H2O2 氧化硫醚制備砜的研究進展

戈強勝，王貞超，李成朋*

（1.貴州大學 藥學院，貴州 貴陽 550025；2.貴州省合成藥物工程實驗室，貴州 貴陽 550025)

砜是指以磺酰基借助硫與兩個碳原子連結為特征的一類有機化合物，通式為R1-SO2-R2，該類化合物在環保[1]、材料[2]、生物醫藥[3]等方面有廣泛的應用，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者研究的熱點。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。本文對近年來文獻報道的H2O2氧化硫醚制備砜的方法進行綜述，以期為安全有效、清潔溫和的硫醚轉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 無催化劑的H2O2 氧化

2012 年，Jereb 等[7]在沒有溶劑和催化劑的反應條件下，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）。該反應方法經濟環保，收率在41%～95%之間，47 個底物（指代反應式中的硫醚化合物原料，下同），量級放大可行，具有多重優勢。該反應體系底物只適用于固體硫化物。

Scheme 2 無催化劑下氧化硫醚

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

Scheme 3 阿苯達唑類砜的制備

2 H2O2 的催化氧化

由于H2O2在氧化硫化物過程中存在著反應緩慢、反應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，收率優異，同時拓展了鉭無機鹽的應用。

Scheme 4 鉭無機鹽催化硫醚

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，對于其他易氧化官能團，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，實現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，反應時間大多在1 h，但所用催化劑未商用，使用價格昂貴。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溶劑，反應6 h，均未檢測到反應發生，推測可能與配合物MWG 的水溶性結構性質有關。

Scheme 6 過氧化鎢配合物的硫醚氧化

2020 年，Pirdosti 等[16]用納米花結構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，用離心分離機可將混合物分離出來，收率高。

Scheme 7 PW12 納米花催化硫醚

2.1.3 鋅催化劑

2014 年，Feng 等[17]首次報道了一種使用鋅作催化劑，H2O2氧化硫醚制備相應砜的合成方法（Scheme 8）。催化劑為鋅鹽是其顯著優勢，其資源豐富、價格低廉、環境溫和。同時鋅很少涉及氧化反應，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]開發了一對過氧化鈮配合物（NbA 和NbN）作催化劑的綠色氧化方法。純水作溶劑，且沒有鹵素、有機助溶劑或助催化劑的參與（Scheme 9）。具有收率優異、條件溫和、催化劑可重復使用6 次而不喪失活性等優點。

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的砜（Scheme 10）。該方法反應條件溫和，產率良好，催化劑易回收，但H2O2用量是硫醚的20 倍，造成大量浪費。

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個底物）制備相應的砜（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氧化硫醚制備相應的砜（Scheme 12）。該方法易操作，收率高。水溶性催化劑穩定，10 次循環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的砜（11 個底物）。該方法簡單，反應時間短（15～30 min），所用溶劑綠色環保，催化劑用量少但收率較高（85%～93%），未檢測到中間體亞砜（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，反應時間為9～35 min，商用TAPC 價格較低廉，無溶劑，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]報道了一種高效環保的催化劑——硼酸催化氧化硫醚。在無溶劑條件下，使用30%的H2O2作為氧化劑，氧化硫醚制備相應的砜（Scheme 16）。該氧化方法溫和，在羥基等敏感官能團存在下，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）。該方法經濟、選擇性高，反應時間為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載催化

2012 年，Tumula 等[28]報道了一種乙酸和Amberlyst-15（一種離子交換樹脂）催化H2O2氧化硫醚制備砜的簡單高效的方法（Scheme 18）。反應溫度為50 ℃時，充分反應后6 個底物的轉化率和相應砜的選擇性都大于99%。分析數據結果（反應時間），得出該氧化方法硫醚的反應活性與其親核性有關：二烷基硫化物＞二芐基硫化物＞二苯基硫化物。

Scheme 18 乙酸-離子交換樹脂負載催化硫醚

2.2.5 氨基磺酸催化

2012 年，Jafari 等[29]報道了一種溫和、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氧化得產物，10 個反應底物，產率在70%～95%之間。該方法的特點為：無溶劑，高度的選擇性，具有官能團的各種取代硫化物，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，并在室溫下具有優良的產率。

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，產率為92%～98%。該氧化體系簡單高效、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不同于其他金屬催化的回收利用，這一特點也保證其將具有廣泛的應用前景。

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，在設定參數的反應器中反應制備相應的砜（Scheme 21）。體系用乙酸乙酯洗滌，有機相（產物）用硫酸鈉干燥，減壓濃縮得產品，無需進一步純化。該方法收率高達99%以上，可制備高純度芳基類砜。

Scheme 21 反應器中二氧化硒催化硫醚

3 總結和展望

本文綜述了近年來H2O2在硫醚氧化合成砜類化合物中的應用，大多文獻報道過氧化氫與催化劑有機結合氧化硫醚制備相應的砜。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，反應副產物為水，綠色環保，不產生二次污染。同時H2O2作為傳統的無機化工產品，技術成熟，價廉易得；其低反應性（中等氧化能力）也被當今催化化學的研究發展所彌補。因此，相關研究者圍繞H2O2氧化體系的研究開展了許多工作，常涉及到催化化學領域。H2O2與催化劑氧化硫醚時，催化劑的催化活性和可循環性，試劑的潛在毒性（如甲醇和乙腈作溶劑時參與H2O2的硫醚氧化）以及經濟性等是不可忽略的問題，還需進一步研究以期找到較好的綠色替代試劑，以及價廉易得、綠色可持續的催化劑。隨著綠色化學概念的提出，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，將是綠色化學發展中具有潛力的氧化劑之一。