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自1931年氘被發(fā)現(xiàn)以來，在質(zhì)譜研究、生物示蹤、反應(yīng)機(jī)理研究、藥物化學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在藥物化學(xué)的背景下，通過氘原子的引入來改變與藥物的吸收、分布、代謝和排泄(ADME)相關(guān)的性質(zhì)。通過利用同位素效應(yīng)，可以改變藥代動(dòng)力學(xué)和藥效學(xué)性質(zhì)，以改善代謝穩(wěn)定性，從而在降低藥物劑量的同時(shí)仍能獲得顯著的有效性和安全性，氘標(biāo)記技術(shù)已被公認(rèn)為藥物開發(fā)的關(guān)鍵工具。因此，開發(fā)綠色、高效、經(jīng)濟(jì)、應(yīng)用廣泛的氘摻入方法具有重要意義。目前的研究主要集中在基于溶液(均相)體系中的脫鹵氘化。傳統(tǒng)的方法如過渡金屬催化、光催化、電催化、有機(jī)催化和金屬鹵素交換等，已經(jīng)得到了廣泛的研究。然而，這些反應(yīng)經(jīng)常面臨一些阻礙實(shí)現(xiàn)高氘摻入的挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)包括:1)需要高溫實(shí)現(xiàn); 2)惰性反應(yīng)條件; 3)需要昂貴的氘源，如CD₃CN、CD₃OD和THF-d₈; 4)大量的氘源; 5)反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。

近年來，機(jī)械化學(xué)因其無(wú)溶劑、反應(yīng)時(shí)間短、操作方便、可在空氣中進(jìn)行等優(yōu)點(diǎn)，已被應(yīng)用于有機(jī)合成中。一種有趣的方法是通過機(jī)械研磨壓電材料來釋放電子，這可以促進(jìn)反應(yīng)物之間的單電子轉(zhuǎn)移(SET)，為化合物合成提供了一種新途徑。在前期研究的基礎(chǔ)上，近日四川大學(xué)練仲教授團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種機(jī)械力誘導(dǎo)芳香碘化物的非自發(fā)脫鹵氘化反應(yīng)，使用壓電材料作為氧化還原催化劑，廉價(jià)的D₂O作為氘源和電子供體，僅需要2.0 equiv D₂O 可實(shí)現(xiàn)高氘摻入。

在最優(yōu)條件下，作者對(duì)這種機(jī)械化學(xué)脫鹵氘化的底物范圍進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，該反應(yīng)兼容廣泛的官能團(tuán)，包括-OH和-NH₂等活潑基團(tuán)(如2y-2z)。此外，作者還成功地將該方法應(yīng)用于復(fù)雜生物活性分子和藥物分子的氘標(biāo)記。在這些轉(zhuǎn)化中表現(xiàn)出極好的氘摻入，再次驗(yàn)證了該方法的可靠性(2al-2ao)。隨后作者還研究了D-依普黃酮(2am)和依普黃酮的生物活性。研究結(jié)果表明，D-依普黃酮(2am)增強(qiáng)了體外對(duì)BMDMs破骨細(xì)胞分化的抑制作用。

作者對(duì)該反應(yīng)的機(jī)理進(jìn)行了研究，通過自由基捕獲實(shí)驗(yàn)證明了該反應(yīng)經(jīng)歷了芳基自由基中間體過程；碘量法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明反應(yīng)過程中有H₂O₂ (D₂O₂)產(chǎn)生。提出反應(yīng)機(jī)理為：芳基碘化物的還原電勢(shì)較高(-2.24 V)，因此我們猜測(cè)在球磨的作用下，鈦酸鋇被機(jī)械活化后產(chǎn)生的空穴首先被體系中來自于D₂O的OD^-通過電子轉(zhuǎn)移填充，從而產(chǎn)生更高的還原能力，或者是來自于KOH的OH^-發(fā)生電子轉(zhuǎn)移填補(bǔ)空穴。這也解釋了在條件優(yōu)化時(shí)使用KOH作為堿時(shí)產(chǎn)物的產(chǎn)率明顯增高。隨后提高還原能力后的BaTiO₃通過單電子轉(zhuǎn)移(SET)過程，芳基碘化物還原為相應(yīng)的芳基自由基和I-，芳基自由基通過BaTiO₃的SET過程進(jìn)一步被還原為芳基陰離子。隨后，芳基陰離子與D₂O反應(yīng)，生成脫鹵氘化產(chǎn)物和OD^-。

在該工作中，練仲教授團(tuán)隊(duì)發(fā)展了壓電材料催化的機(jī)械力誘導(dǎo)芳香碘化物的非自發(fā)脫鹵氘化反應(yīng)。該方法克服了傳統(tǒng)脫鹵氘化反應(yīng)存在的挑戰(zhàn)，在溫和的條件下實(shí)現(xiàn)了（雜）芳基碘化物的氘化反應(yīng)，具有反應(yīng)時(shí)間短、容易放大反應(yīng)、無(wú)需昂貴氘源和外源還原劑等優(yōu)點(diǎn)，并對(duì)藥物分子實(shí)現(xiàn)了高氘摻入。提供了一種溫和、簡(jiǎn)便、綠色、高效的脫鹵氘化途徑。