兰州大学李灿院士、李泽龙教授Angew：单原子Pd/TiO₂催化剂串联催化合成异吲哚酮

开发新的高效合成策略来替代传统的异吲哚酮合成方法是化学合成领域的一大挑战。基于此，兰州大学李灿院士和李泽龙教授开发了一种基于单原子Pd/TiO₂催化剂催化的串联反应体系，通过使用廉价且易得的邻苯二甲酸酐、氨气、氢气成功合成了异吲哚酮。单原子Pd/TiO₂催化剂展现了优异的催化性能，邻苯二甲酸酐的转化率高达99%，异吲哚酮的选择性为91%，且其TOF高达4807 h^-1。其出色的催化性能归因于载体TiO₂与单原子Pd位点之间的协同串联催化效应。TiO₂能够高效催化邻苯二甲酸酐与NH₃反应生成邻苯二甲酰亚胺，随后邻苯二甲酰亚胺通过与NH₃及在单原子Pd位点上活化并溢流的氢物种反应，进一步催化转化为异吲哚酮。在整个串联反应过程中，NH₃不仅充当了反应物，同时也作为促进剂，通过与中间体邻苯二甲酰亚胺反应生产相应的亚胺中间体，加快了邻苯二甲酰亚胺还原过程。该串联催化机制为异吲哚酮平台分子的高效合成提供了一种极具前景的策略。

图1. Pd/TiO₂催化剂的表征。

图2. 0.05 Pd/TiO₂对苯酐和NH₃的串联反应的催化性能。

该工作以单原子Pd/TiO₂为催化剂，成功催化了苯酐、NH₃和H₂的串联反应，实现了一步法串联合成异吲哚啉酮。其中单原子Pd/TiO₂催化剂表现出优异催化活性，其中单原子Pd位点与TiO₂载体之间的协同作用是该催化剂具有高活性的关键，Pd位点和TiO₂在反应过程中可以催化串联反应的不同步骤。另外，TiO₂可以催化PA与NH₃之间的缩合反应，生成PAM。随后PAM与NH₃继续在TiO₂的催化作用下通过缩合反应生成关键中间体IM-IIO。H₂可以在单位点Pd上解离并溢流至TiO₂载体上，并与关键中间体IM-IIO反应得到另一个关键中间体NH₂-IIO，并继续加氢生成目标产物异吲哚啉酮。

图3. 串联反应路径研究。

图4. 反应过程研究

图5. 吲哚布芬(Indobufen)的合成。

该研究工作近期发表在Angew. Chem. Int. Ed.上，兰州大学解进博士和程稼年博士为共同第一作者，李灿院士、李泽龙教授为共同通讯作者。

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A Tandem Catalysis for Isoindolinone Synthesis over Single-atom Pd/TiO₂ Catalyst

Jin Xie, Jianian Cheng, Junbao Peng, Jieyun Zhang, Xiaojing Wu, Ruihui Zhang, Zelong Li, Can Li

Angew. Chem. Int. Ed., 2024, DOI: 10.1002/anie.202415203