同位素标记法 同位素标记法有几种

最近，加拿大阿尔伯塔大学的Rylan J. Lundgren教授及其团队在《Science》杂志上发表了一项令人瞩目的研究成果。他们提出了一种极其简便的方案，用于在室温条件下为物分子引入13C标记的羧基。具体来说，只需要将原料溶解在二甲基甲酰胺（DMF）中，并在13C标记的二氧化碳气氛中反应几个小时，就能获得所需的13C标记产物。该方法在20℃下进行，反应在1小时内就能达到高收率，且对于溶液中微量水分的容忍度也较高（水浓度不超过0.01M）。

这一发现令许多有机化学家感到惊讶。传统上，想要为分子引入13C标记的羧基，通常需要经过复杂的脱羧与羧化过程。这些反应不仅步骤繁琐，而且常常需要极端的条件和强烈的试剂。例如，脱羧反应往往依赖高温和特殊催化剂，而羧基引入则需要依赖强亲核试剂或在电化学反应中生成还原剂。这样的反应条件和机制，使得脱羧和羧化反应在单一反应体系中同时发生几乎是不可能的。

Lundgren团队的研究突破了这一传统思路。在自然界中，脱羧和羧化反应往往是可逆的，并且可以在同一反应体系中发生。基于这一点，研究人员通过引入13C标记的二氧化碳，推动反应向13C标记羧基方向平衡。通过大量实验，他们发现，采用该方法，不仅能够在温和条件下实现高效标记，反应的转化率也非常高。研究人员将4-氰基钾溶解在DMF中，通入13C标记二氧化碳后，反应在20℃下持续15小时，最终能够以83%的收率获得标记产物。

进一步的研究表明，反应的速率与反应物的抗衡阳离子和溶剂类型密切相关。对于4-氰基等分子，在适当的溶剂（如极性非质子溶剂）条件下，反应能够有效进行。即便溶液中有少量水分或甲醇存在，反应也能正常进行。这表明溶剂化的离子对于推动反应起到了重要作用。实验还揭示，在某些条件下，反应中会发生“歧化”反应，两个分子之间的羧基和α-H发生交换，进一步支持了碳负离子捕获二氧化碳的机制。

在底物范围的扩展研究中，Lundgren团队还发现，其他包含相邻芳基、羰基、氰基或磺酰基的分子也能顺利参与这一反应。通过精确控制13CO2的量，可以调节最终产物中13C标记的比例，最高可达95%。这一方法的优势不仅在于其高效性和简便性，还在于其对多种官能团的兼容性，使得这一技术可以广泛应用于物分子和氨基酸等重要有机分子的合成。

值得一提的是，尽管其他研究小组也探索过类似的脱羧/羧化反应，但大多数仍需要较高温度（280℃-400℃），而Lundgren教授团队的工作则突破了这一限制，实现在室温下即可完成反应。这一进展标志着可逆脱羧/羧化反应在有机合成中的应用潜力，尤其是在13C标记的物合成中，具有重要的实际价值。

Lundgren团队的研究不仅提出了一种简便、温和且高效的13C标记方法，还为未来更多有机合成反应的优化和新反应的开发提供了宝贵的思路。