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有机硅化合物在自然界中不存在，仅能人为创造。与从不饱和碳化合物的不对称转化构建碳手性的构建方法不同的是，不饱和硅化合物不稳定，原料来源较少，因此比较具挑战性。尽管酶或过渡金属催化的对称硅烷的去对称化方法已经较为成熟，但对消旋硅烷的探索很少。传统方法学中，消旋硅烷参与的不对称转化仅限于动力学拆分，产率最高为50%。利用动态动力学不对称转化（DYKAT）或动态动力学拆分（DKR）可实现对外消旋硅烷的高效利用，扩大有机硅化学的研究范围。受杭州师范大学徐利文教授课题组首例铑催化消旋单氢硅烷的动态动力学不对称氢硅化反应启发，近期，诺奖得主德国马克斯普朗克煤炭研究所Benjamin List 教授课题组发现了限域超强酸亚氨基二磷酰亚胺（IDPi）催化剂促成的外消旋烯丙基硅烷的动态动力学不对称转化，为光学纯手性硅醚的合成提供了一个有效的途径。相关工作发表于J. Am. Chem. Soc. 。图1. 反应研究背景。图片来源：J. Am. Chem. Soc.作者基于对前期碳碳成键去对称化反应机理的深入理解，采用大位阻亲核试剂异丙酚进行最初的反应条件筛选，首先确定了甲苯为首选溶剂，接着探索了催化剂上不同芳基取代基的影响。对叔丁基苯基为取代基时，可以得到88% 的对映选择性诱导。通过进化内核，产物的ee值可达到98%。值得注意的是，增加反应浓度可以抑制副产品的形成，从而提高产率。在底物拓展过程中，发现反应可兼容不同的基团，普适性较高。图2. 反应条件筛选。图片来源：J. Am. Chem. Soc.为阐明该反应机理，作者首先进行了时间-过程研究，在反应过程中持续监测剩余硅烷和产物的对映纯度。发现催化剂能够从反应的起点开始几乎完全控制产物的对映选择性，而剩余的硅烷在整个反应过程中经历了缓慢的对映体富集，这表明了反应存在动力学拆分的情况。在IDPi催化下，作者分别使用(S)和(R)对映纯原料进行消旋化研究，在两种情况下都没有观察到消旋化现象，排除了动态动力学拆分的可能性。此外，作者通过核磁共振磷谱分析手段研究了催化剂与消旋原料的作用情况。由于反应体系中存在不可避免的痕量水，在加入外消旋硅烷后，催化剂的尖锐单峰展宽，在体系完全干燥后，这个信号再次变尖，且化学位移向高场移动。最后，催化剂被完全硅基化，生成两个主要的非对映体和两个较小的非对映体，反映了硅基团可能与催化剂以共价键成键。同时，作者观察到非对映体之间存在相互转化并在一定程度时达到平衡。通过将对映体纯和消旋原料参与的反应进行对比，发现在所有三种情况下都得到了相同的产物，且结果相似，表明催化剂在很大程度上控制了立体选择性。哈米特分析表明反应存在带正电性的中间体，为中间体的差向异构化的过程提供了间接证据。此外，作者监测了光学纯原料的转化，发现(R)-对映体的反应速度比(S)-对映体快得多。DFT理论计算发现生成的非对映体中间体具有相似的结构和可忽略的能量差异（0.4千卡/摩尔），且相互转化的能垒为19.2千卡/摩尔。通过对反应过渡态的分析，作者估计催化体系中存在变形三角双锥几何构型的五配位的硅物种。图3. 反应机理研究。图片来源：J. Am. Chem. Soc.综上所述，作者开发了以异丙酚为亲核试剂的有机催化外消旋烯丙基硅烷的动态动力学不对称转化，构建了多种功能分子硅醚，产物可一步转化为单氢硅烷，为进一步衍生化提供了便利。此外，作者阐明了由催化剂引发的差向异构化的过程，并通过实验和理论研究合理化了所提出的机理。该工作为有机硅化学的发展开辟了一条新道路，这也将加强有机硅分子在聚合物和材料科学以及药物化学方面的应用。这一成果近期发表在J. Am. Chem. Soc.上，论文的第一作者是Benjamin List教授团队博士后周慧博士和Roberta Properzi 博士。Organocatalytic DYKAT of Si-Stereogenic SilanesHui Zhou, Roberta Properzi, Markus Leutzsch, Paola Belanzoni, Giovanni Bistoni, Nobuya Tsuji, Jung Tae Han, Chendan Zhu, and Benjamin List*J. Am. Chem. Soc., 2023, 145, 4994–5000, DOI: 10.1021/jacs.3c00858https://www.x-mol.com/university/faculty/50088点击“阅读原文”，查看 化学 • 材料 领域所有收录期刊