眾所周知，有機(jī)硅烷是非常重要的化合物，已廣泛用于有機(jī)合成和材料科學(xué)中。在其中硅單元附著于羰基的?；柰楦嵌嘤猛镜暮铣蓸?gòu)建塊，最近在各種變換中使用頻率越來(lái)越高，包括涉及酰基硅烷部分特有的Brook型重排的方法。鑒于?；柰榈闹匾?，科學(xué)家們已對(duì)其合成進(jìn)行了大量努力。然而，大多數(shù)當(dāng)前方法要么需要多步制備，要么表現(xiàn)出有限的底物范圍。例如，Brook和Corey報(bào)告的經(jīng)典路線需要繁瑣的保護(hù)/脫保護(hù)步驟，才能通過(guò)二噻吩中間體從醛類中獲得?；柰?/span>(Scheme 1a)。盡管將陰離子甲硅烷基親核試劑直接加至羧酸衍生物可在一個(gè)步驟中提供?；柰椋ǔＰ枰褂没瘜W(xué)計(jì)量的甲硅烷基銅試劑反應(yīng)性極強(qiáng)的甲硅烷基鋰試劑，這些試劑會(huì)限制官能團(tuán)的相容性。還有很多科學(xué)家對(duì)此做過(guò)嘗試，但正如前面所說(shuō)，他們都有各種各樣的限制。
最近，伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校的Neal P.Mankad教授（通訊作者）和他的學(xué)生Li-Jie Cheng（第一作者）在JACS上報(bào)道了過(guò)銅催化的羰基甲硅烷基化過(guò)程，從容易獲得的烷基鹵化物直接催化合成烷基取代的?；柰?。
首先，作者通過(guò)研究1-碘辛烷與PhMe2Si-Bpin在6 atm CO壓力下的反應(yīng)開始了前期工作。經(jīng)過(guò)深入研究發(fā)現(xiàn)，在NaOPh作為堿和1,4-二惡烷作為溶劑的情況下，將市售IPrCuCl用作催化劑時(shí)，可以選擇性地以93％的產(chǎn)率選擇性生成所需的?；柰?/span>2a（Table 1，Entry 1）。對(duì)照實(shí)驗(yàn)表明，銅催化劑是反應(yīng)發(fā)生所必需的（Table 1，Entry 2）。具體條件篩選情況請(qǐng)看下表，值得注意的是，盡管該反應(yīng)通常在6個(gè)大氣壓的CO壓力下進(jìn)行反應(yīng)，但無(wú)論是在3個(gè)大氣壓的CO壓力下還是在大氣壓的CO壓力下進(jìn)行反應(yīng)，所得到的產(chǎn)物的收率也分別為90％和72％（Table 1，Entry 17和18）。
確定最佳條件后，作者開始了底物適用性地考察。
由圖片可以看出，該反應(yīng)對(duì)于不同的烷基碘化物反應(yīng)性都很好。包括芐基醚(2c)、氯烷基(2d)和末端烯烴(2n)。呋喃(2e)和噻吩(2f)等雜環(huán)也具有相容性，盡管含有吲哚基的底物(2g)的產(chǎn)率適中。遠(yuǎn)端苯環(huán)(2h-2l)上的三氟甲基、酯基、氰基、氯基和溴基也在反應(yīng)中存活了下來(lái)。然而，與碘取代的底物(2m)發(fā)生脫碘副反應(yīng)。在相同的反應(yīng)條件下，烷基親電試劑的作用范圍可從初級(jí)烷基碘化物擴(kuò)展到二級(jí)烷基碘化物。無(wú)環(huán)烷基碘化物和環(huán)烷基碘化物均有良好的收率。增加仲烷基碘化物(2o - 2r)的空間位阻對(duì)產(chǎn)率沒(méi)有影響。對(duì)環(huán)親電試劑內(nèi)的醚(2s)和N-Boc (2t)官能團(tuán)均有耐受性。此外，這種方法也適用于更具挑戰(zhàn)性的叔烷基親電試劑(2u - 2y)。叔烷基溴代化合物的產(chǎn)率比相應(yīng)的碘代化合物高，在此條件下可能發(fā)生消除副反應(yīng)。
在底物適用性考察取得成功之后，作者開始探討了該反應(yīng)在合成上的應(yīng)用。首先作者擴(kuò)大反應(yīng)，在2 mmol量級(jí)反應(yīng)也取得了78%的收率。其次，溫和的反應(yīng)條件對(duì)天然產(chǎn)物和藥物的后期羰基化提供了有效的途徑。例如，當(dāng)一個(gè)雌酮衍生物4在反應(yīng)條件下，酰基硅烷5是非對(duì)映體選擇性地獲得了極好的產(chǎn)率(Scheme 2b)。此外，除了PhMe2Si-Bpin作為硅基源外，活性較低的Et3SiBpin在高溫下也被證明是一個(gè)很好的偶聯(lián)劑，盡管Ph2MeSi-Bpin在標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)條件下使產(chǎn)物的產(chǎn)率很低(Scheme 2c)。此外，在反應(yīng)完成之后，通過(guò)向反應(yīng)混合物中加入氫硅烷，我們發(fā)現(xiàn)用相同的銅催化劑可以進(jìn)一步還原?；柰椋ǚ桨?/span>2d）。因此，該方法還提供了一種從一鍋中從烷基鹵化物中獲得合成上有用的α-羥基硅烷的有效方法。
接下來(lái)，作者進(jìn)行了幾次對(duì)照實(shí)驗(yàn)以探討其機(jī)理。在這之前，該課題組已經(jīng)發(fā)現(xiàn)銅催化的羰基化C–C偶聯(lián)和烷基鹵化物的還原羰基化是通過(guò)烷基自由基中間體進(jìn)行的。對(duì)于羰基甲硅烷基化，作者的觀察結(jié)果也與自由基機(jī)理一致。例如，當(dāng)將TEMPO加入反應(yīng)中時(shí)，抑制了產(chǎn)物的形成，并且通過(guò)1H NMR檢測(cè)了自由基捕獲產(chǎn)物9(Scheme 3a)。另外，用碘代烷10進(jìn)行自由基鐘實(shí)驗(yàn)，并以86％的收率分離出環(huán)化產(chǎn)物11(Scheme 3b)。作者還制備了甲硅烷基銅物種IPrCu-SiMe2Ph（13），并在CO氣氛下進(jìn)行了13與伯烷基碘（1a）和叔烷基碘（1u）的化學(xué)計(jì)量反應(yīng)。分別以54％和99％的產(chǎn)率形成相應(yīng)的?；柰椋?/span>Scheme 3c），表明甲硅烷基銅中間體通過(guò)單電子轉(zhuǎn)移活化伯烷基碘和叔烷基碘，從而實(shí)現(xiàn)自由基羰基化過(guò)程。這與作者之前的發(fā)現(xiàn)形成了對(duì)比，在沒(méi)有引發(fā)劑啟動(dòng)原子轉(zhuǎn)移羰基化(ATC)自由基鏈途徑的情況下，烯烴基銅中間體和叔電親試劑之間沒(méi)有反應(yīng)。此外，作者在一組伯，碘和叔烷基碘的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)驗(yàn)中研究了產(chǎn)物形成的相對(duì)速率。有趣的是，檢測(cè)到相似的產(chǎn)物收率（Scheme 3d），這與先前的報(bào)道相反，由于產(chǎn)生了熱力學(xué)更穩(wěn)定的叔烷基，更多的取代的烷基鹵化物傾向于更具反應(yīng)性。作者認(rèn)為，在該羰基甲硅烷基化反應(yīng)中，速率決定步驟中不涉及碳-鹵素鍵的裂解。
基于這些機(jī)理研究實(shí)驗(yàn)和作者之前的研究，作者提出了以下機(jī)理。首先，通過(guò)PhMe2Si-Bpin與由IPrCuCl和NaOPh形成的IPrCuOPh反應(yīng)生成甲硅烷基銅（I）配合物A。接下來(lái)，化合物a和鹵代烷之間的單電子轉(zhuǎn)移(SET)與硅基銅(II)配合物B產(chǎn)生烷基自由基R·。然后，自由基物種R·進(jìn)行羰基化反應(yīng)，得到一個(gè)?；杂苫锓NC，預(yù)計(jì)該自由基物種比烷基自由基物種C具有更高的反應(yīng)性，因此可與銅（II）配合物B有利地塌陷，形成中間體銅（III）。最后，經(jīng)歷還原消除提供了?；柰槿缓笤偕算~(I)催化劑。
總而言之，本文作者開發(fā)了一種前所未有的方法，可以通過(guò)Cu催化的羰基甲硅烷基化反應(yīng)，從未活化的烷基碘化物中合成烷基取代的酰基硅烷。該方案適用于伯，仲和叔烷基鹵，在溫和的反應(yīng)條件下可以耐受多種官能團(tuán)。該方法的實(shí)用性通過(guò)雌酮衍生物的后期羰基甲硅烷基化以及帶有不同甲硅烷基的?；柰榈闹苽渥C明。另外，形成的?；柰榭梢栽贿M(jìn)一步還原。通過(guò)添加氫硅烷試劑。與作者先前在羰基碳-碳偶聯(lián)反應(yīng)中伯和叔親電子經(jīng)歷不同反應(yīng)路徑的發(fā)現(xiàn)相反，機(jī)理實(shí)驗(yàn)表明，甲硅烷基銅中間體通過(guò)單電子轉(zhuǎn)移激活兩類烷基碘，從而使自由基與碳發(fā)生羰基化反應(yīng)。–速率決定步驟中不涉及鹵素鍵的裂解。
J. Am. Chem. Soc. 2020,142, 80?84
