1,5-钯迁移实现硅甲基官能化反应研究

有机硅化合物在有机合成、材料科学以及药物化学中具有广泛应用价值，例如氟硅唑，硅噻菌胺和氟硅菊酯等农药均是有机硅化合物，因此，发展高效的合成方法实现功能化的有机硅化合物的合成具有重要意义。近日，南开大学赵东兵研究员（点击查看介绍）课题组通过巧妙设计，利用芳基到烷基的1,5-钯迁移，实现对硅甲基C‒H键的功能化，完成了烯基硅烷、苄基硅烷以及硼基化硅烷的高效合成（图1）。值得一提的是，尽管金属迁移反应作为一种C‒H键活化策略被广泛应用，然而在此之前，没有文献报道过从芳基到烷基的1,5-钯迁移。

图1. 1,5-钯迁移反应实验硅甲基功能化反应。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

起初，作者以（8-溴萘-1-基）三甲基硅烷和N-亚苄基-4-甲基苯磺酰肼为模型底物发生反应。经过对多种条件的筛选，作者确定反应的最优反应体系为：5 mol% Pd₂dba₃，LiO^tBu，SPhos和甲苯作为溶剂，在100 °C下反应24小时以87%的收率得到烯基硅烷。随后，在最优条件下，作者对溴代硅烷1和N-对甲苯磺酰腙2之间的烯基化反应进行了底物扩展。首先，作者发现，各式各样的N-对甲苯磺酰腙大都能与（8-溴萘-1-基）三甲基硅烷进行反应，有效地转化成有用的乙烯基硅烷。进一步，作者还发现，当使用各种带有硅甲基的硅烷作为底物时，1,5-迁移/卡宾偶联反应大都能顺利发生，生成各式各样的烯基硅烷（图2）。

图2. 硅甲基C-H键烯基化反应底物拓展。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

在此基础上，作者尝试了在反应过程中将亲核试剂变换为芳基硼酸。他们希望，底物在发生1,5-钯迁移形成C‒Pd物种后，紧接着发生转金属化以及还原消除，从而实现各式各样的苄基硅烷的合成。令人高兴的是，当他们将前述最优条件下的碱变换为碳酸铯时，该串联反应能够顺利发生，并且底物普适性好，反应收率高（图3）。

图3. 硅甲基C-H键芳基化反应。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

最后，作者还依据他们对反应机理的理解，利用B₂pin作为硼基化试剂，进一步实现了硅甲基C‒H键的硼基化反应，从而获得了一系列硼基化的硅烷试剂（图4）。

图4. 硅甲基C-H键硼基化反应。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

在底物扩展基础上，作者通过各式各样的进一步转化，进一步证明了他们在本篇论文中所获得的烯基硅烷和苄基硅烷作为合成中间体的通用性，凸显了他们所建立方法的重要性（图5）。

图5. 衍生化反应。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

随后，作者还通过一系列控制实验，对该反应的反应机理进行了初步探索（图6）。在机理探究实验中发现：硅烷的碳类似底物与苯硼酸发生反应时，并没有发生芳基向烷基1,5-钯的迁移过程。该结果表明，位于甲基的α-位置的硅原子对于触发1,5-钯迁移起关键作用。此外，当在标准条件下用苯硼酸与氘代的化合物反应时，作者发现，氘原子100%的区域选择性地转移至1-萘基的8位。这表明反应中H-原子迁移过程很可能是一个分子内转移的过程。

图6. 机理探究实验。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

最后，作者根据文献和机理实验，提出了合理的催化循环（图7）。他们倾向于反应过程中质子的转移是一个协同的过程。

图7. 预测机理。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

综上，作者第一次报道了独特的芳基向烷基的1,5-钯迁移过程，实现了远程的硅甲基C‒H键烯基化、芳基化和硼化。还进一步证明，硅原子的α效应可能是触发此1,5-钯/氢转移的关键。这为接下来进一步利用1,5-钯迁移途径实验C‒H键功能化提供了更多可能的机会。

该研究成果发表在近期的Angew. Chem. Int. Ed.上，南开大学赵东兵研究员为论文通讯作者，硕士研究生韩洁莲为论文第一作者，秦鹰硕士、鞠成威本科生分别为论文的第二及第三作者。该工作得到国家自然科学基金和南开大学等的资金支持。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Divergent Synthesis of Vinyl‐, Benzyl‐, and Borylsilanes: Aryl to Alkyl 1,5‐Palladium Migration/Coupling Sequences

Jie‐Lian Han, Ying Qin, Cheng‐Wei Ju, Dongbing Zhao

Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.201914740

导师介绍

赵东兵

https://www.x-mol.com/university/faculty/50103