杭州师范大学徐利文课题组CCS Chem.：超高效构建硅手性杂环的钯催化硅-碳键重构反应

近日，杭州师范大学有机硅化学及材料技术教育部重点实验室徐利文课题组发展了一种高效高选择性硅杂环重组策略，可高效、高立体选择性地将硅杂环丁烷转化为一系列六元硅杂环或含氮氧杂杂原子的硅手性杂环。该反应成功的关键在于发展一种3,5-双(三氟甲基)取代的TADDOL衍生的手性亚磷酰胺配体主导的新型钯基高效催化体系。此外，该方法具有与药物分子C/Si等电子置换策略兼容的优势，有望应用在药物分子开发与手性材料的创制等领域。

背景介绍：

硅杂环化合物在药物研发和材料科学中具有重要应用价值，其独特的物理和电子性质（类似碳但价态和几何结构不同）使其成为研究热点。在这方面，过渡金属介导的Si-C键重构策略，尤其在构建手性有机硅化合物方面展现出显著优势。值得注意的是，近期的相关研究聚焦于含硅四元环的键裂解转化反应：该类化合物可通过与炔/烯烃或不饱和羰基化合物发生开环/扩环反应，或经催化剂诱导重排实现多样化转化。然而，现有可用于构建硅手性中心的开环反应研究相对较少，相关不对称催化构建硅手性杂环的研究更为匮乏，且在杂原子官能团存在下实现立体选择性Si-C键活化及其构建含氮或氧的硅手性杂环更未见报道。因此，徐利文团队基于多年来在硅手性化学的研究积累，近日发展了一种新型高效手性钯催化体系，成功实行了硅杂环丁烷的分子内不对称重组转化，为构建含硅手性中心的杂环化合物提供了一种合成新策略，具有重要的科学意义和潜在的应用价值。

本文亮点：

本工作中，徐利文团队开发了新型钯催化体系（Pd/3,5-双(三氟甲基)TADDOL衍生手性亚磷酰胺配体），成功实现硅立体选择性杂原子桥连炔烃的分子内开环/硅基环化反应。该体系在0.05 mol%超低负载量下仍保持高催化活性与立体选择性，反应仅需10秒即可获得96%产率和97% ee的苯并O/N硅杂环产物，TOF高达17,280 h-1，是迄今为止报道的用于合成Si-立体有机硅化合物的最快速催化不对称反应之一。该反应展现优异底物普适性，在空气条件下仍可进行，兼容氰基、酯基等敏感官能团。特别值得注意的是萘基取代基引发的阻转异构现象，为构建轴手性与硅手性中心提供了新思路。同时，硅立体中心的氢取代基的优异兼容性更为后期功能化奠定基础。克级实验验证了其合成实用性，产物2a可经环丙烷化、硼氢化等经典转化构建功能性Si-O杂环，并展示药物分子合成潜力。作者通过DFT计算模拟了反应机理下的能量变化趋势，以揭示pro-S与pro-R路径存在差异。也证实了氧化加成是可逆的，而迁移插入作为决速步主导了硅杂环开环反应的对映选择性。

总结与展望：

综上所述，作者提出了一种新型、简单、高效的催化策略来合成了一系列含硅手性中心杂环化合物，该方法是通过Pd催化Si-C键活化及其随后在O/N桥连炔基硅杂环丁烷中进行分子内开环/硅环化来实现的。在此过程中，3,5-双（三氟甲基）取代的TADDOL衍生的亚磷酰胺配体被确定为不对称Si-C键活化及其Pd催化手性硅环化的有效手性磷配体。这种方法可以获得高达99% ee的新型Si-立体硅硅环，在温和条件下与1 mol%的Pd2(dba)3·CHCl3的作用下，转化数（TOF）超过17,280 h-1。利用这种方法，作者成功生成了一系列多样化的硅立体异构苯并硅杂环，并通过将硅立体异构硅杂环片段引入复杂的药物和功能分子中展示了后期转化。值得一提的是，钯催化的Si-C键活化及其手性硅环化反应的高反应性为开发新的环扩张工艺和合成结构多样的硅立体异构硅杂环开辟了新途径。

该研究成果以Research Article的形式发表在CCS Chemistry。杭州师范大学徐利文教授为通讯作者，硕士研究生祝炜轲（实验部分）和斯嘉炜（DFT计算支持）为共同第一作者 。

文章详情：

Ultra-Rapid Synthesis of Si-stereogenic Silacycles via Pd-catalyzed Si-C Activation andIntramolecular Ring-Opening Silacyclization

Wei-Ke Zhu,† Jia-Wei Si,† Sui-Fang Peng, Li Li, Fei Ye, Jian Cao, Zheng Xu, Fuk-Yee Kwong, and Li-Wen Xu*

Cite this by DOI:10.31635/ccschem.025.202505501

文章链接：https://doi.org/10.31635/ccschem.025.202505501

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来源：CCS Chemistry