【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)傅堯教授、陸熹副教授、徐允河教授在碳-碳偶聯(lián)合成手性有機硅烷方面取得進展。研究團隊開發(fā)了豐產(chǎn)金屬鈷催化體系，成功實現(xiàn)硅基團導(dǎo)向的立體選擇性碳-碳偶聯(lián)反應(yīng)，突破了傳統(tǒng)不對稱偶聯(lián)對配位基團或共軛體系的依賴，為手性有機硅烷的精準合成提供了高效新方法。該研究成果于2025年8月22日以“Modular construction of α- or β-stereogenic organosilanes and organogermanes via enantioselective alkene hydroalkylation”為題發(fā)表在《自然•合成》(Nature Synthesis)。
圖1.碳-碳偶聯(lián)合成手性有機硅烷、鍺烷
有機硅烷在現(xiàn)代藥物化學(xué)與復(fù)雜分子合成領(lǐng)域具有重要價值。作為碳的生物電子等排體，硅原子獨特的原子半徑與電負性差異可顯著調(diào)控候選藥物分子的親脂性、膜滲透性等生理活性。在天然產(chǎn)物全合成領(lǐng)域，含硅手性模塊已成為構(gòu)建復(fù)雜分子的關(guān)鍵中間體。因此，發(fā)展手性有機硅烷的高效精準合成方法具有重要的科學(xué)意義。
烷基偶聯(lián)反應(yīng)通過碳鏈增長和碳骨架構(gòu)建，成為創(chuàng)制復(fù)雜有機分子的重要策略。過渡金屬催化烷基碳中心構(gòu)筑通常依賴配位導(dǎo)向基團或π共軛體系實現(xiàn)區(qū)域與對映選擇性控制。然而，硅基團缺乏共軛電子效應(yīng)與定向配位能力，在不對稱碳-碳偶聯(lián)反應(yīng)中難以作為有效的輔助基團發(fā)揮作用，導(dǎo)致該類反應(yīng)極具挑戰(zhàn)性。
研究團隊開發(fā)了鈷催化含硅、鍺烯烴的不對稱氫烷基化新策略。通過配體結(jié)構(gòu)定向修飾，實現(xiàn)了對立體化學(xué)決定步驟——烯烴氫金屬化步驟的選擇性精準控制，建立了非共軛硅基團誘導(dǎo)的高區(qū)域選擇性和高對映選擇性控制新模式。該反應(yīng)體系展現(xiàn)出寬廣的底物適用范圍和優(yōu)異的官能團兼容性，對復(fù)雜藥物分子修飾表現(xiàn)出良好的反應(yīng)效果。所得β-手性硅化合物作為關(guān)鍵合成砌塊，可經(jīng)Tamao氧化反應(yīng)高效轉(zhuǎn)化為天然產(chǎn)物全合成的重要中間體——手性2-烷基-1,4-丁二醇。
研究團隊與田長麟教授團隊合作，開展了電子順磁共振機理研究，揭示了烷基鹵化物的自由基活化機制。系統(tǒng)的機理實驗結(jié)合DFT計算表明：硅原子的引入通過電子效應(yīng)有效調(diào)控了烯烴反應(yīng)活性，降低了反應(yīng)活化能壘；高立體選擇性則主要源于配體與底物取代基間的空間位阻作用。
該項研究不僅為功能有機硅烷合成提供了新技術(shù)支撐，更為無配位和共軛基團底物的不對稱偶聯(lián)反應(yīng)開發(fā)提供了重要范例。
論文第一作者為化學(xué)高層次人才培養(yǎng)中心博士生胡瀟、安徽大學(xué)物質(zhì)科學(xué)與信息技術(shù)研究院碩士生王陳、生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部特任研究員于璐，通訊作者為傅堯教授和陸熹副教授。該項目得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進會、安徽省自然科學(xué)基金的資助和支持。
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