γ-内酯结构广泛存在于天然产物与活性小分子中，其在抗炎、抗菌及抗癌等药理活性中的重要性已被广泛认知。尤其在药物化学中，复杂取代模式的γ-内酯常作为核心骨架出现在先导分子与候选药物中，因此高效、温和地合成此类结构成为持续探索的热点。目前主流方法多聚焦于从4-羟基丁酸或其衍生物出发进行分子内酯化反应，或通过α-卤代羧酸在光催化或金属催化条件下诱导自由基环合。然而，这些路径普遍存在反应底物合成困难、步骤繁多、官能团兼容性差等问题。

相比之下，环状丙二酸过氧化物作为环合前体，因其能够经O−O键裂解并脱羧产生自由基，在理论上具备高效构建γ-内酯的潜力。早在1970年代便有文献报道其在紫外光下的分解反应，但在可见光条件下的光催化应用尚属空白领域。

在众多有机光催化剂中，N-取代苯噻嗪类化合物以其极强的还原能力受到高度关注，其中N-苯基苯噻嗪（PTH）更是在多种C−X键活化中表现出色。尽管PTH在氧化条件下极易生成相应的亚砜（PTH-O），但过去研究多忽略其光催化能力，甚至对其光物理性质亦缺乏系统探讨（图1）。

图片来源：JACS

本研究旨在探索被忽视的苯噻嗪亚砜是否具备光催化活性，进而发展一种新型构建γ-内酯的方法学。作者起初使用传统PTH催化苯乙烯与环状丙二酸过氧化物反应，意外发现PTH在水存在下迅速转化为其亚砜形式（PTH-O），并在可见光（405 nm）激发下展现出出人意料的催化活性。进一步的光谱分析（包括紫外-可见吸收、瞬态吸收、荧光寿命测定）表明，PTH-O 具有可激发的单线态(n,π*)，其激发态还原电位为–1.30 V，足以触发过氧化物的单电子还原，从而诱发脱羧与自由基形成（图2）。

图片来源：JACS

在此基础上，研究团队构建了反应完整的催化循环路径，包括光诱导生成PTH-O*、过氧化物裂解生成C自由基、与烯烃加成、再经氧化型催化剂或底物自身完成自由基极性交叉（ORPC）过程，最终闭环生成γ-内酯。

为验证该机制，作者系统开展了同位素标记实验、自由基捕获实验、高分辨质谱分析、TD-DFT轨道分析等，综合实验与理论手段深入揭示PTH-O的生成机制及其光激发态行为（图3）。

图片来源：JACS

本研究最大的突破在于首次明确揭示苯噻嗪亚砜作为光催化剂的性质与潜能，这不仅打破了人们对其“副产物”身份的刻板印象，也拓展了可见光光催化剂的分子谱系。传统上，光催化反应多聚焦于已知的有机染料或金属配合物，而该工作则揭示在催化反应过程中，催化剂本身可能经氧化转化为更活跃的新物种，从而为“活性物种原位生成”提供范式范例（图4）。该发现对于今后开发动态演化型催化系统具有重要启发意义。

此外，环状丙二酸过氧化物在本研究中首次作为可见光触发的自由基前体成功应用于γ-内酯构建，其合成简便、安全性高，且对多种官能团具备良好兼容性，使该方法在药物前体构建、天然产物修饰等方面具备广阔的应用前景。

最后，研究中展现的机制研究体系涵盖光谱、电化学、理论计算等多个维度，为理解复杂反应过程提供了全面而精准的模型，彰显了现代有机光催化研究的高水平整合能力。

图片来源：JACS

除核心体系外，作者还展示了PTH-O催化下对多种烯烃与环状过氧化物底物的良好适配性，可获得一系列复杂的γ-内酯，涵盖不同立体与电子特性。尤其在构建螺环类和杂环类内酯分子时表现出优越的区域选择性与官能团耐受性，进一步佐证了该催化体系在分子多样性合成中的广泛潜力（图5）。

图片来源：JACS

标题：Phenothiazine Sulfoxides as Active Photocatalysts for the Synthesis of γ-Lactones

作者：Niklas Hölter,^§Nils H. Rendel,^§Leander Spierling, Adrian Kwiatkowski, Roman Kleinmans, Constantin G. Daniliuc, Oliver S. Wenger,* and Frank Glorius*

链接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c01988