在药物化学、材料科学和机理研究中，氘代化合物正扮演着越来越重要的角色。其中，氘代醇因其羟基广泛存在于上市药物（例如约30%的全球畅销药含有羟基）和生物活性分子中，而成为一类特别重要的合成目标。传统的氘代醇合成方法，如使用化学计量的氘代金属氢化物（如LiAlD4, NaBD4），虽然有效，但往往成本高昂、操作危险，且与敏感官能团的兼容性差。均相过渡金属催化策略避免使用敏感的氘代试剂，提供了更经济的途径，但其本身也受限于昂贵的配体、需要外加碱、以及催化剂分离和回收困难等固有缺陷。
面对这些挑战，研究人员的目光逐渐转向了异相催化。异相催化以其可回收性、易于放大等优势，为氘代醇的合成提供了更实用、可规模化的平台。近期，负载型金属纳米颗粒和单原子催化剂的进展，使得醇的高效、位点选择性氘代成为可能。发表在《Communications Chemistry》上的这篇前瞻性文章，系统梳理了异相催化体系在氘代醇合成领域的演变，将其定位为正在向可扩展、高效平台发展的新兴方向，为可持续同位素掺入开辟了新途径。
研究人员在评述中主要依托对已有文献的深入分析和综合，重点探讨了不同类型的异相催化剂（如Pd/C, Ru/C, NHC修饰的Ru/C, Pd单原子催化剂）在氘代醇合成中的性能、机理与应用。
负载型纳米颗粒用于氘代醇的合成
早期研究可追溯至2002年，Sajiki课题组报道了Pd/C–D2O–H2体系可在室温下促进苄位氢氘交换。温度是调控氘代位置和程度的关键因素，升高温度可使氘代从苄位扩展至烷基链的其他位置。后续机理研究表明，该过程可能涉及借氢机制，即醇先氧化为酮，酮经历烯醇化实现H/D交换，再还原为氘代醇。2008年，该课题组开发了Ru/C催化体系，实现了非芳香烷基醇的α位点选择性氘代，底物范围涵盖仲醇、伯醇以及多元醇。2010年，该策略被成功应用于糖类分子的区域和立体选择性氘代。2020年，Pieters课题组通过N-杂环卡宾修饰商业Ru/C，显著提高了催化剂的化学选择性和α位点选择性，抑制了芳环还原等副反应，实现了对药物分子中醇α位点的选择性标记。
单原子催化剂用于氘代醇的合成
尽管纳米颗粒催化剂取得了进展，但对于苄醇的氘代，其主要通过借氢机制进行，该机制固有的酮-烯醇互变异构步骤会导致α和β位等多位点标记，难以实现精确的α位点选择性。为解决这一问题，近期研究报道了一种氧化铁负载的钯单原子催化剂，用于苄醇的高效α位点选择性H/D交换。该Pd SACs能实现高达95%的α位氘掺入率和大于20:1的α/β选择性，并对包括复杂药物分子在内的多种底物具有良好适用性。催化循环实验表明其具有良好的可回收性。机理探究实验发现，使用手性仲醇底物时，反应后产物存在部分消旋现象，这表明Pd SACs上的H/D交换同时存在借氢机制（导致消旋）和直接C–H键活化途径（可能保持构型），这是首次在催化氘代醇合成中观察到直接C–H活化途径的贡献，展示了SACs独特的选择性。
该研究通过系统评述表明，异相催化在实现醇的高效、选择性氘代方面展现出巨大潜力。从早期的Pd/C、Ru/C纳米颗粒，到NHC修饰的催化剂，再到最新的单原子催化剂，催化剂的精确设计不断推动着选择性氘代能力的发展。Pd SACs在实现高α位选择性和揭示直接C–H活化途径方面的突破，尤为引人注目。
尽管取得了显著进展，该领域仍面临一些挑战亟待解决，包括：实现手性仲醇的立体保持性H/D交换、实现糖类分子中更具挑战性位点（如桥头碳）的选择性氘代、实现羟基邻位非苄基脂肪醇的选择性氘代，以及利用烯醇中间体实现非苄基醇的α,β-双氘代等。未来，通过更深入的机理研究、对借氢与直接C–H活化途径平衡的精细调控，以及下一代异相催化剂（具有可调金属核数和载体相互作用）的设计，异相催化有望成为在制药、生化探针和功能材料等领域实现精准氘掺入的核心平台。
