氘代试剂是如何生产的？不活泼的氢是如何氘代的？ 第1页

谢谢 @Yui Yoshioka 邀请。这是一个很有趣的问题，然而事实上一开始看到这个邀请，我是想拒绝回答的，因为我也没仔细研究过。但是后来一想啊，整天和各种氘代溶剂核磁共振打交道，这样不了解一下氘代化合物来源一句话不说也不好，就去找找文献学习了一下。。既然题主只提到了氘代苯和氘代甲醇，那我就说这两个。以下回答主要罗列了历史上人们如何制备这两个氘代化合物，可能有不严谨之处，欢迎相关行业的大大来讨论。

其实，氘代甲醇比较好弄，甲醇可以认为是一氧化碳和二氧化碳的还原（加氢）形态，工业上可以用一氧化碳和氢气制取甲醇，我想从原理上用一氧化碳和氘气反应生成氘代甲醇也是行得通的。此外，二氧化碳用氢化铝锂可以被还原为甲醇，那么用LiAlD4还原二氧化碳同样也可以得到氘代甲醇。而这样两种方法在文献中确有提到（Nolin, B.; Leitch, L. C. Can. J. Chem. 1953, 31, 153.）。（值得一提的是，这位来自加拿大的Leitch对于各种氘代化合物的合成也是做过很多系统性的研究。）

而氘代苯的合成，最直接的方法当然还是从廉价的苯氘代。关于氘代苯的合成历史，有这么一篇文献综述：（Ingold, C. K.; Raisin, C. G.; Wilson, C. L. J. Chem. Soc. 1936, 915.）。大致归纳如下：

1.化学合成法

这种比较不经济，但是第一个试图合成氘代苯的人（Murray，Squire和Andrews）在1934年用氘代乙炔三聚而成环。这种方法的问题就是产物不好提纯，会有杂质。另一种合成方法就是用苯六甲酸和氘代氢氧化钙加热脱羧（1935年由Erlenmeyer提出），但是氘代率只有93.2%。

2.交换法

交换法比较简单粗暴，直接从苯出发，用酸进行催化即可与重水或者氘代的质子酸如氘代盐酸和氘代硫酸交换。例如1935年Klit和Langseth就利用三氯化铝和氯化氘与苯进行交换反应从而得到氘代苯（氘代率达到98%，大约含有11%的五氘代苯）。随后1937年，Bowman、Benedict和Taylor在JACS上发表了高温下使用Ni催化剂进行苯与重水进行交换获得氘代苯的技术（氘代率号称达到99%，通过密度测量实际上只有97.7%，大约含有14%的五氘代苯）。而在1934到1935年这一年里，Ingold等人就使用了氘代硫酸（由高纯度三氧化硫和重水反应获得）与苯进行交换来获得只含有1%五氘代苯的高纯度氘代苯，但是这个方法有个问题在于必须严格控制硫酸浓度，不然会得到一定量的苯磺酸副产物。

总而言之，以上交换法大多就是利用芳香亲电取代机理在酸的作用下由D+来置换H+的过程。

除了以上方法外，之前提到的这位Leitch则在1954年发表了一篇文章（Can. J. Chem. 1954, 32, 813.）介绍了使用铂黑催化的使用重水直接和苯交换的方法制备氘代苯，在110摄氏度就可以完成。他们采用了多次重复氘代的操作，经过四次反复氘代之后，可以获得只含4%五氘代苯的氘代苯（氘代率99.2%）。而这个反应的机理我估计应该是铂黑表面发生了可逆的碳氢键活化随后发生重水质子化的氢氘交换过程。值得一提的是，他们也使用了这个方法进行脂肪类化合物的氘代，只不过重水并不够，还需要一个氘气氛才能完成反应，具体我没有细看了，感兴趣的朋友可以看看参考文献：Can. J. Chem. 1958, 36, 440.；Can. J. Chem. 1959, 37, 1.；J. Org. Chem. 1958, 23, 990.