浙大宁波理工学院高章华课题组通过抑制Cu催化的C-H键插入过程中Cu^II的歧化反应，成功实现了Cu催化的可逆C-H活化过程，进而实现了基于重水的Cu催化高效H/D交换反应，可用于有机分子以及药物的选择性氘代标记。

氘代标记是一类重要的分子修饰手段，被广泛用于反应机理研究、生化过程示踪以及代谢活性调控等领域。随着近年来氘代药物和氘代材料的逐渐应用，其规模化高效制备手段的开发也受到了广泛的关注。随着C-H活化技术不断发展，基于Pd、Ir、Rh等贵金属催化的可逆C-H活化反应也被用于氘代之中，该类反应通常在D₂或D₂O的环境中进行，通过可逆的C-H活化过程将原位的氕替换为氘，因此也被称为氢同位素交换反应（Hydrogen-Isotope Exchange，HIE）或H/D交换反应。相较于高效贵金属催化，廉价3d金属的C-H键插入反应也被用于H/D交换反应的开发中，近期也涌现了Fe、Co、Mn和Ni等廉价金属催化的成功实例，初步说明了廉价金属在该领域的应用潜力。

Cu是一类储量丰富、易于获取的廉价金属，被广泛应用各类催化反应中。近年来，基于协同金属化-去质子化（Concerted Metalation-Deprotonation，CMD）机理下进行的Cu催化选择性C-H键官能化反应也得到了大量研究。然而，该类反应多需要采用超化学计量数的Cu盐进行反应，说明催化物种难以维持长时间的稳定性；而且在用于研究C-H活化过程是否可逆的H/D乱序反应中，其氘代程度低下，说明逆向的C-D键重构难度较高。而从相关理论研究中也可得知，在鲜有理论模型中，Cu^II在完成基于CMD机理的C-H键插入后易于发生歧化，从而形成更稳定的Cu^III物种，因此难以发生逆向C-D键构建。

为了解决这一问题，高章华课题组通过对Cu催化C-H活化反应机理的分析，认为要实现Cu催化的C-H活化H/D交换过程需要有效抑制Cu^II的歧化反应，通过提升Cu^II物种稳定性，实现逆向C-D键重构过程。该团队从Cu^II的六配位复合物结构出发，选择N-（喹啉-8-基）苯甲酰胺作为底物进行配体筛选，最终发现之前鲜有报道的2-羧基吡啶类化合物能够作为一类有效配体实现该Cu催化的可逆C-H键插入过程。该配体对Cu^II歧化反应的抑制作用也通过DFT理论计算得到了支持。随后，该团队对反应条件进行了系统性的优化，最终确定了4-三氟甲基-吡啶甲酸为最优配体。在最优条件下，模型底物的氘代度可达1.74 D_MS（96%理论氘代度达成度）。该条件也被用于底物适用性测试中，对多数被测试底物中均表现出了较好的氘代效率。特别是能够在空间位阻较大的3-取代苯甲酰基类底物中进行高效氘代，与该课题组先前发展的Ni催化H/D交换体系形成了互补。这一反应的发现证明了Cu催化C-H键插入过程的可逆性，也为基于廉价3d金属催化的可逆C-H活化H/D交换的开发策略提供了新思路