近日，薛东教授、康腾飞副研究员团队在学术期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）在线发表了以"Isotope-Labeled Methanol-Derived O-Alkylisoureas as Versatile and Practical Agents for d₃-Methylation, ¹³C-Methylation, and ¹³CD₃-Methylation"（同位素标记的甲醇衍生O-烷基异脲：用于d₃-甲基化、¹³C-甲基化和 ¹³CD₃-甲基化的通用且实用的试剂）为题的研究论文。

在药物分子中引入甲基可产生独特的甲基化效应，这一策略在药物化学领域引起了广泛关注。在此基础上，进一步对甲基中的元素进行稳定同位素标记，可将相关化合物用作非放射性示踪剂，研究药物分子的代谢过程。该策略不仅有助于探究多条代谢途径，还能实现更深入、更精确的分子标记，从而最大限度地从单次实验中获取信息。然而，现有同位素标记甲基化策略仍面临诸多挑战：氢/氘交换方法底物适用范围窄且不适用于¹³C标记；CD₃I和(CD₃)₂SO₄等传统氘代甲基化试剂存在挥发性高、腐蚀性强、有毒及致癌等问题；而史壮志课题组开发的DMTT试剂虽在一定程度上缓解了上述问题，但其合成需要过量的氘代甲醇（10当量）、甲酸（3当量）、硫酸（11当量）以及三氟甲磺酸酐（作溶剂），原子经济性较差且难以实现规模化应用。更为关键的是，上述试剂参与亲核取代反应均严格依赖于外加碱，而外加碱尤其是无机强碱的使用往往导致底物适用范围受限、官能团耐受性差、副反应增多以及非均相反应体系等问题，给工业合成与分离带来了重大挑战。因此，亟需开发能够在温和条件下引入同位素标记甲基、适于规模化合成、具有高反应活性且无需外加碱的甲基化试剂。

为解决上述问题，团队开发了同位素标记的甲醇衍生O-烷基异脲（MDIC-d₃、MDIC-¹³C和MDIC-¹³CD₃）作为廉价、实用且高效的甲基化试剂。该工作证明CD₃OD、¹³CH₃OH和¹³CD₃OD能在0.5 mol% CoCl₂催化下分别与N,N'-二异丙基碳二亚胺（DIC）通过一步反应，以定量产率大规模（高达160 mmol级别）制得对应的O-烷基异脲，且仅需一步反应、无需溶剂或柱层析纯化，大大提高了合成效率，为后续工业化规模生产奠定了坚实基础。

在温和条件下，所开发试剂可分别与多种亲核试剂（包括羧酸、酚、硫醇、磺酰胺和磺酸）进行高效的同位素标记甲基化反应，且产物的同位素标记掺入率保持不变。值得注意的是，该反应无需外加碱即可进行；对照实验表明，在没有外加碱的情况下，氘代碘甲烷、二甲基-d₆硫酸酯和DMTT与各种亲核试剂反应时均无法得到相应的氘代甲基化产物。此外，小鼠体内平行急性经口毒性试验表明，MDIC-d₃（LD₅₀ = 970 mg/kg）的毒性显著低于CD₃I（LD₅₀ = 169 mg/kg），展示其优异的应用潜力。

在底物范围研究中，该工作报道了稳定同位素标记的O-烷基异脲应用于一系列含氧、硫和氮亲核试剂的甲基化反应时，均可高收率获得相应的目标产物，且同位素标记比例保持不变。在实现杂原子（O、S和N）稳定同位素标记的基础上，该研究进一步通过钯催化的Suzuki–Miyaura偶联反应，将氘代甲基高效引入芳香环构筑C–C键，且对酯基、磺酰基、烷氧基、羟基及多种稠合芳烃和含氮、含硫杂环具有良好的官能团兼容性。该研究还将所开发试剂成功应用于萘普生、丙磺舒、非诺贝特和氯贝特等药物分子的稳定同位素标记，为药物代谢的定量分析、示踪与调控提供了新方法。此外，市售苯酚可在无外加碱条件下与MDIC-d₃反应，一步制备d₃-达格列净关键前体；在克级合成中，以DCC和氘代甲醇制备的MDCC-d₃可作为d₃-甲基化试剂，经简单过滤和萃取即可获得高纯度产物，无需柱层析，展现出良好的规模化合成与工业应用潜力。

该试剂能够在温和、无外加碱条件下成功实现亲核取代及钯催化的Suzuki-Miyaura型交叉偶联，从而促进CD₃、¹³CH₃和¹³CD₃有效掺入复杂分子中，支持C–O、C–N、C–S和C–C键的形成。该研究为药物化学中同位素标记甲基化提供了一种高效、绿色的新方法，且试剂易于放大生产并对具有多个反应位点的底物表现出优异的化学选择性和官能团兼容性，展现出巨大的工业应用潜力。

论文第一作者为博士研究生熊伟康，硕士研究生李振玉为共同第一作者，我室薛东教授、康腾飞副研究员为通讯作者，我室为第一署名单位。该研究工作得到了国家自然科学基金、陕西省创新能力支撑计划、化学与生物学基础科学研究项目、陕西省自然科学基金、陕西省重点研发计划、中央高校基本科研业务费、咸阳市重大科技成果转化项目、陕西能源实验室科技计划和贵州省科技计划项目等资助。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.7843825

供稿人：熊伟康、康腾飞

一审：赵   奎

二审：杨   鹏

三审：刘成辉