研究背景
氫解反應是一種基礎化學過程，具有廣泛的應用，傳統上通常通過在高溫和高壓下使用異相催化進行，但其選擇性有限。近年來的進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、最具多功能性且廣泛研究的官能團）的一般均相催化方法，仍然是一個未解決的挑戰。為了解決這些問題，中國科學院大學趙達副教授團隊在“Nature Synthesis”期刊上發表了題為“Late-stage deuteration and tritiation through bioinspired cooperative hydrogenolysis”的最新論文。本文展示了實現一般均相碳-鹵鍵氫解所需的基本機制要求，特別聚焦于對挑戰性但廣泛存在的烷基氯化物的氚標記。研究者展示了通過生物啟發的碳-鹵鍵激活與氫化作用的協同作用，如何高效催化未活化有機鹵化物的選擇性氫解。通過該方法的應用，研究者能夠實現藥物相關有機鹵化物的氘標記和氚標記，同時控制其反應性和選擇性。
研究亮點
- 實驗首次提出了均相催化下碳-鹵鍵氫解的新策略，成功實現了對挑戰性烷基氯化物的選擇性氫解反應，展示了生物啟發的碳-鹵鍵激活與氫化協同作用的應用潛力。
- 實驗通過生物啟發的催化機理，結合B12催化劑和氫氣分裂作用，成功開發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鹵化物（如烷基氯化物）的氫解，并能夠控制反應的選擇性和反應性。
- 該研究還展示了該方法在氘標記和氚標記中的應用，通過高選擇性催化實現了藥物相關有機鹵化物的標記，進一步提升了氚標記在藥物研究中的實用性，提供了新的技術路徑。
- 此外，研究表明，采用均相催化氫解的方法可以克服傳統異相催化在高溫高壓下的選擇性限制，為藥物合成和化學標記提供了更為精準和高效的解決方案。
圖文解讀
結論展望
與傳統的異相催化不同，研究者的研究展示了如何通過協同均相催化使氫解反應能夠解決化學選擇性和位點選擇性地將放射性標簽引入小分子和藥物的雙重挑戰。這一方法還提出了一種概念上不同的催化劑激活策略，應用于維生素B12催化反應。此發現有望豐富交叉偶聯技術的工具庫，為有機鹵化物原料轉化為高價值、精細加工產品提供新的途徑。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
