中学や高校で学ぶ化学では、共有結合や元素の周期表を扱いますが、実際の有機合成では炭素同士を高い選択性で結合させることが最大の課題です。ヘック、根岸、鈴木の３氏が開発したパラジウム触媒クロスカップリングは、炭素−炭素結合を穏やかな条件で、しかも狙った位置だけにつくることを可能にしました。反応は「有機ハロゲン化物」と「有機金属試薬」をパラジウム触媒の上で出会わせることで進行し、副生成物が少ないという利点があります。この技術により、抗がん剤や抗ウイルス剤などの医薬品、そして有機EL（OLED）材料や太陽電池用色素などの高機能材料が安価に大量生産できるようになりました。社会的には、新薬開発のスピードが上がり、環境負荷の小さい製造プロセスが実現するなど、持続可能な化学産業を支える重要な基盤技術となっています。

ヘック・クロスカップリング、根岸カップリング、鈴木−宮浦カップリングは、いずれもPd(0)/Pd(II)サイクルを介して有機ハロゲン化物と有機金属試薬を結合させる触媒的炭素–炭素結合形成反応である。触媒サイクルは、(1)酸化的付加による有機ハロゲン化物の活性化、(2)トランスメタル化による求核種の導入、(3)還元的脱離による生成物放出、という３段階で説明される。それぞれの反応系では、有機金属試薬としてアルケン（ヘック）、有機亜鉛（根岸）、有機ボロン（鈴木）が用いられ、反応性・選択性・取扱い易さが異なる。特に鈴木カップリングは空気・水に強いボロン試薬を用いるため工業的スケールに適しており、農薬フルアジナムや抗炎症薬ナプロキセンの製造にも採用されている。一方、根岸カップリングはπ共役系の長鎖分子合成で高い収率を示し、ディスコデルモライドやエリスロマイシン類似体など複雑天然物の全合成に使用された。ヘック反応は立体選択的なアルケン挿入反応として進行し、α,β不飽和カルボニル化合物などの構築に威力を発揮する。Pd触媒にリン配位子やNHC配位子を導入することで、クロスカップリングの基質適用範囲は近年さらに拡大し、アリールクロライドや不活性C–O結合の変換も可能となった。有機合成化学のみならず、材料科学、生物活性分子の多様性指向合成、放射性医薬品のラベリング等、関連分野との相互作用が極めて活発である。環境面では、パラジウムの回収・再使用、水系溶媒利用、ベースメタル触媒への置換などの研究が進み、グリーンケミストリーの観点からも注目され続けている。

Pd(0)/Pd(II)クロスカップリングにおける鍵は、電子的・立体的に調整された配位子による酸化的付加速度と還元的脱離バリアの同時最適化である。ヘック反応では、β‐ヒドリド脱離と再挿入の競合がE/Z選択性と枝分かれ/直鎖比を規定し、近年はNHC/Pd系で抗選択的アルケニル化が可能となった。根岸系では、有機亜鉛試薬のσ‐炭素パラメータが転移速度を支配し、Cu(I)共触媒の添加により立体的に混み合ったtert-アルキル基のカップリングも実現している。Suzuki–Miyaura反応は、高塩基条件下でのB(OH)2→Pd転位が速度律速となるが、第三級アルコキシベースや電子豊富な不斉配位子の導入でプロトボレート化を抑制し電子的に制御された反応が達成されている。ホスフィンフリー系ではXantphos派生配位子が速い還元的脱離を促進し、ppmレベルのPdでも工業スループットが可能である。不活性C(sp3)–HやC–O結合をクロスカップリングの電荷中性経路で活性化するCatellani戦略、Ni/Pd協奏系、光/電解カップリングなど、メカニスティックに発展した派生反応が爆発的に増えている。連続フロー反応器でのクロスカップリングは、熱移動とスケールアップ上のボトルネックを回避し、医薬原薬GMP製造に組み込まれ始めている。希少金属のPdを削減するため、配位子リサイクル、リガンドレス触媒、及びFe, Ni, Cuベース触媒によるcross-electrophile couplingが実用化段階に入っている。一方で、パラジウム排除基準が厳しい医薬分野では、ICP-MS管理値を達成するための固体担持Pd触媒や金属捕捉樹脂の開発も進むなど、反応開拓とプロセスケミストリーが密接に連携している。