Using a ligand as a promoter enhances the reactivity of the palladium catalyst in non-directed C–H functionalization of arenes, enabling the arene to be used as the limiting reagent. The functionalization of a carbon–hydrogen (C–H) bond is one of the most useful reactions in organic synthesis as it precludes the need to install reactive groups to perform a reaction. However, the reactivity and number of C–H bonds that are present in organic molecules mean that selectively targeting one is challenging. Typically this has been achieved by 'directing groups', where proximity to a specific C–H bond guides the reaction. Now, Jin-Quan Yu and colleagues report a palladium-catalysed non-directed arene C–H functionalization method using a 2-pyridone ligand. The ligand makes the catalyst more reactive, allowing the arene to be used as the limiting reagent—overcoming a key limitation in the use of such reactions in the derivatization of complex molecules. The ligand also enhances the effects of sterics on site selectivity, in some cases improving it significantly without the need for a directing group. The directed activation of carbon–hydrogen bonds (C–H) is important in the development of synthetically useful reactions, owing to the proximity-induced reactivity and selectivity that is enabled by coordinating functional groups1,2,3,4,5,6. Palladium-catalysed non-directed C–H activation could potentially enable further useful reactions, because it can reach more distant sites and be applied to substrates that do not contain appropriate directing groups; however, its development has faced substantial challenges associated with the lack of sufficiently active palladium catalysts7,8. Currently used palladium catalysts are reactive only with electron-rich arenes, unless an excess of arene is used9,10,11,12,13,14,15,16,17,18, which limits synthetic applications. Here we report a 2-pyridone ligand that binds to palladium and accelerates non-directed C–H functionalization with arene as the limiting reagent. This protocol is compatible with a broad range of aromatic substrates and we demonstrate direct functionalization of advanced synthetic intermediates, drug molecules and natural products that cannot be used in excessive quantities. We also developed C–H olefination and carboxylation protocols, demonstrating the applicability of our methodology to other transformations. The site selectivity in these transformations is governed by a combination of steric and electronic effects, with the pyridone ligand enhancing the influence of sterics on the selectivity, thus providing complementary selectivity to directed C–H functionalization.

meta-C-H olefination, arylation, and acetoxylation of indolines have been developed using nitrile-containing templates. The combination of a monoprotected amino acid ligand and the nitrile template attached at the indolinyl nitrogen via a sulfonamide linkage is crucial for the meta-selective C-H functionalization of electron-rich indolines that are otherwise highly reactive toward electrophilic palladation at the para-positions. A wide range of synthetically important and advanced indoline analogues are selectively functionalized at the meta-positions.

Here we report the development of a versatile 3-acetylamino-2-hydroxypyridine class of ligands that promote meta-C-H arylation of anilines, heterocyclic aromatic amines, phenols, and 2-benzyl heterocycles using norbornene as a transient mediator. More than 120 examples are presented, demonstrating this ligand scaffold enables a wide substrate and coupling partner scope. Meta-C-H arylation with heterocyclic aryl iodides as coupling partners is also realized for the first time using this ligand. The utility for this transformation for drug discovery is showcased by allowing the meta-C-H arylation of a lenalidomide derivative. The first steps toward a silver-free protocol for this reaction are also demonstrated.

Abstract Electrocatalytic water splitting driven by sustainable energy is a clean and promising water‐chemical fuel conversion technology for the production of high‐purity green hydrogen. However, the sluggish kinetics of anodic oxygen evolution reaction (OER) pose challenges for large‐scale hydrogen production, limiting its efficiency and safety. Recently, the anodic OER has been replaced by a nucleophilic oxidation reaction (NOR) with biomass as the substrate and coupled with a hydrogen evolution reaction (HER), which has attracted great interest. Anode NOR offers faster kinetics, generates high‐value products, and reduces energy consumption. By coupling NOR with hydrogen evolution reaction, hydrogen production efficiency can be enhanced while yielding high‐value oxidation products or degrading pollutants. Therefore, NOR‐coupled HER hydrogen production is another new green electrolytic hydrogen production strategy after electrolytic water hydrogen production, which is of great significance for realizing sustainable energy development and global decarbonization. This review explores the potential of nucleophilic oxidation reactions as an alternative to OER and delves into NOR mechanisms, guiding future research in NOR‐coupled hydrogen production. It assesses different NOR‐coupled production methods, analyzing reaction pathways and catalyst effects. Furthermore, it evaluates the role of electrolyzers in industrialized NOR‐coupled hydrogen production and discusses future prospects and challenges. This comprehensive review aims to advance efficient and economical large‐scale hydrogen production.

The transition metal-catalysed dicarbofunctionalisation of unactivated alkenes normally requires exogenous strong coordinated directing groups, thus reducing the overall reaction efficiency. Here, we report a ligand-enabled Ni(II)-catalysed dicarbofunctionalisation of unactivated alkenes with aryl/alkenyl boronic acids and alkyl halides as the coupling partners with a diverse range of native functional groups as the directing group. This dicarbofunctionalisation protocol provides an efficient and direct route towards vicinal 1,2-disubstituted alkanes using primary, secondary, tertiary amides, sulfonamides, as well as secondary and tertiary amines under redox-neutral conditions that are challenging to access through conventional methods. The key to the success of this reaction is the use of a bulky β-diketone ligand, which could enable the insertion of alkene to aryl-Ni(II) species, stabilize the alkyl-Ni(II) species and inhibit the homolytic alkyl-Ni(II) cleavage, supporting by both experimental and computational studies. This dicarbofunctionalisation reaction features the use of native directing group, a broad substrate scope, and excellent scalability. The dicarbofunctionalisation of unactivated alkenes normally requires the use of exogenous strong coordinated directing groups. Here, the authors report a Ni(II)-catalysed dicarbofunctionalisation of unactivated alkenes with aryl/alkenyl boronic acids and alkyl halides as the coupling partners with a diverse range of native functional groups as the directing group.