光的吸收可以提供有機底物異構(gòu)化所需的能量。這可以應(yīng)用于有機合成，將化合物轉(zhuǎn)化為其幾何或結(jié)構(gòu)異構(gòu)體。由于光異構(gòu)化的簡單質(zhì)量平衡，這些反應(yīng)通常用于驗證新型微反應(yīng)器設(shè)計，或進行反應(yīng)堆表征實驗，例如可見光測光法。

E-Z異構(gòu)化

近年來，E-Z異構(gòu)化形成反式環(huán)辛烯 (TCO) 受到越來越多的關(guān)注。其原因是 TCO 能夠在高度稀釋的反應(yīng)條件下與四嗪進行快速的逆電子需求 Diels-Alder (IEDDA) 型環(huán)加成反應(yīng)，使其成為雙正交化學研究的有趣目標。獲取 TCO 的最常用方法是在紫外光照射下進行敏化的E/Z光異構(gòu)化。在平衡狀態(tài)下，反式異構(gòu)體是次要產(chǎn)物（10-23%），需要有效的設(shè)置來實現(xiàn)高產(chǎn)率。

2-aminophenyl-enones 的E-Z光異構(gòu)化在連續(xù)流動反應(yīng)器中進行。隨后在Z-enone和游離胺基團之間進行環(huán)縮合，形成取代的喹啉（方案 34）。比較光源時，UV-C LED（365 nm，75 W）比中壓汞燈（110 W）具有更高的產(chǎn)量和生產(chǎn)力。重要的是，流動生產(chǎn)率 (9.5 mmol·h –1 ) 與報告的分批方法 (0.09 mmol·h –1 )相比提高了 100 倍。(389)此外，串聯(lián)異構(gòu)化-環(huán)縮合反應(yīng)與連續(xù)流動氫化步驟相結(jié)合，以在伸縮流動過程中形成取代的四氫喹啉。這樣，抗瘧藥加利平的合成以 72% 的總產(chǎn)率進行。

方案 34. 通過2-氨基苯基-烯酮的E-Z異構(gòu)化和隨后的環(huán)縮合合成喹啉

光化學微芯片反應(yīng)器與離子遷移譜儀結(jié)合使用，用于快速篩選光催化E-Z異構(gòu)化的催化劑。用 404 nm LED 燈照射總內(nèi)部體積為 560 nL的微芯片，用于肉桂酸乙酯衍生物的光催化E-Z異構(gòu)化（方案 36）。與標準批次設(shè)置相比，所應(yīng)用的流動光化學設(shè)置具有兩個主要優(yōu)點：首先，反應(yīng)所需的實時分析和短輻照時間允許在幾分鐘內(nèi)識別出最佳催化劑。其次，由于反應(yīng)器的尺寸非常小，每次測試只需要非常少量的催化劑（2 nmol），顯著降低了成本。

方案 36. 用離子遷移譜儀快速篩選肉桂酸乙酯衍生物E-Z異構(gòu)化的催化劑

光化學重排(Rearrangements)

除了幾何異構(gòu)化（即，將順式異構(gòu)體轉(zhuǎn)化為反式異構(gòu)體，反之亦然），最近在流動中進行了幾種光化學重排，導致結(jié)構(gòu)異構(gòu)體的形成。

一個例子是 2-芳基-羥基苯甲酸的自由基 Smiles 重排為芳基水楊酸鹽（方案 37）。該反應(yīng)以 Mes-Acr +作為光催化劑分批和流動進行。為了擴大反應(yīng)規(guī)模，采用了連續(xù)流動反應(yīng)器，產(chǎn)生了與分批相似的產(chǎn)率，但提高了產(chǎn)率（分批為 0.010 mmol·h -1，而流動為 0.172 mmol·h -1）。這種從批次到流動的生產(chǎn)率提高歸因于與批次相比，微毛細管中的光照射效率更高。

方案 37. 芳基羥基苯甲酸的光化學Smiles Rearrangement為水楊酸芳基酯

苯甲酸芳基酯的光弗里斯重排也是分批和連續(xù)流動進行的。photo-Fries 重排的機制涉及通過光激發(fā)后 ArO-COR 酯鍵的均裂裂解產(chǎn)生單線態(tài)自由基對。根據(jù)單線態(tài)自由基的流動性，它們可以重新排列形成鄰或?qū)αu基芳基苯酮，或者苯氧基自由基可以從溶劑籠中逸出形成苯酚（方案 38）。因此，可以通過限制單線態(tài)自由基對的遷移率來調(diào)節(jié)光重排的選擇性。

方案 38. 苯甲酸芳基酯的 Photo-Fries 重排為羥基二苯甲酮

限制自由基遷移率的一種方法是使用粘性溶劑，因為自由基對被溶劑籠限制在其位置。在批次中，當從甲醇轉(zhuǎn)移到更粘稠的乙二醇作為溶劑時，鄰位/對位異構(gòu)體比率增加了 4 倍。此外，在流動中，通過增加輻照時間，異構(gòu)體比率進一步增加到 12.4:1 鄰/對比率。除了改進的鄰位選擇性外，流動反應(yīng)器還具有更好的溫度控制、更均勻的輻照和比批次更短的反應(yīng)時間（流動 5 分鐘對批次 40 分鐘）的優(yōu)勢。

另一種降低自由基對遷移率的方法是應(yīng)用水性膠束反應(yīng)條件。比較了不同的表面活性劑，CTAB（十六烷基三甲基溴化銨）獲得了最佳結(jié)果。有趣的是，在這項研究中，加入表面活性劑對苯酚形成量的影響比改變?nèi)軇┱扯鹊挠绊懜蟆?/span>

The photo-Fries rearrangement of dihydropyrido[1,2a]indolone was also combined with the capture of the resulting imine in continuous-flow for the preparation of several monoterpene indole alkaloids. The synthetic utility of the protocol was shown by the first total synthesis of (+)-alsmaphorazine C and formal synthesis of (+)-strictamine.

環(huán)丁烯內(nèi)酯是合成化學中有趣的組成部分，因為它們提供了獲得不同官能化環(huán)丁烷和環(huán)丁烯的途徑。從 2-吡喃酮開始對這些環(huán)丁烯內(nèi)酯進行批量光化學重排(396)Kappe、Maulide 和同事將其轉(zhuǎn)化為光流法（方案 39 A）。與分批相比，流動反應(yīng)縮短了反應(yīng)時間（從 24 小時到 10 分鐘）并顯著提高了通量（從 14 到 21 到 144 mg·h –1）。PFA 管上的反應(yīng)器結(jié)垢導致生產(chǎn)力隨著時間的推移而降低。然而，這種生產(chǎn)力損失可以通過在 10 °C 而不是 50 °C 下進行反應(yīng)，并在一定程度上通過將濃度從 50 mM 降低到 25 mM 來最小化。

方案 39. 2-Pyrone Analogues的光重排成雙環(huán)環(huán)丁烯內(nèi)酯

使用相同的光異構(gòu)化反應(yīng)，1,2-氮雜硼烷轉(zhuǎn)化為它們的杜瓦異構(gòu)體，然后進一步用作有機合成的 4C + 1N + 1B 合成子。(401,402)更具體地，1,2-氮雜硼烷異構(gòu)體被轉(zhuǎn)化為具有鄰位硼和含氮取代基的1,2-二取代環(huán)丁烷。通過控制硼單元，可以制備不同官能化的順式氨基環(huán)丁烷（方案 40）。據(jù)推測，連續(xù)流動方案更適合放大光異構(gòu)化，因為已知產(chǎn)品在長時間照射后會發(fā)生光降解。(401)因此，制造了一個連續(xù)流動的反應(yīng)器，該反應(yīng)器由一個圍繞中壓汞燈盤繞的 FEP 毛細管組成。平衡光反應(yīng)器內(nèi)的停留時間和底物濃度，以實現(xiàn)高產(chǎn)率 (1.2 mmol·h –1 ) 和高產(chǎn)率 (83% 分離產(chǎn)率)。這種區(qū)域選擇性和非對映選擇性光異構(gòu)化的產(chǎn)物被成功衍生以生產(chǎn)官能化的氨基環(huán)丁烷。

方案40. 1,2-Azaborines 光異構(gòu)化形成 B,N-Substituted Cyclobutanes

將酮肟轉(zhuǎn)化為仲酰胺的光誘導貝克曼重排在兩步順序流動過程中進行，在第一個反應(yīng)器中通過光氧化還原催化形成 Vilsmeier-Haack 試劑，在第二個反應(yīng)器中發(fā)生熱貝克曼重排（方案 41）。)通過分離光氧化還原和熱過程，可以為每個過程選擇最佳反應(yīng)條件，從而最大限度地提高整體反應(yīng)結(jié)果。在第一個反應(yīng)器中，CBr 4溶液DMF 中的光催化劑在 0°C 下用藍光或綠光照射以產(chǎn)生 Vilsmeier-Haack 試劑。隨后將反應(yīng)混合物與肟底物溶液在T型混合器中合并，并使其在第二反應(yīng)器中在40°C下與酰胺產(chǎn)物反應(yīng)，在110分鐘總停留時間后提供95%的HPLC產(chǎn)率。還進行了一鍋光化學貝克曼重排，其中研究了不同溫度的影響。在低溫下，貝克曼重排的反應(yīng)速率顯著降低。當反應(yīng)在光照射下在 40°C 下進行時，觀察到明顯的副產(chǎn)物形成。這些結(jié)果表明分離光化學和熱步驟的有益效果，這很容易在流動中實現(xiàn)。

方案 41. 光化學和熱流反應(yīng)器中酮肟的兩步貝克曼重排為仲酰胺

Lattes 和 Aubé 開發(fā)了一種從前手性酮生產(chǎn)手性內(nèi)酰胺的兩步對映選擇性變體，(404,405)其中前手性酮首先轉(zhuǎn)化為手性惡氮丙啶，隨后光化學轉(zhuǎn)化為手性內(nèi)酰胺（方案 42 A）。這種手性惡氮丙啶到手性內(nèi)酰胺的光化學 Lattes-Aubé 反應(yīng)是通過用中壓汞燈作為光源照射惡氮丙啶溶液在連續(xù)流動中進行的。與使用 Vycor 濾光片（~220 nm UV 截止）相比，使用燈的全紫外光譜時觀察到顯著更高的反應(yīng)速率。與批處理方法相比，反應(yīng)時間可以從幾個小時顯著減少到 30 分鐘。此外，通過以 20 g 的規(guī)模進行反應(yīng)，實現(xiàn)所需內(nèi)酰胺的 >80% 產(chǎn)率，并將反應(yīng)范圍擴展到雙環(huán)系統(tǒng)，證明了流動法的實際應(yīng)用。

方案 42. Lattes-Aubé 反應(yīng)手性惡氮丙啶生成手性內(nèi)酰胺和進一步衍生化

惡氮丙啶重排為手性內(nèi)酰胺后來也用于生成手性雙環(huán)高哌嗪（方案 42 B）。在第一次嘗試中，采用了涉及手性內(nèi)酰胺的施密特重排的非光化學方法，但對所需內(nèi)酰胺的生產(chǎn)率和對映選擇性受到限制。相反，更成功的是平行管反應(yīng)器中的光化學 Lattes-Aubé 反應(yīng)。該流動反應(yīng)器是通過將 PFA 管穿過包含 4 W UV-C 燈泡的間歇式光化學反應(yīng)器來構(gòu)建的。在流動反應(yīng)過程中遇到了沉淀問題，但通過降低反應(yīng)物濃度和增加流速來解決這些問題。接下來，反應(yīng)器連續(xù)運行 42 小時。此外，通過將暴露管的長度加倍（32 根平行管，V= 2178 μL，4.80 m 輻照長度）并進一步將流速增加到 1.20 mL·min –1。

Bracken 和 Baumann 在微流反應(yīng)器中將各種異惡唑光異構(gòu)化為它們的惡唑結(jié)構(gòu)異構(gòu)體（方案 43）。(411)通過這種方式，反應(yīng)速率顯著提高，因為僅需要 20 分鐘的停留時間即可實現(xiàn) 90% 或更高的轉(zhuǎn)化率，而報道的批處理方法需要 4-8 小時。對于芳基取代的異惡唑，在相同條件下，富電子底物通常比貧電子底物獲得更高的產(chǎn)率。這可以通過富電子基板的吸收最大值（λ max > 300 nm）與中壓汞燈的發(fā)射光譜更好地重疊來解釋。此外，雜芳基取代的異惡唑，如呋喃、噻吩、吲哚和吡咯，具有良好的耐受性，并且不需要 N 原子保護基團。該系統(tǒng)被證明是穩(wěn)健且可擴展的，因為在 12 小時的操作時間內(nèi)產(chǎn)生了 1.5 g 惡唑產(chǎn)物。

方案 43. 連續(xù)流動中異惡唑到惡唑重排

除了異惡唑與惡唑的相互轉(zhuǎn)化外，其他含 N、O 的雜環(huán)也在一種有效的光異構(gòu)化方法中產(chǎn)生。更具體地說，將喹啉支架轉(zhuǎn)化為ring-expanded benzo [1,3] oxazepines，第一批氧化和 C-H 官能化為C–H functionalization to 2-aryl quinoline N-oxide，然后進行流動光異構(gòu)化（方案 44）。流動反應(yīng)器由經(jīng) 25 W Exo Terra UVB200 燈照射的 FEP 管組成。發(fā)現(xiàn)該光源的使用特別適合轉(zhuǎn)化，因為喹啉N-氧化物吸收光譜 (λ max = 346 nm) 與燈的寬發(fā)射帶 (λ max = 335 nm) 顯示出良好的重疊。在流動反應(yīng)器中，這導致苯并[1,3]氧氮雜環(huán)庚烷產(chǎn)品在僅 10 分鐘的停留時間內(nèi)接近定量產(chǎn)率 (98%)，與間歇法相比，在反應(yīng)時間和副產(chǎn)物形成方面有顯著改進(73% 產(chǎn)率，18 小時)。

方案44、Ring-Expansion of Quinoline Scaffolds to Benzo[1,3]oxazepanes

二烯酮（dienones）經(jīng)典光重排涉及1,2-addition, 1,4-addition,和dipolar cycloaddition。由胺介導的二酮和天然產(chǎn)物 Santonin 的非經(jīng)典重排在光化學流動反應(yīng)器中進行。

方案46、Nonclassical Photorearrangement of Dienones and Santonin with Different Reaction Outcomes for Different Solvents

有趣的是，觀察到不同的反應(yīng)結(jié)果，這取決于所使用的溶劑。當在芐胺存在下輻照二烯酮底物的二氯甲烷溶液時，主要產(chǎn)物是開環(huán)產(chǎn)物（72% 1 H NMR 產(chǎn)率），具有完全的順式選擇性（方案 46 A）。另一方面，使用相同的方案，但使用二甲氧基乙烷作為溶劑，主要產(chǎn)物是含環(huán)丁烯的酰胺（方案 46 B）。這兩個反應(yīng)都可以用二烯酮和一系列胺以相似的產(chǎn)率進行（52-82% 1 H NMR 產(chǎn)率）。此外，Santonin 在甲胺存在下被光重排，形成兩個以前未知的結(jié)構(gòu)。

[6,6]-Phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM)用作有機光伏應(yīng)用的有機半導體材料，可以通過C60 fullerene重氮烷烴的 [2 + 1] 環(huán)加成反應(yīng)和隨后的熱或光異構(gòu)化。無論是熱和光異構(gòu)化向 PCBM 的方向是在連續(xù)流動條件下進行的。然而，光化學方法的生產(chǎn)率（高達 6 mg·h -1）。

Ryu 等將環(huán)加成和光異構(gòu)化步驟結(jié)合在一個伸縮流過程中，通過明智地選擇光源，在光異構(gòu)化步驟中實現(xiàn)了比文獻方法更高的生產(chǎn)率（方案 47）。(418)對于光異構(gòu)化，選擇鈉燈（589 nm，360 W）作為光源，在 1 equiv 的 C 60存在下，僅 45 s 的停留時間就實現(xiàn)了富勒體底物的完全轉(zhuǎn)化，假設(shè)其作為該反應(yīng)的光敏劑。在分別優(yōu)化每個步驟后，這兩個步驟在連續(xù)流動裝置中有效組合，在 3.3 小時內(nèi)生產(chǎn) 0.79 克 PCBM（總停留時間 <2.5 分鐘）。

方案 47. 富勒烯和重氮烷烴與 PCBM 的Telescoped熱環(huán)加成和光異構(gòu)化

Buglioni, L., Raymenants, F., Slattery, A., Zondag, S. D. A., & No?l, T. (2021). Technological innovations in photochemistry for organic synthesis: Flow chemistry, high-throughput experimentation, scale-up, and photoelectrochemistry. Chemical Reviews. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00332