【科研速递】材化学院徐利文教授在ACS Catalysis上发表不对称催化活化硅-碳键及其转化反应新成果

材化学院徐利文团队最新研究成果发表在ACSCatalysis

近日，杭州师范大学徐利文教授课题组在有机硅化学领域取得新突破，首次实现了不对称镍催化苯并硅杂环丁烷与芳香醛衍生物的[4 + 2]环化/脱硅反应，解决了自该类反应在2006年（Org. Lett., 2006, 8, 483）被发现以来一直悬而未决的立体选择性控制难题，为高对映选择性双芳基甲醇衍生物的合成提供了一种新的高效的途径。同时，通过与重庆大学/郑州大学蓝宇教授课题组合作开展机理研究以及密度泛函理论计算，提出了与先前已报道的推测机制不同的新反应机理以及硅碳键断裂、活化的反应历程。相关研究成果以题为“Enantioselective Nickel-Catalyzed Si-C(sp2) Bond Activation and Migratory Insertion to Aldehydes: Reaction Scope and Mechanism”在美国化学会旗下催化领域顶级学术期刊ACSCatalysis(IF:13.084)上发表，这是该课题组在ACS Catalysis上发表的第四篇论文。ACS Catalysis杂志在化学研究领域深具影响力，被认为是催化领域顶级期刊之一。

在过去几十年中，结构和功能多样性的有机硅化合物越来越受到关注，因其在稳定性、溶解度、毒性等方面具有独特的优势在合成化学，药物科学以及新材料开发等领域日益重要。特别是立体选择性和/或化学选择性的硅-碳键裂解或成键策略成为设计构建含硅分子多样性和复杂性的有效途径之一。其中，具有固定环张力的硅杂四元环，如硅杂环丁烷（SCBs），由于其特有的环张力及Lewis酸性带来的独特反应性、易处理性及低毒甚至无毒性而越来越受到人们的关注。然而，尽管硅杂环丁烷在硅碳键裂解、转化等方面为合成含硅功能化分子及聚合物提供了很多可能性，但在控制区域选择性、立体选择性等方面仍然具有不小的挑战。迄今为止，通过SCBs的对映选择性扩环方式不对称催化合成Si/O-杂环化合物仍是困难重重，难以高效实现高立体选择性。针对基于硅碳键活化和立体中心的对映选择性形成新硅碳键的官能团转化这一挑战性课题，徐利文教授课题组自2016年以来结合含硅四元环的分子特性研究开发了一系列不对称催化新反应体系（Org. Chem. Front. 2021, 8, 6577; Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 790；Coord. Chem. Rev. 2018, 374, 93; Chem. Asian J., 2016, 11, 2867）。最近，徐利文课题组基于多年来在手性配体方面的研究积累（Acc. Chem. Res. 2021, 54, 452），尤其是在开发了TADDOL类手性亚膦酰胺手性配体库的基础上（Nat.Commun. 2020, 11, 2904;Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 6747;Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 897; Chem. Sci., 2019, 10, 7579），成功利用一种新型的Ni(cod)2/亚膦酰胺催化体系，解决了苯并硅杂环丁烷与芳香醛类衍生物的[4+2]环化反应中的化学及立体选择性控制难题，并进行一步原位脱硅的方式，以直接、高效、高对映选择性的方式合成了一系列在药物分子领域具有潜在应用价值的官能团化双芳基甲醇衍生物(up to 98% yield, 97% ee)。通过密度泛函理论计算表明，不同于以往报道中η2-配位复合物引发的过渡金属催化中的转金属化加成机制，而是通过镍控制的Si-C(sp2)键活化以及苯甲醛上的氧中心诱导活化形成高价硅中心的模式，实现了可控地迁移插入Ni-Si键的反应，该过程为控制对映选择性的决定性步骤。

徐利文团队发展的新型不对称镍催化活化硅-碳键活化过程及其应用于生物活性分子的合成

该论文成果以杭州师范大学为第一单位发表在最新一期的ACSCatalysis (2022, 12, 4571-4580), 该工作得到了国家自然科学基金委、浙江省自然科学基金委及杭州师范大学的经费支持，理论计算部分由重庆大学的钟康宝同学（共同第一作者）和重庆大学/郑州大学的蓝宇教授（共同通讯作者）完成。我校2018级王晴同学为该文章的第一作者，徐利文教授为责任通讯作者。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acscatal.2c00533