钯是过渡金属催化剂之王。由于其在催化许多不同类型有机分子的C-H键活化和交叉偶联反应以制造药物、农用化学品和电子材料方面的多功能性，它赢得了这一称号以及诺贝尔奖。但没有国王是万无一失的。市售的醋酸钯是制备活性钯催化剂最常用的前体，通常含有几种结构相似的杂质。这些杂质的存在并不是什么秘密。但普遍的看法是，它们不会显着影响反应结果。然而。

一些研究人员对不时遇到乙酸钯和其他钯催化剂前体的重现性、活性和选择性问题表示沮丧。当化学家从一批材料转移到另一批材料时，或者当他们从一个供应商切换到另一个供应商时，就会出现这些问题——这些情况可能会改变杂质的数量。在将反应从实验室规模转变为生产规模时，化学家也会遇到这些问题。为了弄清到底发生了什么，由工艺开发工程师WilliamA.Carole和领先的钯催化剂供应商JohnsonMattheyCatalysis&ChiralTechnologies的全球研发经理ThomasJ.Colacot领导的研究人员扮演了神话终结者的角色.该团队对纯乙酸钯Pd3(CO2CH3)6及其两种主要杂质：硝基类似物Pd3(CO2CH3)5(NO2)和聚合物[Pd(CO2CH3)2]n．根据他们的研究结果，研究人员为化学界发布了醋酸钯用户指南，他们在其中确定了材料的最佳合成方法。

解释了如何验证其纯度，并展示了醋酸钯及其杂质对催化剂性能的影响.“今天的化学家不制造催化剂——他们购买、打开瓶子，然后让精灵发挥作用，”安大略省皇后大学的资深有机化学家VictorSnieckus说。“那瓶子里有什么？Carole和Colacot揭示了结构的复杂性，表明催化剂及其杂质可能是钯催化反应结果的罪魁祸首或救赎者，其行为类似于变色龙，并根据条件在不同形式之间变化。”Snieckus表示。

报告结果的影响不会通过任何引用索引来衡量，“但将在未来新的钯催化有机反应文献中得到证明。”Carole、Colacot和他们的同事开始探索醋酸钯的制备方法。最常见的合成方法是将钯粉与冰醋酸和少量硝酸的混合物回流。他们发现，取决于反应条件，会形成不同数量的硝基和聚合物杂质。该团队接下来转向报告的制备Pd3(CO2CH3)6的方法，该方法可抑制杂质的形成。研究人员得出结论，最好的选择是避免使用水和硝酸或其他强酸的方法。

然后，他们开发了一种新的合成方法，通过用乙酸处理新戊酸钯，可实现99.8%纯度的Pd3(CO2CH3)6(Org.Lett.2015,DOI:10.1021/acs.orglett.5b02835)。有了最佳合成方法，该团队转向了确定Pd3(CO2CH3)6纯度的最佳方法。Colacot解释说，这可能是一项复杂的任务，因为Pd3(CO2CH3)6的结构与其杂质密切相关。根据他们的研究。

研究人员建议化学家结合物理测试来评估起始材料，例如测量溶解度和熔点，再加上红外光谱、溶液相1H和固态13C核磁共振光谱和元素分析。“这种现成方法的组合可以准确评估任何样品中的杂质含量，”Colacot说。Colacot说，仔细表征的另一个关键点是验证Pd3(CO2CH3)6在固态和溶液中的结构。研究人员证实，这种固体具有三聚体结构，这很重要，他说。

因为一些供应商错误地声称醋酸钯是单体的。在溶液中，研究小组发现Pd3(CO2CH3)6在非极性有机溶剂中倾向于保持三聚体结构。但它可以在水或醇中进行配体交换，生成羟基或烷氧基形式。Colacot指出，最终，不认识钯化合物的确切成分会导致化学家误解催化剂机制并错误地计算催化剂性能。“这项研究将改变我们看待醋酸钯的方式，”勃林格殷格翰制药公司化学开发副总裁ChrisH.Senanayake说。

Senanayake解释说，在药物发现中，药物化学家并不关心催化剂纯度是否会阻碍或提高反应性，因为他们正在迅速寻找成功的反应和候选药物，而优化产量并不是一个优先事项。但对于学者和制造活性药物成分的化学家来说，成本很重要，他说。出于经济原因，工艺化学家希望以尽可能低的催化剂负载量进行操作，此外。

他们还希望最大限度地减少钯的使用，以防止痕量最终进入药物中， 而去除这些钯的成本很高。“在这方面，明智地选择钯前体来源并了解催化剂的成分和纯度至关重要，”Senanayake补充道。“它可以区分一个好的发明和一个伟大的发明。”庄信万丰团队接下来转向测试三种钯化合物纯样品在一系列反应中的催化活性。化学家们已经知道他们的活动存在一些差异。例如，Pd3(CO2CH3)5(NO2)可以大量存在于购买的Pd3(CO2CH3)6中。

已知它是两者中更易溶解的。但研究人员指出，这两种化合物往往具有相同的催化功效。据团队所知，聚合物变体一直被认为是不活跃和无用的。尽管如此，该团队发现这些趋势并不总是正确的。在一项测试反应中，研究人员使用手性配体(S)-BINAP对3-溴苯甲醚与吗啉进行了Buchwald-Hartwig胺化反应。令团队惊讶的是，所有三种钯化合物在形成取代的吗啉产物方面同样有效。

为了了解[Pd(CO2CH3)2]n的意外活性，该团队进行了一组实验，发现在一定条件下，胺会促进材料的解聚，形成活性催化剂。在另一项测试中，研究人员使用膦配体进行了4-氯苯甲醚与邻甲苯基硼酸的Suzuki-Miyaura交叉偶联。他们指出，在形成联芳基产物方面，硝基类似物的活性略高于Pd3(CO2CH3)6，这可能是因为它具有更好的溶解性。

聚合物催化剂在较高温度下的性能几乎相同，但其活性在室温下下降，这可能是其溶解度较低和分解能力受限的结果。在没有配体的后续反应中，聚合物形式的表现很差，这表明配体可以帮助形成单体活性催化剂。而当团队试图用这三种化合物形成布赫瓦尔德型膦钯环催化剂时，只有Pd3(CO2CH3)6和Pd3(CO2CH3)5(NO2)成功，虽然硝基类似物提供了较低的收率并产生了未知的杂质。聚合材料失败是因为它不能形成必要的中间体。

Colacot希望传达给其他化学家的重要信息是，在评估商业样品时，使用高纯度醋酸钯作为对照非常重要。此外，Colacot发现有趣的是，化学家可以控制反应条件以使所有三个版本都具有催化作用。“这可能导致纯硝基和纯聚合物形式被开发为新产品，这可能会开辟新的应用，”他建议道。“在我们认为是静态和不变的事物中看到动态化学作用总是很有启发性，”制造和销售钯催化剂的MilliporeSigma化学研发主管ScottBatcheller说。

“Carole和Colacot的这项重要工作向我们表明，当我们退后一步并质疑标准试剂和商品化学品的性质等假设时，通常会有一些东西需要学习。阅读了这项工作的化学家将能够更好地使用醋酸钯获得可预测和可重复的结果。