An Adaptive Palladium Single-Atom Catalyst Enabling Reactivity Switching between Borylation and C–C Coupling

化学 硼酸化 钯 催化作用 反应性(心理学) 联轴节(管道) Atom(片上系统) 有机化学 芳基 并行计算 医学 机械工程 烷基 替代医学 病理 计算机科学 工程类
作者
Vitthal B. Saptal,Clara Saetta,Adriana Laufenböck,Martin Sterrer,Ik Seon Kwon,Andrea Lucotti,Matteo Tommasini,Ondřej Tomanec,Aristides Bakandritsos,Giovanni Di Liberto,Gianfranco Pacchioni,Gianvito Vilé
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (22): 18524-18540 被引量:11
标识
DOI:10.1021/jacs.4c17943
摘要

The development of single-atom catalysts (SACs) with site-specific and tunable catalytic functionalities remains a highly desirable yet challenging goal in catalysis. In this study, we report a SAC featuring anisotropic coordination cavities synthesized via a one-step polymerization of 2,6-diaminopyridine and cyanuric chloride. These cavities provide a robust framework for anchoring isolated Pd single atoms with exceptional stability. The unique broken symmetry of the catalyst's local structure enables precise control over reaction pathways, allowing reactivity to be switched between distinct catalytic outcomes. Specifically, under tailored reaction conditions, the catalyst can either halt at the borylation step or proceed seamlessly to Suzuki coupling in a self-cascade process. Mechanistic studies unveil the pivotal role of Pd single atoms in driving key steps, including oxidative addition, base exchange, and reductive elimination. Furthermore, green metrics demonstrate the process's sustainability, with minimized waste generation and reduced reliance on hazardous reagents in the self-cascade transformation. This work establishes an innovative benchmark in the field of single-atom catalysis: by enabling complex, multistep transformations via strategic activation of multiple functional groups, this catalyst exemplifies the potential of self-cascade processes to revolutionize synthetic chemistry via catalysis engineering.
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