绿色电催化：氘标记化合物新突破!

【研究背景】

氘标记技术是将氘引入有机分子中的一种重要手段，因其在新药创制、质谱内标、化学反应动力学研究和生物示踪剂等领域的广泛应用，成为了研究热点。然而，目前已有的氘标记方法在引入多个氘原子和实现高氘标记率方面存在极大挑战，尤其是在还原氘代芳香烃为饱和环状化合物方面的研究较少且不具备通用性，这限制了氘标记化合物在实际应用中的推广。此外，现有方法使用的氘源价格昂贵，导致氘标记化合物的成本高昂。

有鉴于此，武汉大学化学与分子科学学院和高等研究院的雷爱文教授和李武教授团队提出了一种创新的电催化还原氘代新技术。通过使用氮掺杂电极和廉价易得的氘水（D2O）作为氘源，该技术能够在温和条件下实现多种芳烃和杂芳烃的还原氘代反应，成功合成了13种高氘标记的药物分子。该研究不仅解决了高效氘标记的技术瓶颈，还展示了其在药物开发和实际应用中的巨大潜力与广阔前景。

【表征亮点】

1. 实验首次实现电催化芳烃和杂芳烃的还原氘代反应

研究团队首次开发了一种基于电催化的还原氘代方法，使用氮掺杂电极和D₂O作为氘源，在温和条件下实现了芳烃和杂芳烃的还原氘代和氘脱氟反应。该方法能够有效地将芳香烃还原为饱和的氘代环状化合物。此项研究突破了传统方法在高氘标记率和多氘原子引入方面的技术瓶颈，展示了该电催化方法的广泛普适性和可扩展性。

2. 实验通过创新电极材料和电合成新技术，取得了多种高氘标记化合物的合成成果

实验使用了氮掺杂的钌电极材料，电解D₂O生成的Ru-D物种作为还原剂，成功合成了13种高氘标记的药物分子。机制研究表明，Ru-D物种在还原过程中起到了关键的催化作用，使芳香化合物高效转化为氘代饱和（杂）环化合物。该方法不仅快速且成本低，还具有绿色安全的优势，有望在药物开发和代谢研究中广泛应用，推动氘标记化合物的制备向更加经济和高效的方向发展。

【图文解读】

图1： 过氘化环化合物和饱和氘碳化合物的策略。

图2：芳烃还原性氘化。

图3：杂芳烃的还原性氘化。

图4: 合成应用和克级合成。

【科学启迪】

本文的研究为氘代化学领域提供了新的突破，尤其是在芳香烃的还原氘代方面。氘代化合物在药物开发和代谢研究中具有重要应用，但现有方法难以在芳香烃中实现高效的氘代。本研究提出了一种通用且可扩展的电催化方法，利用氮掺杂电极和D2O实现芳香烃的还原氘代和氘脱氟反应，成功合成了多种高氘标记的饱和环状化合物。该方法不仅提高了氘标记的效率，还显著降低了成本，展示了其在药物开发中的巨大潜力。机制研究表明，电解D2O生成的Ru-D物种在还原芳香化合物中起到关键作用，这为进一步理解电催化还原反应提供了新的视角。该技术的绿色、安全和经济特性使其成为未来氘代化学的有力工具，并可能推动新型药物的研发及代谢机制的深入研究。总之，本研究为氘代化学提供了新方法，为相关领域的应用拓展了广阔的前景。

参考文献：Bu, F., Deng, Y., Xu, J. et al. Electrocatalytic reductive deuteration of arenes and heteroarenes. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07989-7