理学院科研团队在国际Top学术期刊Organic Chemistry Frontiers发表研究论文

近日，理学院青年教师张亚会老师团队及王继宇教授团队合作在国际Top学术期刊Organic Chemistry Frontiers（中科院一区，IF = 4.6）上发表题为《Iron(II)-catalyzed annulation to construct novel quinone-fused cyclopenta[2,1-b]indoles: a promising type I photosensitizer》的研究论文。张亚会博士和王继宇教授为论文通讯作者，成都有机化学研究所博士研究生胥红和西华大学硕士研究生刘小春为论文共同第一作者，西华大学为该论文的第一完成单位。

光动力治疗（PDT）是一种新颖的无创的肿瘤治疗手段，具有精准性高、毒副作用低和治疗效果好等优势。光敏剂（PS）是PDT的重要组成部分，可以分为I型和II型。相比而下，I型PS更具有先进性，然而目前大部分报道的均为II型PS。I型PS的主要过程是电子和/或质子转移以产生O2-•。目前，优质的І型PS仍然很少，其设计仍然是一个挑战。

醌类化合物广泛分布在自然界中，并且具有容易传递电子，形成半醌自由基的特点，长期以来一直是一种有前景的I型PS。因此，作者在之前的研究基础上（图1），使用吲哚萘醌和1,3-二羰基化合物设计并构建了一系列新型醌并环戊[2,1-b]吲哚骨架。并且研究了碱、催化剂、氧化剂、溶剂、温度和时间等反应条件（如图2）。

图1.新型醌并环戊[2,1-b]吲哚的设计与构建

图2. 醌并环戊[2,1-b]吲哚底物拓展

为了探究其反应机理，作者进行了多组对照实验，结果表明该反应经历吲哚萘醌和1,3-二羰基化合物的Michael加成/铁（II）催化的自由基环化/芳构化过程。（图3）

图3,反应机理

随后，作者对化合物的光物理性质进行了研究，优异的光物理性质使其具有成为PS的可能，通过对其中20种化合物的总活性氧检测，作者挑选了效果最好的3af化合物进行后续研究，实验数据及理论计算等证明3af化合物是一种基于稠环醌结构的纯I型PS。（图4）

图4. 3af衍生物的PDT性能

最后，进行了细胞毒性、细胞内活性氧以及活死细胞实验，所有这些数据证实，3af在细胞水平上表现出良好的ROS生成能力和PDT效应。（图5）

图5. 3af衍生物在细胞层次的PDT性能

综上所述，作者通过Michael加成/铁（II）催化的自由基环化/芳构化过程，以吲哚萘醌和1,3-二羰基化合物为底物，设计并构建了新型醌并环戊[2,1-b]吲哚。它们表现出近红外吸收和较窄的单重态-三重态能隙。由于其高效的电子和/或质子传输能力，实现了纯I型ROS的产生，可用于癌症细胞的PDT。新型稠环醌在设计纯I型PS中具有重大的理论意义和实际应用潜力。

该研究得到了四川省科技计划的支持(Nos. 2022NSFSC1269, 2023NSFSC1977, 2023NSFSC0637).

文章信息：Org. Chem. Front., 2024, 11, 4119.  DOI: 10.1039/d4qo00708e

作者介绍：

张亚会博士：讲师，硕士生导师，北京理工大学博士、博士后。从事荧光、磷光光学探针及光动力治疗方向的研究。2022年度入选“天府峨眉计划”青年科技人才计划（原四川省千人计划）。以第一作者(并列一作)/通讯作者在 Nat. Commun.，Chinese. Chem. Lett.， Sci. China Chem., CCS Chem., Nanoscale，BMEMat等杂志发表学术文章；主持国家自然科学基金青年基金、博士后站前特别资助基金、四川省科技厅自然科学基金青年基金，四川省重点实验室基金各1项。

王继宇教授：西华大学理学院化学系教师，中国科学院大学有机化学博士，硕士生导师，四川省海外高层次留学人才、四川省专家服务团专家、成都市特聘专家。2013年至2014年在美国科罗拉多州立大学化学系博士后，师从美国Cope奖获得者Robert M. Williams从事天然产物全合成工作。目前，主要从事通过自由基构建碳碳键和碳杂键、绿色合成化学及有机功能分子的设计与性能研究、两亲性分子的结构设计与性能研究等方面的研究工作。近年来，以项目负责人的身份完成纵横向合作项目总金额超1000万元。在Organic Letters、Chemical Communication、Organic Chemistry Frontiers、Advanced Synthesis & Catalysis、Journal of Organic Chemistry、Organic & Biomolecular Chemistry等国际国内期刊发表文章近50篇，申请中国发明专利30余项，授权中国发明专利15项，已培养毕业有机化学专业博士研究生6人，硕士研究生6人，目前在读硕士研究生3人。