在医药化学与药物代谢研究领域，含氘药物因其在延长半衰期、改善代谢稳定性等方面的独特优势而成为近年热门的研究方向。尤其是α-氘代胺（α-deuterated amines）作为众多活性分子的重要组成部分，其精确、高效的合成路径一直是药物化学家追求的目标。然而，传统C=N键氘化策略往往依赖高温高压条件、昂贵的氘源（如NaBD₄、LiAlD₄等）以及对官能团兼容性的不良表现，使得这一领域面临诸多挑战。尤其是以重水（D₂O）为氘源时，主流路径依赖于亚胺中间体生成碳负离子，但这一过程对底物结构具有较强选择性，严重限制了通用性。

为了解决这些问题，本文作者以“太阳光”作为驱动力，构建了一种基于金修饰硫化镉（Au/CdS）纳米片的新型可见光还原体系，实现了C=N键的高效选择性氘化反应。这种策略的最大亮点，在于其巧妙地融合了光催化分解水技术（photocatalytic water splitting, PWS），将水（或D₂O）“原地”转化为活性氘原子用于亚胺还原，避开了传统条件对底物结构和氘源稳定性的限制。

图片来源：ACS Catalysis

具体而言，作者合成出不同形貌的CdS催化剂后发现，二维纳米片（nanosheets）结构最适合进行可见光激发，但其稳定性较差。在此基础上，通过原位负载金纳米颗粒（Au NPs）不仅有效提升了电子-空穴对的分离效率，还通过Au–S键协同作用稳定了CdS材料结构。相关的XPS、EPR、TRPL和光电响应等表征数据证实，Au/CdS复合材料在电荷传输和光稳定性方面远优于裸CdS，从而确保了催化剂的可重复使用性和反应的持续性。

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本研究的催化体系在MeCN/D₂O混合溶液中，以Na₂SO₃为牺牲剂，在420 nm蓝光照射下表现出优异的反应性能。反应底物覆盖了醛亚胺、酮亚胺、含杂环取代基、手性亚胺甚至复杂天然产物衍生物，均能顺利得到高氘掺杂率的α-氘代胺类产物。此外，研究还发现氘化产物可以直接转化为现有上市药物（如butenafine和抗EV71病毒分子），大大拓展了其合成实用性。

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在该工作中，作者通过设计光催化水裂解平台实现了温和、高选择性且经济可行的C=N键氘化转化。研究团队首先系统筛选了不同结构的CdS半导体，并通过负载Au纳米颗粒构建异质结催化剂，显著提升了载流子分离效率与光稳定性。随后在420 nm蓝光照射下，在D₂O和亚硫酸钠存在下完成反应过程。通过对比实验、光/暗转换实验、掺杂浓度优化、循环测试、激发态动力学表征等，系统揭示了Au/CdS纳米片在促进电荷迁移、增强D*生成能力、稳定硫结构方面的关键作用。此外，作者还结合密度泛函理论（DFT）计算探讨了Au对D₂O活化与C=N吸附电子结构的调控机制，进一步支持其实验发现。在此基础上，本文构建了一个清晰完整的反应机制模型，描述了光激发、氘原子生成与还原反应之间的协同过程，展示了一个以Au/CdS为核心的光驱氘化平台的潜力与普适性。

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本研究不仅提供了一种可持续、绿色且具有普适性的C=N键选择性氘化路径，也在催化剂设计理念上提供了新的范式。相比传统金属氘源系统，该PWS策略以D₂O为直接氘源，反应条件温和，不仅大大降低了成本，也对多种官能团表现出良好兼容性。此外，Au/CdS纳米催化剂的构建不仅解决了CdS光腐蚀难题，也使其在长时间照射条件下仍能维持高效活性，从而具备工业转化的可行性。值得一提的是，该体系对复杂分子结构具有良好的选择性和转化率，能在药物分子的后期修饰中发挥关键作用，在精准药物合成和同位素标记研究领域具有重要的应用前景。

更进一步地，该策略作为一种“光驱动-氘源同步”的设计模式，为其他类型的官能团（如C=O、C=C等）选择性氘化提供了可推广的思路，也预示着“以光控氘”的绿色反应设计在未来精细化工与药物合成中的广阔潜力。

标题：Photoreductive Deuteration of C=N Bonds by Au/CdS Nanosheets

作者：Qiyuan Wang,^#Haochuan Jing,^#Wei Ou,* Ying Tao, Yunfei Ma, Taoran Chen, Zhengwu Liao, Jie Wang, Qingzhu Xu, Hongen Cao, Lei Yu,* Bin Liu, and Chenliang Su*

链接：https://doi.org/10.1021/acscatal.5c03259