Tetrazine-Regulated Synthesis of Azine-Linked Covalent Organic Frameworks for Photocatalytic Cofactor Regeneration and Photoenzymatic Catalysis

化学 光催化 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 组合化学 催化作用 辅因子 共价键 还原胺化 胺化 联氨(抗抑郁剂) 光化学 光催化 水解 氧化还原 人工光合作用 有机化学 叠氮 共轭体系 载流子 再生(生物学) 结晶 苯胺
作者
Xiudong Wang,Jiang Zhe,Jialin Cui,Fanqi Meng,Xuhan Zheng,Hui Liu,Yingjie Zhao
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (31): 33757-33766
标识
DOI:10.1021/jacs.6c11128
摘要

We report a tetrazine-regulated in situ hydrazine release strategy to synthesize highly crystalline azine-linked COFs (AZ-COFs) with varied central cores (triazine, cyanuric acid, benzene). The slow hydrolysis of 3,6-dimethyl-1,2,4,5-tetrazine enables controlled hydrazine generation, allowing kinetically moderated azine formation and overcoming crystallization challenges. The triazine-centered AZ-COF-1 exhibits enhanced charge separation and prolonged carrier lifetimes via efficient electronic coupling and dynamic conjugation switching, achieving an exceptionally high photocatalytic nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) regeneration of 87.02% within 16 min. More importantly, the regenerated NADH can be directly coupled with l-glutamate dehydrogenase to drive the reductive amination of α-ketoglutarate, affording l-glutamic acid with high yield, thereby demonstrating its practical utility in photoenzymatic catalysis. This work not only establishes a simple and general strategy for the kinetically controlled synthesis of azine-linked COFs but also highlights the critical role of framework electronic structure in governing photocatalytic cofactor regeneration and downstream biotransformations, providing a promising platform for artificial photosynthesis and sustainable solar-to-chemical energy conversion.
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