【人物与科研】东北师范大学张前教授、熊涛教授团队：铜催化烯基硅烷的去对称化硼氢化反应合成硅立体中心的有机硅烷

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导语

手性硅化合物在化学、材料、生物、医药等领域具有重要的应用价值。但是，由于sp²杂化的硅极其不稳定，手性硅化合物只能通过潜手性硅烷的去对称化获得；另外，与手性碳相比，硅原子易于形成高价中间体（5-、6-配位配合物）发生Berry假旋转而外消旋化,导致硅立体中心的构建具有更大挑战性。因此，发展构建手性硅中心的新方法、特别是构建（多于）两个立体中心的手性硅烷是一项艰巨的任务。最近，东北师范大学张前教授、熊涛教授在合成多个立体中心的手性硅烷领域取得了新突破（Angew. Chem. Int. Ed. DOI: 10.1002/anie.202005341）。

课题组简介

课题组的研究集中在有机合成方法学领域，主要以过渡金属催化为手段解决当前有机合成中的一些关键挑战性问题，尤其侧重发展催化不对称方法学。目前的研究方向包括：1）发展构建C-N键的新方法和新试剂；2）张力释放促进和启发的新反应及环丙烷的合成研究；3）廉价金属催化的亲电试剂与不饱和化合物的交叉偶联反应，以取代传统使用的有机金属试剂。近年来，在国内外高水平期刊Chem. Soc. Rev., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Nat. Commun., Org. Lett., Chem. Commun., J. Org. Chem.,等学术期刊上发表SCI论文80余篇。课题组网站：http://zhanggroup.pro
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教授简介

张前，教授，博士生导师，吉林省化学会有机化学专业委员会主任，东北师范大学学术委员会委员，东北师范大学化学学院教授委员会主任。2003年于中国科学院长春应用化学研究所获得博士学位，2004年2-7月在澳大利亚悉尼大学做访问学者。主要研究领域为有机合成方法学，多年来一直围绕高效、高选择性C-N键构建新方法进行系统研究，发展了多种C-N键构建新方法并将新方法运用到合成重要的含氮有机化合物。在Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.等刊物上发表研究论文80余篇，授权中国专利5项。获得Thieme Chemistry Journals Award（2014年）、长春市“巾帼建功标兵”荣誉称号（2014年）及长春市“三八红旗手标兵”称号（2018年）；入选教育部新世纪优秀人才（2008年）、吉林省长白山学者特聘教授（2013年）、国家“万人计划”科技创新领军人才（2017年）。

熊涛，教授，博士生导师。2011年于东北师范大学获得有机化学博士学位（导师：张前教授）。2012年到2013年在美国科罗拉多州立大学进行博士后研究（合作导师：史一安教授）。现在主要研究方向为：过渡金属催化的有机方法学研究；不对称合成。主持国家自然科学基金青年项目及面上项目，教育部新教师基金。研究论文发表在 Chem. Soc. Rev., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Chem.Sci., Org. Lett., Chem. Commun.等国际著名杂志上，共20余篇。

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前沿科研成果

铜催化烯基硅烷的去对称化硼氢化反应合成硅立体中心的有机硅烷

由于手性硅化合物在各个领域的重要作用及合成方法的欠缺，近年来，合成化学家一直在不对称合成手性硅烷类化合物研究方向有着浓厚的兴趣。尽管已有文献报到的该类化合物的合成，但是仍然面临如下挑战：1）现有的方法主要是针对单一硅立体中心的构建，对于多立体中心的手性硅化合物的合成研究较少，且非对映选择性不易控制；2）几乎所有的转化都需要使用一些贵金属催化剂，如Pd、Rh、Ir、Pt等，目前只有零星的廉价、低毒催化剂的应用实例；3）缺乏一种有效的方法来在目标有机硅烷分子中引入一个灵活、易于后期修饰的官能团，从而限制了更有价或更复杂的手性硅化合物的合成。

有机硼化合物由于其相对稳定和丰富化学转化的性质，目前已成为有机合成中最为重要的合成中间体之一。考虑到手性硅合成已有报道中所存在的问题，结合有机硼化合物的优点，该研究组设想利用双烯基硅烷的不对称硼氢化反应，去对称化地构建硅立体中心的同时向分子中引入重要的硼基团，从而实现含有连续手性硅、手性碳立体中心的含硼手性硅化合物的合成。该设计的挑战在于整个去对称化过程中反应化学、区域、非对映以及对映选择性的调控，以及在高活性亲核试剂的存在下如何避免已构建的硅立体中心可能的消旋化。通过大量条件筛选，该团队利用(R,R)-iPr-Duphos络合的铜盐为催化剂，实现了双苯乙烯基硅烷与联硼酸频哪醇酯（B₂pin₂）去对称化的硼氢化反应，以高的对映及非对映选择性合成了一系列多手性中心的含硼有机硅烷，该反应条件温和，官能团兼容性良好（图1）。

图1. 不同烷氧基取代的双烯基硅烷底物扩展

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

接下来还尝试了烷基取代的双烯基硅烷，发现反应也可以顺利的发生(图2)。尽管-Me、或-Et取代的产率，非对映选择性有所降低，但是增大烷基取代基的空间结构，反应可以很好地控制反应的非对映选择性。

图2. 不同烷基取代的双烯基硅烷底物扩展

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

为了进一步确定该转化的实用性，进行了克级实验，发现1a在标准条件下反应可以得到65%收率的产物 2a（1.01g），对映选择性完全没有损耗（97% ee）。随后的官能团转化实验也可以说明作者所合成的手性硅化合物可以进一步衍生应用（图3）。

图3. 克级实验与含硼有机硅烷的应用

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

总之，该策略通过双烯基硅烷的不对称硼氢化反应实现了含有连续手性硅、手性碳立体中含硼手性硅化合物的合成，不仅增加了有机硅化合物的复杂性及后继步骤的可再修饰性，同时也为多立体中心、多官能化的手性硅合成提供了新思路。

以上研究工作第一作者为东北师范大学张鸽博士和李雁飞博士，研究工作得到了国家自然科学基金、万人计划和中央高校基本科研专项资金的资助。

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关于人物与科研

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