日本科學家利用「二氧化鈦」 開創環保合成新時代
日本和孟加拉的一支研究團隊最近提出了一種環保且創新的方法，用於合成雜環化合物（在環形分子中，具有至少兩種不同的元素之環狀化合物），這一發現可能對化學和製藥行業產生重大影響。這項由同志社大學的教授一仁仁美領導的研究，利用了二氧化鈦（TiO2）和可見光來催化合成過程。
雜環化合物是由至少兩種或更多元素組成的有機分子，其中通常包含碳原子和至少一種其他元素，如氮、氧或硫。它們在化學和製藥工業中非常受追捧，因為它們具有多功能性和出色的生理活性。
傳統上，合成這些化合物的方法大多需要高溫高壓條件或使用貴重金屬催化劑，這增加了生產含「硫雜環有機化合物」的經濟和環境成本。然而，這個研究團隊提出了一種簡單而有效的方法來克服這些挑戰。
研究團隊使用二氧化鈦作為光催化劑，發現在厭氧條件下，當含硫有機化合物（如硫醚衍生物）受到藍光照射時，能與馬來酰亞胺衍生物反應，形成新的雜環有機化合物。
仁美教授解釋說：「我們觀察到，雖然紫外光會產生高度氧化的孔，但我們的方法允許使用可見光對底物分子進行選擇性的單電子氧化。因此，這種方法可以用於各種有機化學反應。」
利用藍光觸發氧化
研究團隊選擇了五種4-取代硫醚和四種N-取代馬來酰亞胺進行環化反應。他們用藍光（波長>420 nm）照射原料，發現無反應。然而，在加入二氧化鈦後，他們成功合成了20種不同的硫色酮吡咯二酮衍生物，收率中等至高。
該團隊還觀察到在反應中存在取代基效應，從而了解相應的機理方面。他們推測，反應是通過硫醚到二氧化鈦導带的電荷轉移進行的。此外，他們提出，藍光照射觸發了硫醚的單電子氧化，進一步引發了通過脫質子生成α-硫烷基自由基。
簡單來說，這種新穎且精煉的方法展示了二氧化鈦在可見光光催化有機合成中的潛力。它還為複雜的雜環化合物合成化學提供了關鍵見解。展望未來，這種方法可以為從目前資源密集型的工業化學過程，過渡到更節能的系統打開新的可能性。
仁美教授說：「啟發我們進行這項研究的是，希望幫助可持續化學工業的發展，我們的發現似乎是朝著這個方向邁出的積極一步。」
他補充說：「我們相信，這種可見光驅動技術的廣泛應用可以協助實現藥物的可獲得性和負擔能力，對全球數百萬人的健康和福祉產生深遠影響。」多虧了仁美教授及其團隊的努力，他們的研究在有機合成領域開闢了新的途徑，有可能為多個化學行業帶來革命性的變化。這項研究刊登在最新一期的《先進合成與催化》。
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圖片來源：Doshisha University cc By4.0
參考論文：
1.Blue Light-Promoted Synthesis of Thiochromenopyrroledione Derivatives via Titanium Dioxide-Catalyzed Dual Carbon–Carbon Bond Formation with Thioanisole and Maleimide Derivatives Advanced Synthesis & Catalysis
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