材化学院杨丽敏副教授课题组ACS Catalysis: 氮杂环卡宾催化的含硅二醛去对称化构建硅立体中心手性硅环

近日，杭州师范大学材料与化学化工学院杨丽敏团队在NHC催化合成硅立体中心手性硅环方面取得新的进展，相关研究工作在国际期刊ACS Catalysis（IF: 13.700）发表学术论文“Stereoselective Access to Silicon-StereogenicSilacycles viathe Carbene-Catalyzed Desymmetric Benzoin Reaction of Siladials”.

含硅化合物作为重要的中间体被广泛应用于合成化学和材料化学。由于sp2杂化硅原子的不稳定性，亲电试剂或亲核试剂无法直接不对称加成到含硅双键上，使得在硅原子上构建具有立体中心的有机硅化合物更加困难。近年来，一系列过渡金属催化的前手性硅烷去对称化反应逐渐被报道应用。

氮杂环卡宾催化剂（NHC）作为有机小分子催化领域的重要部分之一，以反应条件温和，产物对映选择性高等优点，常常被用于不对称催化合成。杨丽敏团队一直致力于发展新颖的NHC催化方法来制备具有潜在生物活性和应用前景的手性化合物。在前期工作基础上，作者设想：在前手性硅烷中引入两个相同的醛基，然后利用手性氮杂环卡宾所处特殊的手性环境使其与其中的一个醛基结合生成Breslow中间体I（硅立体中心的构建），中间体I接下来与另一个醛基发生安息香缩合反应得到中间体II（碳立体中心的构建），最后中间体II通过分子内质子转移得到同时含有硅和碳立体中心的手性硅环类化合物，同时再生卡宾催化剂用于接下来的催化循环。（图1）

图 1. 反应设计思路

鉴于此，作者通过对手性NHC催化剂，碱和溶剂的一系列筛选，最终确定了苯基甲基取代的含硅二醛1a在20 mol%氮杂环卡宾G的催化下，以醋酸钠（NaOAc）作为碱，在乙酸乙酯（EtOAc）中，25 ℃下反应48小时，可以以91%的收率，>30:1的dr值和97%的ee值获得目标产物2a（图2）。 

图 2. 最优反应条件

随后又对反应的底物适用性和产物衍生化进行研究，证明了该反应体系能够使带有不同取代基的含硅二芳醛，以高立体选择性进行去对称安息香缩合反应，得到一系列含硅立体中心的手性七元硅环化合物。

最后，作者通过密度泛函理论（DFT）计算的方法对反应的机理和反应过程中硅手性和碳手性的来源进行了阐述。当氮杂环卡宾催化剂G对苯基甲基取代的含硅二醛1a进行加成时，通过过渡态TS1-A所需的能量最低（14.8 kcal/mol），生成的是（S）构型的硅立体中心。而在进行安息香缩合反应时，中间体从re面经过过渡态TS3-A-re进攻比从si面经过渡态TS3-A-si进攻所需的能量低8.6 kcal/mol，得到的是（S）构型的碳立体中心（图3）。本计算所得结果与实验所得结果相一致。

图 3. DFT计算结果

硕士生刘浩和何鹏昱(杭州师范大学)为论文的共同第一作者，暨南大学的陈兴宽教授、杭州师范大学的杨丽敏副教授和浙江理工大学的许建峰副教授为论文的共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金（21602203）、浙江省自然科学基金（LY20B020002、LY20B020010）。

杨丽敏副教授简历

杨丽敏，博士，副教授，硕士生导师。2011年在新加坡南洋理工大学获得博士学位。2018年-2020年，在美国加州大学洛杉矶分校做访问学者。主要从事手性催化、不对称有机合成方法学及反应机理等领域的基础研究，利用理论计算与有机合成结合的优势，探索有机反应机理，发展有机催化下手性环状化合物的合成新方法。在Nat. Catal., Nat. Chem., J. Am. Chem. Soc., ACS Catal., Org. Lett.和Chem. Commun.等国际著名学术期刊上发表SCI论文20余篇, 担任Org. Lett., Org. Chem.Front., Chem. Commun.等国际知名化学期刊审稿人。主持过多项浙江省自然科学基金探索项目和国家自然科学基金青年项目。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acscatal.2c02805