光點擊化學作為點擊化學與光化學的結合，是一種新興的光控分子偶聯技術。因其非侵入性、高時空分辨率、高生物相容性等特性，在表界面修飾、材料構建、生物成像、以及藥物遞送等領域展現出巨大應用潛力。然而，現有光點擊體系普遍依賴紫外光驅動，存在生物組織能力差、光毒性高、機制調控難等瓶頸，嚴重限制了其在復雜生物環境中的實際應用。因此如何突破傳統光點擊反應的驅動波長與機制限制，實現可見光乃至近紅外光驅動的光點擊反應的高效構筑，是該領域的一大挑戰。
為解決這一問題，南京林業大學付幼心教授，2016年諾貝爾化學獎得主荷蘭格羅寧根大學Ben Feringa教授聯合浙江大學張鑒予研究員在前期研究的基礎上（Nat. Rev. Chem., 2024, 8, 665–685, J. Am. Chem. Soc.,2021, 143 10041–10047, Angew. Chem. Int. Ed., 2024, 63, e202319321,Angew. Chem. Int. Ed., 2023, 62, e202218203, Chem. Sci., 2023, 14, 7465-7474.），以9,10-菲醌（9,10-phenanthrenequinones, PQs）-富電子烯烴（electron-rich alkenes, ERAs）光點擊反應為切入點，首次提出了“光點擊反應機制反轉”調控策略（見下圖），通過官能團電子效應以及溶劑極性協同作用，成功實現了可見光誘導下光點擊反應在直接反應機制與三重態敏化機制之間的轉換。團隊設計合成了一系列2,2’-位取代的PQ衍生物，系統調節其電子效應（吸電子基團至給電子基團），結合瞬態吸收光譜與理論計算，發現取代基變化可誘導PQ分子最低單重激發態（S1, 1nπ* → 1ππ*）能級反轉，從而調控系間竄越效率與三重態布居，實現光點擊反應直接機制與三重態敏化機制的精準切換。吸電子基團修飾的PQ衍生物在直接路徑下表現出高達11,470 M-1s-1的二階反應速率常數，創PQ-ERA光點擊反應體系報道最快紀錄。
進一步研究發現，溶劑極性亦可作為機制調控開關，低極性溶劑穩定1nπ*態，促進直接路徑；大極性溶劑誘導1ππ*態占優，激活三重態敏化路徑。該機制反轉策略為光點擊反應的理性設計提供了全新思路，突破了傳統光敏劑結構修飾的局限，顯著拓寬了光點擊化學在生物體內的適用窗口。
這一成果近期發表在Journal of the American Chemical Society上，南京林業大學為該研究成果的第一完成單位，南京林業大學付幼心教授及博士研究生周靜雯為論文的共同第一作者，南京林業大學本科生鄒欣宜為第三作者。付幼心教授、浙江大學張鑒予研究員和荷蘭格羅寧根大學Ben L. Feringa教授為論文的共同通訊作者。該研究工作得到國家自然科學基金、江蘇省自然科學基金、南京林業大學高層次人才項目等基金資助。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1021/jacs.5c12759
通訊作者簡介
付幼心，現任南京林業大學教授，博士生導師。2023年在荷蘭格羅寧根大學獲得博士學位（導師為Ben L. Feringa 教授，2016年諾貝爾化學獎得主，中科院外籍院士），主要研究領域為為可見光、近紅外光驅動的超快光點擊反應的構筑及應用。以第一及通訊作者（含共同）在Nat. Rev. Chem., Chem. Soc. Rev., J. Am. Chem. Soc.(4篇), Angew. Chem. (2篇), Adv. Funct. Mater., Chem. Sci.(2篇)等國際期刊上發表論文18篇，論文共計被引用800余次。曾獲2022年度國家優秀自費留學生獎學金，2023年度荷蘭最佳有機化學博士畢業論文獎（KNCV-Backer prize 2023）。
