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【有机】王鹏、徐立平团队合作Angew：镍催化联烯的对映选择性硅氢化反应

时间：2023-02-05 来源：浏览：

【有机】王鹏、徐立平团队合作Angew：镍催化联烯的对映选择性硅氢化反应

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有机硅化合物因其稳定性和低毒性等优点在有机合成、功能材料和药物开发中具有极其重要的意义。此外，这些有机硅烷在硅工业中作为硅聚合物的合成单体也有着不可或缺的作用。在此背景下，人们越来越关注有机硅化合物的合成和应用研究，已发展成为合成化学的前沿研究领域。过渡金属催化的烯烃或炔烃的不对称氢硅化反应是构建多种手性有机硅化合物最有效和最直接的方法。然而，烯烃的不对称氢硅化催化合成中化学选择性、区域选择性和对映选择性的控制仍然十分挑战。

近日， 中国科学院上海有机化学研究所王鹏 团队与 山东理工大学徐立平 团队合作报道了 镍催化1,1-二取代联烯的不对称氢硅化反应，该反应具有高的立体选择性和对映选择性。 实现1,1-二取代联烯的不对称氢硅化反应区域选择性和立体选择性控制的关键是使用了SPSiOL衍生的双亚磷酸酯配体 (SPSiPO)。该方案为构建不对称烯丙基硅烷提供了一种简单、原子经济的通用方法。

图1. 镍催化1,1-二取代联烯的不对称氢硅化反应

在前期工作基础上，作者开发了基于螺二氢苯并噻咯骨架的双亚磷酸酯配体 (SPSiPO)，该配体可以很容易地从SPSiOL一步合成，产率为39-63%。值得注意的是，SPSiPO配体能够控制1,1-二取代联烯氢硅化反应的化学、区域和对映选择性，提供具有叔碳立体中心的支链烯丙基硅烷，产率高达99%，ee值高达96%，区域选择性＞50/1。

图2. SPSiPO 配体的开发

作者以1,1-二取代联烯 1a 和苯基硅烷 2 为模板底物对反应条件进行优化，首先对磷酸酯配体进行了筛选。最终发现含有 ( R )-BINOL结构的SPSiPO配体 L8 显示出最高的区域选择 (>50/1) 和对映选择性 (94% ee)。

图3. 镍催化1,1-二取代联烯不对称硅氢化反应的配体筛选

在最优条件下，作者对联烯的底物范围进行了详细研究。实验结果表明该反应对于含有富电子和缺电子取代基的联烯底物均具有良好的选择性。另外，该方法对于含吡啶、呋喃和噻吩等杂环的联烯类化合物也具有非常好的兼容性。值得一提的是，该方案对不同类型的芳基和烷基三氢硅烷也具有很高的相容性。

图4. 1,1-二取代联烯底物和硅烷底物范围

作者通过将底物 1d 与苯基硅烷在5.0 mol的规模上进行反应，证实了该反应的可扩展性，以99%的产率、94%的ee和＞50/1的区域选择性提供所需的手性烯丙基硅烷 3d 。并且相应的手性烯丙基硅烷可以进一步衍生构筑C–Si键或进行硼氢化和氧化反应。为了阐明该反应的具体机理，作者进行了一系列机理实验。首先，使用Ni(COD ) ₂ 控制实验的结果与NiBr ₂ •DME/ ^t B uOLi相似，表明该催化循环可能是低价镍参与的。随后在 D-1d 氘标记实验中，Si-D键与丙烯基C-H键没有发生H/D交换。当以 D-2 为底物时，氘全转移至产物 D-3a 上。此外，KIE实验 (KIE = 2.8) 揭示了Si-H裂解可能参与了反应的决速步。

图5. 克级实验、合成应用与机理实验

为了更好的揭示反应机制，上海有机所王鹏团队与山东理工大学徐立平团队合作展开了详细的DFT理论计算。结果表明，该反应很可能经Ni(I)-H启动的反应路径，主要经历底物与催化活性物质络合、联烯插入、σ-复分解和产物释放的过程。计算表明，涉及Si-H键裂解的σ-复分解步骤是整个反应的决速步，这也符合实验上的动力学同位素效应。其中配体与底物之间的空间效应、C-H…π和氢键相互作用是控制立体选择性的关键因素。