S.N. Murthy Boddapati | Bhuvaneswari Chalapaka | Suresh Maddila | Sreekantha Babu Jonnalagadda
南非德班西维尔P/Bag X54001，夸祖鲁-纳塔尔大学化学与物理学院
**摘要**
总体而言，钯（Pd）催化的偶联反应是有机化学家构建生物活性化合物的高效且多功能的方法之一。与非催化途径相比，这些转化能够快速且选择性地制备取代芳烃和杂芳烃，利用了易于获得的底物，这得益于它们广泛的官能团包容性和高化学选择性。在过去几十年中，多种钯介导的偶联策略对精细化学品和药品的工业生产做出了关键贡献。鉴于这些优势，本文综述了2020年至2026年间最新兴和杰出的基于钯的催化剂（包括Pd(0)、有机钯、钯配合物和复合材料）。我们全面概述了各种钯促进的偶联反应（如Suzuki-Miyaura、Heck、Negishi、Buchwald-Hartwig、Kumada、Sonogashira、Fukuyama、Stille和Ullmann偶联）在高效和广泛应用方面的最新进展，并提供了关于这些重要且具有前景的偶联策略的基本信息。此外，我们还重点描述了钯催化功能的潜在机制路径。
**引言**
交叉偶联反应（CCRs）是一类重要的有机合成方法，在构建治疗性分子方面发挥着关键作用。两个事实可以证明交叉偶联反应的优越性：（i）这些先进技术的出现为快速合成具有实际工业价值的分子骨架铺平了道路，通过简化反应步骤和提高效率，这些方法能够以符合制造需求的规模和速度生成化合物，从而弥合了实验室创新与实际应用之间的差距；（ii）更重要的是，交叉偶联相互作用激发了以前无法想象的分子设计的发展，例如洛沙坦的合成[1]。由于在这些反应中成功使用了多种金属配合物和亲电试剂，已经开发出了从液晶和聚合物到天然产物和药品的各种分子组装策略。与其他许多合成方法相比，交叉偶联反应的可靠性和可重复性是其广泛应用的关键因素[2]。现代交叉偶联化学中最显著的成功之一是Suzuki-Miyaura反应[3]，其可靠性源于对核心交叉偶联过程机制的深入理解，即有机金属中间体和金属催化剂的角色、转化和分解路径[4]。为了以合成上可行的速率驱动这些反应，通常需要过渡金属催化剂。
**过渡金属催化的偶联策略**
近年来，过渡金属促进的偶联策略在有机合成中变得越来越重要。通过发明和改进新的化学基团和强大的原创合成技术，这些反应在化学科学和技术领域取得了巨大进展[5]。过渡金属催化剂通常来源于Pd[6]、Ni[7]、Cu[8]、Co[9]、Fe[10]、Au[11]、Mn[12]、Rh[13]和Ru[14]等金属。2010年，Negishi、Suzuki和Heck因在钯促进的交叉偶联方面的开创性工作而获得诺贝尔化学奖，进一步强调了过渡金属催化化学的重要性。
过渡金属催化剂已经建立了许多断裂和形成化学键的反应，但仍有许多重要且常常出乎意料的成就不断涌现。除了继续开发和使用传统的贵金属（如Pd[15]、Rh[17]和Ru[18]）外，其他低成本金属催化剂（如Cu[19]、[20]、[21]）也因其用户友好性和经济可行性而受到关注[21]。图1展示了CCRs的标准催化循环。这些转化通常通过一系列氧化加成、转金属化和还原消除过程进行。主族金属试剂和过渡金属的特性及其物种形式对催化性能至关重要，此外还有其他反应条件。C–X（X：卤素/拟卤素）键的强度是化学活性的关键决定因素。氧化加成步骤通常被认为是各种催化循环中的速率决定步骤。在离去基团中，相对反应性遵循I > OTf > Br ≫ Cl的趋势[22]。
**钯化学的应用**
在过去的三到四十年中，钯化学在有机合成研究中得到了广泛的应用[23]。钯被确立为一种卓越的过渡金属催化剂，用于合成有机化学，能够形成碳-碳和碳-杂原子键，尤其以其高效率、选择性和在偶联反应中的广泛应用而闻名[24]。尽管理论上许多金属中心可以催化偶联反应的不同阶段，但基于钯的催化剂无疑是最常见的。由于它们的适应性和能够精确控制官能团的能力，这些反应在农业和制药工业中特别有用[25]，从而带来了重要的发现、进展和商业化。除了在工业和实验室规模上的合成应用外，这些反应也成为评估钯作为候选催化剂的反应性特征的标准技术。钯介导的反应通常在温和的反应条件下进行，适用于多种官能团。钯催化剂促进了用传统方法难以实现的转化。因此，关于钯催化剂在制备药用杂环化合物方面的应用进行了大量研究[26]。尽管现有方法取得了巨大成功，但在钯促进的交叉偶联反应方面仍不断有新的进展[27]、[28]、[29]、[30]、[31]、[32]、[33]、[34]、[35]，重点在于开发新型高效的钯基催化系统、绿色合成策略以及之前被认为惰性的化学键的功能化。
**尽管钯催化的交叉偶联化学取得了显著进展，但目前缺乏关于该领域最新和简洁的综述报告。**只有少数综述展示了从基础到高级的钯促进的交叉偶联反应（包括Suzuki、Heck、Negishi、Buchwald-Hartwig、Kumada、Sonogashira、Fukuyama、Stille、Ullmann偶联）在高效和广泛应用方面的最新进展，以及关键机制路径。例如，Cabri团队[36]回顾了原位催化剂还原在钯催化的CCRs中的关键作用。Fairlamb等人[37]的综述描述了催化剂用量描述符（mol%和ppm）在钯催化的CCRs中的重要性，并探讨了它们与摩尔百分比（mol%）之间的关系。Matveeva团队[38]回顾了钯促进的串联方法的最新发展。他们的综述涵盖了基于氧化物的异相催化剂、均相催化剂（包括固定化的钯配合物）、COFs、MOFs等，特别关注含有酸/碱位点的载体，以及用于精细有机合成和生物技术的金属-酶催化串联过程的催化剂。Khorsandi团队[39]回顾了CN CCRs在药物化合物合成中的应用。Rizwan团队[40]关注了近年来钯和铜催化的Sonogashira CCRs的进展，包括底物、多样的催化系统和反应条件。
**鉴于偶联反应在许多领域的广泛应用，我们认为收集与钯催化的交叉偶联相关的合成路径将对希望深入了解钯催化的新研究人员非常有益。**因此，继我们之前的工作[41]、[42]、[43]、[44]、[45]之后，我们根据交叉偶联反应中有机金属亲电试剂的性质选择了相关文章，并对关键的钯促进的交叉偶联反应进行了深入研究。本综述的目的是总结过去五年（2020-2026年）钯介导的CCRs（如Suzuki-Miyaura (SM)、Mizoroki-Heck (MH)、Negishi、Stille、Sonogashira、Kumada、Buchwald-Hartwig (BH)、Fukuyama和Ullmann偶联）的发展进展，以及这些重要且具有前景的偶联策略的基本信息。钯催化偶联反应的改进及其机制路径为当前和未来的研究人员提供了新的途径，以推进钯介导的交叉偶联反应，从而开发出一系列有效的先导分子。
**章节摘录**
**Suzuki-Miyaura交叉偶联反应**
1979年，Suzuki、Miyaura和Yamada[46]描述了有机卤化物与硼酸衍生物的钯催化偶联反应，称为Suzuki-Miyaura交叉偶联反应（方案1）。随后，由于他们在钯促进的有机分子合成中的革命性发明，Akira Suzuki与R.F. Heck和Ei-ichi Negishi共同获得了2010年的诺贝尔化学奖[2]。方案1概述了Suzuki CCR的基本步骤。
**结论**
本文全面回顾了钯催化的偶联反应，这些反应已被证明是制造碳-碳和碳-杂原子键的极其可靠和多功能的工具。这些反应仍然是一个动态且不断发展的研究领域，该领域的持续好奇心和创新带来了持续的改进，新的策略不断涌现，以应对曾经看似无法克服的挑战。
**作者贡献声明**
S.N. Murthy Boddapati：撰写原始草稿、验证、数据管理、概念化。
Bhuvaneswari Chalapaka：撰写原始草稿、验证、数据管理。
Suresh Maddila：撰写与编辑、可视化、方法论、概念化。
Sreekantha Babu Jonnalagadda：撰写与编辑、监督、资源管理、概念化。
**写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的情况**
在准备这项工作时，作者使用Copilot工具纠正语法错误并提高可读性。使用该工具/服务后，作者根据需要审查和编辑了内容，并对发表文章的内容负全责。
**资金情况**
该项目未获得任何资助。
**参考文献**
[60], [170]
**利益冲突声明**
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
**致谢**
S.N. Murthy Boddapati感谢南非夸祖鲁-纳塔尔大学的当局提供的博士后奖学金和在整个项目中的持续支持。Boddapati博士在印度安得拉邦的Acharya Nagarjuna大学获得了化学博士学位。目前，他是印度Sir C. R. Reddy学院的化学教授。2022年，他被选为南非德班夸祖鲁-纳塔尔大学化学与物理学院的博士后研究员。他的研究兴趣包括合成新型杂环有机分子和异相催化，以及开发新的方法论。
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