1. Giới thiệu

Visible light photocatalysis đã trở thành một công cụ mạnh mẽ trong tổng hợp hợp chất hữu cơ. Lĩnh vực này có thể được chia thành ba loại, dựa trên hệ thống xúc tác tham gia (Hình 1). Lớp đầu tiên được trang bị một chất xúc tác quang, trong trạng thái kích thích có khả năng kích hoạt một phân tử hữu cơ thông qua quá trình transfer điện tử đơn nhất (SET), transfer năng lượng (EnT) hoặc transfer nguyên tử (AT) (Hình 1a). Trong khi đó, sự kết hợp cộng sinh giữa phản ứng hóa hữu cơ, kim loại chuyển tiếp, cũng như phản ứng xúc tác enzym mới đây hơn, trong một cơ quan xúc tác hai lớp với các chất xúc tác ánh sáng, đã được phát triển một cách rộng rãi, tạo thành chế độ xúc tác thứ hai của quá trình quang hóa (Hình 1b). Hai chủ đề này đã được đánh giá rộng rãi,1-12 và thảo luận sâu hơn có thể được tìm thấy trong các bài đánh giá khác về vấn đề này.

Gần đây, một lĩnh vực mới nổi bật khác, đây được gọi là phản ứng xúc tác chuyển tiếp kim loại trong ánh sáng có khả năng nhìn thấy, đang nhận được sự chú ý ngày càng tăng từ cộng đồng (Hình 1c). Trong trường hợp này, một phức chất kim loại chuyển tiếp đóng vai trò kép bằng cách tận dụng năng lượng tử học như là một chất xúc tác quang, và sau đó xúc tác các sự kiện phá vỡ/kết hợp liên kết qua cơ chế truyền thống hoặc cơ chế mới loại. Do đó, sự kết hợp hai mặt của phức chất kim loại chuyển tiếp này là không cần thiết cho việc sử dụng một chất xúc tác ánh sáng bên ngoài. Mặc dù loại phản ứng xúc tác này đã tồn tại từ những năm 1980, nó chỉ xuất hiện lịch sử trong các tài liệu những thập kỷ sau đó. Tuy nhiên, sự phục hồi gần đây của phản ứng hóa quang cũng đã thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng trong lĩnh vực này trong vài năm qua, như được chứng minh bởi một số bài đánh giá.13-15

Quan trọng nhất, trong mô hình mới này, tương tác xúc tác-chất cơ bản, một quá trình cần thiết trong quá trình xúc tác kim loại chuyển tiếp trạng thái nền tảng, thường được kết hợp phối hợp với quá trình SET được kích hoạt bởi ánh sáng. Đáng chú ý, trong trường hợp này, quá trình SET có thể tiến hành thông qua một cơ chế cầu nội, điều này không phổ biến trong xúc tác photoredox quang thông thường (Hình 1a). Tương tác này giữa xúc tác-chất cơ bản có thể có lợi, vì nó giảm ngưỡng để quá trình oxi-hoá khái quát xảy ra, từ đó cho phép kích hoạt các phân tử hữu cơ có tiềm năng oxi-hoá cao, đôi khi vượt quá khả năng của các xúc tác photoredox tiêu chuẩn. Ngoài ra, các biến đổi dưới tiểu mục này phần lớn hoạt động thông qua một chu kỳ ánh sáng/hóa xúc tác duy nhất, khác với quang hóa kép có vẻ tương tự, trong đó yếu tố hấp thụ ánh sáng bên ngoài, thường là loài hấp thụ ánh sáng duy nhất,16 được yêu cầu để thu hoạch năng lượng của ánh sáng (Hình 1b).

Đánh giá này nhằm cung cấp cho độc giả một tài khoản về lĩnh vực mới nổi này từ giai đoạn phát triển đầu tiên đến những tiến bộ gần đây. Phạm vi phản ứng được gợi ý cho tất cả các phương pháp, và cơ chế được thảo luận cho tất cả các giao thức mới. Do phương pháp tổng hợp được phát triển gần đây thường tập trung vào việc khám phá phạm vi phản ứng, một số khía cạnh cơ chế của các giao thức mới phát triển vẫn chưa rõ ràng. Do đó, các cơ chế phản ứng được trình bày ở đây chỉ phản ánh các đề xuất hợp lý bởi các tác giả, và do đó có thể bao gồm các bước là đoán.

Chúng tôi đã giới hạn cuộc thảo luận của mình vào sự xúc tác thuần tuý trong ánh sáng có khả năng nhìn thấy (>390 nm). Do đó, các biến đổi được kích hoạt bởi tia tử ngoại, yêu cầu việc sử dụng thiết bị bằng kính đặc biệt và các phương pháp sử dụng phức chất kim loại chuyển tiếp trong lượng xúc tác và xúc tác ánh sáng chuyển tiếp hoặc bán truyền, không được đề cập ở đây. Bên cạnh đó, có báo cáo cho thấy vai trò của ánh sáng bị giới hạn để kích hoạt ở chu kỳ ngoài của trạng thái tiền xúc tác kim loại chuyển tiếp qua phân giải ligand, quá trình khử tăng tốc của phức chất kim loại hoặc phân giải liên kết kim-loại. Vì trong những trường hợp này, chu kỳ xúc tác không yêu cầu ánh sáng nhìn thấy, các loại hóa học bắt đầu bằng ánh sáng này cũng nằm ngoài phạm vi của đánh giá này, và do đó không được thảo luận ở đây.