Angew. Chem.：多肽导向CzIPN光催化剂用于生物分子的选择性修饰以及细胞环境下的邻位标记

在近年的研究中，可见光诱导的生物分子功能化技术因其出色的时空控制能力，成为调控复杂生物体系中化学反应的重要工具。与传统的紫外光反应相比，可见光结合光催化剂不仅能在更温和的条件下生成高活性中间体，还可通过定位的方式实现反应的区域选择性。通常，光催化剂可通过小分子、肽段或抗体等方式锚定至特定靶点，从而实现靠近靶蛋白的精准功能化。

当前主流的光催化剂多为含贵金属的配合物（如Ir和Ru复合物），尽管它们具备优异的光物理性能，但潜在的毒性和复杂的合成限制了它们在活体系统中的广泛应用。相比之下，基于有机染料的光催化体系因其良好的生物相容性逐渐受到关注。近期，诸如罗丹明、荧光素、黄素、卟啉和曙红Y等有机染料已被成功用于可见光诱导的活体功能化反应，展现出巨大潜力。

在这一背景下，咔唑基（异）苯二腈（Cz(I)PN）类染料由于具备出色的激发态寿命（可达5.1微秒）、高量子产率（最高94.6%）以及宽广的氧化还原电位窗口，在光催化领域尤其引人注目。这些分子通常由电子给予体（咔唑）和电子受体（苯腈）构成，能有效实现单电子转移（SET）和能量转移（EnT）过程。虽然Cz(I)PN衍生物已广泛应用于小分子功能化反应，但其在生物体系中的应用仍较为稀缺。

本研究首次报道了两种将Cz(I)PN类染料与多肽偶联的方法，并实现了其在复杂生物环境中的功能化应用。方法A为光诱导脱羧偶联反应，通过在多肽C末端引入Cz(I)PN结构获得一系列CzBN衍生物。方法B则通过对半胱氨酸位点的S_NAr反应，构建出含三咔唑基团的3CzIPN衍生物，不仅避免了光诱导反应中的C末端消旋的问题，还拓展了修饰位点的选择性。

更重要的是，这些多肽-光催化剂偶联物保留了母体Cz(I)PN的光物理与电化学性能，并能应用于肽链的可见光诱导脱羧炔基化和硫醇-烯反应中，展现了其良好的光催化活性。进一步地，作者完成偶联物对多氟以及芳基叠氮的光激发反应，还成功实现了通过与整合素αvβ3结合的多肽-光催化剂构建物在细胞表面进行的邻近标记实验。所获得的信号与抗体染色高度一致，进一步证明了该策略在活细胞环境下的精准性与可行性。

本研究开辟了Cz(I)PN染料在生物分子修饰领域的全新应用场景，提供了具有广泛适用性的多肽光催化剂合成策略，为今后开展活体内精准光化学反应提供了坚实的分子工具基础。

论文信息

Peptide-Carbazolyl Cyanobenzene Conjugates: Enabling Biomolecule Functionalization via Photoredox and Energy Transfer Catalysis

Dr. Xing-Yu Liu, Wei Cai, Dr. Anne-Sophie Chauvin, Prof. Dr. Beat Fierz, Prof. Dr. Jerome Waser

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202507602