H2O2 氧化硫醚制备砜的研究进展

戈强胜，王贞超，李成朋*

（1.贵州大学 药学院，贵州 贵阳 550025；2.贵州省合成药物工程实验室，贵州 贵阳 550025)

砜是指以磺酰基借助硫与两个碳原子连结为特征的一类有机化合物，通式为R1-SO2-R2，该类化合物在环保[1]、材料[2]、生物医药[3]等方面有广泛的应用，如氧化脱硫除臭[4]、聚砜类化合物的膜材料[5]以及砜类药物在抗肿瘤、抗病毒中均表现出良好的作用[6]。因此，砜类化合物的合成方法一直是广大学者研究的热点。在砜类化合物的众多合成方法中，硫醚氧化是最直接有效的一种方法（Scheme 1），H2O2作为一种绿色氧化剂，在硫醚氧化中扮演着重要的角色。本文对近年来文献报道的H2O2氧化硫醚制备砜的方法进行综述，以期为安全有效、清洁温和的硫醚转化为砜的氧化体系的研究提供参考。

Scheme 1 H2O2 氧化硫醚成砜的通式

1 无催化剂的H2O2 氧化

2012 年，Jereb 等[7]在没有溶剂和催化剂的反应条件下，仅使用30%的H2O2溶液在75 ℃下将硫化物高原子效率地氧化成砜（Scheme 2）。该反应方法经济环保，收率在41%～95%之间，47 个底物（指代反应式中的硫醚化合物原料，下同），量级放大可行，具有多重优势。该反应体系底物只适用于固体硫化物。

Scheme 2 无催化剂下氧化硫醚

2016 年，Wagh 等[8]报道了一种在无催化剂条件下，仅用50%的H2O2氧化制备阿苯达唑类砜的绿色合成方法（Scheme 3）。水作为溶剂，在30 ℃～35 ℃下反应。该方法条件温和、环保清洁，需注意较高浓度过氧化氢的强腐蚀性以及反应过程中大量分解时容易爆炸。

Scheme 3 阿苯达唑类砜的制备

2 H2O2 的催化氧化

由于H2O2在氧化硫化物过程中存在着反应缓慢、反应条件难以把控等情况[9]，因此在H2O2氧化硫醚合成砜的过程中，通常与催化剂结合使用[10-11]，H2O2选择性氧化硫醚的催化体系又可分为金属催化与非金属催化[12]。

2.1 金属催化剂

2.1.1 钽催化剂

2009 年，Kirihara 等[13]用甲醇作溶剂，五氯化钽作催化剂，在45 ℃下30%的H2O2溶液催化氧化硫化物（Scheme 4）。该方法条件温和，收率优异，同时拓展了钽无机盐的应用。

Scheme 4 钽无机盐催化硫醚

2.1.2 钨催化剂

2012 年，Das 等[14]将过氧钨酸盐固定在聚丙烯腈上制备新型聚合物负载的过氧化钨（PANW）多相催化剂，硫醚底物为5 mmol，所用催化剂用量为0.005 mmol，50%的H2O2氧化硫醚，对于其他易氧化官能团，硫醚可被选择性氧化，收率在95%～98%（Scheme 5）。

Scheme 5 PANW 多相催化剂催化硫醚

Das 等[15]报道以甲醇水溶液作溶剂，在室温下使用3 种单核、双核的过氧化钨配合物（MWG=[WO(O2)2(L)(H2O)]·3H2O）,L=双甘氨肽；DWG=Na2[W2O3(O2)4(L)2]·3H2O,L=双甘氨肽；DWC=Na2[W2O3(O2)4(L)2]·3H2O,L=胱氨酸）作氧化剂，实现硫化物绿色氧化为砜（Scheme 6，比例为底物与催化剂的摩尔量之比）。收率在95%以上，反应时间大多在1 h，但所用催化剂未商用，使用价格昂贵。Das 以制备的单核过氧化钨（MWG）为催化剂，分别选取乙醇、乙腈和一氯甲烷为反应溶剂，反应6 h，均未检测到反应发生，推测可能与配合物MWG 的水溶性结构性质有关。

Scheme 6 过氧化钨配合物的硫醚氧化

2020 年，Pirdosti 等[16]用纳米花结构Keggin 型多金属酸（PW12纳米花）作催化剂，水作溶剂，30%的H2O2作氧化剂氧化硫化物制备相应的砜（Scheme 7）。所用催化剂可使用4 次而不丧失催化活性，用离心分离机可将混合物分离出来，收率高。

Scheme 7 PW12 纳米花催化硫醚

2.1.3 锌催化剂

2014 年，Feng 等[17]首次报道了一种使用锌作催化剂，H2O2氧化硫醚制备相应砜的合成方法（Scheme 8）。催化剂为锌盐是其显著优势，其资源丰富、价格低廉、环境温和。同时锌很少涉及氧化反应，该新氧化体系具有良好的前景与潜力。

Scheme 8 锌作催化剂硫醚氧化

2.1.4 铌催化剂

2015 年，Gogoi 等[18]开发了一对过氧化铌配合物（NbA 和NbN）作催化剂的绿色氧化方法。纯水作溶剂，且没有卤素、有机助溶剂或助催化剂的参与（Scheme 9）。具有收率优异、条件温和、催化剂可重复使用6 次而不丧失活性等优点。

Scheme 9 过氧化铌配合物绿色催化

2.1.5 铁催化剂

2018 年，Rostami 等[19]利用磁性纳米级Fe3O4作催化剂，乙醇作溶剂，回流条件下30%的过氧化氢氧化硫化物制备相应的砜（Scheme 10）。该方法反应条件温和，产率良好，催化剂易回收，但H2O2用量是硫醚的20 倍，造成大量浪费。

2.1.6 钼催化剂

2018 年，Afzali 等[20]将Mo(CO)3化合物“嵌入”金属有机骨架UiO-66-L 中作催化剂，在乙腈溶液回流条件下，用H2O2氧化硫化物制备砜。同年，Lu 等[21]以含Sb (v) 的多氧钼酸盐（[(CH3)4N]4H8[Na5Sb3(Sb2Mo12O57)]·17H2O）作氧化硫醚的催化剂，纯水作为溶剂，在室温条件下H2O2氧化硫醚（9个底物）制备相应的砜（Scheme 11）。该方法催化剂用量少，溶剂理想，收率在85%～100%，但催化剂未商用，需自备。

Scheme 11 多氧钼酸盐催化氧化硫醚

2.1.7 钛催化剂

2019 年，Ahmed 等[22]利用过氧化钛酸酯的水溶性聚合物（PMATi 和PATi）作催化剂，水作溶剂，50% H2O2氧化硫醚制备相应的砜（Scheme 12）。该方法易操作，收率高。水溶性催化剂稳定，10 次循环后活性和选择性保持一致。

Scheme 12 过氧化钛酸酯催化硫醚

2.1.8 钴催化剂

2020 年，Chen 等[23]开发了一种钴单原子插层二硫化钼（Co1-in-MoS2，大小为1×2 cm2）作催化剂，乙腈为溶剂，用过氧化氢选择性氧化硫化合物制备相应砜的方法（Scheme 13）。该催化剂具有高度选择性，底物范围可拓展，可用于制备功能化小分子，合成的砜衍生物收率在82%～99%之间。

Scheme 13 钴单原子插层二硫化钼催化硫醚

2.1.9 钒催化剂

2021 年，Kargar 等[24]以VO2(HL)配合物为催化剂，乙醇为溶剂，用H2O2氧化硫醚，回流条件下制备相应的砜（11 个底物）。该方法简单，反应时间短（15～30 min），所用溶剂绿色环保，催化剂用量少但收率较高（85%～93%），未检测到中间体亚砜（Scheme 14）。

Scheme 14 VO2(HL)催化硫醚

2.2 H2O2 非金属催化氧化

2.2.1 六氯三聚磷腈催化剂

2010 年，Bahrami 等[25]报道了在六氯三聚磷腈（TAPC）存在下使用30% H2O2作氧化剂氧化硫醚制备砜的方法（Scheme 15），该方法收率在91%～99%之间，反应时间为9～35 min，商用TAPC 价格较低廉，无溶剂，但所用催化剂具有潜在毒性。

Scheme 15 TAPC 催化硫醚

2.2.2 硼酸催化剂

2010 年，Rostami 等[26]报道了一种高效环保的催化剂——硼酸催化氧化硫醚。在无溶剂条件下，使用30%的H2O2作为氧化剂，氧化硫醚制备相应的砜（Scheme 16）。该氧化方法温和，在羟基等敏感官能团存在下，成功地选择性氧化硫醚得到砜。

Scheme 16 硼酸催化硫醚

2.2.3 三聚氯氰催化剂

2011 年，Lakouraj 等[27]以四氢呋喃（THF）作溶剂、35%的H2O2为氧化剂，在室温条件下三聚氯氰（CC）催化制备一系列砜类（Scheme 17）。该方法经济、选择性高，反应时间为15～65 min，收率在82%～96%之间。同上述介绍的TAPC 氧化体系，潜在毒性不可忽略。

Scheme 17 三聚氯氰催化硫醚

2.2.4 乙酸与离子交换树脂负载催化

2012 年，Tumula 等[28]报道了一种乙酸和Amberlyst-15（一种离子交换树脂）催化H2O2氧化硫醚制备砜的简单高效的方法（Scheme 18）。反应温度为50 ℃时，充分反应后6 个底物的转化率和相应砜的选择性都大于99%。分析数据结果（反应时间），得出该氧化方法硫醚的反应活性与其亲核性有关：二烷基硫化物＞二苄基硫化物＞二苯基硫化物。

Scheme 18 乙酸-离子交换树脂负载催化硫醚

2.2.5 氨基磺酸催化

2012 年，Jafari 等[29]报道了一种温和、有效、绿色、选择性地将硫化物氧化成砜类化合物的方法（Scheme 19）。即在一定量氨基磺酸的存在下，利用H2O2氧化得产物，10 个反应底物，产率在70%～95%之间。该方法的特点为：无溶剂，高度的选择性，具有官能团的各种取代硫化物，如醇、酯、醛等可在不被氧化的情况下成功地选择性氧化硫醚为砜，并在室温下具有优良的产率。

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]开发了一种过氧化氢-辛酸新的氧化体系用于氧化硫醚制备砜，产率为92%～98%。该氧化体系简单高效、绿色方便且高选择性（Scheme 20）。催化剂易获取，其加酸可再生的特点不同于其他金属催化的回收利用，这一特点也保证其将具有广泛的应用前景。

2.2.7 二氧化硒催化

2020 年，Mangiavacchi 等[31]利用二氧化硒（SeO2）作催化剂，H2O2的水溶液与硫化物的乙酸乙酯溶液，在设定参数的反应器中反应制备相应的砜（Scheme 21）。体系用乙酸乙酯洗涤，有机相（产物）用硫酸钠干燥，减压浓缩得产品，无需进一步纯化。该方法收率高达99%以上，可制备高纯度芳基类砜。

Scheme 21 反应器中二氧化硒催化硫醚

3 总结和展望

本文综述了近年来H2O2在硫醚氧化合成砜类化合物中的应用，大多文献报道过氧化氢与催化剂有机结合氧化硫醚制备相应的砜。与间氯过氧苯甲酸（m-CPBA）、高锰酸钾等其他氧化剂相比，H2O2作为氧化剂时，反应副产物为水，绿色环保，不产生二次污染。同时H2O2作为传统的无机化工产品，技术成熟，价廉易得；其低反应性（中等氧化能力）也被当今催化化学的研究发展所弥补。因此，相关研究者围绕H2O2氧化体系的研究开展了许多工作，常涉及到催化化学领域。H2O2与催化剂氧化硫醚时，催化剂的催化活性和可循环性，试剂的潜在毒性（如甲醇和乙腈作溶剂时参与H2O2的硫醚氧化）以及经济性等是不可忽略的问题，还需进一步研究以期找到较好的绿色替代试剂，以及价廉易得、绿色可持续的催化剂。随着绿色化学概念的提出，寻找一种高效、清洁、温和的氧化体系仍然是硫醚选择性氧化制备砜的研究主题，H2O2因其氧化特点，将是绿色化学发展中具有潜力的氧化剂之一。