研究背景
氢解反应是一种重要的化学过程，广泛应用于生物质、石油和各种原料的升级转化，生产高价值的化学品和燃料。此外，氢解反应在制药和精细化学品工业中也扮演着关键角色，用于合成复杂的分子结构。然而，传统的氢解方法主要依赖于在高温高压下使用异相催化，这种方法选择性较差，且反应条件较为苛刻。为此，研究者们提出了均相催化氢解作为一种替代方法，能够在温和条件下提供更好的选择性。然而，针对碳-卤键的氢解反应，至今尚未发现一种通用的均相催化方法。
成果简介
为了解决这些问题，中国科学院大学赵达副教授团队在Nature Synthesis期刊上发表了题为“Late-stage deuteration and tritiation through bioinspired cooperative hydrogenolysis”的最新论文。该团队设计并制备了基于B12催化剂的生物启发性均相催化体系，成功实现了碳-卤键的氢解反应，尤其是在对烷基氯化物的氚标记中取得了突破。通过B12催化剂的协同作用与氢化反应，该团队能够高效地催化未活化有机卤化物的选择性氢解。
利用这一新型催化体系，研究人员不仅成功实现了药物相关有机卤化物的氘标记和氚标记，还能够精确控制反应的选择性和反应性，显著提高了该方法在药物标记中的应用潜力。这一成果为氢解反应的广泛应用提供了新的技术路径，也为其他类型的有机卤化物的选择性氢解开辟了新的方向。
研究亮点
1. 实验首次实现了生物启发的均相碳-卤键氢解，成功催化了未活化的有机卤物的选择性氢解，尤其是在烷基氯化物的氚标记方面取得了显著进展。
2. 实验通过协同作用的生物启发性碳-卤键激活和氢化反应，展示了在温和条件下进行高效选择性氢解的潜力。具体而言，该方法能够在较低温度和亚大气压下，精确控制反应性和选择性。
3. 实验结果表明，该方法不仅适用于烷基卤化物的氚标记，还可实现对药物相关有机卤化物的氘标记和氚标记，提供了理想的同位素标记策略。
4. 此研究突破了传统异相催化的局限性，提出了均相催化的应用可能性，展现了在有机卤化物氢解方面的广泛应用前景，尤其是在医药和化学研究领域。
图文解读
图1. 协同催化仿生碳卤氢解
图2. 反应发展
图3. 还原氘化的底物范围
图4. 协同催化实现位点选择性同位素标记
结论展望
本文的研究为催化氢解反应提供了新的思路，突破了传统异相催化的局限，展示了均相催化在氢解反应中的巨大潜力。通过生物启发的催化策略，特别是在维生素B12催化作用下的协同氢解方法，研究实现了对有机卤化物的精确选择性氢解，尤其在药物分子和小分子放射性标记方面展现了良好的应用前景。这不仅为氢解反应的催化剂激活提供了全新的视角，也为氢解反应中难以处理的碳-卤键氢解提供了解决方案。通过精确调控反应性和选择性，研究能够实现对多种有机卤化物的功能化处理，推动了有机卤化物作为高价值产品原料的转化。
该研究启示我们，催化反应中的协同效应和生物启发的策略可以为复杂的有机反应提供新的解决方案。尤其是在放射性标记和药物开发领域，均相催化的应用前景广阔，能够提供更加温和、高效和选择性的反应条件。这为未来的催化研究和工业应用开辟了新的方向，推动了化学合成和制药领域的进一步发展。
文献信息
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
