利用光催化反應(yīng)生產(chǎn)高附加值化學(xué)品是解決這一挑戰(zhàn)的有效途徑。光催化氧化技術(shù)在環(huán)境凈化、能源轉(zhuǎn)換和材料合成等領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用潛力。在光催化氧化反應(yīng)中，苯甲酸的生成可以通過(guò)直接氧化甲苯來(lái)實(shí)現(xiàn)。特別是HAT策略可以在溫和條件下活化惰性的C(sp3)?H鍵。然而，目前的HAT試劑仍然需要氧化氛圍來(lái)將低價(jià)HAT試劑恢復(fù)到其原始價(jià)態(tài)。這一過(guò)程可能與反應(yīng)中間體存在氧化競(jìng)爭(zhēng)，導(dǎo)致部分能量損失。因此，有必要找到一種高效利用光能的HAT試劑。耗氧細(xì)胞在代謝過(guò)程中產(chǎn)生一系列活性氧物種（ROS），這些物種作為調(diào)節(jié)眾多細(xì)胞生理功能的關(guān)鍵信號(hào)分子。ROS的產(chǎn)生和清除受到嚴(yán)格調(diào)控，以維持生物體的穩(wěn)態(tài)。在這種情況下，氧氣通過(guò)能量傳遞或單電子還原過(guò)程產(chǎn)生各種ROS，包括1O2、超氧陰離子、過(guò)氧化氫和羥基自由基等。由于其氧化特性，ROS已被廣泛應(yīng)用于環(huán)境污染控制和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，如綠色水消毒和癌癥光動(dòng)力療法等。
作者推測(cè)，可以通過(guò)結(jié)合HAT試劑和ROS生成來(lái)高效氧化甲苯，特別是通過(guò)能量轉(zhuǎn)移過(guò)程生成1O2，將有望提高光能的有效利用。然而，實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是，大多數(shù)小分子HAT試劑在光激發(fā)下無(wú)法將能量傳遞給氧氣。
本文報(bào)道了一種溫和實(shí)用的策略，通過(guò)HAT和ROS的協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)甲苯衍生物的光催化氧化。該方法采用有機(jī)光催化劑蒽醌作為HAT試劑和能量轉(zhuǎn)移試劑，在溫和的條件下以低催化劑負(fù)載產(chǎn)生1O2，具有高的氧化能力，從而促進(jìn)HAT過(guò)程并促進(jìn)一系列甲苯衍生物的光催化氧化。
Dr. Wen-Li Ma,?Jian-Yue Liu,?Dr. Kai-Kai Niu,?Jing Cui,?Rong-Zhen Zhang,?Dr. Rui-Zhi Dong,?Dr. Hui Liu,?Prof.?Dr. Ling-Bao Xing
Chemistry – A European Journal
DOI: 10.1002/chem.202402776
