Research: Bis-silylation of internal alkynes enabled by Ni(0) catalysis

Ni(0)催化内炔的1,2-双硅基化反应

1,2-双硅基烯烃在有机合成领域有着非常广泛和重要的应用潜力，两个硅基在产物的后续转化中可能表现出不同活性，通过逐步区域和化学选择性转化，合成结构多样的有机分子。过渡金属催化炔烃的双硅化反应是合成双硅基烯烃的有效手段。但是，该方法仍存在一些局限性：（1）大多使用对称的乙硅烷，引入两个相同硅基，在后续转化中很难对其进行有效区分；（2）多采用铂族过渡金属配合物。（3）内炔的双硅化反应仍具有挑战性（如图1a及1b所示）。

针对以上科学问题，近日南开大学元素有机化学国家重点实验室赵东兵课题组通过在硅原子上引入喹啉导向基团，开发了一类空气稳定、具有强配位作用的不对称双硅烷试剂TMDQ，在镍催化下，实现了TMDQ与多样不饱和键之间的双硅化反应，值得一提的是，这是首例镍催化的非张力双硅试剂与不饱和键之间的反应。另外，由于喹啉导向基团的引入，产物中相邻的两个硅基能在后续化学转化中进行高效区分，实现双硅基烯烃产物的逐级转化（图1c）。

图1. 过渡金属催化双硅烷与内炔的双硅基化反应

作者首先利用TMDQ试剂与二苯乙炔之间的反应作为模型反应，进行了条件筛选。他们发现，在10 mol% Ni(COD)₂及12 mol% SIPr的作用下，利用甲苯作溶剂时，在100度条件下，该反应能顺利进行，并获得98%的分离收率。在此基础上，他们首先对内炔进行了底物拓展，发现无论是对称的二芳基炔还是二炔基炔，该反应条件都能兼容，获得优异的顺式1,2-双硅基烯烃产物。进一步，他们还发现当将催化体系换成Ni(COD)/BrettPhos时，还能有效实现不对称内炔的双硅化反应并获得中等及优异的区域选择性（图2）。

图2. 内炔的底物范围研究

在此基础上，他们还进一步发现，TMDQ双硅试剂在钯催化作用下还能与末端炔烃以及芳炔发生双硅基化反应，生成相应的双硅基化产物，值得一提的是，这也是首次实现芳炔与非环状双硅烷的反应，如图3a及3b所示。另外，他们还证实，在镍催化作用下，TMDQ双硅试剂还能和一些特殊的顺式烯烃发生双硅化反应，并且具有良好的区域选择性（图3c）。

图3. 过渡金属催化TMDQ试剂与末端炔烃、芳炔及烯烃的双硅化反应

紧接着，作者以3aa为例，探究了产物中两个相邻硅基在一些后续转化中的反应活性差异，从而实现对两个不同硅基的高效区分。他们在不同反应条件下，分别实现了两个不同硅基的选择性硼化，以及顺次地脱硅硼化和Suzuki偶联反应，得到活性较高的三芳基烯醇，并进一步实现了三芳基烯醇的多样性转化，包括氘代、Tamao氧化、碘代、氟代以及Hiyama−Denmark偶联等如图4所示，从而证明了这一类1,2-双硅基烯烃产物较高的合成价值。

图4. 3aa的合成应用

最后，作者结合文献以及一系列控制实验，提出了如图5所示的可能的反应机理。喹啉基团氮原子的强配位作用首先协助金属镍对Si−Si键插入，得到中间体B，进一步发生硅金属化过程得到中间体C，最后还原消除生成目标产物。

图5. 反应的可能机理

综上，作者开发了一种空气稳定、强配位的不对称双硅烷试剂TMDQ，简洁高效的实现了镍催化的内炔和烯烃的双硅化反应以及钯催化的末端炔和芳炔的双硅化反应。更进一步，他们还证实利用TMDQ作为双硅化试剂，在产物中引入的两个不等价硅基在后续转化中表现出不同活性，能够实现逐步区域和化学选择性的转化，合成具有广泛用途的四取代烯烃以及结构多样化的有机分子。相关研究论文发表在最近的Nature Communications，其中南开大学张云博士（已毕业）为第一作者，赵东兵研究员为通讯作者。该项研究得到了国家自然科学面上基金以及优秀青年基金的支持。