研究背景
光化學和機械化學分別在有機合成中發揮著重要作用。光化學通過光激發反應分子，能夠在溫和條件下生成高能激發態分子，展現出與基態分子顯著不同的化學性質和反應性，從而實現一些傳統熱反應難以達到的轉化。機械化學則利用機械力驅動反應，消除了溶劑的使用，提高了反應效率，并推動了可持續合成的進程。與傳統的溶液合成方法相比，機械化學具有更高的反應濃度和更少的廢物生成。然而，光化學和機械化學的結合仍面臨挑戰，特別是在反應容器的透明性問題上，這限制了外部光源的有效照射。為了解決這一問題，西北大學王晗與新加坡國立大學吳杰教授研究團隊合作在Nature Synthesis期刊上發表了題為“Mechano-photoexcitation for organic synthesis using mechanoluminescent materials as photon sources”的最新論文。該團隊設計并制備了機械發光材料，特別是SrAl2O4:Eu2+/Dy3+，作為通過機械能激活的內部光源，提出了一種新的機械光激發策略。該策略能夠在沒有外部光源的情況下，利用機械能觸發光激發反應，成功實現了兩種重要的光化學反應：霍夫曼-勒弗勒-弗雷塔反應和電子供受體復合物在磺化反應中的激活。通過這種方法，反應能夠在沒有溶劑的情況下進行，顯著提高了反應的濃度和效率。機理研究進一步證實了這些轉化是通過自由基途徑進行的，控制實驗驗證了機械光激活的關鍵作用。該研究不僅有效地解決了光化學和機械化學結合過程中的一些技術難題，還為將機械能應用于有機合成提供了新的思路。通過該方法，研究人員成功地實現了克級光化學轉化，為光化學在合成化學中的應用開辟了新天地。這一成果為光化學和機械化學的結合提供了重要的實驗依據和理論支持，具有廣泛的應用前景。
研究亮點
1. 實驗首次提出了一種機械光激發策略，利用機械發光材料（如SrAl2O4:Eu2+/Dy3+）作為內部光源，通過機械能激活，實現光化學反應。2. 實驗通過這種策略，成功應用于兩種光化學反應：霍夫曼-勒弗勒-弗雷塔反應和磺化反應中的電子供受體復合物激活，驗證了機械能驅動下的光化學轉化。3. 實驗通過機理研究確認了這些反應的自由基特性，表明轉化過程是自由基機制，并通過控制實驗驗證了機械光激活在反應中的關鍵作用。4. 實驗通過僅使用機械能，避免了外部光源的需求，實現了克級規模的光化學反應，為機械化學和光化學的結合提供了新思路。
圖文解讀
結論展望
本文提出了一種利用機械發光（ML）材料的機械光激發策略，通過持續且非破壞性的機械激活，作為連續的光子發射源。該機械光激發策略采用SAOED作為機械發光材料，成功促進了光誘導霍夫曼-勒弗勒-弗雷塔（HLF）反應和電子供受體（EDA）復合物的光激活，兩者均無需過量溶劑和外部光源。該策略不僅補充了機械氧化還原策略，在該策略中，壓電材料通過機械激活作為單電子轉移（SET）過程的催化劑，還提供了機械化學與光化學結合的新視角。通過利用SAOED（λmax = 520nm）的發光特性，該策略為將綠色光促進的化學反應（>500nm）適配到機械化學平臺提供了有前景的途徑。潛在應用不僅可以擴展到直接激發吸收綠色光的反應物和復合物，還包括由多種綠色光敏催化劑催化的反應，如小分子催化劑（如瑩光素Y和羅丹明6G）、金屬催化劑（如Fe(btz)3和Cp2TiCl2，btz是3,3′-二甲基-1,1′-雙（對甲苯基）-4,4′-雙（1,2,3-三唑-5-基亞胺）; Cp為環戊烯基）和異質催化劑（如CdS/CdSe和AuNP@TiO2）。該方法的多樣性為機械化學合成開辟了新的可能性。 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
