论文DOI: 10.1002/anie.202205624
本文报道了钴催化的1,3-共轭二烯与前手性二氢硅烷的分子间不对称的硅氢化反应，实现了首例同时构建硅中心手性和碳中心手性的分子间硅氢化反应，高效、高对映选择性和非对映选择性的构建了一系列的非环状的手性单氢硅烷化合物。碳中心手性化合物在生命的演化进程中发挥了至关重要的作用，作为同一族的硅，其地壳中的含量占比高达28%，但是硅手性中心的化合物在自然界中却不存在。近年来，科学家们发现将碳中心手性替换成相应的硅中心手性，将引起化合物理化性质的明显改变，这激发了科学家们创造并研究这一特殊物种的极大兴趣。前手性二氢硅烷的去对称化反应是构建硅中心手性的一个重要策略，相比于分子内的二氢硅烷的去对称化反应，分子间的反应由于构象灵活，不易形成紧密的环状过渡态，因而其硅中心手性的构建更为困难，此前的报道往往需要其二氢硅烷底物上带有特定的大位阻取代基才能实现优异的对映选择性的控制。硅氢化反应是构建有机硅化合物最简洁的方法之一，构建碳中心手性的碳碳不饱和键的不对称硅氢化反应已经被大量报道，对于同时构建硅中心手性和碳中心手性的不对称硅氢化反应目前报道较少且仅局限于分子内的反应。基于以上研究现状及面临的问题，钴作为第一过渡金属中的代表性元素，具有丰富的氧化态和配位数，因此常常具有更多样化的反应模式。中国科学院上海有机所孟繁柯课题组致力于发展钴催化的新型不对称加成反应。作者设想能否利用前手性二氢硅烷的去对称化策略，实现二烯底物的分子间不对称硅氢化反应，反应过程中同时构建硅中心手性和碳中心手性，由此构建了含硅手性中心和碳中心手性的非环状单氢硅烷化合物。在建立好反应条件的基础上，作者首先对二烯底物进行了扩展（图1），结果表明，对于各种芳基，杂芳基、烷基取代的1,3-共轭二烯、1,3,5-三烯和含有三取代烯烃的1,3-共轭二烯均可以很好的适用于该反应。产物的绝对构型由(S)-萘普生衍生的1,3-共轭二烯与联苯基取代的硅烷反应得到的产物（3y）的单晶X衍射确定。随后，作者对二氢硅烷进行了底物扩展（图2），结果表明，各种一级烷基、环丙基、烯丙基、烯基取代的二氢硅烷和一系列各种芳基、杂芳基取代的芳基甲基硅烷均可以适用于该反应。值得注意的是，对于含有苯乙烯基团的硅烷底物（5o），反应可以以专一的化学选择性发生硅氢化反应。对硅手性中心化合物的多样性转化是有机合成中的研究热点之一，由于硅手性中心相比碳手性中心而言更易发生消旋化，因此在转化过程中对硅中心的手性保持是重要目标。产物3b可以发生钯催化的与芳基碘苯的偶联反应和铂催化的与内炔、烯烃的硅氢化反应，得到新的手性保持的四取代硅中心产物（7，11，13）。产物3b的双键可以在DPEphos配位的离子型铑催化下发生氢化，得到非活化烯烃发生马氏硅氢化反应的产物（8）。为了探究反应的机理，作者进行了一系列的控制实验、氘代实验和动力学实验（图4）。控制实验表明：钴盐的碱性配阴离子和NaHBEt3 的作用可能是促使Co-H 物种的生成；碳中心手性的控制与硅烷有关，Co-H物种与二烯发生加成反应是无法解释该现象；Z式二烯在反应过程中不发生反应且没有异构化，可能由Co-H物种与二烯发生加成反应生成的烯丙基钴物种在反应中没有生成。结合对二烯底物的Hammett-plot的实验分析（祥见文中），ρ值为-0.41，供电子基有利于稳定反应的过渡态，符合Co-Si加成时的过渡态，表明反应机理可能是Co-Si物种与二烯发生加成反应。氘代实验表明Co-Si对双键的加成不可逆，生成的烷基钴物种没有发生β-H消除和再插入。平行动力学实验表明Si-H键的断裂是十分快的，产物Si-H键可以在反应条件下发生立体化学保持的氢/氘交换。结合机理实验和文献相关报道，作者提出了可能的机理（图5）：二价钴催化剂在NaHBEt3和硅烷作用下立体选择性的生成硅立体中心的Co-Si物种III （路径A）。也有可能Co-Si物种（II 和 III）生成的非对映选择性很差（路径B），但是非对映异构体II与二烯反应很慢，然后它可以与硅烷发生快速的σ-复分解再次生成Co-Si物种的两个非对映异构体（II 和 III），即物种II 和 物种III之间存在一个动态平衡，由于物种III持续被消耗，因而驱动物种II 和物种 III的平衡向生成物种III的方向进行，即动态动力学转化。物种III 与二烯的末端碳碳双键发生区域选择性的不对称加成反应，构建碳立体中心，生成高烯丙基钴物种IV，这样的区域选择性是为了避免大位阻的钴中心与二取代烯烃之间的立体位阻排斥（V）。然后高烯丙基钴物种IV与硅烷发生快速的σ-复分解再次生成催化的Co-Si物种III和产物。值得注意的是，碳立体中心和硅立体中心的生成是在两个不相关的独立的反应步骤，手性催化剂可以同时实现这两个手性中心的高选择性构建是极具有挑战性的。孟繁柯课题组发展了首例同时构建硅中心手性和碳中心手性的分子间硅氢化反应，利用易于合成且种类多样的前手性二氢硅烷底物的去对称策略，利用一种廉价易得的钴催化剂实现了1,3-共轭二烯的区域选择性、非对映选择性、对映选择性的分子间硅氢化反应。机理研究表明，Co-Si物种对二烯发生不对称加成反应，产物的手性Si-H键可以生快速的立体化学完全保持的σ-复分解得到氢氘交换的产物。https://www.x-mol.com/university/faculty/46702https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202205624
