日本理化學研究所與九州大學開發了一項可從單一原料出發，選擇性地進行4種截然不同之有機反應的「四重切換觸媒」。此觸媒為在矽奈米線陣列(SiNA)上擔載鈀(Pd)所構成的「SiNA-Pd」系統，只須改變胺類添加劑的種類或反應溫度，即可切換反應路徑，實現包括胺甲基化(Aminomethylation)、脫碘反應(Deiodination)與兩種芳基化反應(Arylation)等共4種轉換。
「四重切換觸媒」具有高度選擇性，目標產物收率達86%~98%。其反應機制的共通關鍵為「微波照射活化」以及「三價鈀（Pd(III)）」的參與。此外，產物中的金屬殘留量符合醫藥品標準，加上觸媒活性高，可大幅降低使用量，預期將有助於包含製藥在內的合成製程多機能化與高效率化。在製藥與材料開發領域中，能從同一原料快速製作多種結構具有重要價值，但過去反應切換通常僅能達到雙重或三重，四重切換一直被視為技術極限。
理化學研究所先前已開發出以刷狀生長的矽奈米線陣列(SiNA)為基材，並在其表面擔載三價鈀的非均相觸媒。該觸媒在微波加熱條件下，搭配三乙醇胺(TEOA)做為添加劑，在110℃、反應6小時的條件下，可使碘化苯或溴化苯（反應基質）與甲基甲醯胺進行脫鹵（脫碘）反應。此次研究進一步探討透過改變胺類添加劑與反應溫度所引發的反應切換行為。結果顯示，系統可在以下4種反應間切換：脫碘反應（產收率86%）、胺甲基化反應（收率86%）以及兩種芳基化反應（產收率分別為98%與88%）。
具體而言，在添加TEOA進行脫碘反應的條件下，若將反應溫度由110℃提高至150℃，則會優先發生在碳原子上導入胺甲基基團的胺甲基化反應。另一方面，當反應溫度維持在150℃，將添加劑由TEOA變更為碳鏈較長一個單位的三異丙醇胺(Triisopropanolamine; TPOA）或甲酸銨(Ammonium Formate)後，則會優先進行芳基化反應。此時，由於反應中間體中甲醯胺碳原子的電子軌域差異，導致生成2種不同型態的芳基化產物。此外，研究亦確認微波活化的關鍵在於磁場效應而非電場作用，其僅在磁場條件下反應才會進行。
在所有反應條件中，觸媒用量為65 mol ppm（相對於1 mol原料），胺類添加劑為2 mol當量，最終產物中的鈀殘留量為0.04~0.77 ppm，符合醫藥品規範。在連續四步反應中，系統仍能維持約80%的選擇性（反應時間6或12小時）。此外，使用回收再利用的觸媒進行胺甲基化反應（6小時）時，仍可達到72%的收率，顯示其具有良好的再利用性。
此次的研究成果由於能以單一觸媒實現多種類反應的切換，可望為有機合成化學、觸媒科學以及微波化學帶來嶄新的概念。「四重切換觸媒反應系」此一技術將可應用於包括製藥篩選、機能性材料的快速合成以及製程化學（process chemistry）等產業用途。