【人物与科研】浙江工业大学靳立群教授和胡信全教授研究团队：刚性的吡啶并环烷基亚胺配体促进的钴催化马氏硅氢化反应研究

导语

烯基硅烷具有良好的稳定性、低毒、易于制备等特点，是重要的有机合成砌块。在众多制备方法中，过渡金属催化的炔烃硅氢化反应是最为直接、原子经济效率最高的方法。在端炔的硅氢化反应中，如何控制反应的化学选择性一直是难点，因为硅试剂可以与炔烃进行马氏加成或反马氏加成生成相应的α-烯基硅烷、β-(E)烯基硅烷和β-(Z)烯基硅烷三种异构体。然而，相关报道中，关于钴催化的端炔与苯硅烷的硅氢化反应目前仅有少量报道，且将双齿氮配体应用于此类反应的例子仍比较少。因此，作者基于其课题组开发的刚性吡啶并环烷基亚胺配体开展了钴催化硅氢化反应研究并取得了新突破，反应的TON高达4950。近日，浙江工业大学靳立群教授和胡信全教授研究团队将该研究成果发表于Org. Lett.（DOI: 10.1021/acs.orglett.9b02254）。

胡信全教授研究团队简介

研究团队一直致力于开发新型配体及其过渡金属配合物用于均相催化。基于吡啶并环烷基亚胺骨架开发了系列双齿氮和三齿氮配体，前期发现此类配体在乙烯聚合体系具有稳定催化剂和提高反应选择性的优势。目前，又将这一配体成功地用于Pd催化偶联反应和还原Heck反应来高效高选择性地构建C-C键。近期团队在廉价金属催化的氢转移反应中也取得了一些进展。相关成果详见Adv. Synth. Catal. 2016, 358, 2642; Chem. Commun. 2017, 53, 4124; Beilstein J. Org. Chem. 2017, 13, 213; Chem. Commun. 2018, 54, 5752; Org. Chem. Front. 2018, 5, 2484; Adv. Synth. Catal. 2018, 360, 3038；Org. Lett. 2019 DOI: 10.1021/acs.orglett.9b02254。

靳立群教授简介

靳立群，浙江省“钱江学者”特聘教授，浙江工业大学教授，博士生导师。于2007年毕业于武汉大学获得学士学位，2012年获得武汉大学博士学位，之后于美国加州大学圣地亚哥分校进行了两年的博士后研究，于2015年入职浙江工业大学化学工程学院。主要研究方向为新型高效过渡金属配合物的开发及其在均相催化反应中的应用。目前以第一作者和通讯作者身份发表高水平学术论文二十余篇，其中包括Sci. Adv., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.以及Chem. Sci.等；参编专著1部；两次获得Reaxy PhD Prize。

前沿科研成果

刚性的吡啶并环烷基亚胺配体促进的钴催化马氏硅氢化反应研究

烯基硅烷具有良好的稳定性、低毒、易于制备等特点，是重要的有机合成砌块。在众多制备方法中，过渡金属催化的炔烃硅氢化反应是最为直接、原子经济效率最高的方法。在端炔的硅氢化反应中，如何控制α-,β-(E)和β-(Z)加成的选择性一直是难点，近年来，邓亮、Thomas、陆展、黄正、Ge、Wangelin和杨勇等国内外课题组通过使用不同的配体，成功地对反应选择性进行了调控。然而，目前仅有少量报道关于端炔与苯硅烷的马氏加成选择性的例子（图一）。

图一 端炔的硅氢化反应

（来源：Org. Lett.）

作者首先以苯乙炔、苯硅烷作原料，Co(OAc)₂为催化剂前体，于THF中反应，以L3为配体时可以α/β(E)=90/10的选择性得到目标产物。此后作者考察了含有不同取代基的吡啶亚胺配体，主要从位阻角度进行改变，最终以L5为配体时，选择性达95/5。随后以最优配体进行底物拓展，炔烃部分无论是给电子基或缺电子基芳炔均能得到很高的收率和选择性，且含卤素底物也没有出现脱卤等副反应，敏感官能团如羟基、胺基、氰基、羰基、醛基和酯基等也能很好地兼容。对于杂环、内炔和烷基、烯基炔类底物都能得到中等至优的收率和选择性（图二）。

图二 炔烃底物拓展

（来源：Org. Lett.）

之前的报道表明，硅氢化反应中不同硅烷对反应影响很大，苯硅烷和二苯硅烷两种不同的硅试剂通常在不同的体系中进行研究。有趣的是，作者使用同样的配体L5尝试了二苯硅烷作为硅氢化试剂的反应，发现在增加催化量和升高温度后，反应也可以顺利进行，得到一般至优的转化率和选择性（图三）。

图三 二苯硅烷为硅氢化试剂底物拓展

（来源：Org. Lett.）

随后，作者对反应实用性进行了研究，发现在放大实验中反应的收率和选择性也可以得到很好的保持。更有趣的是，烯基硅烷产物2a也可以作为很好的硅氢化试剂在相同的体系中与苯乙炔进行反应，这一方法有希望用于构建手性硅化合物。在调整了底物比例关系后，该体系可以“一锅法”高效地合成三取代双烯基硅烷。在降低催化量实验中，即使将催化剂用量降低至0.02 mol%，反应也可以很好地进行，且反应选择性也得到了保持，TON高达4950，在钴催化端炔硅氢化反应中，这是迄今为止最高的（图四）。

图四 实用性研究

（来源：Org. Lett.）

为了探索配体与钴的配位情况，作者用1.2当量配体与醋酸钴反应，得到的配合物培养单晶，通过XRD测得其为三金属核的晶体结构：两分子醋酸钴与配体1:1配合的情况下以一分子醋酸钴为侨联的线性三核结构。将该配合物作催化剂用于硅氢化反应，反应可以很好的进行，说明其具有催化活性。为了证明该三核钴配合物是否真正为反应的催化剂或催化剂前体，作者进行了动力学研究。以在线红外作为辅助手段，分别比较了0.04 mol%催化量的in situ体系和Co1两种催化剂，结果表明，原位合成的催化剂活性明显高于Co1，换言之，Co1并非反应中的活性物种。有趣的是，在Co1体系中补加配体至M:L=1:1.2，反应速率很好地吻合in situ体系的结果。这说明在反应过程中，钴配合物在体系中是解离的。随后，作者尝试调整醋酸钴和配体的比例来得到其它的配合物晶体结构，遗憾的是，目前还没有得到三核钴以外的晶体结构（图五）。

图五 三核钴晶体结构及反应动力学研究

（来源：Org. Lett.）

总之，作者报道了一例吡啶亚胺双齿氮配体促进的钴催化炔烃硅氢化反应，得到了很高的马氏加成的烯基硅烷产物。该体系具有很广的底物适用性，TON高达4950。并且通过对反应动力学研究，作者对机理进行了一些探索。

这一成果近期发表在Organic Letters（DOI: 10.1021/acs.orglett.9b02254）上，该论文作者为：宗志建、虞倩文、孙楠、胡宝祥、沈振陆、胡信全和靳立群。上述研究工作得到了国家自然科学基金（21773210、21603190和21776260）和浙江省属高校基本科研业务费项目（RF-B2019005）的资助。

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