背景
五十年前，鈀剛剛進入有機化學家的視野，當時的C-C鍵形成還主要依賴化學計量的反應——活潑的親核試劑與親電試劑反應。
上世紀六十年代末，Richard Heck 首先將鈀引入了有機化學反應，在催化量的二價鈀存在下完成了芳香化合物的偶聯，這標志著在鈀催化C-C鍵形成反應這一領域取得的引人注目的突破。在接下來的很多年中，研究人員報道了更多鈀介導的C-C偶聯反應。如今，鈀催化的偶聯反應為有機合成提供了很有用并且應用廣泛的工具，其中有代表性的有Heck反應， Negishi反應和Suzuki反應，2010年的諾貝爾化學獎肯定了這種發現的重要性。
# 研究進展
鈀催化具有與眾不同的特點與優勢。溫和的反應條件減小了副產物的生成，因此可以完成高的立體選擇性。并且，鈀催化的反應對于底物的官能團都有很好的耐受性，因此，相比于傳統的化學計量的反應，利用鈀催化可以用更少的步驟構建復雜的有機分子。此外，配體和助催化劑可以對反應活性進行微調。有機鈀化合物對水和空氣的高穩定性(除一些磷配合物外)使反應更容易加工，并且降低了成本。那么，鈀催化的偶聯反應應用廣泛也是情理之中的。
事實上，除了在均相溶液中的鈀催化劑外，衍生出一系列全新的、高選擇性的催化劑，近年來已經出現了高效的的多相（負載）鈀催化劑，他們可以重復使用，因此在偶聯反應中有很好的經濟效益。顯然，很多交叉偶聯反應已經足夠高效地在工業上進行噸量級的合成，在過去的二十年中，這些鈀催化的偶聯反應已經從實驗室中的克級合成轉變為制藥、農化和精細化工行業的噸級生產。
和所有鈀催化的C-C偶聯反應一樣，Heck 反應與Heck-Matsuda反應(Scheme 1.2)始于芳基鹵化物對鈀的氧化加成，但是如果另一個底物是烯烴，Heck反應的機理明顯不同。通常的偶聯反應都在均相條件下進行，使用的膦配體要求隔絕氧氣，而Matsuda 和 Kikukawa 將芳基鹵化物替換為芳香重氮鹽，這一優化條件使Heck反應能夠兼容含氧的條件，不需要使用對氧氣敏感的有機膦配體。另外，這種優化條件不產生氫鹵酸，因而不加入堿也可以反應。
Heck反應的另一個變體是Blaser的改進，用一個當量的鹵化氫代替芳基鹵，除了產生一個當量的鹽，還會釋放一當量一氧化碳。由于需要合適的氯化物以及產生有毒氣體，這個反應應用并不廣泛。
Negishi， Suzuki， Hiyama，Kumada以及Stille 反應 (Scheme 1.3)要求其他有機金屬化合物參與，作為與鈀氧化加成中間體的偶聯原料。這些反應的機理通常可以總結為：氧化加成，轉金屬化，還原消除。
在Negishi反應(R1-MR2n=R1-ZnX)和Kumada反應(R1-MR2n=R1-MgX)中，研究人員成功地將催化劑由鈀換成鎳，使用鎳的一大優勢是可以降低科研成本，但是卻向產物中引入了需要去除的劇毒金屬配合物。在這兩個反應中，親核試劑是有機金屬化合物，均可以由金屬(Zn或Mg)與鹵化物原位生成。這一方法對有機鋅試劑很有用，因為Grignard試劑很多都是商業可得的，但是對水的敏感性限制了它們在實際操作中的應用。
Suzuki反應(又稱為Suzuki-Miyama反應)是應用最廣泛的偶聯反應(R1-MR2n=R1-B(OH)2)，得益于它溫和的實驗條件以及底物硼酸酯對水、空氣的高穩定性。限制其應用的主要因素是有機硼試劑不易大量得到以及它的高成本。
為了使C-Si鍵極化，在Hiyama反應中(R1-MR2n=R1-Si(OR3)3;R1-SiR3(3-n)Fn)，使用了氟化物活化硅烷。因此，含有氟化物不穩定基團的底物是不適用的。Hiyama-Denmark偶聯避免了有毒氟化物的使用，底物含有一個羥基的官能團，在發生去質子化后可以發生反應。
類似的有毒物質出現在Stille偶聯(R1-MR2n=R1-SnR23)，以劇毒的有機鋅試劑作為親核試劑。這類反應的合成價值在于其反應條件是中性的，有機錫取代具有很少的限制，并且具有很好的官能團兼容性。
Sonogashira反應是Cu(Ⅰ)共催化的芳基鹵化物與端基炔烴的偶聯(Scheme 1.4)。親核試劑通過另一個催化循環原位生成，在這里堿使得端炔去質子化，并形成Cu(Ⅰ)的炔化物，將sp雜化的官能團通過轉金屬化轉化到Pd原子上。
