近日，Science Bulletin雜志在線發表了深圳大學微納光電子學研究院蘇陳良教授團隊的研究成果，該研究團隊以鉀摻雜聚合物氮化碳為半導體光催化劑，在光激發下利用光生空穴氧化活化甲醇生成甲醛，并以瞇為甲醛的捕獲劑，進行[3+1]縮合反應，生成二亞胺中間體。該中間體與烯醇原位發生[4+2]環加成反應構建了六元雜環中間體，并與還原端產生的活性氧發生氧化芳構化反應，得到目標嘧啶類分子（圖1）。

圖1、(a)半導體光氧化還原催化機制。(b)不同光催化劑的光催化活性:鹽酸芐脒 (0.9 mmol)、4-乙酰吡啶 (0.3 mmol)，光催化劑 (15 mg) 和K2CO3 (1.5 mmol)，在5.0 mL的MeOH中，在空氣中反應24小時。(c)光催化劑循環穩定性測試。

研究人員在機理研究時，發現產物在前五小時生成速率高且并未觀察到甲醛分子的累積；在五個小時之后，產物生成速率趨于平穩，甲醛分子快速累積。上述現象證實了甲醇被氧化生成甲醛，并在初始階段被快速消耗生成產物。不同氣氛的對照實驗證實了氧氣的重要性，進一步當直接使用(HCHO)n并在N2氣氛時，觀察到了二亞胺中間體與烯醇的[4+2]產物后續轉換的8和9副產物，間接證實了中間體C的存在（圖2）。

圖2、(a)產物產率和HCHO的消耗率。(b)活性物種猝滅實驗。(c)提出的反應機制。

進一步的實驗研究表明該多組分環化策略具有官能團兼容性良好、底物普適性較高、催化劑穩定性高等優點，且適用于氘代嘧啶類分子的合成。克級規模的流動相光合成驗證了該方法的可放大性和實用性。該研究表明了半導體光催化劑在以甲醇為C1合成子的復雜分子構建中具顯著優勢，為未來人工光合成復雜生物活性分子奠定了基礎。

研究詳情請見原文：

Heterogeneous photocatalytic methanol oxidation coupled with oxygen reduction toward pyrimidines synthesis。https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.06.006

巫洪儒副研究員為第一作者，蘇陳良教授為唯一通訊作者，深圳大學為唯一通訊單位。