炔基卡宾对硅氢键的不对称插入反应：一种高效合成手性炔丙基硅烷和联烯基硅烷的方法

有机硅化合物广泛应用于有机合成、材料、医药等领域，其中手性炔丙基硅和手性联烯基硅因其可进行多种多样的转化，已经成为一种重要的手性砌块（图1A）。目前，手性炔丙基硅主要是从手性原料出发制备，不对称催化合成方法报道很少。近年来，手性联烯基硅化合物的合成受到广泛关注，取得了很大的进展，然而，大部分合成方法都是基于炔丙醇衍生物的取代反应。由于合成方法的限制，现有的手性炔丙基硅和手性联烯基硅的结构多样性较差，阻碍了它们的应用研究。

最近，南开大学化学学院周其林、朱守非团队利用他们此前发展的手性螺环磷酸双铑催化剂（J. Am. Chem. Soc., 2020, 142, 12394），实现了炔基卡宾对Si-H键高对映选择性插入反应，直接从简单易得的炔基磺酰腙合成光学活性的炔丙基硅烷（图1B）。这也是首例炔基卡宾的高对映选择性插入反应。手性炔丙基硅烷可以通过一种非均相铂催化剂，高度立体保持地异构化为轴手性联烯基硅烷。相关成果近期发表于J. Am. Chem. Soc.，杨亮亮博士为文章的第一作者。

研究者评价了一系列炔基磺酰腙底物。使用螺环磷酸双铑催化剂C1，炔基端位为芳基的底物都能够以较高的收率（64-92%）和对映选择性（78-96% ee）生成炔丙基硅烷（图1，Condition A）。含有噻吩基团的底物也能够给出很好的对映选择性。当底物的炔烃端位与烷基、烯基、炔基等相连时，5,5’-位苯基取代的螺环磷酸双铑催化剂C2能够给出最优的结果（图1，Condition B）。该反应能够兼容烯烃、炔烃、卤素、醚键、吲哚等多种官能团。

图1. 炔基磺酰腙和硅烷的不对称插入反应

根据以往文献中炔基磺酰腙参与的卡宾转移反应和卡宾对Si-H键的插入反应机理研究，研究者提出了该反应的催化循环。首先，炔基磺酰腙在碱作用下，生成活泼的炔基重氮甲烷。然后，催化剂分解重氮生成炔基铑卡宾物种Int-IV。最后，Int-IV物种对Si-H键进行插入生成目标产物（图2）。密度泛函理论计算表明，手性螺环磷酸配体在铑中心所构成的拥挤的手性口袋，使Si-H键更容易从re面进攻铑卡宾中间体，生成R构型的产物，这和实验结果相吻合。

图2. 反应的催化循环

在克级规模实验中，催化剂用量可以降至0.15 mol%，反应依然能够取得较高的收率（75%）和优秀的对映选择性（94% ee）（图3A）。此外，通过氢化和硼氢化反应，手性炔丙基硅烷能够转化为多种手性烯丙基硅烷（图3B）。

图3. 克级规模反应及产物转化

为了进一步展示炔基卡宾对Si-H键的不对称插入反应的潜在应用价值，研究者进一步研究了炔丙基硅烷异构化为联烯基硅烷的反应。他们发现(Ph₃P)₂Pt·O₂能够催化炔丙基硅烷异构化为联烯基硅烷，且对映选择性能够得到很好的保持（图4）。该反应的活性催化物种可能是现场生成的纳米铂。他们培养了联烯基硅烷 (S)-7b的单晶，确定了产物的绝对构型。

图4. 炔丙基硅烷的异构化反应（es = 产物的ee值/原料的ee值）

总结

南开大学周其林、朱守非团队首次实现了炔基卡宾对Si-H键高对映选择性插入反应。该反应以简单易得的炔基磺酰腙作为原料，合成了多种新型手性炔丙基硅烷。手性炔丙基硅烷产物在铂催化剂促进下，能够高度立体保持地异构化为手性联烯基硅烷。上述研究拓展了卡宾转移反应的类型，深化了对炔基取代卡宾反应性的认知，为手性有机硅的结构多样性合成提供了新的方法。

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Enantioselective Insertion of Alkynyl Carbenes into Si–H Bonds: An Efficient Access to Chiral Propargylsilanes and Allenylsilanes

Liang-Liang Yang, Jing Ouyang, Hui-Na Zou, Shou-Fei Zhu*, and Qi-Lin Zhou*

J. Am. Chem. Soc., 2021, DOI: 10.1021/jacs.1c03435

导师介绍

周其林

https://www.x-mol.com/university/faculty/11976 

https://zhou.nankai.edu.cn 

朱守非

https://www.x-mol.com/university/faculty/11980 

https://zhu-nankai.cn