Pd催化芳雜環(huán)的C?H/C?H氧化偶聯(lián)反應可以高效構建聯(lián)芳基化合物，在聚合物的研究中具有重要應用。一般情況下，這類反應需要配體參與來提高Pd催化劑的催化能力，并且氧氣常常被用作反應的氧化劑。例如，鄰苯二甲酸二甲酯可以發(fā)生自偶聯(lián)反應，從而生成四羧酸聯(lián)苯化合物，產物可用于合成聚酰亞胺樹脂。最近，化學家們以大宗化學品芳烴為底物，通過不同的催化體系實現(xiàn)了各類聚合反應。2,2’-二噻吩骨架在有機太陽能電池和有機發(fā)光二極管等有機材料中具有重要應用（Figure 1A），Pd催化的噻吩二聚反應為這類化合物的合成提供了一種直接的方法。但這類反應的適用范圍僅限于具有供電子取代基的底物，當?shù)孜锞哂形娮尤〈鶗r，反應性較差。Mori課題組實現(xiàn)了2-溴噻吩的氧化偶聯(lián)反應，但是需要當量的AgI作為氧化劑（Figure 1B）。最近，美國威斯康星大學麥迪遜分校Shannon S.Stahl課題組采用氧氣作為催化劑，1,10-菲咯啉-5,6-二酮（phd）為配體，實現(xiàn)了Pd催化的噻吩的氧化偶聯(lián)反應（Figure 1C）。相關研究成果發(fā)表在J. Am. Chem. Soc.上（DOI: 10.1021/jacs.0c09962）。
（來源：J. Am. Chem. Soc.）
首先，作者采用3-正己基-2-溴噻吩1a為模板底物進行條件優(yōu)化（Figure 2）。通過對配體、Pd鹽、催化劑當量等反應條件的優(yōu)化，作者確定了反應的最優(yōu)條件為：Pd(OAc)2為金屬鹽、phd為配體、Cu(OAc)2.H2O為共催化劑、BQ為添加劑、DMSO為溶劑，底物在1.1 atm氛圍下120 ℃反應16 h，最終可以75%的分離收率得到目標產物。
（來源：J. Am. Chem. Soc.）
確定最優(yōu)反應條件后，作者對反應的底物范圍進行了擴展（Chart 2）。2-鹵素-3-烷基噻吩、2-鹵素噻吩、苯并噻吩、2-鹵素-3-酯基噻吩等底物均可以采用此方法實現(xiàn)氧化偶聯(lián)，合成了一系列在材料領域具有重要應用的產物。值得一提的是，采用之前發(fā)展的方法進行氧化偶聯(lián)效率很低，這進一步說明了該反應的獨特性。
（來源：J. Am. Chem. Soc.）
隨后，作者針對模板反應進行了克級放大及催化劑用量降低等嘗試，顯示了該反應體系在放大生產中的潛在應用。
為了加深對反應的理解，作者對反應進行了相關機理研究（Figure 3）：1）通過篩選配體phd與金屬鹽Pd(OAc)2的當量，作者發(fā)現(xiàn)兩者比例為1:1時效果最好，由此推測配體是通過與Pd進行配位，而不是與Cu鹽配位起作用；2）通過KIE實驗，作者認為C?H活化步驟為反應的限速步驟；3）通過動力學及相應光譜測試，作者認為Cu鹽對于C?H活化步驟并沒有影響，但會影響C?C鍵偶聯(lián)過程，其可能是作為Lewis酸活化噻吩底物。
（來源：J. Am. Chem. Soc.）
小結：Shannon S. Stahl課題組發(fā)展了一種獨特的催化體系，實現(xiàn)了Pd催化的噻吩的氧化C?H/C?H偶聯(lián)反應。在該反應中，phd配體不僅可以與Pd(OAc)2配位，還可以與Cu(OAc)2配位。本研究為噻吩的自偶聯(lián)反應提供了一種新型的方法。
