无金属参与的C-H键官能团化构建C-S键VIP

无金属参与的C-H键官能团化构建C-S键摘要：

C-H键官能团化构建C-S键是有机化学中的一个重要研究领域。在本文中，我们综述了近年来无金属参与的C-H键官能团化构建C-S键的研究进展。首先，我们介绍了这个领域的研究背景，包括对该反应的课题和挑战。然后，我们讨论了无金属参与的C-H键官能团化构建C-S键的不同策略和机制。最后，我们总结了最新的文献，评估了未来的研究方向和挑战。

关键词：

C-H键官能团化，C-S键，无金属参与，有机合成，反应机理

正文：

引言

随着有机合成的不断发展，C-H键官能团化构建C-S键已经成为有机化学家重要的研究领域之一。这个反应可以实现多步反应缩短为一步，提高合成效率。同时，该反应具有广阔的应用前景，可以得到重要的生物活性化合物，新颖的药物分子、农药结构以及进行有机材料的构建。

早期的研究工作主要集中在金属催化剂下的C-H键官能团化构建C-S键反应上，如铜催化反应、铁催化反应等。这些金属催化剂的缺点是它们对污染物和有害物质的敏感性，以及污染物和有害物质可能对催化剂活性、产率和选择性产生影响。因此，开发无金属参与的C-H键官能团化构建C-S键是当前研究的热点和难点之一。

本文旨在综述近年来无金属参与的C-H键官能团化构建C-S键的研究进展，包括反应种类、反应机制等，以期为该领域的进一步研究提供参考。

无金属参与的C-H键官能团化构建C-S键反应

C-H键官能团化构建C-S键可以被分为两种类型，直接官能团化法和间接官能团化法。

直接官能团化法

直接官能团化法是指通过C-H键直接与硫化物反应，以形成C-S键。在这个反应中，无需使用催化剂，加速物，或助剂，实现了无金属参与的反应。此方法最早由Herold和Kruse在1982年报道，他们首次成功地通过在DMSO中使用过量的硫磺构建苯乙酸甲酯基团。

直接官能团化法显著缺点是在反应中难以控制官能团的位置，由于C-H键数量的限制，产率有限且具有不一致性。

间接官能团化法

直接官能团化法相比间接官能团化法而言，间接方法需要更多的中间步骤。间接官能团化方法通过在C-H键和活性试剂之间介导氧化异构反应（oxa-tianationreaction）或类似反应（比如氮化异构反应、羰化异构反应等），从而在C-H键一个新官能团上形成活性试剂，最后将其还原为C-S键。该方法的主要优势是可以选择性地进行官能团化，可以在不同的位置上引入官能团。同时，这种方法对于手性化合物很有诱惑力，因为可以通过反应控制手性。

在间接官能团化法中，常用的活性试剂有硫醇、硫脲、苯硫脲，这些试剂可以通过相应的中间体引入硫原子。

氧化异构反应和羰化反应等反应中间体可以很容易地被氧化剂或还原剂还原和还原，形成C-S键。值得一提的是，间接方法要比直接官能团化法复杂，但由于它们在反应中对C-H键的活性进行了选择性控制，因此可以让研究人员尝试不同官能团的引入来达到所需的产物。

结论

无金属参与的C-H键官能团化构建C-S键反应是一个重要的有机合成工具，对有机合成、生物学、材料科学等领域具有广阔的应用前景。尽管无金属参与的方法最近得到了很大的发展，在高产率和选择性方面仍有很多的挑战。我们相信，通过合理的官能团设计和反应机理的深入了解，这个反应正在迈向更加高效、可靠和环境友好的方向除了介绍的无金属参与的C-H键官能团化构建C-S键反应，还有许多其他的方法，如金属催化的方法和光化学方法等。金属催化的方法包括Pd、Cu、Rh等金属离子对于C-H键的活化，通过形成金属中间体来官能团化。这些金属催化方法可以实现高产率和选择性，但由于金属污染、高成本等原因限制了它们的应用。光化学方法则利用光子激发分子，激发C-H键上的活性，引发反应，例如通过单键分子内的氢键形成的暗能量，在高能量的激发下发生异构化反应等。这些光化学方法在选择性和绿色化方面具有优势，但受到的约束较多，如需要高能量的光源和晶体分子结构的限制等。

总体来说，无金属参与的C-H键官能团化构建C-S键反应是一种有潜力的方法，可以通过官能团设计和反应机理的深入了解来提高效率和选择性，并且在有机合成、生物学、材料科学等领域有广阔的应用前景此外，还有一些新近的方法在C-H键官能团化构建C-S键反应中得到了广泛的应用。例如，使用有机小分子作为催化剂的方法，这些催化剂具有高效的C-H键活化和与硫醇的反应性能。这些催化剂可以通过改变配体结构和反应条件来调节反应的选择性和产率。另外，无需添加催化剂的方法也被开发出来，在这些方法中，通过调节反应条件例如低温、长反应时间、高压等使得C-H键活化和官能团化反应发生。这些新的方法相比传统的金属催化方法和光化学方法具有更加环保、低污染、低成本和易于操作的优点，工业化应用的前景很广阔。

在该领域的研究方向还包括基于反应中间体的设计和合成，以及C-H键和C-S键官能团化反应的应用。例如，在有机合成中，最近的研究表明C-H键官能团化反应可以用于高效构建天然产物、药物分子和有机材料，如合成配对分子、芳香化合物、核苷酸、脂肪酸等，通过这些方法可以实现高效、高选择性的反应。在生物学中，C-H键官能团化反应被应用于药物筛选和分子标记等方面。例如，C-H键和C-S键的反应可以用于合成特定的药物代谢产物以及合成荧光探针等。在材料科学中，C-H键官能团化反应被广泛地应用于合成不同种类的高分子材料、轻质材料和金属有机框架材料等。这些应用展示了C-H键官能团化反应在不同领域的潜力和前景。

总的来说，C-H键官能团化构建C-S键反应是一种重要而广泛应用的领域，通过无金属参与、催化剂参与以及光化学方法等，可以实现高效、高选择性地官能团化反应。在有机合成、生物学和材料科学等领域具有广泛的应用前景。随着反应机理和反应条件的深入了解，这些方法将会变得更加高效和普遍，并且可以为我们提供更多的新材料和新方法来解决现实问题同时，C-H键官能团化构建C-S键反应也存在一些挑战和限制。其中主要包括反应的选择性和副反应的控制，以及反应条件的优化和催化剂的设计。由于C-H键在分子结构中数量众多，而且位置也不一定固定，因此实现高选择性的官能团化反应是一个难题。此外，官能团化反应也容易出现副反应，如过多的C-H键官能化或C-S键交叉偶联等问题。这些问题需要在反应条件的优化和催化剂的设计中得到控制，从而实现高效、高选择性的反应。

此外，C-H键官能团化构建C-S键反应在工业化应用中还存在成本和可持续性等问题。目前，大多数C-H键官能团化反应仍需要高催化剂使用量和多步骤的操作流程，这增加了成本和对环境的负面影响。因此，在催化剂设计和反应条件优化的同时，需要考虑成本和可持续性等问题，以满足工业化应用的实际需求。

总的来说，C-H键官能团化构建C-S键反应是一个充满挑战但具有广泛应用前景的领域。随着反应机理和催化剂设计的深入研究，这些方法将会变得更加高效、选择性更高，同时可以为有机合成、生物学和材料科学等领域提供更多的新材料和新方法。同时，需要在反应条件的优化和催化剂设计中考虑成本和可持续性等实际问题，以满足工业化应用的需求C-H键官能