近年来，机械力化学由于具有无溶剂、反应时间短、操作简便、可在空气中操作等优点而被应用于有机合成中。一种有趣的方法是通过压电材料的机械研磨释放电子，这可以促进反应物之间的单电子转移( SET )，为化合物合成提供了一种新的途径。本文中作者开发了一种由压电材料BaTiO3催化的机械力诱导的芳香碘化物的脱卤氘代反应，提供了一种温和、简便、绿色、高效的脱卤氘代途径。
条件筛选：
作者首先选择4-碘联苯（1a）作为模型底物对一系列反应条件进行了探究。最终确定了最优反应条件：以BaTiO3作为压电材料，KOH作为碱，2equiv. D2O为氘源，在空气气氛下室温研磨3小时，可以以91%的GC收率和 > 99%的氘代度获得产物2a。![]()
底物拓展：
随后，作者对脱卤氘代的底物范围进行了考察，结果表明，该反应表现出优异的底物适用性。首先考察了空间位阻对反应的影响（2a-2c），发现邻位、间位和对取代苯基的产率均接近100%，表明位阻的影响很小。含有多环芳烃的各种碘化物，包括萘、蒽、菲、芘和芴，也以高收率（73%-98%）得到相应的氘代产物（2d-2h），氘掺入率高达95%-99%。含有丙基、丁基和环己基（2i-2k）的底物在该方案中也兼容。具有胺（2l-2n）和醚（2o-2r）类基团的底物也可以成功实现脱碘氘代。与含有C-Br、C-Cl和C-F键的底物相比（2s-2u），C-I键的还原电位更低，更容易发生脱卤氘代。强吸电子基团如CF3和CN在转化（2v-2x）中也可以很好地耐受。值得注意的是，含有活性氢原子的底物与反应条件也能够兼容，且活性氢原子没有进行H/D交换（2y-2z）。此外，在相同的反应条件下，不同的杂芳基碘化物得到了相应的产物，收率高，氘掺入率高（2aa-2ai）。作者也成功地将该策略应用于复杂生物活性分子和药物分子的氘标记（2aj-2ao），在这些转化中观察到极好的氘掺入，再次验证了该氘代策略的应用价值。![]()
随后作者在1 mmol的规模上进行了芳基碘化物1a的脱卤氘代，以91%的产率、90%的氘代度得到所需产物2a，证明了这一策略的可扩展性。此外作者对压电材料进行了回收实验，结果表明，虽然产物收率有所降低，但BaTiO3可以有效地重复使用，同时保持近100%的氘掺入。作者提出，产率的下降可能是由于球磨过程中颗粒尺寸的减小引起BaTiO3的压电性能减弱，这一结论也在SEM图像中得到验证。重复使用BaTiO3后的SEM图像中观察到颗粒尺寸逐渐减小。但通过烧结等方式，可以增大压电材料的粒径，从而实现压电材料的重复利用。
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机理探究：
考虑到芳基碘化物的还原电势较高（-2.24 V），作者猜测在球磨的作用下，BaTiO3被机械活化后产生的空穴首先被反应体系中的OD-（来自D2O）通过电子转移填充，从而产生更高的还原能力，或者是OH-（来自KOH）发生电子转移填补空穴。这也解释了在条件优化时使用KOH作为碱时产物的产率明显增高。随后提高还原能力后的BaTiO3通过单电子转移（SET）过程，芳基碘化物还原为相应的芳基自由基和I-，芳基自由基通过BaTiO3的SET过程进一步被还原为芳基阴离子。随后，芳基阴离子与D2O反应，生成氘代产物和OD-。![]()
小结：
本文开发了一种由压电材料BaTiO3催化的机械力诱导的芳香碘化物非自发脱卤氘代反应。D2O在该反应中既提供氘源又充当电子供体，在温和的条件下仅需要2.0当量D2O 即可实现高氘掺入。该方案兼容广泛的官能团，包括-OH和-NH2，且操作简单，易于放大。该方案也适用于药物分子及其衍生物，提供了一种温和、简便、绿色、高效的脱卤氘代途径。原文链接：
QU R, WAN S, ZHANG X, et al. Angewandte Chemie International Edition, 2024, 63(28): e202400645.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202400645
DOI: 10.1002/anie.202400645
