on style="line-height: 1.75em; box-sizing: border-box;">论文DOI：10.1021/acscatal.1c05831 硅杂环是含硅功能分子中最重要的核心结构之一。由于缺乏通用和高效的合成方法，目前硅杂环的结构多样性非常受限。近日，四川大学华西药学院宋振雷课题组与四川大学化学化工学院苏志珊教授课题组合作，报道了过渡金属催化的环丁硅与联烯酸酯的[4+2]-扩环反应，实现了环外烯基酯取代的硅杂环己烷的高效合成。
硅和碳同属第IV主族，但分属第三和第二周期。因此，二者的理化性质既有相似性，也存在较大的不同。这种“同异共存”的特点使得硅成为了碳理想的生物电子等排体。相应的“碳-硅替代”策略也因此被广泛地应用于含硅药物、材料分子的功能分子的创制(图1.)。硅杂环是含硅功能分子中最重要的核心结构之一。但由于缺乏通用和高效的合成方法，目前硅杂环的结构多样性仍然非常有限。
环丁硅是一类具有高环张力的小环含硅化合物，其能够在过渡金属催化下通过环内Si-C键的活化与不同的合成子发生扩环反应，从而构建五元、六元、七元硅杂环化合物（图2.）。但是我们发现，关于环丁硅与联烯的扩环反应研究仅有极少数的报道。该反应在选择性控制方面存在四个挑战：（1）区域选择性：双键插入时，存在末端和内部两种不同的区域选择性。（2）化学选择性：环丁硅既可以发生扩环，也可以发生开环。（3）构型选择性：生成的环外双键可以是Z或E构型。（4）对映选择性：当反应生成手性硅中心时，如何控制其对映选择性。通过反应条件的筛选与优化，我们发现：在Pd(dba)2和缺电子膦配体催化下，环丁硅与非取代联烯酸酯的扩环反应选择性地生成Si−Cβ键，并给出2-(E)-烯酸酯取代的硅杂环己烷。当使用TADDOL类型的手性亚膦酰胺配体时，上述反应能够以不错的对映选择性构建硅手性中心。形成鲜明对比的是，在PtCl2催化体系下，环丁硅与α-取代联烯酸酯的扩环反应选择性地生成Si−Cγ键，以良好的收率给出3-(E)-烯酸酯取代的硅杂环己烷（图3.）。
苏志珊教授团队对反应的机理进行了详细的理论计算。理论计算表明，在Pd催化体系下（图4.），迁移插入和还原消除步骤同时决定了扩环反应的区域和Z/E选择性，在四种可能的反应途径中，β,γ/E途径是最有利的，从而给出2-(E)-烯酸酯取代的硅杂环己烷4-E产物，这与实验观察的结果一致。同时，在Pt催化体系下（图5.），由于Pt(0)与酯基的配位作用，以及为了使α-CH3和SiPh2基团之间的空间排斥最小化，反应优先选择γ,β/E途径，并生成3-(E)-烯酸酯取代的硅杂环己烷5-E为主要产物，这也与实验结果一致。本工作研究了环丁硅与联烯酸酯的扩环反应。在Pd催化下，环丁硅与非取代联烯酸酯的反应选择性地生成2-(E)-烯酸酯取代的硅杂环己烷；而在Pt催化下，环丁硅与α-取代联烯酸酯的反应则选择性地生成3-(E)-烯酸酯取代的硅杂环己烷。这种可调控的扩环反应选择性不仅丰富了环丁硅的反应性质，同时对深入理解过渡金属催化的Si-C键活化也有重要的参考意义。宋振雷，四川大学华西药学院药物化学系教授，博士生导师。1996年考入兰州大学化学系基地班。2000-2005年硕博连读，师从中国科学院院士涂永强教授进行有机化学专业科学研究。2005至2008年，赴美国明尼苏达大学化学系、威斯康星大学麦迪逊分校药学院从事博士后研究，师从Richard. P Hsung 教授。2008年3月回国至今受聘于四川大学华西药学院。课题组自2008年成立以来，长期致力于有机硅功能分子的高效创制及应用研究，并形成了 “偕二硅” 和 “硅杂环”两个系统的研究方向。迄今在Chem. Rev, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Nat. Prod. Rep, Chem. Commun., Org. Lett.等国际高水平学术期刊上发表SCI论文50余篇。荣获2013年中国化学会青年化学奖、2018年四川省青年科技奖等各类奖励和荣誉8项。2017年获国家自然科学基金优秀青年基金项目资助。https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.1c05831
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