在不对称合成中，为特定反应筛选最优手性催化剂通常依赖大量经验性迭代优化，而“优势”催化剂（如Hayashi-Jørgensen催化剂、双噁唑啉配体、BINOL衍生磷酸等）因结构模块化、可从手性原料快速合成，极大加速了这一进程。尽管光化学涉及与基态反应完全不同的机制，一些优势催化剂仍被成功应用于光反应中。例如，基态催化剂可调控强吸收底物的反应性，但对大多数弱发色团底物不适用。另一种策略是使用手性助催化剂与非手性或外消旋光敏剂联用，但往往需要较高催化剂负载量。使用对映纯光催化剂是解决上述问题的潜在方案。然而，开发高对映选择性光催化剂仍是巨大挑战，目前仅有少数几类具有较好通用性，但这些催化剂的合成较为冗长，且需要手性拆分步骤，限制了其广泛应用。另一种策略是将光催化活性亚基引入已建立的基态优势催化剂中。但这些催化剂尚未显示出超越原始设计反应的通用性。因此，开发一种合成简便、结构可调、机制通用的优势手性光催化剂将极大推动不对称光化学的发展。
二、【创新成果】
基于此，英国圣安德鲁斯大学Eli Zysman-Colman教授与美国威斯康星大学麦迪逊分校Tehshik P. Yoon教授联合在Science上发表了题为“Modular enantioselective photocatalysts from privileged pybox scaffolds”的论文，报道通过在优势吡啶双噁唑啉（Pybox）骨架的4位引入咔唑电子供体单元，设计并合成了一类模块化对映选择性光催化剂。该催化剂可从市售手性原料出发，经三步简洁合成，无需手性拆分。研究团队系统表征了其电荷转移（CT）光物理性质，证实通过调节咔唑取代基或配位路易斯酸，可分别精准调控HOMO与LUMO能级，从而优化氧化还原能力。在三个机制不同的模型反应中该催化剂均展现出高效的对映选择性控制能力，甚至能完成传统双催化体系无法实现的芳基底物转化。该工作验证了将光活性单元嵌入已知优势骨架以发展通用型手性光催化剂的可行策略。
三、【图文解析】
图1 一种特殊光催化剂的设计 ©2026 AAAS
图2 紫外–可见光吸收光谱研究 ©2026 AAAS
图3 在对映选择性光反应中的应用 ©2026 AAAS
图4 进一步在Giese加成反应中的应用 ©2026 AAAS
四、【科学启迪】
综上，本研究通过将电子供体咔唑单元引入优势Pybox骨架，成功开发了一类模块化、可理性调控的对映选择性光催化剂。与现有手性光催化剂合成冗长、需手性拆分的局限不同，该类催化剂可从市售手性原料出发，经三步快速合成，且无需拆分。研究团队系统验证了其电荷转移（CT）光物理性质的可调性，通过改变咔唑上的取代基或配位路易斯酸的种类，可分别精准调控HOMO与LUMO能级，从而优化氧化还原能力。在三个机制不同的模型反应中，该催化剂均展现出与原有双催化体系相当甚至更优的产率和对映选择性，并成功克服了双催化体系对芳基底物不兼容的局限。本研究将光活性单元嵌入已被广泛验证的优势手性骨架，是设计高效、通用型手性光催化剂的可行策略。该方法兼顾了模块化合成、光物理性质可预测调控以及手性环境的高度继承性，为未来不对称光催化方法的理性开发提供了简洁而强大的平台，有望推动该领域从“经验筛选”走向“理性设计”。
原文详情：Modular enantioselective photocatalysts from privileged pybox scaffolds (Science 2026, 392, 188-193)
本文由赛恩斯供稿。
