西北大学，Nature Synthesis！！
学术
2024-11-21 08:21
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研究背景
光化学和机械化学分别在有机合成中发挥着重要作用。光化学通过光激发反应分子，能够在温和条件下生成高能激发态分子，展现出与基态分子显著不同的化学性质和反应性，从而实现一些传统热反应难以达到的转化。机械化学则利用机械力驱动反应，消除了溶剂的使用，提高了反应效率，并推动了可持续合成的进程。与传统的溶液合成方法相比，机械化学具有更高的反应浓度和更少的废物生成。然而，光化学和机械化学的结合仍面临挑战，特别是在反应容器的透明性问题上，这限制了外部光源的有效照射。为了解决这一问题，西北大学王晗与新加坡国立大学吴杰教授研究团队合作在Nature Synthesis期刊上发表了题为“Mechano-photoexcitation for organic synthesis using mechanoluminescent materials as photon sources”的最新论文。该团队设计并制备了机械发光材料，特别是SrAl2O4:Eu2+/Dy3+，作为通过机械能激活的内部光源，提出了一种新的机械光激发策略。该策略能够在没有外部光源的情况下，利用机械能触发光激发反应，成功实现了两种重要的光化学反应：霍夫曼-勒弗勒-弗雷塔反应和电子供受体复合物在磺化反应中的激活。通过这种方法，反应能够在没有溶剂的情况下进行，显著提高了反应的浓度和效率。机理研究进一步证实了这些转化是通过自由基途径进行的，控制实验验证了机械光激活的关键作用。该研究不仅有效地解决了光化学和机械化学结合过程中的一些技术难题，还为将机械能应用于有机合成提供了新的思路。通过该方法，研究人员成功地实现了克级光化学转化，为光化学在合成化学中的应用开辟了新天地。这一成果为光化学和机械化学的结合提供了重要的实验依据和理论支持，具有广泛的应用前景。 研究亮点
1. 实验首次提出了一种机械光激发策略，利用机械发光材料（如SrAl2O4:Eu2+/Dy3+）作为内部光源，通过机械能激活，实现光化学反应。2. 实验通过这种策略，成功应用于两种光化学反应：霍夫曼-勒弗勒-弗雷塔反应和磺化反应中的电子供受体复合物激活，验证了机械能驱动下的光化学转化。3. 实验通过机理研究确认了这些反应的自由基特性，表明转化过程是自由基机制，并通过控制实验验证了机械光激活在反应中的关键作用。4. 实验通过仅使用机械能，避免了外部光源的需求，实现了克级规模的光化学反应，为机械化学和光化学的结合提供了新思路。 图文解读
结论展望
本文提出了一种利用机械发光（ML）材料的机械光激发策略，通过持续且非破坏性的机械激活，作为连续的光子发射源。该机械光激发策略采用SAOED作为机械发光材料，成功促进了光诱导霍夫曼-勒弗勒-弗雷塔（HLF）反应和电子供受体（EDA）复合物的光激活，两者均无需过量溶剂和外部光源。该策略不仅补充了机械氧化还原策略，在该策略中，压电材料通过机械激活作为单电子转移（SET）过程的催化剂，还提供了机械化学与光化学结合的新视角。通过利用SAOED（λmax = 520nm）的发光特性，该策略为将绿色光促进的化学反应（>500nm）适配到机械化学平台提供了有前景的途径。潜在应用不仅可以扩展到直接激发吸收绿色光的反应物和复合物，还包括由多种绿色光敏催化剂催化的反应，如小分子催化剂（如莹光素Y和罗丹明6G）、金属催化剂（如Fe(btz)3和Cp2TiCl2，btz是3,3′-二甲基-1,1′-双（对甲苯基）-4,4′-双（1,2,3-三唑-5-基亚胺）; Cp为环戊烯基）和异质催化剂（如CdS/CdSe和AuNP@TiO2）。该方法的多样性为机械化学合成开辟了新的可能性。 Xin, X., Geng, J., Zhang, D. et al. Mechano-photoexcitation for organic synthesis using mechanoluminescent materials as photon sources. Nat. Synth (2024). https://doi.org/10.1038/s44160-024-00681-8 纳米人学术QQ交流群
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