杂环化合物是具有环状结构的有机分子，包含至少两种或多种元素。在大多数情况下，这些环由碳原子以及一种或多种其他元素组成。由于其多功能性和出色的生理活性，它们在化学和制药工业中备受追捧。虽然有几种方法可用于合成这些化合物，但其中大多数涉及高温和高压条件，或使用贵金属催化剂，增加了生产杂环有机化合物的经济和环境成本。
然而，现在，来自日本和孟加拉国的一组研究人员提出了一种简单而有效的方法来克服这些挑战。他们的研究最近于2023年11月15日发布在《Advanced Synthesis and Catalysis》杂志上。使用所提出的策略，该团队展示了在光催化剂二氧化钛和可见光。该研究由同志社大学研究生院理工研究生院应用化学系的Yutaka Hitomi教授领导，同志社大学的博士生Pijush Kanti Roy，东京城市大学的Sayuri Okunaka副教授和TOTO株式会社研究所的Hiromasa Tokudome博士共同撰写。
氧化钛一段时间以来，作为驱动有机反应的光催化剂已经引起了合成化学家的注意。然而，许多这样的过程需要紫外线来触发反应。然而，在这项研究中，研究团队发现，在厌氧条件下，含硫有机化合物在受到蓝光照射时，会与马来酰亚胺衍生物反应形成碳-碳双键，产生一种新的杂环有机化合物。“我们观察到，虽然紫外线会产生高度氧化的空穴，但我们的方法允许使用可见光对底物分子进行选择性的单电子氧化。因此，这种方法可以用于各种有机化学反应，“Hitomi教授解释道。
研究人员选择了五种4-取代的硫代苯甲醚和四种N-取代的马来酰亚胺进行环状或环形反应。研究小组用蓝光照射起始材料，但没有观察到反应。然而，引入TiO2进入反应体系，合成了20种不同的硫代苯并吡咯二酮衍生物，收率中至高。他们发现，在蓝光照射下12小时内，硫代苯甲醚与N-苄基马来酰亚胺反应导致形成硫代苯酚吡咯二酮衍生物，收率为43%，接近理论最大收率50%。
研究团队还观察了反应中的取代基效应，以了解相应的机理方面。根据结果，他们假设反应是通过硫代苯甲醚的电荷转移到TiO2的导带进行的.此外，他们认为蓝光照射触发了硫代苯甲醚的单电子氧化，这进一步引发了α-硫代烷基自由基的产生。
总之，这种新的和改进的方法展示了TiO2的潜力用于可见光光催化有机合成。它还为复杂杂环化合物合成的化学提供了重要的见解。展望未来，这种方法可以为从当前资源密集型工业化学工艺过渡到更节能的系统开辟新的可能性。
瞳教授强调了这项研究的意义和意义，他说：“推动我们研究的是帮助发展可持续化学工业的愿望，我们的研究结果似乎是朝着这个方向迈出的积极一步。他进一步补充道，“我们相信，这种可见光驱动技术的广泛采用可以帮助获得和负担得起的药物合成，其对全球数百万人的健康和福祉产生深远影响。在瞳教授及其团队的努力下，他们的研究为有机合成领域开辟了新的途径，有可能彻底改变多个化学工业。
