(圖片來源:Nat. Commun.)
正文
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首先,作者以雙(甲基烯丙基)硅烷1a作為模型底物,進行了相關反應條件的篩選(Table 1)。當以IDPi 6d(5 mol %)作為有機催化劑,乙酸(1.0 equiv)作為添加劑,在甲苯溶劑中-100 oC反應7 d,可以70%的收率得到產(chǎn)物2a,er為95:5。
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在獲得上述最佳反應條件后,作者對底物范圍進行了擴展(Fig. 2)。首先,含有各種烷基取代硅烷,均可順利反應,獲得相應的產(chǎn)物2a-2g,收率為60-70%,er為91:9-95:5。其中,隨著烷基取代基的空間位阻增加,對映選擇性略有降低。其次,2-萘基取代的硅烷,也是合適的底物,可以72%的收率與95:5 er得到產(chǎn)物2h。芳基的不同位含有甲基取代的硅烷底物,也能夠順利進行反應,但對映體選擇性差異較大,獲得相應的產(chǎn)物2i-2k,收率為68-74%,er為63:37-96:4。芳基上含有對甲氧基和氟取代的硅烷,也具有反應性,但觀察到對映選擇性略有降低,獲得相應的產(chǎn)物2l(55%收率,91:9 er)和2m(60%收率,86.5:13.5 er)。值得注意的是,雙(甲基烯丙基)烯丙基硅烷和三(甲基烯丙基)硅烷也是反應的可行底物,獲得相應的產(chǎn)物2n(51%收率,96.5:3.5 er)和2o(52%收率,96.5:3.5 er)。環(huán)己基取代的硅烷,可以65%的收率與57.6:42.4 er得到產(chǎn)物2p。
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為了進一步了解反應的機理,作者進行了相關的控制實驗(Fig. 3)。首先,催化劑酸度對硅雜環(huán)穩(wěn)定性的研究結果表明,硅雜環(huán)在反應條件下的穩(wěn)定性取決于IDPi催化劑的酸度(Fig. 3a)。其次,溫度對硅雜環(huán)穩(wěn)定性的研究結果表明,硅雜環(huán)穩(wěn)定性依賴于溫度(Fig. 3b)。此外,反應性較低的雙(烯丙基)硅烷1q,未能有效的參與反應(Fig. 3c)。
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為了了解乙酸添加劑的作用,作者采用底物1a和催化劑6c進行了31P NMR研究(Fig. 4)?;?sup style=";padding: 0px;outline: 0px;max-width: 100%;box-sizing: border-box !important;overflow-wrap: break-word !important">31P NMR與ESI-MS的結果發(fā)現(xiàn),31P NMR中的新峰源于原位生成的共價加合物8。游離催化劑6c的磷信號明顯向低場偏移。隨后,向混合物中加入10當量乙酸,導致游離催化劑6c完全再生,并生成硅基乙酸酯7。雖然該反應降低了所需產(chǎn)物的總收率,但它使催化劑能夠周轉。
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基于上述的研究以及相關文獻的查閱,作者提出了一種合理的催化循環(huán)過程(Fig. 5a)。首先,烯烴的質子化(TS1),可生成由β-硅基穩(wěn)定的碳陽離子和IDPi陰離子組成的離子對I。其次,離子對I經(jīng)陽離子-π環(huán)化(TS2),生成離子對II。離子對II通過內離子對質子轉移(TS3),生成含有硅手性中心的硅雜環(huán)2,并再生了游離催化劑6。同時,離子對II可以通過斷裂,生成共價加合物8,這對催化劑的周轉是有害的。然而,乙酸可將催化劑6從加合物8中釋放出來,使催化劑能夠周轉。為了進一步了解詳細的反應機理并研究觀察到的對映選擇性的來源,作者對底物1a和催化劑6d進行了計算研究(Fig. 5b)。計算結果表明,通過TS3進行去質子化和通過TS4形成共價加合物是觀察到的高對映選擇性的關鍵。同時,由于TS4中的空間位阻,導致于TS4與TS4'的穩(wěn)定性存在差異(Fig. 5c)。
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總結
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