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Angew:铜纳米线阵列用于以重水为氘源的电催化脱卤氘代反应

氘(D)代标记化合物在合成化学、材料化学以及药物研发等领域有着非常重要的应用,传统的C-H/C-D交换反应通常使用贵金属催化剂或强酸/强碱促进剂,同时使用昂贵氘源,且氘原子引入的数目和位置难以控制,底物官能团兼容性差。因此,发展基于非贵金属催化剂和廉价氘源的氘代反应策略实现氘代有机化学品的绿色、高效、可控合成具有重要的科学意义和应用价值,但目前仍具有很大的挑战。


绿色可持续的催化策略聚焦科学前沿和国家战略发展方向,是现代化工合成的重要目标之一。电化学的有机转化为合成化学的发展提供了一种绿色高效的方法,备受研究者的青睐。近日,天津大学张兵教授课题组设计合成了自支撑生长的铜纳米线阵列作为阴极,以重水作为氘源,在室温下通过有机卤代物的脱卤氘代反应实现了氘代化合物的可控、高效合成。该方法具有铜电极廉价、可批量制备、稳定且易回收,氘源绿色安全、廉价易得等特点;同时,C-D键的形成特异性发生在C-X(X指卤素原子)键上,D原子的数目和位置高度可控;通过机理研究他们提出了碳自由基和氘自由基交叉偶联的机理,解释了反应的高选择性。


该方法具有很好的底物普适性和官能团兼容性,其它易于被还原的基团,如C=O、C=C、C≡C、C≡N等都能很好的保留,且目标产物的转化率和氘代率大都在90%以上;该方法可实现C-H到C-D的一锅两步、原子经济性氘代合成;同时,对药物不同位置的氘代体现了该电化学氘代方法的潜在应用性。


在该项工作中,张兵教授课题组针对目前氘代合成中存在的诸多不足,通过设计合适的纳米材料催化剂,以电化学为手段,借助卤代物的脱卤反应实现了氘代分子的绿色、可控的合成,为氘代化学的发展和氘代药物的研发等提供了借鉴。


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Electrocatalytic Deuteration of Halides with D2O as the Deuterium Source over a Copper Nanowire Arrays Cathode

Cuibo Liu, Shuyan Han, Mengyang Li, Xiaodan Chong, Bin Zhang

Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.202009155


导师介绍

张兵

https://www.x-mol.com/groups/bzhangtju


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