孟繁柯课题组在钴催化1,3-二烯与前手性硅烷区域方面取得进展

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有机硅化合物是有机合成中的重要中间体，在日常生活和工业生产中有广泛应用。近年来，研究发现将分子中的碳手性中心替换成硅手性中心，可以显著改变化合物的生物和物理化学性质，因此硅中心手性化合物在药物化学和材料科学中存在重要应用前景。然而，立体选择性构建硅手性中心比碳手性中心更具挑战性。过渡金属催化烯烃的不对称氢硅化反应是合成手性有机硅化合物最直接和原子经济性的方法之一。虽然金属催化不对称氢硅化反应合成含有碳手性中心的有机硅化合物有了很大发展，但是利用不对称氢硅化反应构建硅手性中心仍有很大局限性，往往需要人为引入特定大位阻的硅取代基，来取得高对映选择性。而通过烯烃和具有普适性的前手性硅烷进行分子间的不对称氢硅化反应，一步同时构建含有碳手性中心和硅手性中心的线性分子仍然是尚未解决的难题。

图 钴催化1,3-二烯与前手性硅烷区域和立体选择性的不对称氢硅化反应

　　中国科学院上海有机化学研究所金属有机化学国家重点实验室孟繁柯课题组一直致力于钴催化的不对称反应的研究。在前期的研究中，孟繁柯课题组发展了一系列钴催化新型不对称反应（Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 11049-11053；Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 2694-2698；Cell Reports Physical Science, 2021, 2, 100406；J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 12755-12765；J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 5233-5240）。近期，该课题组实现了钴催化1,3-烯炔的串联不对称硅氢化反应，反应通过炔烃的区域选择性反式硅氢化反应，产生的二烯基硅烷发生分子内的不对称硅氢化反应，同时构建了一个碳手性中心和一个硅手性中心 (J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 5233-5240）。基于以上研究基础，该课题组进一步探索了1,3-二烯和前手性硅烷分子间的不对称硅氢化反应。利用手性膦钴络合物，与简单的苯基甲基硅烷产生催化活性物种，以专一的Markovnikov选择性与1,3-二烯中端烯反应，一步区域、非对映和对映选择性地构建含有碳手性中心和硅手性中心的线性分子，取得了新的研究进展。（Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202205624）
　　孟繁柯课题组发现，通过原位产生的手性一价膦钴络合物，诱导产生含有手性硅中心的钴硅中间体，该中间体与1,3-二烯发生分子间区域和立体选择性加成反应，同时形成碳手性中心和硅手性中心，碳钴键再与另一分子硅烷发生σ键复分解，重新产生催化活性物种。研究中意外发现，产物中的手性硅氢键，可以在钴催化剂存在下发生立体选择性保持地与另一分子硅烷的硅氢键发生快速交换。动力学研究显示，钴硅加成可能是反应的决速步。产物中的手性硅氢键可以发生立体专一的转化，合成一系列含有多种官能团的手性四级硅烷。
　　此项工作由上海有机所博士生王垒同学、陆文心同学和四川师范大学联合培养硕士生张吉武同学完成。该研究得到国家自然科学基金委、上海市科委、中国科学院、上海有机所和金属有机化学国家重点实验室的大力资助。


         文章来源：上海有机所
      孟繁柯，中国科学院上海有机化学研究所研究员。在北京大学化学与分子工程学院获得学士学位，师从杨震教授；在美国Boston College获得博士学位，师从Amir. H. Hoveyda。获得2014年国家优秀自费留学生奖学金，2014–2015年度Bristol-Myers Squibb Fellowship。