醛基在有機合成中有著廣泛的應用，能夠轉化成其它各種各樣的化學結構，所以氘代後的醛基就成為合成各種氘代結構非常有用的合成砌塊。氘代分子在合成化學、生命科學和材料科學等領域中都有著廣泛的用途，尤其是近年來，氘代藥物的研發日益受到人們的重視，因此研究發展新穎實用的氘代方法具有重要的意義。
近日，
華東理工大學的
王衛/陳曉蓓課題組和
蘇州大學的
張士磊課題組合作報導了一種
實用的氘代分子合成新方法，他們使用氮雜環卡賓（NHC）催化醛基氫和氘水發生H-D交換，以高選擇性（104個例子）、高氘代率（>95%）得到各種氘代醛。相關結果於近日發表於《自然-催化》（
Nature Catalysis）雜誌。
經典的氘代醛合成方法主要是使用氘代還原劑LiAlD4對酯基進行還原然後再氧化得到，這類方法所用試劑非常昂貴而且官能團兼容性差。研究人員利用醛基和NHC催化劑可逆形成Breslow中間體、醛基氫轉化成可以和氘水交換的活潑氫的特點，使用大大過量的氘水得到高氘代率的氘代醛（process I）；但是此反應並不會單獨發生，而是伴隨著更易發生的benzoin condensation反應（process II）。為了控制反應的走向，研究人員篩選了大量的NHC催化劑，從中挑選出了幾種分別適用於芳醛、烯醛和脂肪醛的NHC結構，使催化過程停留在process I階段。
製備氘代醛的反應條件簡單而溫和，對各種醛基的氘代都有效，但是又不會影響其它官能團，所以底物兼容性很高，甚至複雜的天然分子比如3-甲醯利福黴素、麥迪黴素和糖類（半縮醛）都可以被選擇性氘代。
醛基的氘代過程是可逆的，這類反應的優點在於，如果一次氘代不能滿足氘代率的需求，還可以再次進行相同處理，直至氘代率>99%。
反應在放大至30 mmol級別時無任何氘代率和收率的降低，氘水可以重複利用三次，產物氘代率仍能保持在95%。
氘代反應可以在空氣中進行，使用的NHC催化劑只需要從便宜的工業原料經2-3步反應大量製備，氘源是氘代物中最便宜的氘水，這些特點使得製備氘代醛的操作簡單、成本低廉。該文的第一作者是博士研究生
耿慧慧，通訊作者是
王衛教授、
張士磊教授和
陳曉蓓博士。該研究得到了國家自然科學基金、「111」引智計劃、江蘇高校優勢學科建設工程等項目資金的支持。Practical Synthesis of C1 Deuterated Aldehydes Enabled by NHC CatalysisHuihui Geng, Xiaobei Chen, Jingjing Gui, Yueteng Zhang, Zuyuan Shen, Pengfei Qian, Junwei Chen, Shilei Zhang, Wei WangNat. Catal.,
2019, DOI: 10.1038/s41929-019-0370-z
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