有機硅化合物是有機合成中的重要中間體，在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中有廣泛應用。近年來，研究發(fā)現(xiàn)將分子中的碳手性中心替換成硅手性中心，可以顯著改變化合物的生物和物理化學性質，因此硅中心手性化合物在藥物化學和材料科學中存在重要應用前景。然而，立體選擇性構建硅手性中心比碳手性中心更具挑戰(zhàn)性。過渡金屬催化烯烴的不對稱氫硅化反應是合成手性有機硅化合物最直接和原子經(jīng)濟性的方法之一。雖然金屬催化不對稱氫硅化反應合成含有碳手性中心的有機硅化合物有了很大發(fā)展，但是利用不對稱氫硅化反應構建硅手性中心仍有很大局限性，往往需要人為引入特定大位阻的硅取代基，來取得高對映選擇性。而通過烯烴和具有普適性的潛手性硅烷進行分子間的不對稱氫硅化反應，一步同時構建含有碳手性中心和硅手性中心的線性分子仍然是尚未解決的難題。
中國科學院上海有機化學研究所金屬有機化學國家重點實驗室孟繁柯課題組一直致力于鈷催化的不對稱反應的研究。在前期的研究中，孟繁柯課題組發(fā)展了一系列鈷催化新型不對稱反應（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，該課題組實現(xiàn)了鈷催化1,3-烯炔的串聯(lián)不對稱硅氫化反應，反應通過炔烴的區(qū)域選擇性反式硅氫化反應，產(chǎn)生的二烯基硅烷發(fā)生分子內(nèi)的不對稱硅氫化反應，同時構建了一個碳手性中心和一個硅手性中心 (J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 5233-5240）?；谝陨涎芯炕A，該課題組進一步探索了1,3-二烯和潛手性硅烷分子間的不對稱硅氫化反應。利用手性膦鈷絡合物，與簡單的苯基甲基硅烷產(chǎn)生催化活性物種，以專一的Markovnikov選擇性與1,3-二烯中端烯反應，一步區(qū)域、非對映和對映選擇性地構建含有碳手性中心和硅手性中心的線性分子，取得了新的研究進展。（Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202205624）
孟繁柯課題組發(fā)現(xiàn)，通過原位產(chǎn)生的手性一價膦鈷絡合物，誘導產(chǎn)生含有手性硅中心的鈷硅中間體，該中間體與1,3-二烯發(fā)生分子間區(qū)域和立體選擇性加成反應，同時形成碳手性中心和硅手性中心，碳鈷鍵再與另一分子硅烷發(fā)生σ鍵復分解，重新產(chǎn)生催化活性物種。研究中意外發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)物中的手性硅氫鍵，可以在鈷催化劑存在下發(fā)生立體選擇性保持地與另一分子硅烷的硅氫鍵發(fā)生快速交換。動力學研究顯示，鈷硅加成可能是反應的決速步。產(chǎn)物中的手性硅氫鍵可以發(fā)生立體專一的轉化，合成一系列含有多種官能團的手性四級硅烷。
此項工作由上海有機所博士生王壘同學、陸文心同學和四川師范大學聯(lián)合培養(yǎng)碩士生張吉武同學完成。該研究得到國家自然科學基金委、上海市科委、中國科學院、上海有機所和金屬有機化學國家重點實驗室的大力資助。
圖 鈷催化1,3-二烯與潛手性硅烷區(qū)域和立體選擇性的不對稱氫硅化反應
