第一作者：黄婉慧
通讯作者：高玉珍副研究员、苏伟平研究员
通讯单位：福建师范大学、中国科学院福建物质结构研究所
论文DOI：10.1039/D5GC00057B
中国科学院福建物质结构研究所苏伟平/高玉珍团队在Green Chemistry期刊发表题为"CO
2
-Promoted
Photoredox-Catalyzed Hydrosulfonylation of Alkenes with Sulfinates"的创新研究成果。该团队成功开发了一种新型绿色合成策略，在无金属催化剂、无酸性介质、无需额外添加化学试剂的温和条件下，利用CO
2
促进光氧化还原催化实现烯烃与亚磺酸盐的高效加氢磺酰化反应。研究显示，该体系展现出优异的底物普适性，可兼容包括多种药物分子衍生物（雌酮、西地那非、丙磺舒、伐地考昔等）在内的复杂功能分子，在室温条件下以原子经济性方式合成高附加值磺酰化合物，收率最高可达99%。值得注意的是，研究通过系统的机理研究揭示了CO
2
在磺酰化反应中的双重调控作用：一方面通过形成弱酸性微环境促进质子化过程，另一方面可能通过调控光催化体系的氧化还原性质，最终提升磺酰自由基的反应活性，从而确保单电子转移（SET）过程中电子的高效传递。这一发现不仅为绿色化学理念提供了创新实践方案，更为CO
2
资源化利用开辟了新途径。
磺酰化合物因其显著的生物活性和独特的化学性质，在药物开发、农业化学及材料科学中具有广泛应用。传统合成方法（如磺酰卤化物的Friedel-Crafts反应或需预装离去基团的策略）常依赖金属催化剂、强酸或高温条件，导致官能团兼容性差、反应条件苛刻及环境负担重。近年来，光氧化还原催化技术为磺酰自由基介导的烯烃直接磺酰化提供了新思路，但仍面临挑战：需贵金属催化剂（如Ir）、过量酸或额外试剂（如HAT/XAT试剂），且底物适用范围有限（如仅适用于缺电子烯烃）。此外，二氧化碳（CO
2
）作为一种绿色、廉价的C
1
合成子，虽在有机合成中逐步受到关注，但其在磺酰化反应中的具体作用机制尚不明确。因此，开发一种温和、通用且环境友好的磺酰化策略，并揭示CO
2
的多功能角色，成为该领域的重要研究方向。
a.
绿色高效的反应体系：
开发了一种无金属、无酸、无额外试剂的温和光氧化还原催化体系，利用二氧化碳作为关键添加剂，显著提升反应效率。与传统方法（需强酸、高温或贵金属催化剂）相比，该方法条件温和、环境友好，符合绿色化学原则。
b.
二氧化碳的多功能角色
：揭示了CO
2
在磺酰化反应中的双重作用机制：提供弱酸性微环境促进质子化过程；调控光催化体系的氧化还原性质，增强磺酰自由基活性。对照实验表明，无CO
2
时反应完全抑制，凸显其不可替代性。
c.
广泛的底物适用性：
涵盖未活化烯烃（含羟基、羧基、酯基、硅基、硼基等敏感官能团）、缺电子苯乙烯及复杂药物衍生物（如雌酮、西地那非等），共50余例底物均以中等至优异收率，获得目标产物，展现了优异的官能团耐受性和合成实用性。
d.
药物分子后期修饰的应用潜力:
成功实现药物分子（如丙磺舒、伐地考昔）及天然产物的磺酰化修饰，收率达25%~95%，为药物研发提供了高效、模块化的合成工具。
作者以市售的1-辛烯（
1a
）和苯亚磺酸钠（
2a
）作为模板底物，添加环境友好型添加剂水和二氧化碳，开发一条室温下高效且直接的合成高价值药物分子的合成方法（图 1）。当反应在CO
2
气氛下，以4CzIPN为催化剂，并在室温下用蓝光LED照射时，所需的磺化产物
3
以95%的产率被分离出来。有趣的是，当反应在N
2
气氛下进行时，转化完全被抑制，大多数底物保持不变，这表明CO
2
在该反应中起着至关重要的作用。
在此条件下，作者对底物范围进行探索（图 2）。首先，不同结构烯烃均表现良好反应性：长链（
3
-
7
）、环状（
8
）、苯基（
9
-
10
）和支链（
11
）取代基均能顺利转化，产率合理；含活性氢的羟基（
12
,
37
）、羧基（
13
-
18
）以及酯基（
19
）、酰氨基（
20
-
22
）、醚基（
23
-
26
）等官能团耐受性良好，产率中等至优秀；敏感基团如硅基（
27
-29）、硼基（
30
）在标准条件下保持稳定，末端卤素（
31
-
33
）亦兼容。有趣的是，当磺酸盐的量增加到2.5当量时，二磺化产物
36
以优异的产率产生。β, β-二取代烯烃（
37
,
38
）和内烯烃（
39
）也被证明是合适的底物。苯乙烯与这种反应不兼容（
40
），而电子匮乏的芳基烯烃，如4-乙烯基吡啶和五氟乙烯苯，可以容易地以良好的产率引入（
41
,
42
），暗示反应可能涉及碳负离子中间体。其次还检验了磺酸盐的范围。氟、氯、甲基、三氟甲基等取代的芳基磺酸盐（
43−49
）普遍适用，脂肪族环丙烷磺酸盐（
50
）亦可参与反应，产率可接受。该反应展现出优异的官能团耐受性与广泛的底物适用性，尤其对复杂分子中敏感基团及多取代结构具有良好兼容性。
随后，作者还考察了该合成策略在复杂生物活性分子后期修饰中的应用潜力（图 3）：选用含生物活性官能团的烯烃（如雌酮、丙磺舒、丁香酚、西马特罗杂质3、金刚烷酸、奥沙普秦、吲哚美辛衍生物）进行反应，均以中等至良好产率获得目标产物（
51−57
）；基于生物活性分子（如伐地考昔、西地那非）衍生的亚磺酸盐也成功参与反应，生成相应的产物（
58
，
59
）。结果表明，实验验证了该反应体系对复杂药物分子骨架的兼容性，能够高效实现含多官能团分子的后期结构修饰，为药物研发中的功能化改造提供了新工具。
图3
. 药物衍生物和天然产物的后期修饰
接着，作者通过系列机理验证研究揭示了反应的自由基路径与二氧化碳的独特作用。加入TEMPO/BHT等自由基清除剂后反应显著被抑制，提示反应涉及自由基机制（图4a）。使用药用烯烃（诺品烯/石竹烯氧化物）时，高收率获得开环磺化产物（
61
-
63
），进一步支持自由基链式反应的特征性开环过程（图4b, 4c）。在D
2
O体系中获得合理D/H比的氘代产物
d
-
3
，表明反应可能生成碳负离子中间体（图4d）。体系经过甲基化处理后，未检测到羧基化产物（图4e），排除CO
2
作为C
1
合成子的直接参与反应。氮气氛围对照实验显示（图4f）：苯甲酸/BF
3
·Et
2
O可部分替代CO
2
，但pKa相近的柠檬酸和MES缓冲液体系（pH≈6）几乎不反应，而磷酸盐缓冲液（pH=7.2）产率仅29%，显著低于CO
2
体系的95%。这说明CO
2
不仅通过酸性（H
2
CO
3
）起作用，其分子特性对反应活化至关重要。
最后，在实验的基础上，作者对该反应提出了一个可能的机制（图4g）。在光照下，光催化剂（PC）被激发，形成激发态的光催化剂（PC*）。激发态的PC*与苯亚磺酸盐（
A
）发生单电子转移，生成磺酰自由基（
B
）和还原态的光催化剂（PC
•−
）。磺酰自由基（
B
）与C=C双键发生加成反应，生成碳自由基中间体（
C
）。
C
被还原态的光催化剂（PC
•−
）还原，生成碳负离子中间体（
D
），同时光催化剂恢复到基态（PC），而
D
在水的存在下，经过质子化，最终得到磺化产物。作者认为，二氧化碳（CO
2
）在该反应中起到双重作用：一是生成弱酸性微环境，促进质子化过程；二是可能调节光催化体系的氧化还原性质，增强磺酰自由基的反应性，从而确保单电子转移过程的高效进行。
本工作开发了直接且绿色高效的光氧化还原催化下CO
2
作为关键添加剂，实现烯烃与磺酸盐的高效氢磺酰化合成路线。这种无金属、无酸、无额外试剂的温和光氧化还原催化体系，适用于各种非活化烯烃底物，通过自由基捕获、氘代实验及环状烯烃开环实验等机理研究，揭示了光氧化还原-自由基-碳负离子的分布路径，明确了CO
2
在质子转移与电子调控中的关键作用。
Huang W.; Liu G.; Yang F.; Ren Y.; Gao Y.; Su W. CO
2
‑
Promoted
Photoredox-Catalyzed Hydrosulfonylation of Alkenes with Sulfinates.
Green
Chem
. 2025. DOI: 10.1039/D5GC00057B.
https://doi.org/10.1039/D5GC00057B
黄婉慧：
中国科学院福建物质结构研究所与福建师范大学的联培硕士生，指导老师为高玉珍副研究员。
高玉珍：
中国科学院福建物质结构研究所副研究员，硕士生导师。厦门大学博士，中国科学院福建物质结构研究所博士后。长期从事可见光催化有机合成转化及有机功能材料创制研究，在
Nat. Commun.
、
CCS Chem.
、
ACS Catal.
等国际权威期刊以第一/通讯作者发表论文30余篇，以第一作者身份撰写Wiley英文专著章节1章。入选"博士后创新人才支持计划"、福建省高层次人才（C类）、"春苗"青年人才计划。作为项目负责人先后承担中国博士后科学基金面上项目、国家自然科学基金青年科学基金项目及国家自然科学基金面上项目。
苏伟平：
中国科学院福建物质结构研究所研究员，博士生导师，上海科技大学特聘教授。1999在中国科学院福建物质结构研究所获得博士学位，2000-2005年从事博士后研究。2006年回到福建物构所，任课题组长。获得2009年度国家杰出青年科学基金。入选2014年度国务院政府特殊津贴专家，2014年度新世纪百千万人才工程国家级人选，2017年度福建省创新人才。2017年荣获福建省自然科学奖一等奖（排名第一）。目前主持科技部国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重点项目、促进海峡两岸科技合作联合基金、中国科学院先导A和前沿科学重点等项目。2012年、2014年先后荣获中国科学院优秀研究生指导教师奖及朱李月华优秀教师奖。
课题组网页：
http://fjirsm.cas.cn/swp/index.html
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