Chem. Sci.：镍/光氧化还原催化丙烯酸酯的三组分硅基酰基化反应-上海善施科技

近日，韩国科学技术院（KAIST）Sungwoo Hong课题组报道了一种镍/光氧化还原协同催化α,β-不饱和羰基化合物、氢硅烷与芳基酰氯的三组分硅基酰基化反应，合成了一系列有价值的含有硅基与羰基单元的烷烃分子。在该反应中，Si–H键活化是关键步骤，酰氯底物具有酰化试剂与氯化物供体双重作用。此外，该反应具有反应条件温和、底物范围广泛等优势，并可用于药物分子的后期官能团化反应。相关研究成果发表在Chem. Sci.上（DOI: 10.1039/D4SC02164A）。

近几十年来，有机硅化合物因其独特的性质和在材料科学、制药和有机合成领域的广泛应用，引起了人们的极大兴趣（Figure 1a）。近些年来，化学家们已经开发了一系列构建C–Si键的方法。其中，烯烃的硅基官能团化是一种特别简单和原子经济的方法，可以将常见的烯烃转化为有价值的有机硅衍生物（Figure 1b）。然而，对于烯烃的1,2-硅基双官能团化反应，仍存在多种难题，如副反应多、需外部的HAT试剂等。氯自由基是一种有效的亲电氢原子攫取剂（abstractor），特别是在光氧化还原催化中，其参与HAT催化循环，同时作为氯源。该策略体现了高原子经济性，并消除了对外部氢原子攫取剂的需求。配体-金属电荷转移（LMCT）为在温和条件下催化生成氯自由基提供了一种便捷的方法（Figure 1c）。然而，由于氯自由基固有的亲电性以及相邻C–H键之间微妙的电子差异，这类反应的位点选择性低。近日，Sungwoo Hong课题组基于氯化物光消去策略，实现了镍/光氧化还原协同催化烯烃的1,2-硅基官能团化反应（Figure 1d）。

（图片来源：Chem. Sci.）

首先，作者以4-叔丁基苯甲酰氯1a、丙烯酸乙酯2a和三(三甲基硅基)硅烷（TTMSS）3a作为模型底物，对反应条件进行了大量的筛选（Table 1）。筛选结果表明，当以Ni(cod)2作为催化剂、dtbbpy作为配体、NaHCO3作为碱、[Ir(dFCF3ppy)2dtbbpy]PF6（Ir-I）作为光催化剂，427 nm的蓝色LEDs作为光源，苯作为溶剂，在33℃下反应，可以78%的收率得到硅基酰基化产物4a。

（图片来源：Chem. Sci.）

在获得上述最佳反应条件后，作者对硅烷底物范围进行了扩展（Table 2）。首先，一系列烷基与芳基取代的氢硅烷，均可顺利进行反应，可以良好的收率得到相应的产物4a-4h。值得注意的是，Si–H键比许多具有相似键强度的苄基C–H键优先活化，如产物4e和4g。其次，该策略具有出色的官能团耐受性，如甲基（4i）、甲氧基（4j和4k）、叔丁基（4l）、三甲基硅基（4m）、三氟甲基（4n）、氰基（4o）和卤素（4p和4q）等，均与体系兼容。同时，炔基硅烷也是合适的底物，可以中等的收率得到产物4r。此外，该策略还可用于一些药物分子的后期修饰，如布洛芬衍生物（4s）、薄荷醇衍生物（4t）和冰片衍生物（4u），具有良好的收率。

（图片来源：Chem. Sci.）

紧接着，作者对烯烃与芳基酰氯的底物范围进行了扩展（Table 3）。首先，含有苯氧基（4ad）、烷氧基（4ae和4af）、Boc保护的胺（4ag）、烷氧羰基（4ah）、游离羟基（4ai）和醚（4aj）取代的丙烯酸酯，均可顺利进行反应，具有中等至良好的收率。乙烯基酰胺也是合适的底物，可以中等的收率得到产物4ak。同时，一系列复杂的分子，如薄荷醇（4al）、胆固醇（4am）、雌酮（4an）和丁香酚（4ao），均与体系兼容，具有中等的收率。其次，含有甲基（4aq）、甲氧基（4ar和4au）、苯基（4av）、三氟甲氧基（4as）、氟（4at和4aw）、三氟甲基（4ax）和烷氧羰基（4ay）取代的芳基酰氯，均可顺利进行反应，具有良好的收率。此外，邻位取代的芳基酰氯也是合适的底物，以略微降低的收率得到所需产物4az和4ba。

（图片来源：Chem. Sci.）

紧接着，作者对反应机理进行了研究（Scheme 2a-2c）。首先，通过自由基捕获实验表明，反应涉及自由基中间体的形成（Scheme 2a）。Ni(II)配合物的催化循环反应结果表明，过量的镍催化剂可能促进不利的副反应（Scheme 2b）。Stern-Volmer淬灭实验结果表明，Ni-I配合物作为发光淬灭剂，而不是TTMSS（Scheme 2c）。其次，克级规模实验同样可以65%的收率得到产物4a，进一步证明了反应的实用性（Scheme 2d）。

基于上述的研究以及相关文献的查阅，作者提出了一种合理的反应机理（Scheme 2e）。首先，酰氯与Ni(0)配合物A经氧化加成引发反应，生成Ni(II) 配合物B。配合物B通过激发的光催化剂*Ir(III)进行单电子氧化，生成Ni(III)配合物C。在可见光照射下，Ni(III)配合物C参与LMCT，导致氯自由基的光消除和Ni(II)配合物D的再生。同时，氯自由基介导氢硅烷的HAT，生成硅基自由基，其可与烯烃结合生成烷基自由基E。其次，烷基自由基E可被Ni(II)配合物D捕获，生成Ni(III)配合物F。配合物F经还原消除，生成硅基化产物H和Ni(I)配合物G。此外，Ni(I)配合物G与光催化剂Ir(II) 经SET，可再生Ni(0)配合物A与基态Ir(III)，从而完成催化循环的过程。

（图片来源：Chem. Sci.）

韩国科学技术院Sungwoo Hong课题组报道了一种镍/光氧化还原协同催化α,β-不饱和羰基化合物、氢硅烷与芳基酰氯的三组分硅基酰基化反应。同时，该反应具有反应条件温和、底物范围广泛、官能团兼容性出色、原子经济性高等优势。

论文信息

Nickel/Photoredox-Catalyzed Three-Component Silylacylation of Acrylates via Chlorine Photoelimination

Yejin Koo, Sungwoo Hong

Chem. Sci. DOI: 10.1039/D4SC02164A

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