深圳大学教育部二维材料实验室苏陈良教授团队在二维材料光电催化领域取得重要进展，研究成果近期以“Controllable deuteration of halogenated compounds by photocatalytic D2O splitting”为题发表在《Nature Communications》上, https://www.nature.com/articles/s41467-017-02551-8，深圳大学为第一完成单位。
Nat. Commun.: 重水作为氘源，可见光催化可控氘代
氘代化合物是一类重要的高附加值化学品，除作为溶剂被广泛应用于核磁共振领域外，它们在探究药物代谢、揭示有机反应机理和改善材料性能等方面也有着重要的应用。特别是在药物化学中，氘代标记的作用日渐凸显，被认为是一种优良的药物修饰方法。通过对药物活性位点进行氘代，可以达到延长药物半衰期、降低剂量的目的。美国食品药品监督管理局（FDA）在2017年正式批准了第一例氘代药物（Deutetrabenazine），它作为囊泡单胺转运蛋白2的阻断剂，可以有效地治疗亨丁顿舞蹈症。氘代药物具有巨大的市场价值。仅仅是Vertex （福泰制药）向Concert Pharmaceuticals收购用于治疗囊状纤维化的CTP-656就分别花费了1.6亿和9千万美金用于前期研发与市场推广。据统计，目前大约有5~10%的传统药物有望被氘代。遗憾的是，药物分子中通常含有敏感性官能团。传统氢氘交换方法难以满足氘代药物的合成需求，发展温和、高效、普适的氘代策略具有重要的意义。
图1. 基于光催化重水分解的卤化物可控氘代制备氘代精细化学品以及氘代维生素B3衍生物。
苏陈良教授与刘翠波博士创新性提出基于光催化反应策略，高效、可控实现碳-卤键的氘代（图1），并成功应用于氘代维生素B3衍生物的制备。在这项工作中，苏陈良教授团队通过在CdSe纳米片上引入多孔结构，调节了其能带结构并暴露更多催化活性位点，可以有效地同步催化重水分解和碳-卤键断裂（图2）。在可见光照射下，光生电子分别转移至重水和卤化物分子，在催化剂表面上形成氘自由基和碳自由基活性物种，两种自由基偶联形成最终的氘代产物。相应的光生空穴则转移至亚硫酸钠牺牲剂，使催化剂恢复至基态，同时进行下一次的催化循环。通过飞秒激光吸收谱证实了光催化剂与反应底物之间的电子转移，并通过顺磁共振谱对反应过程中的自由基历程进行了证实。
图2. (a)多孔CdSe纳米片的形貌及EELS成像图，(b) 典型光催化剂的能带位置与析氢电位、碘代物还原电位的比较。
值得注意的是，氘代反应能在较温和的条件下（室温、可见光、非贵金属催化剂）有效地进行。氰基、酯键、氨基、羟基、醛基、酮、巯基、硅烷等敏感性官能团都不受影响；并且氘代位点和氘代数目能够得到精确控制。此外，该氘代方法亦能较好地适用于Csp-I和Csp3-I类碘化物；部分溴化物以及活性的氯化物、氟化物也能发生氘代反应。在此基础上，进一步发展出氘代的硼酸、卤代物、炔烃、醛等一系列功能性氘代底物，并利用Suzuki偶联反应、Click反应和C-H键插入反应合成复杂氘代分子，为氘代药物的制备提供了一个可行的方案（图2，eq. 1-4）。例如，维生素B3（烟酸）是一种代表性的抗高胆固醇血症药物，在2009年药物销售中排行前200名。通过碳-溴键至碳-氘键的转换，成功合成出该药物的氘代前驱体，后续的酯键水解反应合成了氘代维生素B3。
团队负责人苏陈良教授表示，该研究特色在于创新性设计了基于光催化重水分解制氘技术的卤代物可控氘代反应。相较于传统氘代技术而言，具有官能团广谱适用性、氘代数目可控、氘代位点可控等优势，有望解决传统氢氘交换技术难以对氘代药代谢位点进行选择性和针对性氘代的难题。此外，将氘代技术从氢氘交换延伸至Suzuki偶联和Click 反应等经典有机反应，有望使得氘代策略能更广泛的应用于氘代精细化学品、氘代药物及其中间体、氘代新材料的可控制备。研究工作得到国家自然科学基金、深圳市孔雀计划和孔雀团队、广东省科技创新项目的财政支持。深圳大学刘翠波博士后为第一作者，新加坡国立大学陈仲欣博士生为共同一作，苏陈良教授和教育部国际合作实验室客座教授罗建平教授为责任通讯人，深圳大学为第一完成单位。
苏陈良教授研究情况简介：2015年加入深圳大学二维材料国际合作联合实验室范滇元院士团队，被聘为教授以来，苏陈良教授一直从事二维材料可控制备及其光电催化、光电器件及能源应用研究，以通讯作者或者第一作者身份发表了多篇高水平学术论文，影响因子大于10 的中科院一区论文有《Nature Communications》、《Materials Horizons》、《ACS Catalysis》，其他中科院一区论文有《J. Mater. Chem. A》、《Chemical Communications》等，上述论文深圳大学皆为第一完成单位。