南科大何川课题组Angew：不对称烷基碳氢硅基化合成硅中心手性二氢苯并噻咯

有机硅化合物在材料科学、农业科学和药物化学中具有广泛的应用，但对映选择性合成硅中心手性的有机硅化合物一直以来都充满了挑战。传统方法通常需要利用手性试剂或底物的控制来合成对映体富集的硅中心手性硅烷，但对映选择性一般难以控制。近年来，人们开始致力于手性过渡金属催化剂的设计和开发，发展了一些新去对称化的方法，实现了将手性二氢硅烷或四取代有机硅烷转化为硅中心手性硅烷。

鉴于C–H键的广泛存在和手性在有机分子中的重要性，对C–H键进行直接的对映选择性的官能化具有重要意义。其中，将C(sp³)–H键转化为C(sp³)–Si键的C–H硅基化反应很有价值。该过程通常是通过Si–H键氧化加成到金属中心而引发的，进而将金属原子传递到近端的C–H位点，从而允许选择性的C(sp³)–H键活化发生。然而，目前关于硅立体中心的不对称C(sp³)–H硅基化反应，仅有Takai课题组的一例报道，以中等收率、40% ee合成的一种特殊螺硅化合物（图1a）。因此，设计和开发通用的脂肪族C–H键的对映选择性硅基化的有效策略非常必要。

图1. 硅中心手性化合物的构建

近日，南方科技大学化学系的何川（点击查看介绍）课题组从简单的二氢硅烷和烯烃出发，首次实现了铑催化的串联不对称烷基碳氢硅化/烯烃硅氢化反应，高效、高对映选择性实现了全取代硅中心手性二氢苯并噻咯类衍生物的构建（图1c）。这一成果近期发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上。该方法的巧妙之处在于：使用烯烃作为捕获剂，能与稳定性较差的手性单硅氢中间体发生构型保持的硅氢化反应，生成稳定的全取代硅中心手性二氢苯并噻咯；而挑战性则在于：二氢硅烷和一价铑具有很高的反应活性，容易发生分解和对烯烃的无选择性硅氢化反应。通过反应条件的筛选和优化，使用[Rh(cod)Cl]₂和Josiphos型双膦配体作为催化体系，作者实现了反应化学选择性、区域选择性和立体选择性的完美控制，获得了一系列含有多种官能团的各种骨架的四取代硅中心手性二氢苯并噻咯类化合物（图2）。

图2. 底物普适性研究

最后作者对催化反应的机理进行了研究（图3）。作者在反应体系中检测到少量硅二氢底物对苯乙烯双键的硅氢插入副产物，理论上分析，该副产物再经过一次碳氢硅基环化也是有可能得到目标产物。于是作者进行了图3a的控制实验，排除了该过程的可能。其次，在不加入烯烃的标准条件下，能以15%的分离收率得到关键中间体手性硅一氢二氢苯并噻咯(-)-5r（79% ee）（图2b）。尽管产率低，但是ee值与加烯烃得到的全取代的硅化物3r (80% ee) (图2)基本一致，因此可以推测手性的控制应该是由第一步碳氢硅基化决定的。为了更进一步说明反应可能经过关环的硅一氢5r这一中间体过程，作者进行了图3c和3d的实验。这些实验结果证明了碳氢硅化环化硅一氢产物是反应的关键中间体，硅中心手性的控制是由第一步碳氢硅基化诱导的。

图3. 机理研究

总结

南方科技大学何川课题组从简单的二氢硅烷和烯烃出发，首次实现了铑催化的串联不对称烷基碳氢硅化/烯烃硅氢化反应，高效、高对映选择性实现了全取代硅中心手性二氢苯并噻咯类衍生物的构建。该方法设计巧妙、普适性好，实现了反应化学选择性、区域选择性和立体选择性的完美控制，获得了一系列含有多种官能团的全取代硅中心手性二氢苯并噻咯类化合物，为结构多样化的硅中心手性化合物的模块化合成提供了简便、高效的新方法。这一成果近期发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上，文章的第一作者是南方科技大学的杨波博士，此外，南方科技大学的杨武博士、郭永红博士和游丽军硕士对文章也有重要贡献。特别感谢南方科技大学的常晓勇老师在晶体解析上给予的帮助。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Enantioselective Silylation of Aliphatic C–H Bonds for the Synthesis of Silicon‐Stereogenic Dihydrobenzosiloles

Bo Yang, Wu Yang, Yonghong Guo, Lijun You, Chuan He

Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.202009912

研究团队简介

何川博士，副教授，课题组长。2008年本科毕业于武汉大学化学与分子科学学院。随后继续在武汉大学化学学院攻读有机化学博士，导师雷爱文教授。2013年博士毕业后，加入英国剑桥大学化学系Matthew Gaunt教授课题组从事博士后研究，并在2015年获得玛丽居里奖学金。2018年加入南方科技大学化学系开展独立研究工作。迄今为止，发表论文21篇，其中第一作者/通讯作者16篇，包括Chem 1篇，J. Am. Chem. Soc. 4篇，Angew. Chem. Int. Ed. 6篇，ACS Catal. 1篇，Chem. Sci. 1篇，Chem. Commun. 3篇，论文引用2000余次；参与撰写book chapter 3篇；国家发明专利6项。

目前课题组围绕发展新型不对称催化反应高效构建杂原子中心手性，开展了一系列系统的研究工作，已经有了充分的积累和良好的结果。我们非常欢迎具有科研理想、创新能力、勤奋努力的同学和有志之士加入本课题组，共同奋斗和成长。实验室主页：http://faculty.sustech.edu.cn/hec/，联系方式：hec@sustech.edu.cn。

课题组借此机会诚聘数名博士后，详情请见：

https://www.x-mol.com/news/460821

https://www.x-mol.com/groups/he_chuan