【仪表网 研发快讯】近日，郑州大学基础医学院青年教师张月腾与河南先进技术研究院王志远副教授在光催化氘代领域取得新进展。该研究突破性地开发出一种无需昂贵光催化剂(PC-free)，仅利用380-420nm光照和市售常见硫醇化合物即可实现高效氘代标记的新方法。该方法成功应用于有机分子中甲酰基和胺α-位的高效选择性氘代，氘代率最高可达98%。该合成方法的成功实施不仅大幅降低了氘标记化合物的合成成本和操作复杂性，还揭示了一种此前未被认识的光活化反应机制，为绿色经济的氢同位素标记和光催化化学合成提供了新的视角。
氘代化合物在药物研发、材料科学及机理研究中具有不可替代的价值。当前氘代策略主要包括还原氘代、脱卤氘代和氢/氘交换(HDE)。其中，HDE因能保持原有官能团而被认为是最有效的方法。自2017年诺贝尔奖获得者MacMillan开创光催化氘代药物以来，该领域取得快速发展。但现有光催化氘代体系普遍依赖贵金属(如Ir配合物)或有机光催化剂(PCs)。这些催化剂价格昂贵、合成复杂且反应后续难以去除，严重阻碍了其在学术研究和工业生产中的进一步发展。因此，开发出一种操作简单、成本低廉且高效的新光催化氘代体系具有迫切需求和广阔应用前景。
研究团队首次开发出一种无光催化剂的光催化氘代方法，打破光催化氘代体系需要光催化剂激活的传统认知。在380-420nm光照下，使用市售常见硫醇化合物作为氢原子转移(HAT)催化剂，利用重水作为氘源，成功实现甲酰基和胺α-位的高效氘代。芳香族、脂肪族和多种药物氘代衍生物的成功制备验证了该方法的广泛适用性和官能团耐受性。此外，克级放大实验、重水回收循环实验和太阳光驱动反应均揭示出该方法具有良好的工业应用前景。最后，高分辨质谱、气相色谱、EPR和DFT计算揭示出S-H键在低能量光照射下发生均裂产生硫自由基和氢自由基的独特反应机制，为无光催化剂光驱动氘代反应提供了全新思路。
相关研究成果以“Photocatalyst-free photochemical deuteration via H/D exchange with D2O”为题发表在《Nature Communications》期刊上。郑州大学基础医学院青年教师张月腾和河南先进技术研究院王志远副教授为该文章的共同通讯作者。我校博士生孟颖、硕士生舒贝和硕士生张静为共同第一作者。该研究成果得到了国家自然科学基金和河南省自然科学基金资助，由郑州大学基础医学院、代谢紊乱与食管癌防治全国重点实验室、郑州大学化学学院、河南先进技术研究院、郑州大学癌症化学预防河南省协同创新中心、郑州大学癌症化学预防国际联合实验室等单位共同完成。
无光催化剂的光驱动氘代反应
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