Picomole-Scale Transition Metal Electrocatalysis Screening Platform for Discovery of Mild C–C Coupling and C–H Arylation through in Situ Anodically Generated Cationic Pd

化学 电化学 电催化剂 过渡金属 催化作用 阳离子聚合 组合化学 电极 无机化学 物理化学 有机化学
作者
Heyong Cheng,Tingyuan Yang,Madison E. Edwards,Shuli Tang,Shiqing Xu,Xingru Yan
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (3): 1306-1312 被引量:13
标识
DOI:10.1021/jacs.1c11179
摘要

Development of new transition-metal-catalyzed electrochemistry promises to improve overall synthetic efficiency. Here, we describe the first integrated platform for online screening of electrochemical transition-metal catalysis. It utilizes the intrinsic electrochemical capabilities of nanoelectrospray ionization mass spectrometry (nano-ESI-MS) and picomole-scale anodic corrosion of a Pd electrode to generate and evaluate highly efficient cationic catalysts for mild electrocatalysis. We demonstrate the power of the novel electrocatalysis platform by (1) identifying electrolytic Pd-catalyzed Suzuki coupling at room temperature, (2) discovering Pd-catalyzed electrochemical C-H arylation in the absence of external oxidant or additive, (3) developing electrolyzed Suzuki coupling/C-H arylation cascades, and (4) achieving late-stage functionalization of two drug molecules by the newly developed mild electrocatalytic C-H arylation. More importantly, the scale-up reactions confirm that new electrochemical pathways discovered by nano-ESI can be implemented under the conventional electrolytic reaction conditions. This approach enables in situ mechanistic studies by capturing various intermediates including transient transition metal species by MS, and thus uncovering the critical role of anodically generated cationic Pd catalyst in promoting otherwise sluggish transmetalation in C-H arylation. The anodically generated cationic Pd with superior catalytic efficiency and novel online electrochemical screening platform hold great potential for discovering mild transition-metal-catalyzed reactions.
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