Scalable and selective deuteration of N-heteroarenes via single-atom photocatalysis

光催化 化学 第2组金属有机化学 分子 催化作用 物理 有机化学 原子物理学
作者
Yitao Dai,Jie Xu,Rui Cao,Yang Song,Yiming Guo,Xia Tong,Da Zhao,Tingrui Pan,K.M. Liew,Flemming Besenbacher
标识
DOI:10.21203/rs.3.rs-5527371/v1
摘要

Abstract Deuterated N-heteroarenes offer vital applications in pharmaceutical and material fields (e.g., psychotropic drugs and deuterated OLEDs)1,2. However, their synthesis from hydrogen isotope exchange (HIE) reactions always requires expensive isotopic reagents (D2, C2H5OD, C6D6), metal complexes, or hazardous conditions (≥ 120 oC / 20 bar H2). Here we demonstrate a novel synthesis route for deuterated N-heteroarenes via single-atom photocatalysis (Pd1/TiO2) conducted in D2O at room temperature under 410 nm irradiation and inert atmosphere. This protocol successfully afforded satisfactory deuteration of 46 N-heteroarenes. By recycling used photocatalysts/D2O, up to 1.157 kg (11.93 mol) deuterated N-heteroarenes (≥ 90% D incorporation) were yielded using only 4.5 L D2O (249 mol). Mechanism investigations revealed that partially reduced single-atom Pd species, in situ generated under light irradiation, were active sites for photocatalytic HIE. The scalable and selective deuteration of N-heteroarenes via SA photocatalysis under mild conditions in D2O described herein will offer a feasible and effective path for developing novel deuterated small-molecule drugs or electronic materials.
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