陆展教授课题组ACS Catalysis：配体接力策略实现钴催化炔烃邻氧硅化
邻硅氧化合物在有机合成，药物化学等方面有着广泛的用途。目前，合成邻硅氧化合物主要有以下两种途径：一、从烯基硅，烯基醚等预官能团化的底物出发得到目标化合物。然而，由于该类反应底物范围受限，其应用性受到了一定的影响。二、从非预官能团化的烯烃出发合成邻硅氧化合物。近年来，这一领域得到了越来越多的关注，不同方法学也被应用于这一课题。然而大部分反应过程都涉及硅基自由基，当使用多氢硅烷为硅源时，其可能会经历多次HAA过程，由此扰乱反应进程。此外，多氢硅烷具有一定的还原性，易与反应体系中存在的氧化剂反应，导致目标产物产率降低。因此大多数报道中硅烷的使用多为三取代硅源。同时，一些反应对于底物及温度也有着特殊的要求。炔烃作为一种廉价易得的大宗化学品，近年来，人们对于其双官能团化的研究日益深入。然而，由于其反应位点较多，活性较高，从炔烃出发合成邻硅氧化合物并未得到报道。
炔烃作为化学领域一种重要的合成子，在学术及工业界有着广泛的用途。人们发展了不同的策略实现其官能团化，从而得到高附加值产物。近年来，陆展教授课题组利用组内发展的三齿含N配体实现了以炔烃为底物的各种不同类型的转化，在这一领域做出了极具特色的工作，包括炔烃的马氏选择性氢官能团化，程序化串联反应等。(Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62(1), e202215029.; NatureCommunications2022, 13, 4518.; NatureCommunications2022, 13, 650.; Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60(41), 22454– 22460.; Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60(2), 690–694.; J. Am. Chem. Soc. 2020, 142(34), 14455–14460.; Chem2019, 5(4), 881–895.; J. Am. Chem. Soc. 2018, 140(15), 5014–5017.; J. Am. Chem. Soc. 2017, 139(43), 15316–15319.)
近日，浙江大学陆展教授团队报道配体接力策略实现钴催化炔烃的硅氧化转化，反应条件温和，官能团容忍性较好。芳基，烷基炔烃及不同类型的硅烷均适用于该反应。对产物进行衍生，可以顺利得到硅醇、硅氧烷、四取代硅烷、β-羟基硅烷及环硅烷化合物。机理研究及DFT计算表明，反应第二步氧氢化过程中涉及Co-H插入及Co-C均裂过程。
本文以Xantphos•CoBr2 (1.0 mol%)作为催化剂，NaBHEt3 (3.0 mol%)作为活化剂，TEMPO (2.5 equiv.)作为氧源，OPQA (N-oxazolinylphenyl 8-quinoline amine) (2.0 mol%)作为接力配体, 以THF为溶剂，在氮气下反应6 h作为最优条件。对底物范围进行考察(图1)，在苯环不同的取代位(邻位、间位和对位)上带有吸电子和给电子基团的底物，能够以中等到较高收率得到目标化合物。底物上带有甲硫基、N、N-二乙基酰胺、Boc (t-丁基氧羰基)和TBS (t-丁基二甲基硅基)保护的羟基对反应没有影响。对于杂环，稠环化合物，反应也能顺利进行。对于恩帕列净中间体，布洛芬，香茅醇等天然产物衍生物都具有很好的容忍性。使用含不同取代基团的TEMPO时，能分别以51%和40%的分离收率得到邻硅氧化合物。对于烷基炔烃及含有不同取代基的硅烷，该反应也能顺利实现。
为了证明该反应的实用性，作者还进行了克级规模的放大，并将产物进行各种类型的衍生(图2)。为了进一步拓宽邻硅氧化合物的应用范围，作者从3a出发，经过三步反应得到环状硅氧化合物9。
作者对反应机理进行初步探究，氘代实验表明反应可能经过自由基过程。竞争KIE实验表明反应中涉及二级同位素效应。我们与中国科学院化学研究所光化学院重点实验室博士生导师陈辉合作，该课题组通过DFT计算表明该反应第二步自由基过程产生于Co-H插入后的Co-C均裂。
综上所述，陆展教授课题组利用配体接力策略实现了钴催化末端炔烃与二苯基硅烷、苯基硅烷和TEMPO进行了连续硅氢化/氧氢化反应。该反应具有良好的官能团耐受性和优异的区域选择性。结合实验及DFT计算，作者提出第二个自由基催化循环经历了Co-H插入/Co-C键均裂过程。同时，配体接力策略的成功应用为构建更有价值特色的分子结构提供了新的合成思路。本研究得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金、浙江省自然科学基金、中央高校基本业务费等的资助。
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/epdf/10.1021/acscatal.4c02438
论文题目：Ligand Relay Cobalt Catalysis for Vicinal Si,O-Alkanes from Terminal Alkynes
DOI: 10.1021/acscatal.4c02438
论文作者：Yufeng Sun, † Bingcheng Wang, † Linhong Long, † Jin-Ang Lou, Hui Chen*, and Zhan Lu*
孙羽丰, 王炳成, 龙林宏（计算）为本文共同第一作者，楼金昂为浙江大学化学系20级本科生。
作者简介：陆展教授，浙江大学化学系教授 (https://person.zju.edu.cn/lu)，兼任浙江大学化学前瞻技术中心独立PI。主要从事于基于手性配体设计的地球丰产过渡金属高选择性催化和可见光催化反应研究。基于廉价金属原子半径较小、价态、自旋和配位模式易变等特点，提出并系统地设计和构建了一系列适合铁、钴的新型非C2对称含氮三齿手性配体（Chiral Unsymmetric Tridentate (CUT) NNN ligand）及其钴、铁配合物，并将其应用于铁、钴催化烯烃的不对称氢官能团化反应。利用可见光催化剂有效的单电子氧化还原和能量转移能力，发展新型自由基反应并实现其不对称转化。
陈辉研究员，中国科学院化学研究所光化学院重点实验室博士生导师（http://jnyao.iccas.ac.cn/87），主要从事理论与计算化学研究，研究方向为：（1）过渡金属开壳层复杂电子结构的研究和解析（2）过渡金属催化有机反应机理的计算化学研究（3）含过渡金属的酶催化反应机理理论计算研究（4）高精度ab initio计算对过渡金属催化有机反应的密度泛函标定研究。目前已发表120余篇SCI论文。
文 字：陆展教授课题组
编 辑：黄珍珍、张维娅
审 核：林旭锋
终 审：丁立仲