過(guò)渡金屬金屬催化劑如鈀或鎳實(shí)現(xiàn)了一系列的交叉偶聯(lián)、C-H鍵官能化、氫化、還原及氧化反應(yīng)，大大拓寬了藥物及精細(xì)化學(xué)品的合成策略。通過(guò)對(duì)基本步驟的調(diào)控（Fig. 1A），研究人員在過(guò)去的幾十年中為每種反應(yīng)優(yōu)化了不同催化劑。不幸的是，這類催化循環(huán)存在固有的局限性，從而削弱了其效用。這些起因于金屬催化劑的變價(jià)循環(huán)過(guò)程，其中有利于一個(gè)半循環(huán)的催化劑其空間或電子特征通常會(huì)抑制另一半循環(huán)。因此，平衡這些步驟是反應(yīng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，往往需要降低總催化劑活性或限制底物范圍。
（來(lái)源：Science）
“鈀催化的羰基化反應(yīng)就處于這樣一種兩難的境地”
羰基化至少在原理上是從原料組裝成普遍存在有價(jià)值的羰基化合物的最有效途徑之一，其中包括酯、酰胺或酮等。但是，相對(duì)于類似的交叉偶聯(lián)反應(yīng)，CO配位對(duì)鈀的氧化加成具有抑制作用，需要提高反應(yīng)溫度，這限制了許多關(guān)鍵底物的使用，如反應(yīng)活性較低的簡(jiǎn)單烷基鹵化物。這些問(wèn)題可以通過(guò)催化劑設(shè)計(jì)部分解決。例如，Alexanian 和 Ryu分別使用了富電子的催化劑及紫外光來(lái)實(shí)現(xiàn)了芳鹵羰基化反應(yīng)，但是這些對(duì)氧化加成有利的因素通常消除步驟需要使用強(qiáng)親核試劑（Fig. 1B）。羰基化反應(yīng)通常還需要親核試劑易于與鈀締合以進(jìn)行還原消除, 針對(duì)該部分的研究通常使用大位阻的配體來(lái)促進(jìn)酰鹵的形成。但是，這種有利于還原消除作用的催化劑，適用的底物范圍便受限于可以輕松進(jìn)行氧化加成的底物上。
“上帝說(shuō)，要有光”
許多實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)創(chuàng)性研究表明，將可見(jiàn)光催化劑與常規(guī)的鎳或鈀催化劑協(xié)同使用可以加快偶聯(lián)反應(yīng)中的決定性步驟。這種策略也被應(yīng)用于烷基鹵化物Suzuki偶聯(lián)的羰基化反應(yīng)。盡管此類策略擴(kuò)大了可獲得的產(chǎn)品范圍，但催化循環(huán)中的其他步驟仍然依賴于金屬的經(jīng)典空間和電子效應(yīng)修飾，并且可能會(huì)受到固有高活化能壘的限制。在考慮這些特征時(shí)，加拿大麥吉爾大學(xué)Bruce A. Arndtsen課題組質(zhì)疑光是否可能在催化中發(fā)揮更大的作用。在最初的實(shí)驗(yàn)中，作者首先將研究重點(diǎn)放在可見(jiàn)光與鈀通過(guò)協(xié)同作用促進(jìn)酰氯的生成上。在藍(lán)光照射的條件下作者考察了各種催化劑體系和光催化劑后發(fā)現(xiàn)，Xantphos與[Pd(allyl)Cl]2和{Ir[dF(CF3)ppy]2(dtbpy)}PF6一起作用時(shí)，室溫條件下酰氯捕獲產(chǎn)物1a的產(chǎn)率為34％（Fig. 2A）。配體篩選結(jié)果顯示，[(2-二苯基膦基)苯基]醚（DPEphos）活性極強(qiáng)，并且反應(yīng)幾乎定量形成酰胺1a（Fig. 2B）。
（來(lái)源：Science）
“光的雙重身份”
作者進(jìn)一步合成了DPEphos連接的Pd(II)-酰基絡(luò)合物3b-Cl。低溫下對(duì)其進(jìn)行輻照, 并在5分鐘內(nèi)近似定量地得到消除產(chǎn)物酰氯2b（Fig. 3A）。除有利于還原消除外，光似乎還可以通過(guò)激發(fā)Pd(0)絡(luò)合物(DPEphos)Pd(CO)2而參與氧化加成步驟（Fig. 3B）。作者觀察到第二種低產(chǎn)率的產(chǎn)物形成，其是由鄰甲苯基自由基與C6H6溶劑引起的。Pd(0)配合物7是在酰氯消除后形成的，在芳基碘化物存在下可快速地進(jìn)行逆氧化加成，從而與6c一起形成3c-I（Fig. 3C）。這些結(jié)果與先前報(bào)道的光致單電子從Pd(0)轉(zhuǎn)移至芳基碘化物從而降低了反應(yīng)所需活化能的作用類似。
（來(lái)源：Science）
“挑戰(zhàn)不可能”
從合成的角度來(lái)看，這種基于可見(jiàn)光的催化體系提供了一種在環(huán)境溫度下對(duì)具有挑戰(zhàn)性的親電試劑和親核試劑進(jìn)行羰基化的有效途徑。該催化策略適用于一系列芳基碘化物以及具有潛在配位基團(tuán)的底物。迄今為止，芳基溴需要高溫才能發(fā)生羰基化生成酰氯（100至120 °C），而在該策略下低至-3°C的溫度下也可原位生成酰氯。這種光驅(qū)系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了獨(dú)特的羰基化途徑，將簡(jiǎn)單的烷基鹵化物轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的烷基酰氯產(chǎn)物。由于這些轉(zhuǎn)化中的每一個(gè)都會(huì)導(dǎo)致酰氯的形成，因此可以同時(shí)將大量親核試劑加入該化學(xué)反應(yīng)中。在親核試劑與反應(yīng)條件不兼容的體系中，可以將酰氯積累后添加親核試劑。后者可以得到具有挑戰(zhàn)性的底物的偶聯(lián)產(chǎn)物（1y-1aa，1ii），以及結(jié)構(gòu)上更精細(xì)產(chǎn)品（萜烯，1kk；β-乙縮醛，1ff；甾體酰氯，2i）的產(chǎn)生，這些結(jié)構(gòu)沒(méi)有一個(gè)可以通過(guò)經(jīng)典的羰基化方法獲得。
（來(lái)源：Science）
（來(lái)源：Science）
“To be continue”
該工作報(bào)道了一種羰基化偶聯(lián)反應(yīng)的傳統(tǒng)鈀催化劑的替代策略，其中可見(jiàn)光的參與以低勢(shì)壘驅(qū)動(dòng)氧化加成和還原消除?？紤]到羰基化的底物范圍以及該催化策略在催化循環(huán)中的關(guān)鍵作用，該催化體系高效靈活，對(duì)合成領(lǐng)域具有重要的價(jià)值。相關(guān)成果發(fā)表于Science（DOI: 10.1126/science.aba5901）。
