水溶性Re(I)光触发一氧化碳释放分子(photoCORMs)的机理探索与治疗潜力研究

本研究针对一氧化碳(CO)靶向递送难题，设计合成三种水溶性Re(I)三羰基化合物([Re(aaz)(CO)3]Cl等)，通过UV-Vis/IR/NMR/ESI-MS/电化学多技术联用解析其UVC光照下的CO释放动力学，结合DFT理论计算阐明涉及三重态(T1)的阶梯式释放机制，为开发高效photoCORMs提供关键理论支撑。

　　

论文解读
在生物医学领域，一氧化碳(CO)这个传统认知中的"沉默杀手"正展现出令人惊喜的 therapeutic potential（治疗潜力）。研究表明，这种气体分子能像一氧化氮(NO)一样参与调控神经、心血管和免疫系统功能，对炎症、器官移植、动脉硬化和癌症等疾病具有显著疗效。然而如何安全精准地递送CO至靶点组织，成为制约其临床应用的最大瓶颈——直接吸入气态CO可能导致致命缺氧，而 uncontrolled release（不可控释放）会引发严重毒性反应。

这一困境催生了CO释放分子(CORMs)的研发热潮，其中光触发型(photoCORMs)因其时空可控性备受关注。与需要复杂生化环境激活的传统CORMs不同，photoCORMs能通过特定波长光照实现按需释放。然而现有体系普遍存在水溶性差、副产物毒性、释放机制不明等问题，特别是对 heavy metal（重金属）铼(I)基化合物中 spin-orbit coupling（自旋轨道耦合，SOC）的关键作用认识不足。为此，巴西研究团队在《Inorganic and Nuclear Chemistry Letters》发表研究，通过合成三种新型水溶性Re(I)-三羰基配合物，首次系统揭示了SOC效应对CO释放机制的调控规律。

研究采用多学科交叉技术：UV-Vis光谱追踪光解过程，FTIR实时监测CO释放，ESI-MS鉴定中间体，循环伏安法分析电子结构，辅以含SOC校正的DFT理论计算。特别通过比较[Re(aaz)(CO)₃]Cl (1)、[Re(Me₂aaz)(CO)₃]Cl (2)和[Re(tacn)(CO)₃]Cl (3)的差异（配体结构见图1），建立构效关系模型。

主要发现

1. 合成与表征：X射线晶体学证实化合物2中Re-N键长2.15-2.19 ?，FTIR显示ν(CO)在1900-2020 cm^-1区间，典型fac-Re(CO)₃构型。水溶性测试显示3在生理pH下溶解度>10 mM。

2. 光化学行为：254 nm光照时，所有化合物均呈现阶梯式CO释放：先产生bis-carbonyl中间体（寿命约15分钟），继而转化为mono-carbonyl终产物。量子产率测定显示2最高(0.32)，与其甲基修饰增强SOC效应相关。

3. 机制解析：TD-DFT计算表明，光照后¹MLCT(金属到配体电荷转移态)经超快ISC（<100 fs）跃迁至T₁态，该态M-CO键稳定化能比Mn类似物高40-60 kJ/mol。但配体场分裂导致T₁→S₀系间穿越时发生选择性M-CO键断裂。

结论与展望
该研究首次证实Re(I)-photoCORMs的CO释放遵循"激发态稳定化-选择性解离"的三步机制，其中SOC效应通过调控T₁态寿命成为决定释放效率的关键因素。相比前期报道的Mn基化合物，Re体系虽释放速率较慢，但具有更好的水溶性和更可控的释放动力学。作者Vitor C. Weiss等提出的配体修饰策略（如Me₂aaz的甲基化）为平衡SOC强度与释放活性提供了新思路，对开发适用于 deep-tissue phototherapy（深部组织光疗）的近红外响应型photoCORMs具有重要指导价值。