1 引言
过渡金属催化的C—H键官能化反应已成为现代有机合成中构建C—C与C—X键的核心策略。然而，传统热力学控制的催化体系常受限于高能耗、底物适用范围有限等问题
[1]。近年来，可见光驱动的钯催化体系通过激发态钯物种的形成，为惰性化学键活化提供了全新的路径。光化学激活机制不仅突破了传统催化循环中的能垒障碍，而且在温和条件下实现了高效转化，显著提升了反应的原子经济性和步骤简洁性
[2-3]，在此背景下黄莎华课题组和张敬课题组
[4-5]对光驱动钯催化体系进行了系统综述。随后，针对其反应机理的深入研究进一步推动了该领域的快速发展。本文综述了2017—2025年可见光驱动钯催化偶联及C—H官能化反应的研究进展。
2022年，Iwasawa课题组
[6]设计了一种具有光敏性能的双齿膦-吖啶配体，对单过渡金属催化机制进行了深入研究（
图式1），并提出了金属-配体电荷转移（MLCT）机制。通过分离关键中间体ArPd（II）OAc，证实还原消除为反应的决速步骤，且需蓝光激发方可高效进行；加热条件下则无反应发生。该催化过程主要包括以下4步：①氧化加成—Pd（0）与芳基卤（ArX）反应生成ArPd（II）X；②配体交换—X
-被羧酸根（RCOO
-）取代，形成ArPd（II）OOCR；③光激发诱导MLCT，使Pd（II）中心产生电子缺损态，从而加速还原消除生成ArOOCR；④Pd（II）经还原再生为Pd（0），完成催化循环。
Carrow课题组
[7]系统研究了含T型单膦配体的Pd（II）配合物，在光驱动催化偶联反应中的作用机制（
图式2）。通过TD-DFT计算与自由基捕获实验等手段，阐明了该体系在蓝光（约440 nm）激发下发生的单电子转移（SET）路径。光激发促使电子由Pd的d轨道（如d
ₓ²）跃迁至Pd—C键的反键轨道（σ），形成类金属到配体电荷转移（MLCT）态，从而降低Pd—C键的电子密度并削弱其键级。随后，Pd—C键均裂生成甲基自由基（CH
3·）与Pd（I）中间体。所生成的自由基可被另一Pd（II）芳基配合物捕获，形成Pd（III）中间体，最终经还原消除获得偶联产物。
通过Iwasawa课题组和Carrow课题组的机理分析，可以得出在光驱动过渡金属催化中，不同光激发路径在电子转移方式和反应机制上存在显著差异。金属-配体电荷转移（MLCT）路径涉及光激发后电子从金属中心向配体的π*轨道跃迁，形成电荷分离态，促进还原消除等关键步骤；单电子转移（SET）路径则通过光驱动产生自由基物种，涉及电子从或向金属中心的单电子转移，常伴随键均裂和自由基中间体的生成；而纯粹的自由基途径通常不依赖金属中心的直接激发，而是通过光生自由基引发链式反应，或由配体或底物吸收光能后产生自由基参与反应。这些路径在激发方式、中间体性质及反应动力学上各有特点，共同拓展了光催化反应的机制多样性。
本文旨在系统性研究可见光驱动钯催化在偶联反应及C—H官能化领域的最新研究进展，重点聚焦光激发态钯物种通过单电子转移（SET）、金属-配体电荷转移（MLCT）等机制实现惰性键活化与选择性调控的独特优势，该策略兼具显著的环境友好性，以可见光为清洁能源驱动反应，避免了传统热催化的高温高压条件，显著降低能耗，并在温和条件下实现高效转化，减少副产物和有毒试剂的使用，同时通过单电子转移（SET）过程实现惰性化学键的高效活化，具有高原子经济性和步骤简洁性，符合绿色化学原则
[8-11]。与已有综述相比，本文不仅涵盖了Negishi、Suzuki-Miyaura、Heck等经典偶联反应的光化学变体，还深入探讨了三组分偶联、环化反应及非导向性C—H官能化等前沿方向，特别强调了激发态钯催化在区域选择性与立体控制中的机制突破与应用拓展，为复杂分子如药物中间体、天然产物及功能材料的绿色合成提供了更具时效性与系统性的理论参考和实践指导。
2 偶联反应
2.1 Negishi偶联反应
过渡金属催化的交叉偶联反应极大丰富了有机合成方法学体系，为复杂分子的构建提供了关键工具。其中，Negishi偶联反应以其高效的立体选择性，在构建C（sp
3）—C（sp
2）键方面发挥着重要作用。引入可见光催化机制后，该反应可通过光敏剂激发引发单电子转移（SET）过程，促进烷基锌试剂与亲电试剂间的碳-碳键形成
[12]。
2018年，Alcázar课题组
[13]首次报道了一种基于Pd
0-Zn复合物的可见光驱动Negishi偶联反应新机制（
图式3）。该策略成功拓展了该类反应对富电子芳基溴及芳基氯等传统难以活化的底物的应用范围。研究表明，可见光可激发Pd
0-Zn复合物进入高能态，从而显著促进催化循环中关键的氧化加成步骤。结合动力学分析、光谱表征及NMR实验，进一步验证了该光活化机制的可行性。此研究不仅深化了对钯催化光化学行为的理解，也为开发新型高效光催化体系提供了理论支持。
2.2 Suzuki-Miyaura偶联反应
作为过渡金属催化交叉偶联反应的另一核心策略，Suzuki-Miyaura偶联反应（SMC）凭借其广泛的底物兼容性及操作简便性，广泛应用于精细化学品与药物中间体的合成
[14]。相较于Negishi偶联反应在立体选择性方面的优势，Suzuki-Miyaura反应更突出其在构建双芳基C—C键方面的高效性。近年来，光催化体系的引入为惰性C（sp
3）—X（X = Cl，F）键的活化提供了可行途径。
2018年，郎建平课题组
[15]报道了一种基于共轭纳米多孔聚咔唑负载钯纳米颗粒（Pd/CNP）的可见光催化体系（
图式4），用于芳基氯与芳基硼酸的Suzuki-Miyaura偶联反应。该体系在蓝光LED照射下展现出优异的催化性能，特别是在室温水相条件下实现芳基氯的有效活化。由于C—Cl键的稳定性较高，其在Suzuki-Miyaura偶联反应中的活化一直是挑战性难题。研究发现，CNP不仅能提供光生电子以增强钯纳米粒子的电子密度，还可通过生成空穴活化芳基硼酸，从而实现高效催化。此外，Pd/CNP催化剂具有良好的循环稳定性，多次使用后仍保持较高的催化活性，展现出潜在的工业应用前景。此工作为绿色能源驱动下的可持续催化体系设计提供了重要参考，并拓展了光催化在有机合成中的应用边界。
2021年，张新刚课题组
[16]提出了一种基于激发态钯配合物的新型光催化策略（
图式5），实现了三氟甲基芳烃（ArCF
3）与芳基硼酸的选择性脱氟芳基化反应。该方法利用激发态Pd（0）配合物通过单电子转移（SET）途径有效活化ArCF
3中键能较高的C（sp
3）—F键，避免了传统金属催化过程中常见的过度脱氟问题。反应条件温和，适用于含杂环及多种官能团的底物体系。机理研究表明，光激发钯配合物首先生成α，α-二氟苄基自由基与[F-Pd（I）L
n]中间体，随后二者发生氧化加成生成[ArCF
2-Pd（II）FL
n]中间体。进一步地，该钯配合物经历转金属化反应生成[ArCF
2-Pd（II）L
n-Ar]，最终经还原消除生成目标产物ArCF
2-Ar，并再生Pd（0）催化剂。该研究不仅为惰性C（sp
3）—F键的功能化提供了新思路，也推动了氟化有机分子的高效合成方法发展。
2020年，梁永民课题组
[17]首次报道了一种可见光驱动的钯催化脱卤硼酸化反应（
图式6），利用蓝光激发Pd（PPh
3）
4至其激发态，实现了C（sp
3）—X（X = Br，Cl）惰性键的高效活化。该方法以B
2Pin
2为硼源，在温和条件下成功构建C—B键，展现出广泛的底物适用范围及良好的官能团耐受性，适用于芳基、烯基以及伯/仲/叔烷基溴化物。机理研究表明，反应经由单电子转移（SET）生成自由基中间体，并与B
2Pin
2发生加成，最终在碱的作用下完成B—B键均裂转化。进一步优化条件后，该策略还可用于选择性合成芳基硅酸盐，拓展了其应用前景。
同年，Miura课题组
[18]报道了一种可见光驱动的钯催化Suzuki-Miyaura交叉偶联反应（
图式7），实现了α-氯代羰基化合物与芳基硼酸的选择性偶联。通过蓝光激发活性钯物种（[Pd（0）]*），有效活化惰性C（sp
3）—Cl键，在温和条件下构建α-芳基乙酸酯和α-芳基乙酰胺骨架。该方法突破传统反应对α-氯代底物适用性的限制，表现出优异的官能团兼容性，适用于多种富电子/缺电子芳基硼酸、杂芳基硼酸以及各类α-氯代羰基化合物，为α-芳基羧酸衍生物的合成提供了新路径。此外，团队结合铱催化C—H硼化与光钯协同催化偶联策略，两步高效合成了植物激素吲哚-3-乙酸（IAA）的关键中间体，验证了该方法在复杂分子合成中的实用性。
2.3 Heck型偶联反应
Heck型偶联反应作为另一种重要的碳-碳键构建手段，凭借其独特的烯烃官能化能力，在药物修饰和功能材料合成中具有独特优势。近年来，光驱动的Pd（0）激发态通过SET机制实现了传统条件下难以进行的C（sp
3）—Br键活化及β-氢消除抑制
[19]。
2020年，Novák课题组
[20]开发了一种可见光驱动的钯催化Heck型氟烷基化反应（
图式8），成功实现苯乙烯衍生物与多种氟烷基碘化物（如三氟乙基碘、二氟乙基碘等）在室温下的高效偶联。该方法通过蓝光（440~445 nm）激发Xantphos-Pd（0）配合物，经由SET机制生成关键中间体，克服了传统Heck反应中烷基卤化物氧化加成困难及β-氢消除副反应的问题，为含氟烯基化合物的多样化合成提供了高效途径。
2018年，Rueping课题组
[21]报道了一种可见光驱动的激发态钯催化脱羧烷基化反应（
图式9），用于α，β-不饱和羧酸与惰性烷基溴化物的高效转化。该研究突破传统光氧化还原双催化的能垒限制，提出一种基于SET无势垒氧化加成的新机制，以Pd（0）配合物同时作为光敏剂和交叉偶联催化剂。通过密度泛函理论（DFT）计算验证了光驱动内层机理的可行性，表明烷基卤化物对Pd（0）的SET过程是反应的关键步骤。此方法无需外源光敏剂，在温和条件下即可实现C（sp
3）—Br键的活化及复杂烯烃的构建，为相关领域提供了新的理论依据与实践策略。
尽管光催化Heck反应近年受到广泛关注，但内烯基卤化物与末端烯烃之间的交叉偶联仍鲜有报道。实现此类反应需克服内烯基C-卤键反应活性低的难题。2021年，余正坤课题组
[22]报道了一种
S，
S-功能化内烯基溴化物与苯乙烯在温和条件下的Heck偶联反应（
图式10），成功构建功能化的1，3-二烯类化合物。该反应具有广泛的官能团兼容性，通过自由基路径以中等到优异产率获得目标产物。值得注意的是，所得1，3-二烯可进一步转化为2，3，5-三取代呋喃衍生物，显著拓展了其在杂环合成中的应用潜力，为惰性内烯基C—Br键的区域选择性调控提供了新思路。
2022年，Nemoto课题组
[23]基于钯（0）配合物与DPAsphox配体的金属到配体电荷转移（MLCT）过程（
图式11），实现了未活化三级烷基溴化物与苯乙烯的高效β-烷基化反应。在可见光激发下，DPA基团的激发态通过MLCT路径将钯（0）氧化为钯（I），进而引发烷基溴化物的单电子还原生成自由基，随后经历加成-溴原子转移串联过程与苯乙烯发生偶联。该反应在低功率蓝光（5 W）条件下表现出优异的官能团耐受性，适用于多种取代苯乙烯及复杂烷基溴化物（如金刚烷基、环己基等），产率高达99%。此外，通过调控磷配体的电子效应可进一步提高反应选择性，体现了该方法在合成复杂结构分子中的广泛应用前景。
2022年，阳华课题组
[24]报道了一种可见光驱动的钯催化体系（
图式12），通过1，3-二烯与双功能卤代烷基胺的环化反应，高效构建乙烯基吡咯烷及硅氮杂环类化合物。该方法采用Pd（PPh
3）
4/DPEPhos催化体系，在光激发下生成Pd（0）物种，并通过自由基-极性交叉机制实现1，3-二烯的1，2-区域选择性胺化环化。研究表明，反应首先经历卤代烷的均裂生成烷基自由基，随后加成至1，3-二烯形成π-烯丙基钯中间体，进而通过分子内亲核环化构建C—N键。机理分析进一步揭示了光驱动下Pd-烷基均裂的关键作用，为
N-杂环的模块化合成提供了新策略。此外，该方法成功拓展至六元环及硅氮杂环的构建，并在克级规模反应中展现出良好的实用性，同时适用于药物分子的后期修饰，凸显其在合成化学与药物开发中的应用潜力。
自Narasaka等提出Narasaka-Heck反应以来，该类转化因在
N-杂环构筑中的广泛应用而受到广泛关注。2020年，夏吾炯课题组
[25]报道了一种室温条件下蓝光LED驱动的钯催化的Narasaka-Heck反应（
图式13），实现了芳香烯烃与肟酯的高效多米诺交叉偶联转化。研究中采用双膦配体（如dppb）修饰的Pd（PPh
3）
2Cl
2作为催化剂，在蓝光激发下经由氧化加成生成亚氨基钯配合物（Ⅲ），继而经历5-exo-trig自由基环化与SET过程，形成杂化烷基Pd（I）/自由基中间体，并进一步与烯烃发生选择性偶联，高效构建多种含氮杂环骨架（如二氢吡咯类化合物）。该方法展现出优异的区域及立体选择性（
E/
Z>99∶1），底物适用范围广泛，兼容芳基/烷基取代烯烃及多种官能团化的肟酯（如环丙基、哌啶基等）。值得注意的是，该策略在克级规模上表现出良好的可扩展性，不仅可用于药物分子的后期修饰，还能够以高非对映选择性实现复杂氮杂三环结构的合成。这一成果不仅为复杂氮杂环化合物的绿色合成提供了新思路，同时也拓展了光催化钯化学在惰性键活化领域的应用潜力，为复杂生物碱的模块化组装奠定了基础。
近年来，三元与四元张力碳环化合物因其独特的化学物理性质，在合成化学及生物共轭领域引起广泛关注，并作为非传统生物电子等排体在药物开发中展现出潜在价值。然而，传统闭环反应受限于高环张力、熵不利效应以及过渡态能垒较高等因素，导致反应效率不高；同时，过渡金属催化过程中常见的β-氢消除副反应亦会降低目标产物的选择性。2022年，Gevorgyan课题组
[26]首次报道了一种可见光驱动的钯氢（PdH）催化体系（
图式14），成功实现双环[1.1.0]丁烷与环丙烯等高张力分子与烯烃的高效偶联反应。该方法在室温条件下，通过区域与化学选择性的氢钯化步骤生成烷基钯中间体，并经光驱动的自由基烷基Heck反应，构建一系列烯基化的环丙烷与环丁烷衍生物。其创新之处在于将经典的双电子Pd（II）氢钯化过程与光驱动的单电子自由基化学相结合，有效抑制β-氢消除副反应，且兼容多种官能团（如氟代、酯基、硼酸酯等）。此策略不仅为复杂分子的合成提供新途径，也拓展了光驱动钯催化的应用边界，为高价值张力环化合物的制备奠定基础。
同年，该课题组
[27]进一步发展了一种可见光驱动的钯催化重氮化合物与
N-对甲苯磺酰腙参与的烷基Heck反应（
图式15），实现烯烃与重氮化合物的高效偶联。该方法具有广泛的底物适用范围与优良的官能团耐受性。Brønsted酸辅助生成以Pd—C（sp
3）为中心的自由基中间体，从而促进新型选择性C—H官能化反应的发生。该方法极大地拓展了烷基Heck反应的底物范围，为惰性C（sp
3）—H键的官能化提供了新思路，并丰富了光激发钯催化在自由基化学中的应用。
2022年，Sharma课题组
[28]开发了一种温和的可见光驱动钯催化体系（
图式16），实现了吲哚与未活化烯烃的自由基串联去芳构化反应，以中等至良好收率与优异的非对映选择性合成2，3-二取代二氢吲哚衍生物。在可见光激发下，钯配合物通过单电子转移生成
N-（2-溴苯甲酰基）吲哚自由基，从而启动杂化钯自由基反应路径。该方法具备广泛的底物兼容性，为2，3-二取代吲哚啉骨架的构建提供了一条高效且原子经济性的新途径。
2023年，Gevorgyan课题组
[29]报道了一种可见光驱动的钯催化交叉氢烯基化反应（
图式17）。该方法通过激发态Pd—H物种的氢负性增强，成功实现了电子缺陷烯烃与电子富集烯烃之间的高效、区域选择性和化学选择性的头-尾交叉偶联。反应机制涉及光激发态钯氢物种介导的选择性氢钯化过程，从而活化电子缺陷烯烃并生成混合价态的Pd（I）烷基自由基中间体；随后，该中间体与电子富集烯烃发生极性匹配的自由基加成，最终生成高附加值的烯基化产物。此方法具有条件温和（无需强路易斯酸参与）和官能团兼容性广的特点，适用于多种取代及复杂烯烃的交叉Friedel-Crafts烷基化反应。尤为值得注意的是，该策略能够以高化学选择性实现电子多样性乙烯基芳烃（包括杂芳烃）的交叉Friedel-Crafts烷基化，为烯烃的精准官能化提供了全新路径。该研究成果不仅拓展了光驱动钯催化的应用边界，还为合成化学领域开发了更具选择性和实用性的工具。
2.4 交叉偶联反应
传统Heck反应通过烯烃与芳基/烯基卤化物的偶联，在复杂分子烯基化修饰中展现出独特优势；而交叉亲电偶联（CEC）体系则通过突破转金属化步骤的限制，实现了（杂）芳基卤化物与拟卤化物的直接偶联，为联芳基骨架的模块化合成提供了更为简化的路径。2024年，Maiti课题组
[30]发展了一种可见光驱动的钯催化单金属体系（
图式18），成功实现了无需传统转金属化步骤的C（sp
2）—C（sp
2）交叉亲电偶联反应。该方法在温和条件下可高效地将（杂）芳基卤化物与拟卤化物直接转化为不对称（杂）联芳基化合物，表现出优异的官能团耐受性和广泛的底物适用性。通过该策略，不仅构建了多种药物分子中的关键（杂）联芳核心骨架，还实现了肽类化合物的选择性修饰与结构多样性扩展。此项创新技术突破了传统偶联反应对转金属化步骤的依赖，为（杂）芳基卤化物与拟卤化物的交叉偶联提供了通用解决方案，显著简化了复杂分子的合成路径，并为其广泛应用奠定了基础。
2.5 三组分偶联反应
三组分偶联反应作为一种高效的合成策略，可在单一反应中实现烯烃、胺类与双亲电试剂的选择性整合，显著提升分子复杂度构建的效率。此类反应通常依赖过渡金属催化剂（如钯），并可能结合光催化或自由基机制，实现多步转化的高效串联。
2024年，阳华课题组
[31]首次报道了一种可见光驱动的1，3-二烯对映选择性1，2-双官能化三组分偶联策略（
图式19），实现了手性烯丙基磺酰化衍生物的高效构建。该方法利用廉价易得的（
S）-tol-BINAP作为软手性配体，不仅能够快速生成具有高分子复杂性和结构多样性的目标骨架，还为手性磺酰化框架的模块化合成提供了新途径。此外，该技术已成功应用于药物分子的后期修饰，展现出重要的合成价值与应用潜力。
2023年，Gevorgyan课题组
[32]报道了一种可见光驱动的钯催化三组分串联反应（
图式20），用于高选择性合成烯丙胺类化合物。该方法基于独特的双催化循环机制：首先通过1，1-二亲电试剂与苯乙烯之间的光驱动自由基烷基Heck反应生成关键中间体，随后在无光照条件下发生经典的Tsuji-Trost型烯丙基取代反应完成转化。该反应展现出优异的底物普适性，可兼容多种伯/仲胺、芳基烯烃及双亲电试剂，并通过调控π-烯丙基钯中间体的立体化学实现高达95∶5的对映选择性（er）。值得注意的是，这是首次在同一Pd（0）催化体系中实现光/暗双循环的协同作用，为复杂烯丙胺类化合物的模块化合成提供了创新路径。
Pd（I）-烷基自由基中间体因其独特的电子结构，为实现多样化的转化路径提供了可能。然而，在此类体系中，二级Pd（I）-烷基自由基易发生β-H消除，生成Pd（II）-烷基物种，从而导向传统Heck型产物的形成，限制了其在自由基-极性交叉反应中的应用范围。2024年，李立新课题组
[33]报道了一种可见光驱动的钯催化三组分1，2-氨基烷基化反应（
图式21），该反应以烯烃、卤代烃及胺为原料，成功实现了Pd（I）-烷基自由基的生成及其对烯烃的加成，并通过SET过程形成Pd（II）-烷基物种。在此过程中，羟基作为导向基团不仅稳定了Pd（II）-烷基中间体，有效抑制了β-H消除的发生，还促进了邻亚甲基苯醌-Pd（0）配合物的形成，最终在胺的亲核进攻下完成转化。该方法具有良好的底物普适性与优异的官能团兼容性，为烯烃的双官能团化提供了一条新颖策略，进一步彰显了光激发钯催化剂在构建复杂分子骨架中的潜力。
在光驱动钯催化体系中，如何拓展反应类型并实现高对映选择性控制仍是当前研究的重点与难点。相较而言，有机催化在立体化学调控方面展现出独特优势，因此将有机催化与光驱动钯催化相结合，被认为是开发新型对映选择性反应的有效策略。2024年，赵宝国课题组
[34]报道了一种光驱动钯/羰基协同催化体系（
图式22），实现了α-氨基酯、苯乙烯和烷基溴之间的高对映选择性三组分α-烯丙基烷基化反应。该反应整合了激发态Pd催化、基态Pd催化与羰基催化的三重机制，成功解决了传统Tsuji-Trost反应中亲核试剂适用范围受限及立体控制困难等问题。机理研究表明，反应首先由激发态Pd（0）催化烷基溴进行单电子转移（SET）生成Pd（I）-烷基自由基，经Heck加成与β-H消除形成π-烯丙基钯物种；同时，手性吡哆醛催化剂活化α-氨基酯生成碳负离子，二者在（
R）-DM-BINAP配体调控下实现立体选择性偶联，以47%~95%收率与90%~99% ee构建季碳α-氨基酸酯。该方法已成功应用于克级规模制备（87%收率，98% ee）以及多种药物相关分子的衍生化，如β-氨基醇与噁唑烷酮等骨架的构建，为手性季碳氨基酸的模块化合成开辟了新路径，亦拓展了多催化体系在复杂立体中心构筑中的应用前景。
2021年，Koenigs课题组
[35]提出一种创新性的光驱动策略（
图式23），实现了炔烃的双碳官能团化反应。该反应以芳炔与烷基碘为原料，在室温条件下无需外源光敏剂或氧化剂，即可一步构建C（sp
2）—C（sp
3）/C（sp
2）—C（sp）键，首次完成了光驱动钯催化的炔烃双官能团化反应。该方法不仅拓展了钯催化体系在光化学领域的应用边界，更为串联反应与多功能化反应的发展提供了新的思路。
在此基础上，2023年，Koenigs团队
[36]进一步开展系统性实验与理论研究，报道了光驱动钯催化苯乙烯与卤代烷及杂环化合物的1，2-双官能化反应（
图式24）。该反应基于还原性自由基-极性交叉机制，通过可见光激发生成烷基自由基与Pd（I）中间体，其中Pd（I）配合物在第二次SET过程中起关键作用，并伴随碳正离子的形成，进而促进其与
N-杂环化合物的高效烷基化反应，构建出1，2-双官能化产物。此方法突破了传统热反应条件对伯、仲、叔烷基卤化物的限制，适用于多种富电子烯烃与杂环化合物的偶联，为不对称1，1-双（杂环）烷烃类化合物的合成提供了新策略，同时在天然产物与药物分子的合成中展现出广阔的应用前景。
此外，二氧化碳作为一种无毒、不可燃且可持续的一碳（C1）资源，近年来在绿色化学领域备受关注。将其高效转化为高附加值化学品，已成为推动合成化学范式转变的重要方向。2018年，余达刚课题组
[37]报道了一种可见光驱动的钯催化三组分氧烷基化反应（
图式25），成功实现了烯丙胺、未活化烷基溴与CO
2的高效转化。该方法采用市售Pd（PPh
3）
4为单一催化剂，在温和条件下高选择性地构建2-噁唑烷酮类化合物，兼容多种官能团（如氟、醚、酯基等）取代的烯丙胺与伯、仲、叔烷基溴，并可顺利扩展至克级规模合成及后续衍生化操作（如还原、水解）。该策略突破了传统方法对活化烷基试剂的依赖，为药物候选分子（如11β-HSD1抑制剂类似物）的模块化构建提供了一条高效、可持续的新路径，展示了CO
2在有机合成中的巨大应用潜力。
传统钯催化循环中氧化加成与还原消除步骤的协同优化长期受限于其固有动力学与热力学矛盾。2020年，刘义课题组
[38]提出了一种基于多功能钯催化剂的创新策略（
图式26），用于羰基化偶联反应。通过可见光激发调控钯的不同氧化态，分别驱动氧化加成与还原消除过程，有效克服了两步关键反应间的相互制约问题。该双光驱动机制在常温常压下展现出广泛的底物普适性，适用于低活性卤代烃及弱亲核试剂，并成功实现了酰氯、酰胺、酯和酮等重要羰基化合物的高效构建。此方法以光能替代传统的热力学调控手段，为设计高效且通用的过渡金属催化体系提供了全新思路。
2025年，Lee课题组
[39]报道了一种光化学条件下基于钯/铁双催化体系高效合成酰胺的新策略（
图式27）。研究表明，该反应通过FeCl
3催化硝基芳烃与NMP生成加合物，并进一步转化为苯胺类中间体，继而与钯催化生成的酰基-钯络合物发生偶联，最终以高产率获得目标产物。该方法无需使用化学计量还原剂或苛刻反应条件，展现出良好的官能团兼容性，尤其对醛、酮等敏感基团具有优异耐受性，为酰胺类化合物的绿色合成提供了新途径。
2.6 钯催化的环化反应
钯催化环化反应作为构建复杂分子骨架的重要手段，在光驱动条件下展现出独特优势。此类反应利用光激发产生的钯光激发态物种实现对惰性化学键的选择性活化，从而克服环张力与熵不利效应，实现由线性结构向特定空间构型环状骨架的转化。以八元内酯为代表的中等杂环化合物广泛存在于具有生物活性的天然产物中，其高效构筑具有重要意义。2022年，陆良秋课题组
[40]报道了一种钯催化不对称（6+2）偶极环化策略（
图式28），通过乙烯基氧杂环丁烷与α-重氮酮的光活化反应，高效构建出对映体富集的八元内酯。所开发的手性P，S型配体在构建全碳季碳手性中心方面表现出较高的对映选择性。该策略突破了传统中等环合成中熵不利与跨环相互作用的限制，为天然产物及药物分子中八元内酯模块的精准构筑提供了高效路径。
2020年，Patel课题组
[41]发展了一种可见光驱动的钯催化级联反应（
图式29），用于高效合成3-氰基吡啶及3-氰基吡咯衍生物。该方法以γ-酮丙二腈或β-酮丙二腈为起始原料，在Pd（OAc）₂/2，2'-联吡啶催化体系与PTSA-H₂O添加剂存在下，通过芳基硼酸的氧化还原转金属化实现碳-碳键选择性形成，随后经历分子内环化及芳构化过程。所得产物中的氰基官能团可进一步衍生化，显示出良好的应用前景。
2020年，梁永民课题组
[42]报道了一种钯催化光化学串联环化反应（
图式30），用于高效构建五元与六元环结构。该方法在氧化还原中性条件下进行，以未活化卤代烷为亲电试剂，经自由基中间体实现串联环化与双碳官能团化，展现出优异的区域选择性和立体控制能力。反应条件温和，兼容多种官能团，并具备克级放大潜力，为复杂环状骨架的构建提供了高效、实用的新路径。
2019年，Glorius课题组
[43]报道了一种以Pd为非经典光催化剂的策略（
图式31），通过开壳中间体实现三取代与四取代烯烃的双碳官能化反应，高效合成多种（杂）环化合物。该方法采用Pd（PPh
3）
4为催化剂，适用于芳基或烷基溴化物与苯乙烯或丙烯酰胺类化合物的偶联（>50例），能够一步构建一个或两个相邻的全碳季碳中心。反应条件温和、底物适用范围广，且所得产物易于进一步衍生化。尤为重要的是，该策略成功应用于神经活性羟吲哚类似物的合成，为高空间位阻环状骨架的构建提供了可行方案。
2021年，陆良秋课题组
[44]开发了一种Pd催化、可见光驱动的不对称[
4+
2]环加成反应（
图式32），实现了ADTMCs与α-重氮酮的高效偶联。该方法在温和条件下展现出优异的立体选择性，适用于多种电子性质各异的ADTMCs与α-重氮酮底物。这一策略不仅为含手性全碳季碳中心的内酯类化合物提供了新合成路径，也拓展了复杂氧杂环骨架立体选择性构筑的研究思路，具有显著的合成价值与应用潜力。
2023年，Patel课题组
[45]报道了一种可见光驱动、溶剂调控的钯（II）催化多组分反应（
图式33），通过（
E）-2-（1，3-二芳基亚烯丙基）丙二腈与芳基硼酸的串联加成/环化过程，实现了多取代喹啉与吡啶衍生物的选择性合成。该方法无需外加光敏剂，可在空气氛围下高效运行，并通过克级实验及后续衍生化验证了其实用性。
3 钯催化的C—H官能化反应
可见光驱动的钯催化C—H官能化与偶联反应虽在目标产物及键形成方式上存在差异，但其反应机制展现出高度统一性。作为金属有机化学的核心领域，钯催化反应在碳-碳键与碳-杂原子键的高效构建中发挥着关键作用，广泛应用于药物合成、功能材料开发及生物科学等领域。
3.1 钯催化的C—H官能化/环化反应
钯催化的C—H键官能化关环反应为环状分子的构筑提供了高效策略。该方法通过直接活化惰性C—H键，避免了传统底物预官能化步骤，显著提升了反应效率。此类反应通常依赖导向基团（DG）辅助的C—H键活化机制，在钯催化剂与导向基配位作用下，选择性断裂目标C—H键，并与烯烃、炔烃或其他π-组分发生分子内或分子间关环反应，从而生成吲哚、内酯或碳环类杂环化合物。
2021年，张俊民课题组
[46]报道了一种在温和条件下实现
N-芳基丙烯酰胺与未活化烷基溴可见光驱动钯催化的分子间自由基级联反应（
图式34）。该过程通过光激发钯配合物引发SET，生成关键的烷基钯自由基中间体，进而高效构建结构多样的3，3-二取代羟吲哚衍生物。以廉价易得的Pd（PPh
3）
4为单一催化剂，无需额外光敏剂或氧化剂即可展现优异的底物兼容性，为氧化吲哚类生物活性分子的合成提供了新路径。
钯催化的光化学策略已被证实可有效促进烯烃的交叉偶联与多官能化反应。2022年，Koenigs课题组
[47]引入异腈作为自由基受体，参与进一步的自由基级联环化以合成菲啶衍生物（
图式35）。该反应涉及光驱动的Pd（0）/Pd（I）催化循环，经SET生成烷基自由基，并通过DFT计算验证了自由基加成-环化-去质子化的反应路径。此外，该策略成功应用于TMSCH
2I的脱硅甲基化反应，为菲啶骨架的模块化合成提供了一种温和高效的方法，展示了其在复杂生物活性分子（如甾体衍生物）合成中的应用潜力。
苯并杂环骨架广泛存在于天然产物中，因其多样生物活性成为药物设计的重要先导结构。2019年，初文毅课题组
[48]开发了一种可见光驱动的钯催化级联反应（
图式36），通过α-溴苯乙酮与苯酚的醚化/C-C偶联合成了一系列二苯并[
b，
d]氧杂庚- 7（6
H）-酮衍生物，表现出良好产率。该方法操作简便、底物适用范围广、反应效率高，并已成功应用于天然产物原糖苷A的合成，为苯并氧杂环骨架的构建提供了新策略。
有机卤化物的加氢脱卤反应兼具基础合成价值与工业脱毒意义。2019年，梁永民课题组
[49]报道了一种新型光驱动胺自由基介导的还原脱卤策略（
图式37），成功实现了非活化芳基/烷基溴化物及氯化物的选择性脱卤。该方法具有良好的官能团耐受性与广泛的底物适用性，同时可拓展至还原环化、氘代反应以及分子内/间自由基加成等多种转化。机理研究表明，该反应基于SET的光氧化还原催化机制，并利用惰性溶剂作为氢源实现质子化过程。此研究不仅为有机卤化物的高效脱卤提供了新思路，也为复杂分子合成及工业解毒开辟了潜在应用方向。
3.2 钯催化的导向性sp3 C—H官能化反应
钯催化的导向性sp3 C—H官能化反应是一类通过配位导向基团（如吡啶、嘧啶、酰胺或喹啉等）与钯中心螯合，实现脂肪族C—H键选择性活化的高效转化策略。由于sp3 C—H键具有较高的键解离能和立体位阻，常需借助光驱动的Pd（III）/Pd（IV）高价态循环或自由基接力策略克服热力学壁垒。反应的关键在于导向基的精确定位与配位能力，同时需调控钯的氧化态以促进C—H键断裂与后续官能化。
均相钯催化领域的持续发展为C—H键的选择性功能化提供了高效且通用的途径。2020年，Polyzos课题组
[50]报道了一种基于光激发钯（III）辅助剂的C（sp
3）—H键卤化新策略（
图式38）。研究通过光谱学、电化学及理论计算表明，由8-氨基喹啉衍生配体形成的钯环配合物在可见光激发下发生混合型配体-金属电荷转移（LLCT/MLCT），生成具有合成价值的Pd（III）/Pd（IV）氧化还原对。在线光化学电喷雾质谱（ESI-MS）分析确认了单核Pd（III）物种的参与，并揭示其通过独特的Pd（III）/Pd（IV）路径促进C—X键的形成。该辅助定向C—H活化策略借助可见光驱动的Pd（III）/Pd（IV）氧化还原对，实现了不同反应路径的可预测与可控调节，为相关研究提供了新的理论支持与发展思路。
在现代有机合成中，末端C—H键的选择性官能化仍是极具挑战性的课题。近年来，基于金属活化的C—H插入反应已被广泛应用于末端C—H键的直接转化，而自由基介导的C—H官能化则因反应条件相对温和而受到越来越多关注。2023年，陈铭课题组
[51]开发了一种光驱动
N-烷基自由基接力钯催化的邻烷基苯甲酰胺与乙烯基芳烃的Heck偶联反应（
图式39）。该方法反应条件温和、官能团兼容性强，并可通过分子内氢胺化高效构建氮杂环庚酮类药物骨架。机理研究表明，反应遵循“
N-烷基自由基接力”的杂化Pd/自由基路径，为惰性C（sp
3）—H键的精准官能化提供了新策略。
3.3 钯催化的导向性sp2 C—H官能化反应
钯催化的导向性sp2 C—H和sp3 C—H官能化反应共同构成了现代C—H键活化领域的重要分支。二者均通过配位导向基团（如8-氨基喹啉、吡啶或酰胺）与钯中心形成关键的环钯中间体，但在反应机制及选择性控制方面存在显著差异。sp2 C—H活化主要依赖于Pd（II）/Pd（0）催化循环，并通过协同金属化-去质子化（CMD）机制实现芳环或烯烃的高效官能化。
2017年，许华建课题组
[52]报道了一种新颖的钯/9，10-二氢吖啶（AcrH
2）双重催化体系（
图式40），在温和条件下实现了sp
2 C—H键的直接芳基化。该体系以AcrH
2作为有机光催化剂，与钯催化剂协同作用，在蓝光LED照射及室温条件下，利用芳基重氮盐作为偶联试剂，成功实现了对乙酰苯胺、苯甲酰胺等多种芳烃的定向C—H芳基化。该方法具有良好的底物普适性，可兼容卤素、酯基、羰基等官能团。此研究成果不仅为联芳基骨架的构建提供了新途径，也进一步拓展了有机光催化剂在现代合成化学中的应用边界。
2023年，本课题组
[53]利用可见光驱动的钯催化体系（
图式41），成功实现了萘胺类化合物与α-重氮酯的C-8选择性C—H烷基化反应。该方法在无溶剂、温和条件下构建C—C键，高效合成α-萘基官能化乙酸酯。实验结果表明可见光照射对反应至关重要，通过促进α-重氮酯生成活性卡宾物种从而推动反应进行。该方法通过协同催化实现了C—H烷基化反应，避免了多催化剂体系中可能存在的兼容性问题，并显著提升了反应效率。此策略为萘胺的高选择性绿色合成提供了新思路，展现出在环境友好条件下的广泛应用潜力。
开发高效催化体系以实现直接sp
2 C—H键活化与官能化是当前研究的热点之一，因其能够为构建碳-碳和碳-杂原子键提供简洁高效的合成路径。2019年，王磊课题组
[54]报道了一种可见光驱动的钯催化邻三氟甲基化反应（
图式42），成功实现了乙酰苯胺类化合物的选择性转化。该方法以稳定易得的CF
3SO
2Na为三氟甲基源，在室温及空气条件下，无需外加光催化剂或额外添加剂，仅需5%（摩尔分数）Pd（OAc）
2和蓝光LED照射即可高效完成sp
2 C—H键的直接三氟甲基化。该策略反应条件温和、操作简便，且具有良好的底物适用性和实用性，为含氟功能分子的绿色合成提供了新路径。
3.4 钯催化的非导向性sp3 C—H烷基化反应
钯催化的非导向性sp3 C—H烷基化反应与上述导向性C—H官能化代表了C—H键活化领域的两种互补策略。尽管在反应设计上存在明显差异，但二者共同拓展了惰性C—H键转化的合成边界。非导向性sp3 C—H烷基化通常依赖于钯催化剂与底物之间的弱配位作用或自由基介导的氢原子转移（HAT）过程，通过Pd（0）/Pd（II）或Pd（I）/Pd（III）循环实现未活化脂肪烃的选择性官能化，其核心挑战在于实现区域选择性的精确调控。
2017年，余达刚课题组
[55]报道了一种基于Pd（PPh
3）
4单一催化剂的新型可见光驱动钯催化自由基烷基化反应（
图式43）。该方法首次实现了
N-芳基四氢异喹啉中sp
3 C—H键与未活化烷基溴化物的直接交叉偶联。该反应在温和条件下即可高效进行，并对多种未活化的烷基溴化物（包括三级、二级和一级）表现出优异的兼容性，以中等到良好产率高选择性地生成C（sp
3）—C（sp
3）和C（sp
2）—C（sp
3）键。此类氧化还原中性反应不仅底物范围广泛、官能团耐受性良好，还可便捷构建季碳中心，为sp
3 C—H键的直接烷基化提供了一种无需外源光敏剂的高效且温和的新策略。
近年来，随着配体设计的不断进步，过渡金属催化的有机转化取得了显著发展。尽管如此，针对钯催化光化学反应的配体研究仍相对有限。2022年，Nemoto课题组
[23]开发了一种独特的次级氧化膦配体（
图式44），其结构中嵌入可见光敏基团，并成功应用于钯催化的自由基交叉偶联反应。该配体通过互变异构形成的三价磷物种与钯中心原位配位，促进了配体与金属之间的拟分子内SET。反应以可见光活化的次膦氧化物配体DPAsphox为载体，经由配体到金属的电荷转移（LMCT）机制，实现了胺类化合物α-位的选择性烯丙基化。在400~450 nm波长可见光照射下，钯（II）配合物中的DPA基团发生π→π*激发，触发单电子还原过程，生成烯丙基自由基中间体，并与四氢异喹啉等胺类底物发生自由基偶联。该体系在温和条件下展现出广泛的底物适用范围，并可通过调控碱添加剂实现高效转化。
进一步研究表明，配体中心的π→π*跃迁可有效促进SET过程，从而实现以下3类转化：（1）胺类化合物的α-选择性烯丙基化；（2）未活化烷基溴与烯烃的光驱动Heck型反应；（3）芳基卤化物的脱卤氢化及吡咯偶联反应。上述转化突破了传统钯催化对导向基团和强氧化剂的依赖，为C—H键活化及自由基化学提供了绿色、高效的解决方案。此外，这一新型配体设计理念亦为定向光催化配体的开发以及钯催化自由基反应机制的拓展奠定了重要基础。
3.5 钯催化的非导向sp3 C—H芳基化反应
钯催化的非导向sp3 C—H芳基化反应是一种通过钯催化剂直接活化未功能化脂肪族sp3碳氢键并与芳基试剂偶联构建C（sp3）—C（sp2）键的重要方法。相比依赖导向基团的传统策略，此类反应通过精心设计的配体、氧化剂调控或光/电催化手段，实现特定C—H键的选择性断裂，省去了预安装及后续脱除导向基步骤，具有更高效率和原子经济性。
作为钯催化反应中的关键底物，卤代芳烃通常通过双电子氧化加成进入Pd（II）中间体。2020年，Gevorgyan课题组
[56]报道了一种基于可见光驱动的钯催化酰胺分子内C—H芳基化反应（
图式45）。该方法通过裂解C（sp
2）—O键生成芳基钯自由基中间体，并经1，5-氢原子转移（HAT）、分子内环化及再芳构化过程，高效合成氧吲哚及异吲哚啉-1-酮骨架。值得注意的是，该体系可在温和条件下兼容易烯醇化官能团，极大地拓展了底物适用范围，为复杂分子构筑提供了新思路。
Mizoroki-Heck反应是实现芳基、烯基及烷基卤烯基化的重要手段之一。2018年，Gevorgyan团队
[57]发展了一种可见光驱动的钯催化自由基接力Heck反应（
图式46），成功实现脂肪醇β-、γ-、δ-位未活化C（sp
3）—H键的远程选择性烯基化。该策略借助易引入且可移除的硅基导向基团，促进远端C—H位点上的碘原子或自由基迁移，并与Heck反应协同作用。值得一提的是，该反应无需外加光敏剂或氧化剂，在室温条件下即可从简单醇类原料出发，高选择性地合成结构多样、易于修饰的烯醇类产物。
3.6 钯催化的非导向sp2 C—H烷基化反应
钯催化的非导向sp2 C—H烷基化反应与非导向sp3 C—H芳基化反应共同拓展了过渡金属催化惰性C—H键直接官能化的应用边界。尽管作用位点杂化状态不同，二者面临相似的催化挑战，需克服芳环电子效应与空间位阻的影响，并探索适用于多种反应路径的设计策略。这类反应通常通过Pd（0）/Pd（II）催化循环介导的协同金属化或自由基加成机制，实现烯烃或芳烃的烷基化修饰。
2018年，傅尧课题组
[58]提出一种基于光激发钯催化剂的新策略（
图式47），成功实现杂芳烃与仲/叔烷基溴化物的直接C—H烷基化反应。通过单电子转移（SET）机制，激发态钯配合物可生成稳定的烷基-钯自由基中间体，有效抑制传统体系中常见的β-氢消除副反应。该方法在室温下即可高效构建含季碳中心的C（sp
3）—C（sp
2）键，为惰性C—H键的远程功能化提供了新途径。同时，该研究进一步拓展了光/钯协同催化在复杂分子后期修饰中的应用前景，展现了其在现代合成化学中的广阔价值。
2022年，Nemoto课题组
[23]在可见光驱动下，利用钯/DPAsphox体系实现芳基氯/溴化物的单电子还原，进而完成与吡咯的交叉偶联及选择性脱卤氢化（
图式48）。反应中，激发态钯（0）配合物通过金属到配体的电荷转移（MLCT）路径生成高还原性中间体，促使芳基卤的裂解生成芳基自由基，并与吡咯或溶剂如
N-甲基吡咯烷酮发生偶联或氢原子转移。该策略适用于多种含吸电子基团（如氰基、三氟甲基）的芳基氯/溴化物，偶联产率最高达86%，脱卤产率可达93%。更重要的是，该体系在保留烯烃、苄醚等敏感官能团的前提下实现高选择性脱卤，为药物分子和天然产物的后期修饰提供了有力工具。
2018年，周建荣课题组
[59]报道了一种针对缺电子芳烃的新型对位选择性烷基化方法（
图式49）。该策略突破传统Friedel-Crafts烷基化的限制，通过自由基加成机制在吸电子基团的对位高效构建C（sp
2）—C（sp
3）键。该方法成功实现了三级烷基碘（如金刚烷基碘）及环状仲烷基溴的转化，展现出优异的选择性与官能团兼容性。与经典Friedel-Crafts反应相比，其芳基底物适用范围更广，尤其适用于富电子体系，为相关化合物的合成提供了全新路径。
碳硼烷是一类独特的硼-碳分子簇，具有三维芳香性、二十面体几何结构、高硼含量以及优异的热稳定性和化学稳定性。这些特性使其成为功能材料与药物开发中的关键构筑单元。2022年，谢作伟课题组
[60]发展了一种可见光驱动的钯催化交叉偶联反应（
图式50），以廉价易得的碘代邻碳硼烷为起始原料，借助可见光驱动的钯（0）/钯（I）催化循环，在B3、B4和B9位点高效生成以硼为中心的笼状碳硼烷基自由基。该自由基可进一步与（杂）芳烃反应，构建一系列B-（杂）芳基化邻碳硼烷衍生物。此方法不仅为碳硼烷的功能化提供了温和高效的策略，也显著拓展了光催化钯化学在硼簇分子修饰领域的应用边界。
尽管高效且选择性地合成广泛使用的芳烃侧链具有根本意义，但直接催化未活化的芳烃与廉价卤代烷进行C（sp
2）—H烷基化仍面临挑战。2020年，Hong课题组
[61]报道了一种可见光驱动的钯催化C（sp
2）—H烷基化反应（
图式51），实现了非活化芳烃与烷基溴的直接偶联。该反应操作简便、效率高、官能团耐受性强，反应条件温和，避免了传统Friedel-Crafts烷基化中常见的重排副反应，可用于复杂分子的后期官能化及一锅连续Pd催化的C—C键形成，为高效、高选择性合成线性及支链烷基芳烃提供新思路。此外，该体系通过正交一锅法实现光催化与热驱动Suzuki-Miyaura偶联的串联反应，拓宽了其合成应用前景。
烷基自由基对亚胺的加成是构建多取代胺类化合物的重要手段，通常依赖于化学计量的自由基介质与Lewis酸协同活化亚胺。虽然光氧化还原催化及金属催化氢转移技术的发展已实现部分催化体系，但多数方法局限于还原性过程，制约了产物后续功能化的多样性。2021年，Gevorgyan课题组
[62]报道了一种可见光驱动的钯催化肟氧化C—H烷基化反应（
图式52），通过Heck型偶联机制，实现了肟与烷基卤化物（溴化物和碘化物）的高效选择性偶联。该反应基于Pd（0）/Pd（I）氧化还原循环，经SET生成烷基-Pd自由基中间体，随后经历自由基加成至肟的亚胺单元及β-氢消除过程，以高收率获得
E/
Z混合取代的亚胺化合物。该方法为肟类化合物的C—H官能化提供了条件温和、原子经济性高的新路径，进一步拓展了光催化钯化学在亚胺合成领域的应用潜力，展现良好的普适性与合成实用性。
次年，该团队
[63]又发展了一种可见光驱动的钯催化立体选择性合成烷基化酯基腙的新方法（
图式53）。该反应以烷基溴化物、碘化物或氧化还原活性酯为原料，生成亲核碳中心自由基，随后加成至腙并经钯介导脱氢过程，高效构建了传统缩合方法难以实现的E构型产物。体系适用于广泛的底物范围，包括各类伯、仲、叔烷基卤化物及多种乙醛酸衍生腙，并对苯基、烯烃、酯基等远端官能团表现出良好耐受性。此外，该策略还可拓展至1，3-二卤化物的顺序C，N-双烷基化反应，实现四氢哒嗪类杂环的一锅法构建。该方法不仅为腙类化合物的C—H官能化提供了高立体选择性与原子经济性的新途径，也显著丰富了光催化钯化学在亚胺衍生物合成中的应用范畴。
利用烷基金属试剂与亚胺加成被认为是构建烷基胺的有效方法之一。然而，由于金属有机试剂对水的高度敏感性以及亚胺的不稳定性，此类反应通常需在严格无水条件下进行，从而限制其在复杂分子合成中的应用。2022年，Rueping课题组
[64]报道了一种基于可见光驱动的钯催化亚胺还原烷基化反应（
图式54），以烷基溴化物为烷基化试剂，在温和条件下实现了优异的底物兼容性。该方法不仅适用于伯、仲及叔烷基溴化物，还可扩展至醛、胺与烷基溴的三组分一锅反应，为胺类化合物的绿色合成开辟新路径，展现良好的合成潜力与应用前景。
3.7 钯催化的HAT反应
钯催化的HAT反应与非导向性sp2 C—H烷基化反应构成了C—H键活化领域中两类互补的策略，二者通过不同的机制路径拓展了惰性C—H键官能化的反应维度。HAT反应的核心在于：在光激发或氧化还原条件下生成的杂化钯自由基物种（如烷基/乙烯基/芳基-Pd·），能够选择性攫取远程C—H键上的氢原子，从而触发后续的环化、官能团化或重排等转化过程。
2017年，Gevorgyan课题组
[65]开发了一种温和且可见光驱动的钯催化氢原子易位/原子转移自由基环化（HAT/ATRC）级联反应（
图式55）。该方法以乙烯基钯自由基为媒介，通过1，5-氢原子转移过程，高效构建含碘甲基的碳环及杂环结构。此反应不仅适用于多种线性与环状底物，且所得碘甲基可进一步衍生化，为复杂环戊烷骨架的构筑提供了新路径，显著拓展了钯催化HAT反应在多样化分子骨架合成中的应用潜力。
过去几十年来，稳定的碳亲核试剂广泛应用于烯丙基化反应；而非稳定碳亲核试剂则通常依赖于高碱性条件下的预成型金属烯醇盐，不可避免地产生等量金属盐废料，限制了其绿色化学的发展。2021年，汪普生课题组
[66]报道了一种结合氢原子转移光催化与钯催化烯丙基烷基化的三组分偶联反应（
图式56），成功实现了惰性C（sp
3）—H键的直接官能化。该方法无需强碱或预金属化处理，具有良好的原子经济性、温和的反应条件以及广泛的底物适用范围。反应经由自由基/离子接力机制进行，其中碳负离子作为亲核试剂，通过经典的双电子途径进攻π-烯丙基钯中间体。该研究不仅提供了一种环境友好、原子经济的过渡金属催化方法，用于原位生成不稳定的亲核试剂，也为惰性C—H键的官能化及复杂分子的高效构建开辟了新方向。
不饱和胺是天然产物和生物活性分子中的关键结构单元，具有重要的合成价值。2018年，Gevorgyan课题组
[67]报道了一种新型去饱和策略（
图式57），可将脂肪胺高效转化为烯胺、烯丙胺及高烯丙胺。该方法基于芳基杂化钯自由基中间体引发1，
n-HAT（
n = 5~7），继而通过钯催化的β-H消除实现C
$\stackrel{\mathrm{ }\mathrm{ }\mathrm{ }\mathrm{ }}{̿}$C键的选择性构建。值得注意的是，HAT过程的选择性可通过添加剂调控，且反应无需外源光敏剂或氧化剂，展现出良好的官能团兼容性和广阔的应用前景。
3.8 钯催化的其他C—H官能化反应
2022年，Gevorgyan课题组
[68]发展了一种光催化与钯协同催化的不对称烯丙位C—H胺化新策略（
图式58）。该方法采用芳基溴化物作为非典型氧化剂，通过蓝光驱动的Pd（0/I/II）催化循环，实现芳基钯自由基介导的HAT，选择性断裂烯丙位C（sp
3）—H键。随后，经历自由基-极性交叉过程形成π-烯丙基钯中间体，并与脂肪胺发生偶联，生成支链型烯丙胺。该方法突破了传统Pd（II）催化体系对单取代烯烃的限制，适用于内烯烃及伯/仲脂肪胺，并表现出优异的对映选择性（高达97∶3，ee）与非对映选择性（>95∶5，dr）。其在药物分子后期修饰中的高效适用性，为复杂烯丙胺的合成提供了高效且新颖的合成路径。
在过去十年中，可见光驱动的钯催化反应因其独特的反应路径和优异的选择性受到广泛关注。与传统非钯基光催化体系不同，钯配合物通过吸收光子进入激发态，并借助其三重态特性实现键断裂或形成。然而，相关研究主要集中于有机卤化物（尤其是烷基卤化物）的活化，因基态钯催化此类底物时存在氧化加成速率慢及Pd（II）-烷基中间体易发生β-氢消除等问题。2025年，Murphy课题组
[69]报道了光活化钯催化芳基卤化物与芳烃偶联反应中芳基自由基生成机制的研究（
图式59）。以2-卤代间二甲苯为模型底物，在蓝光照射和钯催化下，通过产物分布特征及氘代同位素效应验证了芳基自由基中间体的存在。相较于热催化反应，光活化表现出显著差异：（1） 所有测试膦配体均促进自由基路径，而热反应仅限特定配体；（2） 光照促使钯-芳基键（Ar—Pd）均裂，氧化加成复合物经自由基中间体生成联芳基产物；（3） 光反应可兼容温和碱如Cs
2CO
3，而热反应需强碱如KO
tBu。此外，氘代溶剂动力学同位素效应（KIE）分析及化学计量氧化加成复合物光解实验进一步证实了Pd⁰/Pd
I/Pd
II催化循环中芳基自由基的参与。上述结果从多维度揭示了光激发态钯催化中芳基自由基生成机制，为相关领域提供重要理论支持。
4 结论与展望
光驱动钯催化偶联与C—H官能化反应的发展为现代有机合成提供了全新工具与策略。借助光化学激发钯催化剂，研究人员成功突破传统热催化在惰性键活化与选择性控制方面的限制。从Negishi偶联到多组分反应，光-钯协同催化不仅拓展了底物适用范围，还实现了传统方法难以达到的区域与立体选择性。尤其在含氟化合物、张力环及复杂杂环骨架构建中展现出独特优势。其核心机制在于光激发产生的钯配合物（如Pd（0）或Pd（I））可通过单电子转移（SET）或金属-配体电荷转移（MLCT）等途径生成高活性自由基或低价钯物种，这些中间体在传统条件下难以稳定存在，但在光催化中高效参与C—H键活化与氧化加成。此外，光催化通常在室温或温和条件下进行，提升了对敏感官能团的兼容性。尽管已取得显著进展，仍面临若干关键挑战：一是光激发态钯物种的精确调控机制尚待深入阐明，尤其在不对称催化中的潜力亟待开发；二是现有体系对长波长光（如红光或近红外光）利用效率偏低，限制了生物相容性应用；三是多金属协同光催化及其在串联反应中的应用仍需进一步探索。
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