近日，理學院青年教師張亞會老師團隊及王繼宇教授團隊合作在國際Top學術期刊Organic Chemistry Frontiers（中科院一區，IF = 4.6）上發表題為《Iron(II)-catalyzed annulation to construct novel quinone-fused cyclopenta[2,1-b]indoles: a promising type I photosensitizer》的研究論文。張亞會博士和王繼宇教授為論文通訊作者，成都有機化學研究所博士研究生胥紅和西華大學碩士研究生劉小春為論文共同第一作者，西華大學為該論文的第一完成單位。

光動力治療（PDT）是一種新穎的無創的腫瘤治療手段，具有精準性高、毒副作用低和治療效果好等優勢。光敏劑（PS）是PDT的重要組成部分，可以分為I型和II型。相比而下，I型PS更具有先進性，然而目前大部分報道的均為II型PS。I型PS的主要過程是電子和/或質子轉移以產生O2-?。目前，優質的?型PS仍然很少，其設計仍然是一個挑戰。

醌類化合物廣泛分布在自然界中，并且具有容易傳遞電子，形成半醌自由基的特點，長期以來一直是一種有前景的I型PS。因此，作者在之前的研究基礎上（圖1），使用吲哚萘醌和1,3-二羰基化合物設計并構建了一系列新型醌并環戊[2,1-b]吲哚骨架。并且研究了堿、催化劑、氧化劑、溶劑、溫度和時間等反應條件（如圖2）。

圖1.新型醌并環戊[2,1-b]吲哚的設計與構建

圖2. 醌并環戊[2,1-b]吲哚底物拓展

為了探究其反應機理，作者進行了多組對照實驗，結果表明該反應經歷吲哚萘醌和1,3-二羰基化合物的Michael加成/鐵（II）催化的自由基環化/芳構化過程。（圖3）

圖3,反應機理

隨后，作者對化合物的光物理性質進行了研究，優異的光物理性質使其具有成為PS的可能，通過對其中20種化合物的總活性氧檢測，作者挑選了效果最好的3af化合物進行后續研究，實驗數據及理論計算等證明3af化合物是一種基于稠環醌結構的純I型PS。（圖4）

圖4. 3af衍生物的PDT性能

最后，進行了細胞毒性、細胞內活性氧以及活死細胞實驗，所有這些數據證實，3af在細胞水平上表現出良好的ROS生成能力和PDT效應。（圖5）

圖5. 3af衍生物在細胞層次的PDT性能

綜上所述，作者通過Michael加成/鐵（II）催化的自由基環化/芳構化過程，以吲哚萘醌和1,3-二羰基化合物為底物，設計并構建了新型醌并環戊[2,1-b]吲哚。它們表現出近紅外吸收和較窄的單重態-三重態能隙。由于其高效的電子和/或質子傳輸能力，實現了純I型ROS的產生，可用于癌癥細胞的PDT。新型稠環醌在設計純I型PS中具有重大的理論意義和實際應用潛力。

該研究得到了四川省科技計劃的支持(Nos. 2022NSFSC1269, 2023NSFSC1977, 2023NSFSC0637).

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

作者介紹：

張亞會博士：講師，碩士生導師，北京理工大學博士、博士后。從事熒光、磷光光學探針及光動力治療方向的研究。以第一作者(并列一作)/通訊作者在 Nat. Commun.，Chinese. Chem. Lett.， Sci. China Chem., CCS Chem., Nanoscale，BMEMat等雜志發表學術文章；主持國家自然科學基金青年基金、博士后站前特別資助基金、四川省科技廳自然科學基金青年基金，四川省重點實驗室基金各1項。

王繼宇教授：西華大學理學院化學系教師，中國科學院大學有機化學博士，碩士生導師，四川省海外高層次留學人才、四川省專家服務團專家、成都市特聘專家。2013年至2014年在美國科羅拉多州立大學化學系博士后，師從美國Cope獎獲得者Robert M. Williams從事天然產物全合成工作。目前，主要從事通過自由基構建碳碳鍵和碳雜鍵、綠色合成化學及有機功能分子的設計與性能研究、兩親性分子的結構設計與性能研究等方面的研究工作。近年來，以項目負責人的身份完成縱橫向合作項目總金額超1000萬元。在Organic Letters、Chemical Communication、Organic Chemistry Frontiers、Advanced Synthesis & Catalysis、Journal of Organic Chemistry、Organic & Biomolecular Chemistry等國際國內期刊發表文章近50篇，申請中國發明專利30余項，授權中國發明專利15項，已培養畢業有機化學專業博士研究生6人，碩士研究生6人，目前在讀碩士研究生3人。