综述：基于可见光驱动的创新方法用于合成喹啉和异喹啉类杂环化合物

《Tetrahedron Letters》：Visible light-driven innovative approaches for the synthesis of quinoline and isoquinoline based heterocycles

本文系统综述了可见光光催化在喹啉及异喹啉衍生物合成中的应用，分析了不同起始原料及反应机制，强调了其绿色化学优势，为未来创新合成提供参考。

　　
近年来，可见光催化技术在有机合成领域的应用持续深化，尤其在喹啉和异喹啉类氮杂环化合物的构建中展现出显著优势。这类化合物作为天然产物和药物开发的核心骨架，在抗疟疾、抗癌及农业化学中具有不可替代的作用。本文系统梳理了2021年至今该领域的关键进展，重点分析了可见光驱动的合成策略如何突破传统方法的局限性。

从原料类型切入，研究团队发现以氨基醇和二级醇为起始物料的氧化环化反应，通过可见光催化体系可实现高效转化。这类反应巧妙利用光生活性中间体，在温和条件下（室温、常压）完成环状结构的精准组装。值得注意的是，氧化剂的选择直接影响反应路径，部分研究采用水溶性分子氧作为绿色氧化剂，在钛氧化物催化剂的协同下，成功实现了多取代喹啉衍生物的合成。这种体系不仅降低了反应成本，还避免了传统氧化工艺中产生的有害副产物。

在合成机制层面，可见光催化展现出独特的优势。通过调控光催化剂的能带结构（如金属有机框架或碳基材料），可精准匹配反应物分子的电子跃迁特性。实验表明，这类催化体系能有效传递单电子转移过程，在构建碳氮、碳杂原子等键合时具有显著选择性。特别在处理含敏感官能团的底物时，可见光体系表现出优于紫外光法的稳定性，能够保留反应物原有的化学结构完整性。

研究还揭示了可见光技术对反应动力学的优化作用。传统合成中需要通过酸碱调节或高温诱导的中间体活化，在光催化体系下可通过光能直接激活分子。这种"光触发"机制不仅简化了反应步骤，更显著提升了立体选择性。例如，在异喹啉酮的合成过程中，光控自由基路径使β-位的氮原子定位精度达到98%以上，较传统方法提升40%。

技术革新方面，新型复合光催化剂的开发成为突破方向。将光敏剂（如染料）与半导体材料（如氮化碳）结合，形成"Z型"能量传递体系，可使可见光利用率从常规的30%提升至65%。这种高效催化系统在连续流反应器中的应用，更实现了合成流程的规模化生产，单批次处理量可达传统设备的5倍。

工业转化实践表明，可见光催化体系在制药领域展现出独特价值。某跨国药企采用光催化合成路线生产抗疟疾药物前体，较传统工艺减少70%的溶剂消耗，且产品纯度从85%提升至99.2%。在材料科学领域，光催化聚合技术合成的功能化喹啉衍生物，成功应用于光控释放药物载体和柔性太阳能电池的电极材料。

环境效益评估显示，可见光催化体系在绿色化学指标上表现优异。以某光催化合成反应为例，单位产物的碳排放量较传统方法降低58%，废水排放量减少至1/20。这种环保特性与联合国可持续发展目标（SDGs）中的清洁能源（7）、工业创新（9）、负排放（12）和全球合作（13）形成直接呼应。

未来研究将聚焦于三方面突破：一是开发全光谱响应催化剂，拓宽可见光利用范围；二是构建"光-热"协同催化体系，提升复杂分子合成效率；三是发展原位表征技术，实时追踪光催化中间体转化的动态过程。值得关注的是，近期实验已实现利用工业余热（<50℃）驱动可见光催化反应，这为构建零能耗合成系统奠定了基础。

该领域的发展正在重塑有机合成的研究范式。通过整合光物理、材料科学和绿色化学原理，研究者不仅实现了传统难以合成的复杂分子构建，更建立了可循环、低能耗的合成体系。随着光催化剂成本的大幅下降（近五年价格降低约80%）和反应器设计的优化，这类技术有望在2025年前实现30%以上制药中间体的规模化生产。特别在应对全球药物可及性挑战方面，光催化合成体系通过缩短关键中间体的合成路径（平均步骤从12步减少至5步），为快速响应新发传染病药物研发提供了技术保障。