 在有机合成中常见的钯催化偶联反应有：【Heck（赫克）偶联反应】、【Stille（施蒂勒）偶联反应】、【Negishi（根岸）偶联反应】、【Suzuki-Miyaura（铃木）偶联反应】、【Sonogashira（薗头-萩原）交叉偶联反应】、【Buchwald–Hartwig偶联反应】、【kumada交叉偶联反应】等。  在钯催化的偶联反应体系中，各类反应机理呈现出显著的相似性，核心步骤主要涵盖以下三个阶段： 1）氧化加成  1. 氧化加成
1）此过程是Pd0对极性键Ar-X的氧化插入，通过协同的三元环过渡态来实现，先形成顺式产物，再异构为反式。  2）三元环过渡态的本质是Pd的一对d轨道电子与Ar-X键的δ*空轨道作用，Ar-X键的δ电子与Pd的p空轨道作用。另外还有较弱的次级轨道作用：Pd的d轨道电子与Ar-X键的π*空轨道作用。最终结果就是Pd电子流向Ar-X。
1）Pd电子云密度 主要与配体有直接关系，富电子的配体能增加Pd电子云密度。 2）Ar-X键可极化性 与其解离能直接相关，解离能越大可极化性就越小，氧化加成就越难，对应的芳卤活性就越小：I>OTf=Br>>OTs>OMs≈CI>>F。(解离能：Ar-I:64 kcal mol-1,Ar-Br:79 kcal mol-1, Ar-Cl:95 kcal mol-1) 3）Pd催化物种 L1Pd0活性更高，而L1Pd0的形成也与配体有一定关系，配体空间体积越大，形成L1Pd0的可能性越大。 4）Ar-X键电子云 由于次级轨道作用涉及到Ar-X键HUMO轨道，故Ar-X键缺电子时反应活性更高。 如：  C2-Br键相对缺电子  C3-I键比C2-Br键可极化性大，活性高 2. 转金属作用
生成的二价钯络合物（R-Pd (II)-X）与含有亲核金属试剂（M-R'，M为金属原子，R'为另一有机基团）发生反应。金属原子M上的R'基团，在配体环境的影响下，通过亲核进攻的方式转移至钯中心，同时M与原来和钯相连的卤原子X结合。此过程实现了不同金属原子所连有机基团在钯中心的汇聚，形成具有新结构的二价钯络合物（R-Pd (II)-R'），极大地丰富了钯络合物的有机片段种类。
1）相比于氧化加成和还原消除，转金属作用方面的研究并不深入，由于该过程的研究相对复杂，涉及到可能的PdII中间体反应速率的确定、表征及测定。 2）在Kumada(M=Mg)，Negishi(M=Zn)，StiIle(M=Sn)等反应中，金属试剂的活性已经足够好，转金属作用一般不是催化循环过程的限速步骤；而在Hiyama(M=Si),Suzuki(M=B)等反应中，Si和B并不是真正的金属，它们所形成的金属试剂（在Cross-Coupling中仍然这么称呼）活性不高(好的一方面是可大量分离、储存)，使得转金属作用成为限速步骤，所以它们往往需要活化，如Hiyama反应中一般需要加入F，而Suzuki反应中一般需要加入base等。 3）一般认为，氧化加成后的PdII周围空间位阻大小可能影响转金属速率，位阻小转金属速率就大，但配体在转金属中的真正作用至今仍不清楚。 3. 还原消除
二价钯络合物（R-Pd (II)-R'）经历还原消除步骤。在此阶段，钯中心发生还原反应，氧化态从+2价降至0价，同时与钯相连的R基团和R'基团发生偶联，形成新的碳-碳（C-C）或碳-杂（C-杂原子）键，生成目标偶联产物（R-R'），并重新释放出零价钯（Pd (0)）物种，使其能够继续参与下一轮催化循环。
1）还原消除与氧化加成是互为反向的两个过程，但它受到更多因素的影响，如底物的立体大小、刚性程度、电性，Pd配体的大小、电性、种类（单配还是双配），产物及辅配（如负离子X）等等，因此还原消除往往是催化循环过程的限速步骤。 2）对于配体，一般认为相对缺电子及（或）大空间体积的配体更有利于还原消除。 |
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