概要

同位体である水素と重水素(Deuterium)を置き換えることでさまざまな応用へと展開できる。

重水素化による物質機能への影響は最小限で済みつつも、速度論的同位体効果(Kinetic Isotope Effect, KIE)が鋭敏に現れることが原理的基盤にある。

反応機構解析、同位体希釈分析法、生体構成成分の構造解析などが典型的な応用先である。近年では代謝抵抗性を意図した重水素化医薬がデザインされ、臨床試験が進められている。また光学/電子デバイス用材料に重水素化を施すことで、光学特性や耐久性を向上させられもする。

このように、重水素化を適切に行える反応の需要は近年高まりつつある。

 

基本文献

<review>

1.  Junk, T.; Catallo, W. J. Chem. Soc. Rev. 1997, 26, 401. DOI: 10.1039/CS9972600401
2. 江嵜 啓祥, 栗田 貴教, 藤原 佑太, 前川 智弘, 門口 泰也, 佐治木弘尚 有機合成化学協会誌2007, 65, 1179. DOI: 10.5059/yukigoseikyokaishi.65.1179
3. Atzrodt, J.; Derdau, V.; Fey, T.; Zimmermann, J. Angew. Chem. Int. Ed.2007, 46, 7744. DOI: 10.1002/anie.200700039
4. Atzrodt, J.; Derdau, V. J. Label Compd. Radiopharm.2010, 53, 674. DOI: 10.1002/jlcr.1818
5. Sawama, Y.; Monguchi, Y.: Sajiki, H. Synlett2012, 23, 959. DOI: 10.1055/s-0031-1289696
6. 佐治木弘尚, 薬学雑誌2013, 133, 1177. doi:10.1248/yakushi.13-00218

<H/D-Isotope Effect in Mechanistic Studies>

1. Wiberg, K. B. Chem. Rev. 1955, 55, 713. DOI: 10.1021/cr50004a004
2. Jones, W. D. Acc. Chem. Res.2003, 36, 140. DOI: 10.1021/ar020148i
3. Gallego,　M. G.; Sierra, M. A. Chem. Rev.2011, 111, 4857. DOI: 10.1021/cr100436k
4. Simmons, E. M.; Hartwig, J. F. Angew. Chem. Int. Ed.2012, 51, 3066. DOI: 10.1002/anie.201107334

 

反応例

Norzoanthamineの合成[1]: 非重水素化基質においてはヒドリド移動が進行するため収率が低下するが、重水素化基質においてはこれが抑制され、望むアルキン体の収率が向上する。

重水中での触媒的H/D交換[2] ：通常条件では不活性なC-H結合に対し、簡便に重水素交換を行える優れた手法。

 

重水素化キラルネオペンタンの合成[3]：入手容易な重水素化試薬をうまく活用した好例。

実験手順

実験のコツ・テクニック

参考文献

[1] Miyashita, M.; Sasaki, M.; Hattori, I.; Sakai, M.; Tanino, K. Science 2004, 305, 495. DOI:10.1126/science.1098851
[2] 総説：(a) 江嵜 啓祥, 栗田 貴教, 藤原 佑太, 前川 智弘, 門口 泰也, 佐治木弘尚 有機合成化学協会誌 2007, 65, 1179. DOI: 10.5059/yukigoseikyokaishi.65.1179 (b) Sawama, Y.; Monguchi, Y.: Sajiki, H. Synlett 2012, 23, 959. DOI: 10.1055/s-0031-1289696 (c) 佐治木弘尚, 薬学雑誌 2013, 133, 1177. doi:10.1248/yakushi.13-00218
[3] Haesler, J.; Schindelholz, I.; Riguet, E.; Bochet, C. G.; Hug, W. Nature 2007, 446, 526. doi:10.1038/nature05653

 

関連書籍

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外部リンク

• Applications and Synthesis of Deuterium-Labeled Compounds (PDF, MacMillan Group)
• 重水素化合物の味と香り（有機化学美術館・分館）
• 身近な元素の話～重水素 (TCI化学よもやま話)
• 電子デバイス用重水素化合物（PDF, Wako Organic Square）
• 広がる重水素の用途（PDF）
• Big interest in heavy drugs
• 重水素化医薬品？（A-POT：シリコンバレーのバイオベンチャーより）
• 重水素化が注目を集めている（メドケム日記）
• 岐阜薬科大学 佐治木研究室