最新Science：醌作为共催化剂助力高效Pd催化

【引言】

钯催化的有机分子氧化反应起源于1959年，当时用于乙烯和水的氧化偶联。此后不久就报道了钯催化的芳烃与联芳基的氧化。这些方法的较差的催化效率和较低的选择性促进了以预氧化底物（如芳基卤化物）为偶合的Pd催化的发展。Pd催化的反应取得了非凡的成功，对于C-H键的直接氧化官能的方法可以基本上简化到不同的化学结构。Pd催化C-H键氧化反应能够使药物、农药以及其他领域中的各种复杂有机分子合成更加简单，但是目前的方法中Pd催化剂的负载量量有时需要非常高，而且反应中需要加入大量氧化剂，严重影响了Pd(II)催化在有机合成反应中的应用。尽管引入氧气作为氧化剂减少了对预活化的需求，但是催化却往往效率较低，特别是在芳烃偶联的情况下，现有的方法通常表现出较差的催化剂性能。

近日，美国威斯康星大学麦迪逊分校Shannon S. Stahl（通讯作者）探讨了具有代表性的Pd催化氧化C-H芳基化反应的机理，并阐明了破坏催化剂性能的机理特征，包括底物消耗的副反应和催化剂作为非活性物质的存在。同时揭示了在反应中加入醌作为共催化剂，能够解决以上缺点。使用2,5-二叔丁基邻苯醌使Pd催化剂能够有效地利用分子氧作为氧化剂，反应产率高，并使Pd催化剂的TON大于1900（以往的Pd催化反应TON为13），同时在对苯乙酸邻位C(sp²)-H的活化反应中，实现了中等到优异的C-H键芳基化结果。相关研究成果以“Tailored quinones support high-turnover Pd catalysts for oxidative C-H arylation with O₂”为题发表在Science上。

【图文导读】

图一、 Pd催化C-H氧化反应，突出了催化剂性能

图二、Pd催化C-H芳基化反应的动力学和光谱分析

图三、实验数据和计算分析一致性

图四、低载量催化剂的催化性能

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

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