Efficient Aliphatic Hydrogen-Isotope Exchange with Tritium Gas through the Merger of Photoredox and Hydrogenation Catalysts

化学 催化作用 光化学 协同催化 组合化学 氢原子 光催化 产量(工程) 动力学同位素效应 有机化学 烷基 材料科学 物理 量子力学 冶金
作者
Haifeng Yang,Zheng Huang,Dan Lehnherr,Yu‐hong Lam,Sumei Ren,Neil A. Strotman
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (11): 5010-5022 被引量:41
标识
DOI:10.1021/jacs.1c13265
摘要

Employment of a combination of an organophotoredox catalyst with Wilkinson's catalyst (Rh(PPh3)3Cl) has given rise to an unprecedented method for hydrogen-isotope exchange (HIE) of aliphatic C(sp3)-H bonds of complex pharmaceuticals using T2 gas directly. Wilkinson's catalyst, commonly used for catalytic hydrogenations, was exploited as a precatalyst for activation of D2 or T2 and hydrogen atom transfer. In this combined methodology and mechanistic study, we demonstrate that by coupling photocatalysis with Rh catalysis, carbon-centered radicals generated via photoredox catalysis can be intercepted by Rh-hydride intermediates to deliver an effective hydrogen atom donor for hydrogen-isotope labeling of complex molecules in one step. By optimizing the ratio of the photocatalyst and Wilkinson's catalyst to balance the rate of the dual catalytic cycles, we can achieve efficient HIE and high recovery yield. This protocol was readily applied to direct HIE of C(sp3)-H bonds in 10 complex drug molecules, showing high isotope incorporation efficiency and exceptionally good functional group tolerance and demonstrating this approach as a practical and attractive labeling method for deuteration and tritiation.
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