近日，我校bevictor伟德官网萬穎教授團隊在Nature子刊《Nature Communications》上發表論文 “Palladium catalyzed radical relay for the oxidative cross-coupling of quinolines”，钯催化自由基接力實現喹啉高效氧化交叉偶聯反應。上海師範大學為第一署名單位，17級博士生趙小瑞、學院青年教師朱小娟為論文共同第一作者，上海師範大學萬穎教授、中國科學院上海高等研究院姜政研究員，中國科學院金屬研究所張炳森研究員為論文共同通訊作者。
吡啶基醚類衍生物，例如8-甲氧甲基喹啉及其衍生物，具有抗炎、抗菌和抗真菌等活性，在醫藥領域有重要的應用價值。基于過渡金屬催化C-H鍵氧化交叉偶聯反應是制備醚的原子經濟性策略；然而，催化C(sp3)-H鍵直接功能化構建C-O鍵面臨巨大挑戰，這主要是由于O較大的電負性使其與金屬的發生強配位作用，抑制了還原消除反應。目前，大多數研究集中在Pd基均相催化劑上，通常曆經PdII-PdIV催化循環路線，存在産物易被重金屬污染、均相催化劑分離難等問題。
該文利用課題組前期報道的d電荷密度描述符設計策略（Nat. Commun., 2022, 13, 2754; Nat. Commun., 2020, 11, 4600; Nat. Commun., 2019, 10, 1428; Natl. Sci. Rev., 2021, 8, nwaa126），設計了多相Pd催化劑，通過催化自由基接力反應，實現雜環芳烴C(sp3)-H鍵直接氧化交叉偶聯生成醚。Pd納米顆粒高度分散在有序介孔N摻雜銳钛礦納米晶-碳複合材料上；且Pd與N摻雜銳钛礦納米晶之間的金屬-載體強相互作用，增加了Pd的d電荷密度。d電荷密度為0.14 e的缺電性Pd表面，PhI(OAc)2通過單電子轉移反應産生乙酰氧基自由基，吸附的甲醇通過自由基接力轉化成為甲氧基自由基；同時，其有利于吸附8-MeQ并活化苄基位C(sp3)-H鍵。進一步甲氧基自由基插入活化的C(sp3)-H鍵發生脫氫交叉偶聯，形成C-O鍵。這種表面吸附誘導自由基接力機制完全不同于傳統均相PdII催化C-H鍵氧化交叉偶聯反應。後者通常涉及配體定向活化C-H鍵形成環钯中間體，通過PdIII-PdIII二聚體環钯中間體雙電子氧化産生PdIV，形成C-O鍵。在8-甲基喹啉C(sp3)-H鍵氧化交叉偶聯反應中，多相Pd催化劑的轉化頻率高達84 h-1，8-甲氧甲基喹啉的選擇性>99%。進一步拓展底物範圍，發現該催化劑對喹啉類化合物都具有高的活性。同時，催化劑展現高的穩定性，7次反應後幾乎檢測不到催化劑活性下降和金屬Pd流失。
該研究工作得到了國家自然科學基金委傑青項目、重大研究計劃集成項目、上海市教委重大項目、上海市科委部分地方院校能力建設專項的支持。