光点击化学作为点击化学与光化学的结合，是一种新兴的光控分子偶联技术。因其非侵入性、高时空分辨率、高生物相容性等特性，在表界面修饰、材料构建、生物成像、以及药物递送等领域展现出巨大应用潜力。然而，现有光点击体系普遍依赖紫外光驱动，存在生物组织能力差、光毒性高、机制调控难等瓶颈，严重限制了其在复杂生物环境中的实际应用。因此如何突破传统光点击反应的驱动波长与机制限制，实现可见光乃至近红外光驱动的光点击反应的构建，是该领域的一大挑战。
为解决这一问题，南京林业大学付幼心教授、2016年诺贝尔化学奖得主荷兰格罗宁根大学Ben Feringa教授联合浙江大学张鉴予研究员以9,10-菲醌（9,10-phenanthrenequinones, PQs）-富电子烯烃（electron-rich alkenes, ERAs）光点击反应为切入点，首次提出了“光点击反应机制反转”调控策略（见下图），通过官能团电子效应以及溶剂极性协同作用，成功实现了可见光诱导下光点击反应在直接反应机制与三重态敏化机制之间的转换。该团队设计合成了一系列2,2’-位取代的PQ衍生物，系统调节其电子效应（吸电子基团至给电子基团），结合瞬态吸收光谱与理论计算，发现取代基变化可诱导PQ分子最低单重激发态（S1, 1nπ* → 1ππ*）能级反转，从而调控系间窜越效率与三重态布居，实现光点击反应直接机制与三重态敏化机制的精准切换。吸电子基团修饰的PQ衍生物在直接路径下表现出高达11,470 M-1 s-1的二阶反应速率常数，创PQ-ERA光点击反应体系最快纪录。进一步研究发现，溶剂极性亦可作为机制调控开关，低极性溶剂稳定1nπ*态，促进直接路径；大极性溶剂诱导1ππ*态占优，激活三重态敏化路径。该机制反转策略为光点击反应的理性设计提供了全新思路，突破了传统光敏剂结构修饰的局限，显著拓宽了光点击化学在生物体内的适用窗口。
这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上，南京林业大学为该研究成果的第一完成单位，南京林业大学付幼心教授及博士研究生周静雯为论文的共同第一作者，南京林业大学本科生邹欣宜为第三作者。付幼心教授、浙江大学张鉴予研究员和荷兰格罗宁根大学Ben L. Feringa教授为论文的共同通讯作者。该研究工作得到国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、南京林业大学高层次人才项目等基金资助。
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Mechanism Inversion in Visible Light-Induced Photoclick Reactions
Youxin Fu*, Jingwen Zhou, Xinyi Zou, Liuhui Shi, Xing Zhang, Anna M. Doze, Michiel F. Hilbers, Wybren Jan Buma, Jianyu Zhang*, Ben L. Feringa*
J. Am. Chem. Soc. 2025, DOI: 10.1021/jacs.5c12759
通讯作者信息
付幼心，现任南京林业大学教授，博士生导师。2023年在荷兰格罗宁根大学获得博士学位（导师为Ben L. Feringa 教授，2016年诺贝尔化学奖得主，中科院外籍院士），主要研究领域为可见光、近红外光驱动的超快光点击反应的构筑及应用。以第一及通讯作者（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)等国际期刊上发表论文18篇，论文共计被引用800余次。曾获2022年度国家优秀自费留学生奖学金，2023年度荷兰最佳有机化学博士毕业论文奖（KNCV-Backer prize 2023）。课题组目前仍处于起步阶段，欢迎各位热爱光化学、点击化学、生物正交化学等领域的同学们加入团队。
张鉴予，现浙江大学高分子科学与工程学系百人计划研究员，入选国家级海外青年人才项目。2022年在香港科技大学获得博士学位（导师为唐本忠院士），随后分别于香港科技大学（2022-2023）和荷兰格罗宁根大学（2024-2025，合作导师为Ben L. Feringa院士）从事博士后研究。主要研究兴趣包括有机发光材料、光功能高分子、计算化学、光物理及光化学。以第一及通讯作者（含共同）在Nat. Photon. 、J. Am. Chem. Soc.、Nat. Commun.、Angew. Chem.等权威期刊发表论文38篇，论文共计被引用4100余次，h-因子36；入选2024年全球前2%顶尖科学家“年度影响力”榜单，曾获美国化学会高分子材料与工程分会“未来教职者”奖、美国化学会物理化学分会青年科学家奖、美国化学会“未来领袖者”奖及2022年获香港科技大学卓越研究奖等荣誉。
课题组主页：https://aie-zju.cn/
Ben Feringa教授，荷兰格罗宁根大学化学系教授。主要从事立体化学、有机合成化学不对称催化、分子开关、分子马达、分子自组装以及分子纳米系统的研究。其研究团队于1999年报道了首个人工合成的分子马达，为分子机器领域的研究提供了崭新的思路。由于其在分子机器研究领域的杰出贡献，他与法国科学家Jean Pierre Sauvage和美国科学家James Fraser Stoddart于2016年共同获得了当年的“诺贝尔化学奖”。2008年被任命为荷兰皇家科学院副院长，同年被荷兰女王封为骑士。美国科学院、美国艺术和科学院外籍院士，中科院外籍院士。Feringa教授曾获Koerber欧洲科学奖（2003）荷兰最高科学奖Spinoza奖（2004）、Paracelsus奖章（2008）、手性奖章（2009）、英国皇家化学会有机立体化学奖（2011）、居里夫人奖章（2013）等奖项。引用超10W次，学术论文H指数为161。
https://www.x-mol.com/university/faculty/47865
