圖 1. 選定化合物1a作為模型底物的光氧化反應通用流程裝置示意圖。BPR：背壓調節器；MFC：質量流量控制器；P：注射泵；R1：采用紅色LED（610 nm）照射的反應器盤管；R2：紅色LED（610 nm）照射的玻璃模塊
研究團隊首先對比了自制（DIY）流動反應裝置和商用Corning® Advanced-Flow™ Lab Photo Reactor在模型烯烴 1a（一種含吖啶環的金剛烷基烯烴）光氧化反應中的表現。通過系統考察光敏劑亞甲基藍（MB）用量、停留時間、反應溫度、氧氣流速及LED光強（610 nm紅光）等參數。
在-5 °C，MB用量6 mol%，停留時間僅需50秒，即可實現烯烴 1a 的完全轉化，目標產物1,2-二氧雜環丁烷 2a 的產率高達94%，生產效率約1.4 g/h。相比之下，傳統間歇反應即使在-5°C下反應1小時，產率僅34%。
圖3. Corning® Advanced-Flow™ Lab Photo Reactor
進一步優化后，在-5 °C，MB用量降至3 mol%，停留時間2分鐘，產物 2a 產率提升至97%，生產效率約600 mg/h，且副產物（熱分解產物 3a 和 4a）得到有效抑制（<3%）。
DIY裝置和Corning®反應器優化結果的比較：
基于優化的流動條件（通常為：底物濃度25mM，MB 3 mol%，CH?Cl?溶劑，液相流速1.25 mL/min，O?流速1.25 mL/min或12.5 mL/min，-5°C，610 nm LED，10%或100%光強），研究團隊考察了不同結構烯烴的[2+2]環加成反應性能，其產率、轉化率與分解率。
圖4. a 儲備液配制：將烯烴1a-d（25 mM）與亞甲藍（MB，3 mol%）溶于二氯甲烷（CH2Cl2）。溶液以1.25 mL/min流速泵入，氧氣以12.5 mL/min流速通入。反應體系采用紅色LED（610 nm）照射，反應器溫度設定為-5℃。
圖5. a儲備液配制：將烯烴8a-f (25 mM)與亞甲藍(MB，3 mol%)溶于二氯甲烷(CH?Cl?)中。溶液以1.25 mL/min流速進料，氧氣以12.5 mL/min流速通入。反應混合物在紅色LED(610 nm，光強100%)照射下進行，反應器溫度維持在-5°C。
圖6 流動條件下苯乙烯基(12)與苯乙炔基取代二氫呋喃(13)的光氧化反應.
總之，這些結果表明，富電子的烯烴主要轉化為1,2-二氧烯，而當烯烴具有烯丙氫時，導致過氧化氫的烯加成反應可能是主要或競爭反應。此外，烯烴取代基的性質（電子供體能力、氫鍵受體和/或供體的存在、幾何形狀和立體障礙）不僅影響單態氧加成的成功，還決定了反應路徑。
對光氧化過程的全面量子力學描述可以提供關于觀察到的實驗趨勢的有價值信息。作者采用了一種基于單一 ab-initio計算的簡單化學計量學方法，應用于起始結構，以便從更大的化學結構領域收集實驗數據，朝著開發通用光氧化模型的方向邁進。因此，作者僅考慮由最高占據分子軌道（HOMO）和最低未占分子軌道（LUMO）組成的電子描述符。
采用密度泛函理論（DFT B3LYP/6-31G(d)）計算烯烴的HOMO/LUMO能量、Mulliken電荷、參與反應雙鍵原子的HOMO/LUMO軌道系數等電子描述符。利用主成分分析（PCA）和線性判別分析（LDA）構建化學計量學模型。
圖7. PCA在全數據集上的結果圖示：A) PC1、PC2與PC3的三維散點圖 B) PC1與PC2的二維散點圖 C) PC1與PC3的二維散點圖 D) 各主成分的方差解釋率
作者深入進行更定量的化學計量學研究，并使用線性判別分析（LDA）技術對包含16種反應性和7種非反應性分子的完整烯烴數據集進行分類任務。
該LDA模型在由40種文獻報道的吖啶類烯烴（28種反應性，12種非反應性）組成的獨立測試集上表現出良好的預測能力，準確率達到85% (34/40)。
模型預測錯誤的分子通常具有易發生自由基副反應或淬滅光敏劑的結構特征（如芐基位置、萘基部分）。這為高通量篩選潛在光氧化底物提供了有價值的理論指導。
圖9. 測試集上線性判別分析(LDA)反應活性預測結果：A) LDA模型預測結果的混淆矩陣 B) 預測錯誤化合物的分子結構（顏色對應實驗分類：紅色=無反應活性，綠色=有反應活性）
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