手性硅烷及手性硅替代活性分子的合成及应用研究

Silicon-stereogenic chiral silane chemistry has always remained an attractive and challenging field for chemists. However, studies in this area have been largely limited by the lack of useful methods to synthesize chiral silanes. Deep and systematic investigations are highly demanded to promote its development. We intend to focus on chiral silane chemistry by launching the project with the following three parts. (1) transition metal-catalyzed [1,2]-Brook rearrangement of acylsilane to generate carbene, which undergoes asymmetric Si-H bond insertion with dihydrosilanes to give chiral silanes; (2) Si to C chirality transfer in chiral silane-mediated hydrosilylation of alkenes and reduction of carbonyl compounds; (3) synthesis of Si-alkaloid, in which chiral silane takes place of the quaternary carbon center. The result from this project is expected to show importance for the development of chiral silane chemistry, also to have great potentials in new silane species discovery and silicon-substituted drug research.

硅中心手性硅烷的合成及性质研究是包括有机化学在内的科学界广泛关注又极富挑战性的课题。由于受合成方法匮乏的瓶颈限制，手性硅化学一直处于非常初级的研究阶段。因此，深入系统地开展手性硅烷的合成和性质研究对于解决该领域若干重大科学问题，加强知识积累，推动其快速发展具有非常重要的积极意义。本项目拟围绕手性硅烷的合成、性质及应用开展系统的研究工作。研究内容包含以下三个部分：（1）采用过渡金属催化诱发酰基硅烷[1,2]-Brook重排产生金属卡宾，实现其对二氢硅烷Si-H键不对称插入构建手性硅烷。（2）研究手性硅烷在烯烃硅氢化反应和醛酮硅氢还原反应中硅-碳手性传递化学。（3）以含芳基取代季碳生物碱为模板分子，构建新型手性硅替代手性季碳天然产物。研究成果预期将对手性硅化学的发展产生积极的科学意义，同时也有望在功能性新有机硅的发现、硅替代药物开发等方面产生潜在的重要应用价值。

硅中心手性硅烷的研究一直是有机硅化学重要和核心的领域之一。与手性碳化学相比，手性硅烷的应用研究仍然有很大的探索空间。其中，最具挑战性的转化是，伴随着含硅化学键的断裂实现硅-碳的手性传递，从而高立体选择性的构建新的碳手性中心。项目执行期间重点开展了“硅-碳手性传递研究”和“新型有机硅合成子的开发”两部分研究内容，并在此基础上尝试了“硅替代小分子化合物的合成研究”。在“硅-碳手性传递研究”部分，初步探明了硅手性在迁移中的立体化学过程及详细机制，为硅中心手性硅烷的应用提供了更多的可能。在“新型有机硅合成子的开发”部分，重点围绕“硅取代大位阻芳香醛合成子的开发”、“三五氟苯基硼催化的酮酸的硅氢还原∕内酯化反应”、“偕双硅烯丙基硅醚连续硅迁移反应”以及“偕双硅2,3-环氧醇区域及立体选择性环氧开环卤代反应”几部分开展，取得成果如下：1、成功地将导向金属化和导向C-H键活化后的二异丙基酰胺还原成醛并进行了后续的转化，从而盘活了其在完成导向作用后很难被进一步还原这个传统意义上的“死棋”。2、以γ-羰基酸为原料，三五氟苯基硼烷作为催化剂，二硅氢化合物作为还原剂高效地构建了各种五元内酯环，为具有该类骨架的天然产物的构建提供了更多可能。3、实现了分子内连续的[1,5]-O到O/[1,4]-Csp2到O的硅迁移反应促进的偕双硅烯丙基硅醚化合物、醛以及亲电试剂的三组分偶联反应，产物E-三取代烯基硅anti-邻二醇经简单衍生化可得trans构型为主的硅基二氢吡喃化合物，丰富了该类二氢吡喃化合物的合成方法。4、首次证实了当2,3-环氧醇的C3-位为大体积的硅基团取代时，在碱性条件下的环氧开环/氯代反应区域选择性地发生在大位阻的C3-位，丰富了偕双硅在反应选择性控制方面的独特功能。