编辑推荐：
在有机合成中，光催化面临光衰减和溶剂利用过度等问题。研究人员开展了将可见光催化与共振声学混合（RAM）相结合的光机械化学平台研究。结果显示该平台能实现高效交叉偶联反应，优势显著。这为合成化学开辟了新路径。
在有机合成的广阔领域中，光催化曾经是一颗闪耀的新星。它能在温和条件下推动众多化学反应，凭借单电子转移（SET）、能量转移（EnT）等多样机制，极大地丰富了合成手段。然而，随着研究的深入，问题逐渐浮现。光在反应介质中的穿透深度有限，就像阳光照进浑浊的池塘，很快就被削弱，导致反应效率大打折扣。而且，为了让反应顺利进行，往往需要大量溶剂，这不仅造成资源浪费，还带来了后续处理的麻烦，在制药等行业，溶剂甚至占化学物质总量的约 85%。传统的扩大反应器规模等方法，在应对这些问题时显得力不从心，特别是对于浑浊的悬浮液体系，光衰减让反应效率更低。于是，如何突破这些困境，成为化学领域亟待解决的难题。
在此背景下，来自阿卜杜拉国王科技大学（King Abdullah University of Science and Technology，KAUST）的研究人员 Deshen Kong、Liang Yi 等人展开了一项极具创新性的研究。他们致力于构建一个全新的光机械化学平台，将可见光催化与共振声学混合（Resonant Acoustic Mixing，RAM）技术相结合，试图为光催化面临的困境找到突破口。
研究人员在探索过程中，采用了一系列关键技术方法。他们使用商业的 Resodyn LabRAM II 仪器进行光机械化学实验，该仪器利用非接触式的强制振动方式，通过强大的声场促进粒子在低频下有效碰撞。为了满足光照需求，特别设计了模块化灯座和 3D 打印的样品架。模块化灯座可安装四盏灯和两个冷却风扇，保障光照和散热；3D 打印样品架由 ABS 聚合物制成，能适配 4 mL 玻璃小瓶，一次可同时进行 12 个反应，大大提高了实验通量。
在研究结果方面，首先是反应条件的优化。研究人员以 K?nig 团队之前建立的镍光氧化还原催化反应条件为基础进行探索。以 4 - 溴苯甲腈（1a）和苯胺（2a）为起始原料，在 4 mL 玻璃小瓶中进行反应。结果发现，在优化前的条件下，反应 90 分钟能得到 90% 产率的化合物 3。进一步研究发现，省略溶剂虽会使混合物变得粘稠、不均一，但产率仅略微下降。而添加球磨常用的研磨剂如海砂和硅胶，反而会降低产率。此外，通过控制实验明确了光、光催化剂和镍盐对反应的必要性，同时发现 DABCO 和 Et3N 的用量对反应影响显著，当二者均为 1 equiv. 时，反应 30 分钟即可实现定量产率。
底物范围的研究成果也十分丰硕。对于不同的芳基卤化物，无论是带有吸电子基团还是供电子基团的芳基溴化物，都能较好地兼容，多种官能团如氰基、酯基等都不影响反应，还能容忍杂环底物和生物活性分子参与反应。在亲核试剂方面，4 - 溴苯甲腈（1a）能与多种 N、O、P、S - 亲核试剂顺利反应，不过对于一些低反应性底物，使用 40 W 440 nm 蓝色 LED 作为光源可提高产率。
降低催化剂负载的实验也有重要发现。实验表明，固定镍催化剂负载量为 5 mol% 时，光催化剂负载量低于 0.01 mol% 会降低反应效率；固定光催化剂为 0.01 mol% 时，镍催化剂负载量对反应影响较大，且反应体系的热效应在一定程度上会影响反应结果。
在放大实验中，该平台展现出强大的优势。以苯胺（2a）为例，在 10 mmol 规模下，仅使用 0.01 mol% 的光催化剂和镍催化剂，20 分钟内就能获得 93% 的产率，在 100 mmol 和 300 mmol 规模下也能取得高产量，相应的催化剂周转数（TON）高达 9800。对于吡咯烷（2c）也能在不同规模下获得较高产率。而且，与传统溶液相光催化相比，该光机械化学平台反应时间更短，绿色指标更优，还能实现多种其他光诱导反应，如双 Ni / 光氧化还原脱羧 C (sp2) - C(sp3) 交叉偶联反应等。
研究结论和讨论部分，这项研究成功构建了一种新颖的光机械化学平台，在溶剂最小化条件下实现了高效的双催化交叉偶联反应。该平台操作简便、底物耐受性广、反应时间短、催化剂负载低，还能兼容糊状混合物，在 0.2 - 300 mmol 的反应规模内都展现出良好的可扩展性和实用性。与传统溶液相方法相比，在效率和环境效益方面更具优势。这一成果有望推动工业上可行的、溶剂最小化的光催化工艺的进一步发展，特别是在传统光化学受限的应用场景中，具有重要的科学意义和工业应用潜力。
