多環(huán)芳烴（PAHs）因其獨特的π-共軛結(jié)構(gòu)，在有機電子學(xué)、光電器件和藥物化學(xué)中扮演著關(guān)鍵角色。從OLED顯示器中的發(fā)光材料，到潛在的超導(dǎo)分子，再到天然產(chǎn)物中的活性骨架，PAHs的分子結(jié)構(gòu)直接決定了它們的功能表現(xiàn)。然而，傳統(tǒng)合成方法往往依賴高溫、多步反應(yīng)或貴金屬催化，不僅效率低、成本高，還常因副反應(yīng)多而難以精準(zhǔn)控制分子結(jié)構(gòu)。尤其當(dāng)需要構(gòu)建復(fù)雜、擴展型PAH骨架時，化學(xué)家們面臨“步驟多、產(chǎn)率低、選擇性差”的三重困境。因此，開發(fā)一種步驟簡潔、條件溫和、可模塊化拓展的新策略，成為材料化學(xué)與合成化學(xué)共同亟待突破的科學(xué)問題。
近年來，光誘導(dǎo)鈀（Pd）催化的最新進展為克服傳統(tǒng)交叉偶聯(lián)的機理剛性提供了有力策略。與熱驅(qū)動過程不同，光激發(fā)的Pd(0)絡(luò)合物可發(fā)生單電子轉(zhuǎn)移（SET，single-electron transfer），生成具有非經(jīng)典反應(yīng)性的自由基型中間體。值得注意的是，這類Pd物種可同時作為可見光吸收體和催化中心，無需外源光催化劑即可實現(xiàn)其他情況下無法進行的成鍵路徑。先前的研究已展示了該策略在遠程去飽和、雙官能化、烷基化和羰基化反應(yīng)中的強大威力。在這些光誘導(dǎo)體系中，Pd(I)/自由基雜合中間體是關(guān)鍵物種。
近期，常州大學(xué)陳銘教授團隊利用可見光激發(fā)鈀催化，將常見的芳基鹵化物與末端炔烴一步轉(zhuǎn)化為多環(huán)芳烴，徹底繞開了傳統(tǒng)Sonogashira偶聯(lián)的“老路”。團隊發(fā)現(xiàn)，光激發(fā)的零價鈀能“變身”為兼具自由基與金屬雙重特性的活性中間體，像“分子縫合針”一樣把炔烴和芳環(huán)精準(zhǔn)縫合成新的芳香環(huán)。
該研究不僅拓展了鈀催化在有機合成中的應(yīng)用邊界，也為功能材料、有機電子器件及藥物分子的精準(zhǔn)構(gòu)筑提供了高效平臺。未來有望通過調(diào)控激發(fā)態(tài)金屬物種的結(jié)構(gòu)與反應(yīng)性，進一步拓展至更復(fù)雜的芳烴體系及不對稱合成，推動光催化合成化學(xué)與材料科學(xué)的深度融合。
本研究由陳銘教授指導(dǎo)，常州大學(xué)2023級碩士研究生周琛和2022級碩士研究生李培商為共同一作。相關(guān)成果以“Modular Synthesis of PAHs from Aryl Halides and Terminal Alkynes via Photoinduced Palladium Catalysis.”為題，發(fā)表在國際化學(xué)領(lǐng)域頂級期刊Nature Communication (NC)。
文章鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-62466-7.
