中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)顧振華教授課題組的一個(gè)主要研究方向是使用新的方法學(xué)和策略多樣性合成阻旋手性化合物。受Bringmann和Hayashi通過(guò)對(duì)環(huán)狀酯和硫醚化合物的開(kāi)環(huán)策略合成軸手性聯(lián)芳基化合物的工作啟發(fā)，該課題組使用具有扭轉(zhuǎn)張力的聯(lián)芳基環(huán)狀高碘化合物作為底物，在過(guò)渡金屬參與下，與苯胺類(lèi)（Chem, 2018, 4, 599），脂肪胺類(lèi)（Adv. Synth. Catal., 2018, 360, 3877），硫代乙酸鉀（Org. Lett., 2019, 21, 3942），羥胺衍生物（Org. Lett., 2019, 21, 6374），以及二芳基膦氧化合物（ACS Catal., 2019, 9, 9852）等反應(yīng)得到相應(yīng)開(kāi)環(huán)產(chǎn)物。通過(guò)扭轉(zhuǎn)張力，該課題組還實(shí)現(xiàn)了9-羥基芴的開(kāi)環(huán)反應(yīng)，構(gòu)建了一系列鄰位羰基取代的聯(lián)芳基軸手性化合物（Chem, 2019, 5, 1834）。
在以上相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，擁有扭轉(zhuǎn)張力的分子即使位阻要遠(yuǎn)大于非扭轉(zhuǎn)分子，但是其更容易進(jìn)行開(kāi)環(huán)反應(yīng)（圖1a）?；谶@一發(fā)現(xiàn)，作者希望通過(guò)硅雜芴的C-Si鍵斷裂同時(shí)C-C鍵的生成反應(yīng)合成軸手性硅醇化合物。通過(guò)計(jì)算1a-1d化合物的氫化能，可以得出硅雜芴1d的扭轉(zhuǎn)張力為12.58 kcal/mol（圖1b）。
圖 1
（來(lái)源：Nature Communications）
硅烷類(lèi)化合物在經(jīng)典偶聯(lián)反應(yīng)中表現(xiàn)出較低的活性，比如Hiyama或者Hiyama-Denmark偶聯(lián)反應(yīng)。然而，Narasaka?；磻?yīng)相比于碳硅醇鍵更優(yōu)先于碳硅烷鍵的斷裂，為硅雜芴C-Si鍵的斷裂合成硅醇化合物提供了可能。但是，該反應(yīng)仍然存在很大的挑戰(zhàn)：首先Narasaka反應(yīng)只適用于烯基硅烷化合物；其次，要區(qū)分四個(gè)不同的芳基C-Si鍵，環(huán)外的C-Si鍵的斷裂不是反應(yīng)所需要的；最后，經(jīng)典的Narasaka反應(yīng)對(duì)位阻非常敏感，大位阻的苯基硅烷表現(xiàn)較低的反應(yīng)活性（圖2）。可以預(yù)見(jiàn)，硅雜芴的扭轉(zhuǎn)張力可以促進(jìn)首例芳基化的Narasaka?；磻?yīng)的進(jìn)行。
圖2
（來(lái)源：Nature Communications）
使用 [Rh(CO)2Cl]2作為催化劑，反應(yīng)在以Cs2CO3為堿的條件下給出了令人滿(mǎn)意的對(duì)映選擇性和收率。進(jìn)一步的條件優(yōu)化發(fā)現(xiàn)，堿用量的減少會(huì)顯著提高反應(yīng)收率，30 mol%為最優(yōu)用量。底物適用性研究發(fā)現(xiàn)，該反應(yīng)有較好的官能團(tuán)容忍性。反應(yīng)的產(chǎn)物可以方便的轉(zhuǎn)化為含硅醇的二醇化合物，其在不對(duì)稱(chēng)催化反應(yīng)中有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
通過(guò)培養(yǎng)[Rh(CO)2Cl]2和配體L7的配合物單晶并對(duì)其結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)單晶X射線(xiàn)衍射進(jìn)行確認(rèn)，展示了該配合物在反應(yīng)體系中可能的結(jié)構(gòu)。在控制實(shí)驗(yàn)中，作者發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用無(wú)扭轉(zhuǎn)張力的底物1a時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)條件下，反應(yīng)完全無(wú)法進(jìn)行，驗(yàn)證了扭轉(zhuǎn)張力對(duì)該反應(yīng)有重要的作用（圖3）。
圖3
（來(lái)源：Nature Communications）
基于控制實(shí)驗(yàn)和之前報(bào)道的Narasaka酰基化反應(yīng)的相關(guān)研究，反應(yīng)可能的機(jī)理如下（圖4）：配體L7和金屬銠化合物解聚生成催化活性物種銠配合物，其與底物氧化加成生成Rh(III)中間體10。10發(fā)生還原消除生成Rh(I)中間體11，在此過(guò)程為產(chǎn)物的手性控制過(guò)程。中間體11與酸酐再次發(fā)生氧化加成、還原消除得到硅酯13，隨后硅酯水解得到最終產(chǎn)物硅醇。
圖4
（來(lái)源：Nature Communications）
總之，作者報(bào)道了銠催化的不對(duì)稱(chēng)開(kāi)環(huán)酰基化反應(yīng)用于合成含有鄰位大位阻硅醇基團(tuán)的聯(lián)芳基阻旋化合物。五元環(huán)狀硅雜芴的扭轉(zhuǎn)張力準(zhǔn)確的促使了芳基C-Si鍵的斷裂，是實(shí)現(xiàn)首例芳基Narasaka?；磻?yīng)的關(guān)鍵。同時(shí)值得一提的是在該開(kāi)環(huán)反應(yīng)中表現(xiàn)出高手性誘導(dǎo)作用的配體是基于TADDOL骨架的磺酰胺結(jié)構(gòu)亞磷酰胺配體，在該工作中得到了配體與金屬配合的配合物的單晶結(jié)構(gòu)。
該研究成果以“Catalytic asymmetric C–Si bond activation via torsional strain-promoted Rh-catalyzed aryl-Narasaka acylation”為題發(fā)表于Nature Communications（DOI: 10.1038/s41467-020-18273-3）。
該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（No. 21871241, 21901236），中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略重點(diǎn)研究計(jì)劃（XDB20000000），中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金（WK2060190086）的資助支持。
