突破秒级反应极限！铁光催化+连续流臭氧化如何实现硫醚到砜的7秒绿色转化？

砜类结构广泛存在于药物分子和功能材料中——抗炎药罗非昔布、抗癌药比卡鲁胺、抗菌药替硝唑均含有这一关键骨架。从硫醚直接氧化为砜，是构建这一结构最原子经济的方式。然而，这一转化面临一个根深蒂固的动力学困境：硫醚到亚砜的第一步氧化远快于亚砜到砜的第二步氧化，反应极易停在亚砜中间体。传统方法依赖间氯过氧苯甲酸、高锰酸盐等化学计量氧化剂，不仅成本高昂，更产生大量废弃物。

臭氧——由氧气生成的绿色强氧化剂——似乎是理想答案。但当它被引入连续流微反应器时，却暴露了一个令人困惑的“反应性悖论"：在连续流固有的秒级停留时间内，即便强如臭氧，也无力跨越第二步氧化的动力学能垒，反应依然停在亚砜。如何在7-9秒内完成从硫醚到砜的直接转化？2026年发表于 Green Chemistry 的一项研究给出了突破性答案。

 一、当臭氧遭遇“秒级"困境：连续流中的反应性悖论

连续流技术凭借其优异的传质传热效率和精准过程控制，是安全驾驭臭氧这类高能绿色氧化剂的理想平台。此前已有多种连续流硫醚氧化方法被报道：Mangiavacchi等以SeO₂催化、10当量H2O2、10分钟以上停留时间实现转化；Noël团队开发了电化学策略，仍需10-15分钟；而即便在光催化下使用更温和的O₂，反应也几乎无一例外地止步于亚砜。

合乎逻辑的下一步是引入更强的氧化剂——臭氧。在连续流反应器中，臭氧的强氧化性似乎理应轻松跨越动力学瓶颈，实现硫醚到砜的快速直接转化。然而，事实恰恰相反。Kappe和Monbaliu两个课题组独立证实：在连续流中直接臭氧化，反应始终止步于亚砜，要推进到砜必须额外增加高浓度H₂O₂的下游氧化步骤。这一系列工作揭示了一个更根本的科学挑战：在超快连续流 regimes 中，氧化剂的本征反应性远远不够——即使是臭氧，也无法在数秒的时间尺度内跨越特定的动力学能垒。

 二、铁光催化“解锁"臭氧：活性氧物种的原位生成策略

研究团队的核心洞察在于：与其依赖臭氧的直接反应性，不如设计一个催化体系在反应中原位生成更具反应活性的物种，与臭氧协同完成氧化。基于这一思路，他们开发了铁光催化臭氧活化新范式——以廉价易得的硝酸铁为催化剂、TBAB为添加剂，在405 nm可见光照射下，于0°C的乙腈溶液中实现了硫醚到砜的直接、高选择性氧化。

对照实验清晰揭示了各组分的作用：无铁催化剂时，选择性急剧下降，亚砜为主要产物；无光照时，砜收率降至81%；既无催化剂又无光照时，反应几乎 exclusively 生成亚砜。这表明，铁催化剂与可见光的协同作用是跨越第二步氧化动力学能垒、实现超快转化的关键。

机理研究进一步揭示了这一协同效应的本质。在可见光照射下，Fe³⁺配合物发生配体到金属的电荷转移（LMCT），产生激发态。一方面，硫醚向Fe³⁺的单电子转移生成Fe²⁺和硫醚自由基正离子；Fe²⁺被臭氧氧化再生Fe³⁺，同时臭氧获得电子形成不稳定的臭氧阴离子自由基，后者迅速分解为超氧阴离子自由基（·O₂⁻）和氧气。另一方面，激发态Fe³⁺作为光敏剂，通过能量转移将基态氧分子转化为单线态氧（¹O₂）。·O₂⁻和¹O₂这两种活性氧物种正是协同臭氧、克服动力学障碍的关键。

EPR光谱实验直接捕获了DMPO-·O₂H加合物的特征六线信号和TEMP-¹O₂的典型1:1:1三重峰信号。自由基淬灭实验也证实：加入·O₂⁻淬灭剂p-BQ或¹O₂淬灭剂DABCO均使反应受到不同程度抑制，而羟基自由基淬灭剂叔丁醇即使加入10当量也几乎无影响。

 三、7-9秒：从底物拓展到药物合成的全维度验证

在合适条件下（10 mol% Fe(NO₃)₃·9H₂O，20 mol% TBAB，MeCN，0°C，405 nm LED，O₃/O₂流），研究团队以7-9秒的停留时间完成了46种砜类化合物的合成，收率38-99%。

芳香硫醚方面，无取代及含甲基、甲氧基等供电子基团的底物均获优异收率（2a-2e，75-96%）；大位阻二芳基硫醚亦以93%收率得到目标产物。S-甲基被乙基、环丙基、苄基等替换时，收率保持高水平。含酚羟基底物的羟基在反应中完好保留；含卤素及硝基、氰基等强吸电子基     的底物同样高效转化（2o-2p）。杂环和多环骨架以及非芳香族底物同样适用（2r-2v）。

更具实用价值的是药物分子的直接合成。罗非昔布关键中间体以94%收率获得（2w）；氨苯砜关键中间体收率89%（2x）；抗菌药替硝唑成功合成（2y）；抗炎药舒林酸活性代谢物砜衍生物（2aa）因烯烃对臭氧解裂解的敏感性收率为38%；抗前列腺癌药物比卡鲁胺以93%优异收率直接制得（2ab）。此外，团队还设计合成了一系列新型氨基甲酸酯类砜化合物，在拟南芥根生长抑制实验中，化合物2aj在100 ppm浓度下表现出95.6%的根生长抑制率，展现出作为新型除草剂先导化合物的潜力。

 四、规模化与可持续性：从克级放大到催化剂循环

在克级放大实验中：对于苯甲硫醚，底物浓度提高10倍（17 mM → 170 mM）、总流速提高1.8倍，产品通量提升18倍，收率保持96%，产率达2.8 g/h。对于比卡鲁胺，浓度提高5倍（17 mM-86 mM）、流速提高2倍，通量提升10倍，收率保持93%，产率达4.1 g/h。

催化剂可回收性方面：利用铁催化剂高水溶性的特点，通过液-液萃取即可实现产物与催化剂的分离。在比卡鲁胺的克级合成中，含催化剂的水相被直接回收并用于四个连续循环，每次收率均超过90%，未观察到明显活性衰减。

绿色化学指标同样亮眼：以元素氧为氧源的臭氧由氧气现场生成；铁是地壳中含量最高的过渡金属之一，廉价且低毒；可见光驱动减少了能源消耗；催化剂可循环大幅降低了成本和废弃物。该工作被期刊编辑特别标注了绿色化学贡献。

 五、从“秒级反应"到“选择性开关"：连续流的精准操控

连续流微反应器的一个标志性优势是对反应参数的精准控制。研究团队巧妙利用这一特性：通过调控臭氧浓度实现亚化学计量控制，可选择性地将氧化停在亚砜阶段，并在多种底物上验证了这一化学选择性开关的普适性 (3a-3j)。这一“一键切换"能力——从砜到亚砜的选择性调控——在批次反应中几乎不可能实现，却是连续流技术赋予的独特优势。

 六、浙江布瑞利斯：连续流光化学技术的深耕者与践行者

从这项研究可以清晰地看到：铁光催化解决了动力学能垒问题，连续流技术解决了臭氧安全操控和规模化问题，二者的深度融合使7-9秒内从硫醚到砜的直接转化成为现实。更关键的是，这一范式具有高度普适性——通过催化剂与光的协同设计来“解锁"强氧化剂在超快连续流中的潜力，为其他受动力学限制的快速转化提供了可复用的解决方案。

浙江布瑞利斯化工科技有限公司正以自主研发的连续流技术平台，成为推动这一技术从学术走向产业的重要力量。

浙江布瑞利斯以连续流工艺为核心，集设备研发、工艺开发和技术服务于一体，核心产品涵盖连续光化学反应器、板式微通道反应器、连续流电化学设备等。在连续流光化学领域，公司开发的连续流光化学反应器采用高效LED光源与微通道反应器集成设计，确保光照射的均匀性和光能利用效率，可适配多种波长（365 nm、405 nm、450 nm等）和功率需求，为光催化氧化、光化学偶联等反应提供从实验室小试到中试放大的完整解决方案。

在气-液反应方面，公司具备臭氧/氧气等多种气体进料的连续流工艺开发经验，可针对气体-液体-固体多相反应体系提供定制化反应器设计与工艺优化服务。同时，浙江布瑞利斯积极推动工艺自动化与在线监测技术的集成，为客户提供从反应到后处理的全连续流程解决方案。

公司于2026年1月完成数千万元Pre-A轮融资，业务已覆盖国内28个省份并远销海外，服务百余家企业客户。在2025年“青年与海·双创大赛"中，公司凭借“连续光反应+微通道反应智能化解决方案"荣获一等奖。

拥抱连续流光化学，开启绿色氧化新范式

从硫醚到砜的7秒转化，不仅是一次反应效率的跃升，更是一种绿色合成新范式的确立：以廉价金属为催化剂、以可见光为能源、以元素氧为氧源、以连续流为工程平台——四者结合，在数秒内完成传统需要数小时甚至无法实现的转化。

浙江布瑞利斯始终致力于为客户提供从实验室工艺开发到工业化连续生产的整体解决方案——无论您正在攻关的是光催化氧化、气-液-固多相反应，还是需要精准选择性控制的连续流工艺，浙江布瑞利斯都愿以深厚的技术积累与丰富的工程经验，助您开启绿色、高效、安全的连续流制造新篇章。

浙江布瑞利斯化工科技有限公司——专业从事连续化学、光化学、电化学工艺开发及技术服务的高新技术企业。