无光催化剂可见光驱动氢氘交换实现高效氘标记新策略

本研究针对氘标记化合物合成中贵金属催化剂成本高、工艺复杂的问题，开发了一种无光催化剂(PC-free)的可见光介导氢氘交换(HDE)新方法。通过380-420 nm蓝光激发硫醇化合物产生硫自由基(S·)和氢原子(H·)，实现了醛基(formyl)和α-氨基(α-amino)的高效氘代(最高96% D-incorporation)，为药物开发和材料工程提供了更经济可持续的氘标记方案。

　　

在药物开发和材料科学领域，氘标记化合物正成为不可或缺的研究工具——从增强钙钛矿单晶的X射线检测性能，到提升有机发光二极管(OLED)的量子效率，再到追踪药物代谢途径。然而传统氘标记方法依赖贵金属光催化剂(如Ir、4CzIPN等)，不仅成本高昂，后续纯化过程还需额外去除催化剂。面对这一挑战，中国医学科学院北京协和医学院肿瘤医院深圳医院的研究团队在《Nature Communications》发表突破性成果，开发出无需光催化剂的可见光驱动氢氘交换技术。

研究团队创新性地发现：普通硫醇化合物在380-420 nm蓝光照射下，能通过S-H键均裂产生硫自由基(S·)和氢原子(H·)，进而实现醛基和α-氨基的高效氘代。这一发现颠覆了传统光催化氘代必须依赖专用光催化剂的认知，为同位素标记技术开辟了新路径。

关键技术方法包括：1) 采用380 nm LED光源激发硫醇化合物；2) 优化硫醇催化剂(thiol I)负载量至5 mol%；3) 利用乙酸乙酯(EtOAc)溶剂增强S-H键光解效率；4) 通过电子顺磁共振(EPR)捕获硫自由基中间体；5) 结合气相色谱检测反应中生成的H₂；6) 密度泛函理论(DFT)计算关键过渡态能量。

反应条件优化
通过系统筛选发现：380 nm照射、5 mol%三异丙基硅硫醇(thiol I)、EtOAc溶剂组成的最优体系，可使对甲基苯甲醛(1a)获得94%氘代率。波长延长至420 nm时效率降至85%，证实光子能量对S-H键解离的关键作用。

醛基底物拓展

96种芳香/脂肪醛成功氘代，包括含甲氧基(2c, 82% D)、卤素(2k, 97% D)、酯基(2n, 96% D)等敏感基团的底物。特别值得注意的是，该方法能选择性氘代醛基而保留α-氨基(2v)，且可实现克级制备和D₂O循环使用(三次循环后仍保持88% D-incorporation)。

α-胺氘代突破