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科技工作者之家 2020-12-18
来源:材料人
【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
来源:icailiaoren 材料人
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