的砜（Scheme 10）。該方法反應(yīng)條件溫和，產(chǎn)率良好，催化劑易回收，但H2O2用量是硫醚的20 倍，造成大量浪費(fèi)。

2.1.6 鉬催化劑

2018 年，Afzali 等[20]將Mo(CO)3化合物“嵌入”金屬有機(jī)骨架UiO-66-L 中作催化劑，在乙腈溶液回流條件下，用H2O2氧化硫化物制備砜。同年，Lu 等[21]以含Sb (v) 的多氧鉬酸鹽（[(CH3)4N]4H8[Na5Sb3(Sb2Mo12O57)]·17H2O）作氧化硫醚的催化劑，純水作為溶劑，在室溫條件下H2O2氧化硫醚（9個(gè)底物）制備相應(yīng)的砜（Scheme 11）。該方法催化劑用量少，溶劑理想，收率在85%～100%，但催化劑未商用，需自備。

Scheme 11 多氧鉬酸鹽催化氧化硫醚

2.1.7 鈦催化劑

2019 年，Ahmed 等[22]利用過氧化鈦酸酯的水溶性聚合物（PMATi 和PATi）作催化劑，水作溶劑，50% H2O2氧化硫醚制備相應(yīng)的砜（Scheme 12）。該方法易操作，收率高。水溶性催化劑穩(wěn)定，10 次循環(huán)后活性和選擇性保持一致。

Scheme 12 過氧化鈦酸酯催化硫醚

2.1.8 鈷催化劑

2020 年，Chen 等[23]開發(fā)了一種鈷單原子插層二硫化鉬（Co1-in-MoS2，大小為1×2 cm2）作催化劑，乙腈為溶劑，用過氧化氫選擇性氧化硫化合物制備相應(yīng)砜的方法（Scheme 13）。該催化劑具有高度選擇性，底物范圍可拓展，可用于制備功能化小分子，合成的砜衍生物收率在82%～99%之間。

Scheme 13 鈷單原子插層二硫化鉬催化硫醚

2.1.9 釩催化劑

2021 年，Kargar 等[24]以VO2(HL)配合物為催化劑，乙醇為溶劑，用H2O2氧化硫醚，回流條件下制備相應(yīng)的砜（11 個(gè)底物）。該方法簡(jiǎn)單，反應(yīng)時(shí)間短（15～30 min），所用溶劑綠色環(huán)保，催化劑用量少但收率較高（85%～93%），未檢測(cè)到中間體亞砜（Scheme 14）。

Scheme 14 VO2(HL)催化硫醚

2.2 H2O2 非金屬催化氧化

2.2.1 六氯三聚磷腈催化劑

2010 年，Bahrami 等[25]報(bào)道了在六氯三聚磷腈（TAPC）存在下使用30% H2O2作氧化劑氧化硫醚制備砜的方法（Scheme 15），該方法收率在91%～99%之間，反應(yīng)時(shí)間為9～35 min，商用TAPC 價(jià)格較低廉，無(wú)溶劑，但所用催化劑具有潛在毒性。

Scheme 15 TAPC 催化硫醚

2.2.2 硼酸催化劑

2010 年，Rostami 等[26]報(bào)道了一種高效環(huán)保的催化劑——硼酸催化氧化硫醚。在無(wú)溶劑條件下，使用30%的H2O2作為氧化劑，氧化硫醚制備相應(yīng)的砜（Scheme 16）。該氧化方法溫和，在羥基等敏感官能團(tuán)存在下，成功地選擇性氧化硫醚得到砜。

Scheme 16 硼酸催化硫醚

2.2.3 三聚氯氰催化劑

2011 年，Lakouraj 等[27]以四氫呋喃（THF）作溶劑、35%的H2O2為氧化劑，在室溫條件下三聚氯氰（CC）催化制備一系列砜類（Scheme 17）。該方法經(jīng)濟(jì)、選擇性高，反應(yīng)時(shí)間為15～65 min，收率在82%～96%之間。同上述介紹的TAPC 氧化體系，潛在毒性不可忽略。

Scheme 17 三聚氯氰催化硫醚

2.2.4 乙酸與離子交換樹脂負(fù)載催化

2012 年，Tumula 等[28]報(bào)道了一種乙酸和Amberlyst-15（一種離子交換樹脂）催化H2O2氧化硫醚制備砜的簡(jiǎn)單高效的方法（Scheme 18）。反應(yīng)溫度為50 ℃時(shí)，充分反應(yīng)后6 個(gè)底物的轉(zhuǎn)化率和相應(yīng)砜的選擇性都大于99%。分析數(shù)據(jù)結(jié)果（反應(yīng)時(shí)間），得出該氧化方法硫醚的反應(yīng)活性與其親核性有關(guān)：二烷基硫化物＞二芐基硫化物＞二苯基硫化物。

Scheme 18 乙酸-離子交換樹脂負(fù)載催化硫醚

2.2.5 氨基磺酸催化

2012 年，Jafari 等[29]報(bào)道了一種溫和、有效、綠色、選擇性地將硫化物氧化成砜類化合物的方法（Scheme 19）。即在一定量氨基磺酸的存在下，利用H2O2氧化得產(chǎn)物，10 個(gè)反應(yīng)底物，產(chǎn)率在70%～95%之間。該方法的特點(diǎn)為：無(wú)溶劑，高度的選擇性，具有官能團(tuán)的各種取代硫化物，如醇、酯、醛等可在不被氧化的情況下成功地選擇性氧化硫醚為砜，并在室溫下具有優(yōu)良的產(chǎn)率。

Scheme 19 氨基磺酸存在下催化硫醚

2.2.6 辛酸催化

2016 年，Wagh 等[30]開發(fā)了一種過氧化氫-辛酸新的氧化體系用于氧化硫醚制備砜，產(chǎn)率為92%～98%。該氧化體系簡(jiǎn)單高效、綠色方便且高選擇性（Scheme 20）。催化劑易獲取，其加酸可再生的特點(diǎn)不同于其他金屬催化的回收利用，這一特點(diǎn)也保證其將具有廣泛的應(yīng)用前景。

2.2.7 二氧化硒催化

2020 年，Mangiavacchi 等[31]利用二氧化硒（SeO2）作催化劑，H2O2的水溶液與硫化物的乙酸乙酯溶液，在設(shè)定參數(shù)的反應(yīng)器中反應(yīng)制備相應(yīng)的砜（Scheme 21）。體系用乙酸乙酯洗滌，有機(jī)相（產(chǎn)物）用硫酸鈉干燥，減壓濃縮得產(chǎn)品，無(wú)需進(jìn)一步純化。該方法收率高達(dá)99%以上，可制備高純度芳基類砜。

Scheme 21 反應(yīng)器中二氧化硒催化硫醚

3 總結(jié)和展望

本文綜述了近年來(lái)H2O2在硫醚氧化合成砜類化合物中的應(yīng)用，大多文獻(xiàn)報(bào)道過氧化氫與催化劑有機(jī)結(jié)合氧化硫醚制備相應(yīng)的砜。與間氯過氧苯甲酸（m-CPBA）、高錳酸鉀等其他氧化劑相比，H2O2作為氧化劑時(shí)，反應(yīng)副產(chǎn)物為水，綠色環(huán)保，不產(chǎn)生二次污染。同時(shí)H2O2作為傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品，技術(shù)成熟，價(jià)廉易得；其低反應(yīng)性（中等氧化能力）也被當(dāng)今催化化學(xué)的研究發(fā)展所彌補(bǔ)。因此，相關(guān)研究者圍繞H2O2氧化體系的研究開展了許多工作，常涉及到催化化學(xué)領(lǐng)域。H2O2與催化劑氧化硫醚時(shí)，催化劑的催化活性和可循環(huán)性，試劑的潛在毒性（如甲醇和乙腈作溶劑時(shí)參與H2O2的硫醚氧化）以及經(jīng)濟(jì)性等是不可忽略的問題，還需進(jìn)一步研究以期找到較好的綠色替代試劑，以及價(jià)廉易得、綠色可持續(xù)的催化劑。隨著綠色化學(xué)概念的提出，尋找一種高效、清潔、溫和的氧化體系仍然是硫醚選擇性氧化制備砜的研究主題，H2O2因其氧化特點(diǎn)，將是綠色化學(xué)發(fā)展中具有潛力的氧化劑之一。