Suzuki-Miyaura偶联反应在有机合成中应用广泛，然而使用的催化剂常为均相催化剂，难以被回收和从反应系统中去除。近年来，纳米催化剂为克服传统均相催化方法的缺点提供了替代方案。然而，在反应中产生不溶性杂质或焦油是工业规模生产中常见的现象，可能会干扰催化剂回收过程。因此，制备快速且易于去除的多相催化剂是解决上述问题的关键。2012年，俞磊教授课题组首次提出了“茶叶袋”催化剂的概念，通过将钯纳米颗粒附着在铝箔表面制备了可以快速去除的Pd@Al催化剂。随着近年来钯价格迅速上涨（从约360美元/盎司到超过2000美元/盎司），从实用的角度来看，开发廉价金属新型催化剂至关重要。
最近，扬州大学俞磊教授课题组发现，廉价的Cu可替代昂贵的Pd催化剂催化Suzuki-Miyaura偶联反应进行，使用Fe和Cl-离子进行掺杂后可以有效提高催化剂的活性。SEM图像表明，Cl-通过点蚀效应增加铝箔的表面积并促进Cu和Fe离子在其表面沉积。对比实验结果表明，Cu(Ⅰ)的催化效率远高于Cu(Ⅱ)，然而反应后Cu(Ⅰ)物种会不可避免的向Cu(Ⅱ)物种转变，这也是Cu@Al催化剂活性较低且循环利用性差的原因。通过XPS和HRTEM分析，发现Fe2+可以通过独特的给电子机制还原Cu(Ⅱ)至Cu(I)，从而有效提高催化剂的催化活性。
图1. Suzuki-Miyaura偶联反应催化机理（来源：Journal of Catalysis）
在进行了充分的控制实验与仪器分析后，该课题组提出的可能的实验机理。即，虽然在Suzuki-Miyaura偶联过程中，铝箔上的Cu(I)物种在反应后被氧化Cu(Ⅱ)物种导致催化剂失活，但在Fe2+的协同作用下，可以通过独特的给电子机制还原Cu(Ⅱ)至Cu(I)，从而可继续催化反应（图1）。
这一工作实现了无配体的廉价铜铁催化剂催化的Suzuki-Miyaura偶联反应。与传统的均相催化剂和昂贵的Pd催化剂相比，该反应使用可以被快速去除的“茶叶袋”催化剂，避免了反应过程中产生的不溶性杂质或焦油的干扰，TON值可达9.0×103。这种廉价的金属制造的“茶叶袋”式纳米催化剂具有广泛的应用前景。后续该课题组将会以工业应用为目的对其进行深入研究与改进。
该成果近期以“Establishing
Fe-Cu interaction in a novel free-standing material to boost the
catalytic activity for ligand-free Suzuki-Miyaura cross-couplings”为题发表在Journal of Catalysis（DOI: 10.1016/j.jcat.2022.10.027）上，扬州大学博士生陈超为该论文第一作者。
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