研究背景
氫解反應(yīng)是一種基礎(chǔ)化學(xué)過程，具有廣泛的應(yīng)用，傳統(tǒng)上通常通過在高溫和高壓下使用異相催化進(jìn)行，但其選擇性有限。近年來的進(jìn)展突顯了均相催化作為一種有前景的替代方法，其在溫和條件下提供了更好的選擇性。然而，能夠氫解碳-鹵鍵（作為最基礎(chǔ)、最具多功能性且廣泛研究的官能團(tuán)）的一般均相催化方法，仍然是一個未解決的挑戰(zhàn)。為了解決這些問題，中國科學(xué)院大學(xué)趙達(dá)副教授團(tuán)隊在“Nature Synthesis”期刊上發(fā)表了題為“Late-stage deuteration and tritiation through bioinspired cooperative hydrogenolysis”的最新論文。本文展示了實(shí)現(xiàn)一般均相碳-鹵鍵氫解所需的基本機(jī)制要求，特別聚焦于對挑戰(zhàn)性但廣泛存在的烷基氯化物的氚標(biāo)記。研究者展示了通過生物啟發(fā)的碳-鹵鍵激活與氫化作用的協(xié)同作用，如何高效催化未活化有機(jī)鹵化物的選擇性氫解。通過該方法的應(yīng)用，研究者能夠?qū)崿F(xiàn)藥物相關(guān)有機(jī)鹵化物的氘標(biāo)記和氚標(biāo)記，同時控制其反應(yīng)性和選擇性。
研究亮點(diǎn)
- 實(shí)驗首次提出了均相催化下碳-鹵鍵氫解的新策略，成功實(shí)現(xiàn)了對挑戰(zhàn)性烷基氯化物的選擇性氫解反應(yīng)，展示了生物啟發(fā)的碳-鹵鍵激活與氫化協(xié)同作用的應(yīng)用潛力。
- 實(shí)驗通過生物啟發(fā)的催化機(jī)理，結(jié)合B12催化劑和氫氣分裂作用，成功開發(fā)了一種高效的均相氫解方法。該方法能夠在溫和條件下催化未活化的有機(jī)鹵化物（如烷基氯化物）的氫解，并能夠控制反應(yīng)的選擇性和反應(yīng)性。
- 該研究還展示了該方法在氘標(biāo)記和氚標(biāo)記中的應(yīng)用，通過高選擇性催化實(shí)現(xiàn)了藥物相關(guān)有機(jī)鹵化物的標(biāo)記，進(jìn)一步提升了氚標(biāo)記在藥物研究中的實(shí)用性，提供了新的技術(shù)路徑。
- 此外，研究表明，采用均相催化氫解的方法可以克服傳統(tǒng)異相催化在高溫高壓下的選擇性限制，為藥物合成和化學(xué)標(biāo)記提供了更為精準(zhǔn)和高效的解決方案。
圖文解讀
圖4. 協(xié)同催化實(shí)現(xiàn)位點(diǎn)選擇性同位素標(biāo)記
結(jié)論展望
與傳統(tǒng)的異相催化不同，研究者的研究展示了如何通過協(xié)同均相催化使氫解反應(yīng)能夠解決化學(xué)選擇性和位點(diǎn)選擇性地將放射性標(biāo)簽引入小分子和藥物的雙重挑戰(zhàn)。這一方法還提出了一種概念上不同的催化劑激活策略，應(yīng)用于維生素B12催化反應(yīng)。此發(fā)現(xiàn)有望豐富交叉偶聯(lián)技術(shù)的工具庫，為有機(jī)鹵化物原料轉(zhuǎn)化為高價值、精細(xì)加工產(chǎn)品提供新的途徑。Zhang, B., Zhang, Z., Wang, Y. et al. Late-stage deuteration and tritiation through bioinspired cooperative hydrogenolysis. Nat. Synth (2025). https://doi.org/10.1038/s44160-024-00716-0
