用于复杂耦合挑战的下一代配体

制药、农用化学和材料化学支架的可持续合成是化学界最紧迫的问题之一。为了应对这一挑战，通过开发各种配体，实现了交叉耦合催化范围、选择性和效率的显著提高。

这些努力可以给人一种印象，即交叉耦合化学领域现在已经完全被填充和理解，但仍有许多机会。在这篇文章中，我们将展示由复杂的磷化氢配体的研究和设计所驱动的过渡金属催化的进展，特别是着眼于:

• Tris(1-adamantyl)phosphine -一种体积庞大的富电子配体，由Brad Carrow的研究小组开发
• YPhos配体-一类新型的含ylide取代基的磷化氢，由Viktoria Gessner的研究小组开发

用于复杂耦合挑战的新一代配体

随着世界日益认识到这一点，可持续发展对于全球公平和进一步的经济增长都至关重要。在应对这一挑战方面，化工企业必须发挥双重作用，一方面提出更可持续的解决方案，另一方面改进其化学工艺，以最大限度地减少对环境的影响。这意味着过程化学家面临的挑战是用更少的步骤合成更复杂的目标，最大限度地减少稀缺资源的使用，减少过程产生的浪费。

金属催化交叉偶联自20世纪下半叶被发现和发展以来，已成为药物分子、农用化学品和电子材料制备中不可缺少的工具。

使化学家能够通过碳-碳键将芳基环连接在一起或与其他基团连接在一起，为合成创造了新的可能性，这是以前根本无法想象的。在过去的70年里，随着一系列新的配体的开发，交叉偶联得到了发展和适应，使其在合成化学中实现了一系列新的用途。这种适应化学家需求的能力，通过帮助创造将世界过渡到更绿色的明天的过程，为当代可持续发展挑战提供了解决方案。

现代有机合成的基石

利用金属催化交叉偶联的能量的途径始于钯，它仍然是迄今为止在交叉偶联中最常用的金属。解开钯属性的关键在于它周围的配体。一些研究人员独立地发现，空间位阻，富电子膦在提高钯催化剂的效率和耐受性方面起着至关重要的作用。

从那时起，已经开发了几种新的磷化氢配体支架，每种支架都具有特定的性能。由于有了更专门的配体，交叉耦合的范围现在也包括碳杂原子键的形成。今天，交叉耦合仍然有丰富的机会来推动化学应用的广泛领域。

突破配体能力的界限

尽管我们对科学认识的任何进步都可以转化为实际的解决方案，但学术研究中的创新只有一小部分会在现实生活中的商业应用中得到实现。由Umicore PMC的学术合作伙伴推动的配体设计的进展与工业挑战直接相关。

美国普林斯顿大学的Brad Carrow团队合成了三(1-金刚基)磷化氢(PAd)_3.)．在随后的研究中，他们发现钯- pad_3.复合物催化Suzuki-Miyaura偶联具有特殊的周转数(TON) -催化剂在消耗之前可以使用的次数-接近20,000次。在实际应用中，这些新型磷化氢的钯配合物所显示的高效率使得反应时间短，甚至不需要加热。这使工艺化学家在更灵活的温度范围内工作，允许与敏感官能团更广泛的兼容，或通过实现室温反应来简化工艺。这些不那么极端的条件为化学家开辟了更绿色的合成途径。

另一个将配体设计的进步应用于工业挑战的例子，可以在德国波鸿鲁尔大学的Viktoria Gessner团队最近的工作中找到，举例说明了如何理解结构-活性关系可以为更有效的催化铺平道路。通过探索新的配体结构，Gessner和他的同事发现了一类含有ylide的磷化氢，他们称之为YPhos家族。吡啶取代基赋予磷供体较强的给电子能力。

YPhos配体的电子丰富性导致其在交叉偶联反应中具有独特的高活性，特别是Buchwald-Hartwig酰胺反应。此外，虽然通常已知ylides是非常活泼的物种，但由于配体和金属物种之间的额外相互作用，YPhos配体在与金属配合时往往非常稳定。在开发过程中，研究了空间需求以及供体性质。

具有实际效益的创新

总的来说，这些配体代表了许多交叉耦合应用的通用解决方案。

由YPhos和PAd实现所需的低量催化剂_3.配体，意味着需要更少的钯。这意味着必须从产品中去除更少的金属，以满足监管准则，有助于降低下游成本。最小的催化剂负荷也最大限度地降低了贵金属催化剂对供应链的影响。在循环中需要管理的钯更少，从而降低了成本和复杂性。

实现更可持续的未来的关键是加强产业界和学术界之间的合作

最后，为了使创新得到切实实施，必须保障知识产权的商业使用和供应。Umicore已与各大学协商IP，并可提供含YPhos和PAd的催化剂_3.配体。因此，任何来自许可证协议的额外成本都包含在催化剂的价格中，不需要进一步的谈判，从而消除了使用催化剂的障碍。

由于认识到这些技术的潜力，Umicore利用贵金属化学专业知识和对行业的理解，确保向市场供应这些创新配体。像这样的技术展示了创新的边界是如何不断被突破的。尽管已有70多年的历史，交叉耦合催化领域仍在蓬勃发展，并适应未来的需求。

合作是关键

制药、农化和材料化学支架的可持续合成将定义化学工业的下一个时代。正如这些发现所示，交叉耦合催化剂设计是寻找满足这一需求的技术的沃土。然而，这一发现的主要部分是产业界和学术界之间的有效合作。例如，作为我们与Gessner的团队在YPhos配体方面合作的一部分，Umicore提供了一个视角，我们与数十家公司的工艺化学家保持着持续的关系，以帮助我们将研究重点放在我们知道客户面临的挑战上。这样做可以深入探索更多与市场相关的发现。同样地，学术界通常可以提供企业在其他地方找不到的创新想法和资源。

一个更美好、更可持续的未来的关键是加强产业界和学术界之间的合作，而拥抱这样的未来取决于企业。通过培养两者之间的关系，双方都可以释放自己真正的潜力。作为催化领域的技术领导者，Umicore的定位是帮助弥合从学术发现到实用的，可扩展的解决方案的差距。携手共进，共创成功。