光化學反應在自然界和生活中普遍存在，植物的光合作用、人的視覺成像、塑膠的合成、染料在光照下褪色以及光化學煙霧等都是典型的光化學反應，因此人類很早就注意到了光化學反應。

光化學反應過程涉及到

光的吸收、激發

以及

化學反應

，是化學與物理學交叉的研究。受制於光源以及分離分析技術的限制，直到二十世紀六十年代，有機光化學才得以發展。

與傳統的熱化學反應相比，光化學反應從

反應條件

、

反應路徑

以及

反應產物

上都有較大的區別。

光化學與熱化學的區別

熱化學反應

原理如圖1所示，反應物分子X的碰撞能分佈符合玻爾茲曼分佈，碰撞能大於

活化能

Ea

的分子有機率透過碰撞生成反應產物Y。當X被加熱後，更多數量的分子向高能區域移動，碰撞能大於

Ea

的化合物分子增多，溫度越高反應越快。

催化劑的作用是降低反應所需活化能，使得相同溫度下更多的反應物分子X能透過碰撞生成Y，從而提高反應速率，是一個基態的反應，像是從群山的一邊去往另一邊，終點由翻過的山決定，而翻過哪座山由山的高度決定，反應過程最佳化主要是降低目標山峰高度（

Ea

），使得更多的化合物分子爬過目標山峰生成目標產物，因而熱化學反應受

溫度

影響較大，

反應路徑和反應產物相對單一

。

圖1 熱化學反應原理圖（左）和化合物分子碰撞能分佈圖（右）

光化學反應

是一個

激發態的反應

，反應物分子吸收光能被激發到激發態可以類比成將化合物從起點直接扔到了山峰的頂點，且激發態分子可能位於群山中任意山峰的頂點，因而反應歷程（翻過的山）以及反應產物（終點）的選擇比熱化學反應更多更復雜。反應物分子從起點到達山峰頂點主要與光吸收有關，所以受光的波長以及光照強度的影響，而與溫度關係不大。

光化學反應所涉及的光波長範圍在100~1000 nm（以200~700 nm為主）之間，常見有機物的吸收波長如表1所示。

光的能量ε可根據公式（1）計算得到，以300 nm的光為例，其能量約為433 kJ/mol，此能量遠高於σ C-C鍵的解離能347 kJ/mol，足以說明

吸收光之後的激發態分子內能很高，能夠引發很多型別的有機化學反應

。

泊菲萊科技的

PCX-50C Discover多通道光催化反應系統

和

PLR-SMCR1000多相微通道反應系統

均搭載LED光源，可滿足不同有機光化學合成反應中對於光源波長和光強的實驗條件需求。

LED光源光功率在100~450 mW/cm

2

範圍內可調節，完美適用於低光功率下反應較慢的光化學合成實驗。

LED光源可選波長：

①紫外光區——可用於底物引發的自由基鏈式反應

λ

=255、275 nm

②可見光區——實現可見光激發催化劑引發自由基反應同時減少底物激發引起的副反應，提高反應的選擇性

λ

=365、385、405、410、420、435、445、450、460、475、485、505、520、525、535、550、575、590、595、620、625、630、655、685、700、730、760、770 nm

③可見光區——模擬太陽光照下的反應適用性

780≥

λ

≥380 nm

針對光催化劑最常見的藍光、綠光吸收區域有450、460、475、485、505、520、525、535、550和575 nm等吸收波長可供選擇，可任意組合、精準調控獲取最佳光波長。

各發光體配備有光學透鏡，並逐一篩選鎖定焦點平面，保證光源輸出的一致性與利用率。

光化學中量子產率計算

通常利用量子產率φ來評價光化學反應中光能的利用效率，其定義是發生反應的分子數與吸收光子數的比率。由於無法獲得反應物實際吸收光子數，我們通常預設光吸收率為100%，將測量得到的光源發射光子數作為反應實際吸收光子數，具體計算公式（2）如下：

通常來講φ＜1，但是對於有

光敏劑

引發的自由基鏈式反應來說，一個光子能引發一系列的連鎖反應，一個光子吸收的能量可在多個反應物分子中傳遞，這類反應的φ＞1，因此，含有

光敏劑

引發的自由基鏈式反應非常有實際工業應用價值。

相比於其他型別有機反應，有機光化學反應的研究起步較晚，而且由於激發態分子反應路徑難控制，反應產物多變，目前在實際工業中應用較少。隨著人們對有機光化學反應認識的深入，利用可見光進行單電子轉移反應的光催化氧化還原技術得到蓬勃發展

［1-4］

。透過合理的設計，可以定向生成活性有機自由基中間體，進而進行選擇性氧化還原反應得到傳統熱催化反應難以合成的目標產物。

目前研究相對成熟的

有機光化學反應

型別主要有一下幾種：

（1）烯烴的順反異構、加成反應及重排反應；

（2）苯系物的加成、取代以及側鏈重排反應；

（3）羰基化合物的抽氫還原反應、光解反應以及與烯烴化合物的加成反應等。

以上反應均為有機反應底物直接吸光引發的化學反應，主要利用的是紫外光。

表1 常見有機物的吸收波長

［1］ M。 H。 Shaw， J。 Twilton and D。 W。 C。 Macmillan*， Photoredox Catalysis in Organic Chemistry［J］，

Journal of Organic Chemistry, 2016

， 81（16）， 6898。

［2］ D。 M。 Arias-Rotondo and J。 K。 Mccusker*， The Photophysics of Photoredox Catalysis： A Roadmap for Catalyst Design［J］，

Chemical Society Reviews, 2016

， 45（21）， 5803。

［3］ S。 Reischauer and B。 Pieber*， Emerging Concepts in Photocatalytic Organic Synthesis［J］，

Iscience, 2021

， 24（3）。

［4］ J。 Twilton， C。 Le， P。 Zhang， M。 H。 Shaw and D。 W。 C。 Macmillan*， The Merger of Transition Metal and Photocatalysis［J］，

Nature Reviews Chemistry, 2017

， 1（7）。

以上部分是筆者根據參考文獻進行翻譯和彙總，筆者水平有限，如有錯誤，請大家指正！

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