最新Science：醌作為共催化劑助力高效Pd催化

【引言】

鈀催化的有機分子氧化反應起源于1959年，當時用于乙烯和水的氧化偶聯。此后不久就報道了鈀催化的芳烴與聯芳基的氧化。這些方法的較差的催化效率和較低的選擇性促進了以預氧化底物（如芳基鹵化物）為偶合的Pd催化的發展。Pd催化的反應取得了非凡的成功，對于C-H鍵的直接氧化官能的方法可以基本上簡化到不同的化學結構。Pd催化C-H鍵氧化反應能夠使藥物、農藥以及其他領域中的各種復雜有機分子合成更加簡單，但是目前的方法中Pd催化劑的負載量量有時需要非常高，而且反應中需要加入大量氧化劑，嚴重影響了Pd(II)催化在有機合成反應中的應用。盡管引入氧氣作為氧化劑減少了對預活化的需求，但是催化卻往往效率較低，特別是在芳烴偶聯的情況下，現有的方法通常表現出較差的催化劑性能。

近日，美國威斯康星大學麥迪遜分校Shannon S. Stahl（通訊作者）探討了具有代表性的Pd催化氧化C-H芳基化反應的機理，并闡明了破壞催化劑性能的機理特征，包括底物消耗的副反應和催化劑作為非活性物質的存在。同時揭示了在反應中加入醌作為共催化劑，能夠解決以上缺點。使用2,5-二叔丁基鄰苯醌使Pd催化劑能夠有效地利用分子氧作為氧化劑，反應產率高，并使Pd催化劑的TON大于1900（以往的Pd催化反應TON為13），同時在對苯乙酸鄰位C(sp²)-H的活化反應中，實現了中等到優異的C-H鍵芳基化結果。相關研究成果以“Tailored quinones support high-turnover Pd catalysts for oxidative C-H arylation with O₂”為題發表在Science上。

【圖文導讀】

圖一、?Pd催化C-H氧化反應，突出了催化劑性能

圖二、Pd催化C-H芳基化反應的動力學和光譜分析

圖三、實驗數據和計算分析一致性

圖四、低載量催化劑的催化性能

?文獻鏈接：“Tailored quinones support high-turnover Pd catalysts for oxidative C-H arylation with O₂”(Science，2020，10.1126/science.abd1085)

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