光催化为精细化工、医药中间体转化提供了绿色清洁的驱动力,光致电子转移PET为不饱和碳杂双键等惰性化学键提供了单电子活化的路径;然而,惰性底物的单电子还原中间体具有较强的还原能力,会和氧化态光敏剂发生电荷回复BET,对反应动力学造成不利影响。 质子耦合电子转移(proton-coupled electron transfer PCET)通过质子转移PT与电子转移ET的协同,提供了结合热力学、动力学两方面的热动力学调控策略。将激发态下的光致电子转移PET与质子转移PT相结合,有望提供远超基态PCET的驱动力、抑制电荷回复、并降低高需能型反应对极端电势的依赖。然而,溶液相反应中不可控的热运动和自由碰撞,使得PET路径与PT路径的相互干扰难以避免,易造成活性位点的猝灭和析氢等副反应。
受氢化酶及一氧化碳脱氢酶CODH的启发,南京大学配位化学国重室段春迎教授和大连理工大学精细化工国重室张铁欣副教授等,利用光敏配体蒽醌二羧酸与铟离子自组装构筑配位聚合物超分子酸。其中,阴离子框架作为PET通路,带正电荷的 “质子中继体”(Proton relay)作为PT通路,二者在配聚物孔道中的“proximal separation (近端隔离)”,既阻止了PET、PT两个路径的相互干扰,又有利于PCET反应对于“质子给体…底物…电子给体”三者预组织的要求,可实现底物广谱的碳-杂和碳-碳双键的光还原型PCET反应。配聚物中的多个酸位点能够兼顾底物的锚定与PCET反应的驱动,当采用喹啉、异喹啉做底物时,还原型PCET反应优先在碳环发生,实现特异的区位选择性;在使用烯烃作为PCET还原中间体的自由基捕获试剂时,能够耦合自由基加成和酸催化的分子内Minisci环化,一步即可得到在均相催化中通常需要多步合成的氮杂苊等生理活性分子砌块。该工作为通过酶启发等仿生路径解决光催化中的固有问题提供了一种新策略。 论文信息 Modifying Proton Relay into Bioinspired Dye-Based Coordination Polymer for Photocatalytic Proton-Coupled Electron Transfer Mochen Li, Prof. Tiexin Zhang, Dr. Yusheng Shi, Prof. Cheng He, Prof. Chunying Duan Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202406161