Angew：刷新研究，上海有机所化学创新性成果登刊！

有机硅化合物因其稳定性和低毒性等优点在有机合成、功能材料和药物开发中具有极其重要的意义。此外，这些有机硅烷在硅工业中作为硅聚合物的合成单体也有着不可或缺的作用。

在此背景下，人们越来越关注有机硅化合物的合成和应用研究，已发展成为合成化学的前沿研究领域。过渡金属催化的烯烃或炔烃的不对称氢硅化反应是构建多种手性有机硅化合物最有效和最直接的方法。然而，烯烃的不对称氢硅化催化合成中化学选择性、区域选择性和对映选择性的控制仍然十分挑战。

鉴于此，中国科学院上海有机化学研究所王鹏团队与山东理工大学徐立平团队合作在《Angew》上发表了题为”Enantioselective Nickel-Catalyzed Hydrosilylation of 1,1-Disubstituted Allenes“的相关研究成果！研究主要报道了镍催化1,1-二取代联烯的不对称氢硅化反应，该反应具有高的立体选择性和对映选择性。实现1,1-二取代联烯的不对称氢硅化反应区域选择性和立体选择性控制的关键是使用了SPSiOL衍生的双亚磷酸酯配体 (SPSiPO)。该方案为构建不对称烯丙基硅烷提供了一种简单、原子经济的通用方法。

图文导读

联烯硅氢化反应可以形成六种潜在的异构体产物，此外，伴随着目标产物的生成通常会发生的一系列包括过还原、多加成的副反应等。此前有报道使用Pd/单磷配体催化得到了56% ee的支链硅氢化产物，具有优异的区域选择性（图1b）。

图1. 镍催化1,1-二取代联烯的不对称氢硅化反应

尽管通过使用三苯基硅烷和大体积单膦配体可以实现更高的对映选择性，但反应效率和区域选择性不佳，这进一步证实了实现具有优异的区域选择性和对映选择性的硅氢化反应颇具挑战。此前已有报道铜催化的单取代联烯的不对称支化选择性硅氢化反应。然而，所报道的方法不能与1,1-二取代的烯丙基硅烷兼容，以构建手性叔烯丙基硅烷。

图2. SPSiPO 配体的开发

基于螺二氢苯并噻咯骨架的双亚磷酸酯配体 (SPSiPO)，该配体可以很容易地从SPSiOL一步合成，产率为39-63%。值得注意的是，SPSiPO配体能够控制1,1-二取代联烯氢硅化反应的化学、区域和对映选择性，提供具有叔碳立体中心的支链烯丙基硅烷，产率高达99%，ee值高达96%，区域选择性＞50/1。

图3. 镍催化1,1-二取代联烯不对称硅氢化反应的配体筛选

同时研究团队还以1,1-二取代联烯1a和苯基硅烷2为模板底物对反应条件进行优化，首先对磷酸酯配体进行了筛选。最终发现含有 (R)-BINOL结构的SPSiPO配体L8显示出最高的区域选择 (>50/1) 和对映选择性 (94% ee)。

图4. 1,1-二取代联烯底物和硅烷底物范围

在得到了最佳反应条件之后，作者对1,1-二取代联烯的范围进行了探究，反应采用苯基硅烷作为硅源。在单取代的情况下，苯环的对位或是间位存在富电子或是缺电子取代基，反应都能够顺利进行，产率中等至优异，对映选择性良好。苯环上有多个取代基或是萘环取代时反应效果良好。当苯环换成烷基，烯基取代基时反应也可顺利进行。对于吡啶，苯并呋喃，苯并噻吩，噻吩等杂环该反应也可兼容。当模板底物中的甲基替换为乙基，正丁基反应也可顺利进行。但是苯环替换为-TMS，-Bpin之后对映选择性变差很多。而后，作者又尝试了三取代的联烯，产物和回收的联烯的ee值都很低，表明当前催化体系动力学拆分能力很差。

图5. 克级实验、合成应用与机理实验

作者通过将底物1d与苯基硅烷在5.0 mol的规模上进行反应，证实了该反应的可扩展性，以99%的产率、94%的ee和＞50/1的区域选择性提供所需的手性烯丙基硅烷3d。并且相应的手性烯丙基硅烷可以进一步衍生构筑C–Si键或进行硼氢化和氧化反应。为了阐明该反应的具体机理，作者进行了一系列机理实验。首先，使用Ni(COD)₂控制实验的结果与NiBr₂•DME/^tBuOLi相似，表明该催化循环可能是低价镍参与的。随后在D-1d氘标记实验中，Si-D键与丙烯基C-H键没有发生H/D交换。当以D-2为底物时，氘全转移至产物D-3a上。此外，KIE实验 (KIE = 2.8) 揭示了Si-H裂解可能参与了反应的决速步。

图6. DFT计算的反应路径势能面

为了更好的揭示反应机制，上海有机所王鹏团队与山东理工大学徐立平团队合作展开了详细的DFT理论计算。结果表明，该反应很可能经Ni(I)-H启动的反应路径，主要经历底物与催化活性物质络合、联烯插入、σ-复分解和产物释放的过程。计算表明，涉及Si-H键裂解的σ-复分解步骤是整个反应的决速步，这也符合实验上的动力学同位素效应。其中配体与底物之间的空间效应、C-H…π和氢键相互作用是控制立体选择性的关键因素。

图7. 决定对映选择性的过渡态

在这篇文章中作者首次实现了镍催化的1,1-二取代联烯的不对称硅氢化反应，以高效率和100%原子经济性，以高度的化学、区域和对映选择性，合成了具有叔碳立体中心的手性烯丙基硅烷。SPSiOL衍生的双膦配体(SPSiPO)的开发对于实现这一反应至关重要。DFT计算揭示了初步反应机理以及高对映选择性的来源。

参考文献

 Enantioselective Nickel-Catalyzed Hydrosilylation of 1,1-Disubstituted Allenes

Tao Liu,⁺ Xin-Rui Mao,⁺ Shuo Song,⁺ Zi-Yang Chen, Yichen Wu, Li-Ping Xu,* Peng Wang*

Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202216878

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