在过去的几十年中，光固化增材制造在生物工程中变得越来越不可或缺，用于制造复杂的生物医学和生物材料结构[1,2]，包括人工器官[3]、骨组织[4]和牙齿[5]。通过控制光敏材料的分子结构、组成、含量和功能性添加剂，它也适用于光可加工生物基材料的体内功能化反应[6]。光固化过程中最关键的组分是光引发剂（PI），其性质（包括吸收波长、引发效率和与树脂的相容性）显著影响交联网络的形成速率和质量。此外，光引发剂必须具有较低的毒性和良好的细胞相容性，以符合生物材料在人体内的应用要求[7]。
在各种候选光引发剂中，香豆素作为一种典型的植物次级代谢物，因其强大的抗病毒和抗菌活性、显著的改性能力、可调的电子性质以及优异的生物相容性而受到极大关注[8]。这些特性使得香豆素成为设计光引发剂的理想选择。最近对基于香豆素的光引发剂的替代设计的研究集中在选择I型（断裂型）和II型（敏化型）光聚合体系[9,10]上。提高光引发剂性能的一种方法是将其与其他共引发剂或添加剂结合使用，从而创建多组分II型引发体系[[11], [12], [13]]。从香豆素的角度来看，它已被用作与锍盐[10,14,15]或胺类共引发剂[16]结合的光敏剂，以加速电子转移并增强自由基的产生（图1(a)）。
另一种提高光引发剂光反应性的直接策略是引入供电子和吸电子取代基，以增加分子骨架的整体电子不对称性，从而增强光激发时的键断裂特性[17]。这种方法也广泛应用于I型香豆素光引发剂的设计（图1(b)）。通过在香豆素发色团上引入助色团或碘鎓盐基团，可以有效提高光子吸收效率和电子转移路径，进一步促进体系间跃迁（ISC）到三重态，加速自由基的形成[18]。例如，在7位引入强供电子基团（如二乙氨基或甲氧基），在3位引入强吸电子基团（如羰基、氰基或全氟苯甲酰基），可导致分子吸收光谱的红移并增加其摩尔消光系数[19]。利用这种方法，开发了多种基于香豆素的光引发剂，特别是包含锍盐功能性的单组分体系和融合的香豆素肟酯结构。刘等人[20]报道了一系列新型香豆素磺onium盐，这些盐具有不同的末端磺onium基团。研究发现，磺基团可以增强电子转移效率并在光激发下引发均裂反应。形成的香豆素乙酰自由基和硫自由基阳离子可以分别引发自由基聚合和阳离子聚合。基于锍修饰香豆素的结构，Ortyl及其同事[21]通过引入吸电子基团修改了碘鎓结构的苯环，并在香豆素的芳香环上引入了供电子基团。碘鎓盐结构的存在延长了电子供体与受体基团之间的电子转移路径，从而在整个分子中增强了ISC效应。然而，高活性的自由基在聚合过程中容易发生重组或湮灭，大大限制了它们的寿命[22]。
值得注意的是，除了羟基乙酰苯酮、苯基酮、酯基、磷氧化物等取代基团外[23]，香豆素肟酯（COXEs）作为一种有前景的I型引发剂，能够克服上述问题。N–O键的不可逆均裂通常可以通过长波长光（通常>400 nm）和低光强度（例如LED光）触发，随后发生脱羧反应。此外，酰氧基自由基可以通过脱羧快速释放CO2，防止光聚合过程中的氧气抑制[24]。这种机制提供了高量子产率的自由基生成，并同时诱导光漂白，改善了光在材料中的穿透。因此，香豆素肟酯光引发剂即使在厚介质或富氧介质中也能高效引发聚合，因为光漂白和脱羧有助于减轻氧气抑制并促进更深入的固化[25]。由于许多研究人员（如Li [8,26,27]、Lalevée和Dumur [22,28,29]）在COXEs的分子结构和修饰方面做出了显著贡献，已经开发出了数十种具有7-(二乙氨基)-2H-chromen-2-one骨架和各种电子推拉基团对的COXEs，用于热固化或光固化。研究表明，带有吸电子或供电子基团的取代芳香结构可以将特征吸收波长红移至可见光范围，并且取代模式可以显著增强吸收强度[18]。尽管这类单组分香豆素衍生物通常更高效且环保，但可能的香豆素变体的取代模式以及供体/受体基团的众多组合方式导致实验筛选变得不切实际。这一挑战激发了精细化学中对分子结构设计的需求，以进行分子辅助模拟和预测。
近年来，计算方法对于加速光引发剂的开发变得不可或缺。密度泛函理论（DFT）计算可用于研究光敏分子的能带结构和光化学性质（如吸收波长、键解离倾向），从而为其潜在的引发性能提供理论见解[30]。在这种情况下，2D-QSAR模型[31]可以通过整合分子描述符[32]和实验结果来构建结构-活性关系。例如，Lee等人[33]应用了Schr?dinger's Canvas化学信息学包中的AutoQSAR提供的497个描述符，训练了一个包含18种香豆素-咔唑结构的数据集，并发现最低未占据分子轨道（LUMO）能量和分子中的氢键受体基团数量与吸收波长呈负相关。Li等人[34]提出了一种改进的2D-QSAR方法，该方法结合了迁移学习、变分自编码器（VAEs）和加权向量聚合来训练光固化热响应形状记忆聚合物（TSMP）结构的数据集。最终，识别出五种具有理想性质的新型UV固化TSMP分子结构。由于描述符的数量众多（例如分子量（MW）、分子表面积（S）、亲脂性（LogP）、氢供体（HD）、原子电荷量（Q）等[35]，以及电子推拉取代基团与物理化学性质之间的复杂内在相关性，确定对香豆素肟酯光引发性能有显著影响的描述符颇具挑战性。这不仅阻碍了2D-QSAR设置过程中描述符的解释，也影响了最佳训练的准确性。迄今为止，只有少数报告使用2D-QSAR建立了描述符与光引发性能之间的关系，并解释了内部机制[36,37]。此外，由于电子推拉基团的数量众多，尚未确定最能有效增强ISC效应和促进N–O键解离的具体推拉基团对。因此，有必要进行相关性分析以确定关键的分子描述符，并通过2D-QSAR确定香豆素肟酯系统中的最佳电子推拉基团对。
为了解决上述问题，本研究采用了一种系统的设计策略，结合了相关性分析、2D-QSAR和DFT计算。通过报告的COXEs的相关性分析，确定了关键的分子描述符和推拉取代基组合。开发了定量2D-QSAR模型，以建立取代基与光性质之间的关系，从而指导最佳电子推拉取代基的选择。最终，合理设计了一种新型氟化COXE光引发剂，并使用DFT计算预测了其光物理性质。然后合成该化合物以验证计算预测。这种综合方法为合理设计光敏光引发剂提供了系统和创新的框架，克服了试错实验的局限性。
