基于碳/硅还原偶联的有机硅合成新方法

Organosilicons have been widely applied in synthetic chemistry, pharmaceuticals, agrochemicals, and materials due to the special properties. Several synthetic strategies including nucleophilic substitution, hydrosilylation of alkene, C-H silylation, and cross-coupling have been developed. However, those methods suffered from limited substrate scope, poor regioselectivity, harsh reaction condition, and low step-economy. In this proposal, we will develop a reductive cross-coupling strategy between readily available carbon electrophiles and silicon electrophiles to synthesize organosilicons. (1) Both of the high bond energy of silicon halide and the steric effect of silicon electrophiles will be solved to realize reductive coupling for C-Si bond formation. (2) An efficient method for the synthesis of organosilicons with readily available starting material and broad substrate scope will be developed. Based on our new-developed method on reductive cross-coupling for C-Si bond formation, (3) Detailed mechanistic study will be intensively conducted to elucidate the reaction mechanism. (4) Some silicon containing bioactive molecular or functional material subunit will be prepared by our new-developed method. This proposal will explore the solution to solve the fundamental problems in reductive cross-coupling for C-Si construction, provide a facile method for the synthesis of organosilicons, and apply this method in the synthesis of silicon containing functional molecules.

有机硅化合物因其特殊的性质而被广泛应用于合成化学、医药、农药和材料等领域。它通常由亲核取代、烯烃硅氢化、碳氢键直接硅化和交叉偶联等方法制备，但是这些方法在反应效率、底物广谱性、选择性和可操作性等方面有一定局限性。本课题首次提出硅/碳亲电试剂直接还原偶联构建碳硅键的新策略：（1）克服硅卤键键能高和取代硅烷位阻大的困难，实现硅卤键活化和碳/硅还原消除的基元反应；（2）从而发展一种原料易得、简便、高效和普适性好的有机硅合成新方法；（3）在该方法建立的基础上，进一步深入研究碳/硅还原偶联的反应机理；（4）拓展该方法在合成含硅杂环化合物、含硅材料和含硅药物分子的应用。总之，本课题以解决还原偶联构建碳硅键关键科学问题为立足点，以发展简便、高效和普适性好的有机硅合成新方法为目标，探索该方法在生物和材料中的应用。

有机硅化合物因其特殊的性质而被广泛应用于合成化学、医药、农药和材料等领域。它通常由亲核取代、烯烃硅氢化、碳氢键直接硅化和交叉偶联等方法制备，但是这些方法在反应效率、底物广谱性、选择性和可操作性等方面有一定局限性。本项目首次提出硅/碳亲电试剂直接还原偶联构建碳硅键的新策略。在基金资助下，我们围绕还原偶联构建碳硅键合成有机硅化合物核心工作内容开展了如下工作：(1) 综述了硅亲电试剂等两方面在碳硅交叉偶联应用研究进展（ Chin. J. Org. Chem. 2022, 42, 384-390.）；（2）Cu催化溴代芳烃与苯基氯硅烷还原偶联合成有机硅，实现了在还原剂金属镁粉参与的铜催化卤代硅烷与卤代芳烃间交叉偶联合成二芳基取代有机硅烷；（3）Ni催化三甲基硅基碘甲烷与吡啶盐还原偶联合成有机硅，实现了其在室温条件下，过渡金属镍催化含氮鎓盐与三甲基硅基碘甲烷还原构建新的碳碳键。得到含有硅基取代的1,4-二氢哌啶类衍生物；（4）Pd催化1-溴2-碘乙烯基烃与有机硅硼试剂偶联合成炔基硅化合物，意外发现了Pd催化1-溴2-碘乙烯基烃类化合物与有机硅硼试剂偶联生成炔基硅化合物。（5）Pd/Cu 协同催化串联碳氢芳基化碳氮偶联和脱氢反应合成1,2-二氢喹啉化合物，我们意外发现了一类Pd/Cu 协同催化串联碳氢芳基化碳氮偶联和脱氢反应，实现三步反应高效有序一锅法，实现简单有机小分子高效高选择性构建1,2-二氢喹啉化合物。该工作发表TOP期刊（Org. Lett. 2022, 24, 8283−8288）。总之，我们克服了疫情防控导致的项目开展周期严重压缩和同行该领域竞争的困难，我们探索还原交叉偶联构建有机硅烷方面取得了阶段性进展，相关研究将进一步深入开展以争取取得更多更优秀的研究成果。