有机化学中的可见光反应
1900年，化学家Giacomo Ciamician推测光化学具有广阔的未来[1]，但是直到近来，有机光化学才取得了迅猛发展，并逐渐成为了重要的合成工具。可见光是电磁波谱的基本组成部分，在有机化学中起着举足轻重的作用。与传统方法相比，可见光化学具有条件温和，节能环保，高选择性等优势[2]。
可见光的波长约为390 ~ 700 nm，能量大约为1.77 ~ 3.10 eV，具有足够的能量来促进有机分子中的电子跃迁。有机分子根据其电子结构选择性地吸收光子后，分子会经历辐射跃迁或者非辐射跃迁进行能量转移（Jablonski能级图），从而发生光化学转化[3]。
图一 Jablonski能级图
可见光催化一般利用光催化剂或者光敏剂来引发化学反应。可见光催化剂可以吸收特定波长的光并产生活性中间体，如：自由基或激发态，这些中间体在温和的条件下活化底物，发生化学转化。过渡金属配合物（如：铱和十钨酸盐）和有机染料（如：曙红Y和吖啶橙）能够有效吸收可见光并参与氧化还原过程[3,4]，通常被用作光催化剂，由于它们的不断开发，有机光化学取得了飞速的进步。
图二 光催化剂和光敏剂
可见光氧化还原反应涉及电子在光催化剂和底物之间的转移，从而产生自由基阴离子或阳离子，可见光催化剂吸收可见光并经历氧化还原循环。光催化剂被光激发后，单电子从底物转移或转移到底物的途径有四种：(1)激发态的光催化剂氧化底物，(2)激发态的光催化剂还原底物，(3)氧化态光催化剂在基态条件下氧化底物以及(4)还原态光催化剂在基态条件下还原底物。光氧化还原反应可以使惰性化学键在温和的反应条件下实现官能团化。在过去的十年中，可见光催化已经发展成为一种广泛应用于有机合成的方法，可实现多种转化，如交叉偶联反应、a-氨基功能化、环加成反应、ATRA反应或氟化反应[5]。
图三 光氧化还原机理
可见光介导的反应通过减少能源消耗、最大限度地减少废物产生和实现原子高效转化，为可持续化学计划做出了贡献。光催化过程利用温和反应条件（例如：环境温度和大气压力）和可再生能源（例如：阳光），发展绿色化学的合成途径。如今，可见光催化方法在药物发现和开发中的应用越来越多，促进了先导化合物的后期修饰和多样化，简化了先导化学物的活性筛选和药代动力学研究。随着研究的进步和技术的发展，可见光的利用将继续重新定义有机合成的前沿，推动药物开发、材料科学和可持续化学的发现。
参考文献：
[1] G. Ciamician, et al, The Photochemistry of the Future. Science 1912, 36, 385−394.
[2] W.-J. Xiao, et al, Visible-Light Photoredox Catalysis. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 6828−6838.
[3] N. A. Romero, et al, Organic photoredox catalysis. Chem. Rev. 2016, 116, 10075−10166.
[4] D. W. C. MacMillan, et al,Visible Light Photoredox Catalysis with Transition Metal Complexes: Applications in Organic Synthesis. Chem. Rev. 2013, 113, 5322−5363.
[5] O. Reiser, et al, Visible-Light Photocatalysis: Does It Make a Difference in Organic Synthesis? Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 10034−10072.
