可见光驱动的光致变色茚并萘吡喃-二苯甲酮体系在自由基聚合中的高效引发机制及应用

本研究针对传统紫外光引发剂毒性高、穿透性差的问题，开发了新型茚并萘吡喃-二苯甲酮(Indeno-fused naphthopyran-benzophenone)光引发体系。研究人员通过分子设计合成该光致变色化合物，证实其在405 nm可见光下可高效引发聚丙烯酸酯树脂自由基聚合，实现了无色液态树脂直接成型柔软薄壁固体器件，为生物相容性3D打印材料开发提供了新策略。

　　

在光聚合材料领域，传统紫外光引发剂存在明显局限性：短波长紫外光(<380 nm)易被材料吸收导致穿透深度不足，且高能辐射可能损伤生物组织。随着生物医学领域对可见光固化材料需求的增长，开发高效、低毒的可见光引发剂成为研究热点。光致变色分子因其可逆的光响应特性备受关注，但现有体系普遍存在引发效率低、残留色度等问题。

针对这一挑战，研究人员在《Asian Journal of Organic Chemistry》发表的研究工作中，设计合成了一种创新性的茚并萘吡喃-二苯甲酮杂化分子。该分子通过将光致变色单元(Indeno-fused naphthopyran)与经典光引发基团(benzophenone)共价连接，实现了可见光(405 nm)激发下的高效自由基生成。实验表明，该体系可在环境条件下引发聚丙烯酸酯树脂快速固化，所得材料具有优异的机械柔韧性和尺寸精度，厚度可控制在亚毫米级。

关键技术包括：1) 多步有机合成构建杂化分子骨架；2) 紫外-可见光谱(UV-Vis)表征光响应特性；3) 电子顺磁共振(EPR)检测自由基生成；4) 光流变学测试实时监测聚合动力学；5) 机械性能测试评估固化材料弹性模量。

【分子设计与合成】
通过Friedel-Crafts酰基化等反应构建茚并萘吡喃核心结构，再与二苯甲酮衍生物偶联获得目标化合物。核磁共振(¹H/¹³C NMR)和质谱(MS)证实分子结构正确。

【光物理性质】
UV-Vis显示该化合物在405 nm处有显著吸收(ε>5000 M^-1cm^-1)，光照后出现典型光致变色现象，最大吸收红移至560 nm。

【聚合性能】
EPR检测到光照10秒即产生明显自由基信号。使用2 wt%引发剂时，液态树脂在5分钟内完全固化，固化深度达2 mm。

【材料表征】
固化产物透光率>90%，拉伸模量0.5-2 MPa可调，可实现50 μm精度的微结构成型。

该研究创新性地将光致变色与光引发功能集成于单一分子，突破了可见光引发剂效率低的瓶颈。所得材料在组织工程支架、柔性电子器件等领域具有应用潜力，特别是其低能量需求(仅需10 mW/cm² 405 nm光源)显著提升了生物安全性。工作为发展新一代智能光响应材料提供了重要范式。