醛基在有机合成中有着广泛的应用，能够转化成其它各种各样的化学结构，所以氘代后的醛基就成为合成各种氘代结构非常有用的合成砌块。氘代分子在合成化学、生命科学和材料科学等领域中都有着广泛的用途，尤其是近年来，氘代药物的研发日益受到人们的重视，因此研究发展新颖实用的氘代方法具有重要的意义。

图片来源：Nat. Catal.

近日，华东理工大学的王卫/陈晓蓓课题组和苏州大学的张士磊课题组合作报道了一种实用的氘代分子合成新方法，他们使用氮杂环卡宾（NHC）催化醛基氢和氘水发生H-D交换，以高选择性（104个例子）、高氘代率（>95%）得到各种氘代醛。相关结果于近日发表于《自然-催化》（Nature Catalysis）杂志。

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经典的氘代醛合成方法主要是使用氘代还原剂LiAlD₄对酯基进行还原然后再氧化得到，这类方法所用试剂非常昂贵而且官能团兼容性差。研究人员利用醛基和NHC催化剂可逆形成Breslow中间体、醛基氢转化成可以和氘水交换的活泼氢的特点，使用大大过量的氘水得到高氘代率的氘代醛（process I）；但是此反应并不会单独发生，而是伴随着更易发生的benzoin condensation反应（process II）。为了控制反应的走向，研究人员筛选了大量的NHC催化剂，从中挑选出了几种分别适用于芳醛、烯醛和脂肪醛的NHC结构，使催化过程停留在process I阶段。

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制备氘代醛的反应条件简单而温和，对各种醛基的氘代都有效，但是又不会影响其它官能团，所以底物兼容性很高，甚至复杂的天然分子比如3-甲酰利福霉素、麦迪霉素和糖类（半缩醛）都可以被选择性氘代。

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醛基的氘代过程是可逆的，这类反应的优点在于，如果一次氘代不能满足氘代率的需求，还可以再次进行相同处理，直至氘代率>99%。

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反应在放大至30 mmol级别时无任何氘代率和收率的降低，氘水可以重复利用三次，产物氘代率仍能保持在95%。

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氘代反应可以在空气中进行，使用的NHC催化剂只需要从便宜的工业原料经2-3步反应大量制备，氘源是氘代物中最便宜的氘水，这些特点使得制备氘代醛的操作简单、成本低廉。

该文的第一作者是博士研究生耿慧慧，通讯作者是王卫教授、张士磊教授和陈晓蓓博士。该研究得到了国家自然科学基金、“111”引智计划、江苏高校优势学科建设工程等项目资金的支持。

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Practical Synthesis of C1 Deuterated Aldehydes Enabled by NHC Catalysis

Huihui Geng, Xiaobei Chen, Jingjing Gui, Yueteng Zhang, Zuyuan Shen, Pengfei Qian, Junwei Chen, Shilei Zhang, Wei Wang

Nat. Catal., 2019, DOI: 10.1038/s41929-019-0370-z