摘要:
二硫化物独特的化学性质使其在生物分子结构改性、药物传输、工业原材料生产中有重要的应用,因而它的合成和研究一直备受关注.在报道的众多合成方法中,最主流的仍然是硫酚的氧化合成.鉴于传统的合成条件严苛、不利于环境保护,以O2/空气为氧化剂的光催化实现二硫化物的合成已经成为热点研究.在已报道的光催化剂中,TiO2因为具有化学性质稳定、高效廉价、易回收等优点,在非均相光催化体系中倍受关注.但其缺陷是只能在紫外光区响应激发,这在很大程度上限制了它的应用.本文通过底物巯基化合物与TiO2表面络合的方式吸收可见光,使其光响应拓展到可见光区.本文以O2为氧化剂,巯基化合物与锐钛矿TiO2络合,可见光高效催化选择氧化生成二硫化物.同时优化了反应条件,如不同波长LED光源、不同类型TiO2及TiO2用量,确定硫酚(0.6 mmol)、O2(0.1 MPa)、绿光LED(520 nm)、CH3CN(1mL)、锐钛矿TiO2(30 mg,ST-01)为反应最优条件.通过紫外-可见光吸收光谱、透射电镜、比表面积、核磁和高分辨质谱等方法对光催化剂和产物进行表征.结果表明,该反应体系对硫酚(包括杂环、多环硫酚)具有普适性,反应效率高,产率>90%.其中含吸电子基团的底物比含供电子基团的底物更利于反应进行;同时官能团空间效应对反应速率有一定影响.反应对各类官能团具有很好的兼容性.对于硫醇类底物,需要有机碱三乙胺(TEA)参与才能完成转化.另外,当反应有TEA参与时,可在很短的时间内(92%).当底物与二氧化钛的表面络合物吸收可见光后,激发产生的电子通过底物的S原子直接注入到TiO2的导带,得到含硫自由基和超氧自由基两个活性体.含硫自由基与底物分子作用形成对称的二硫化物,进而在TEA协助下生成不对称二硫化物,而超氧自由基则最终转化成H2O2.整个过程中TiO2的作用至关重要,包括:与巯基化合物络合,完成电子传输,促进超氧自由基形成等.该反应体系简单高效,具有很高的原子经济性,符合绿色化学理念.