過渡金屬催化的C-H鍵選擇性官能團(tuán)化為有機(jī)分子的合成及衍生化提供了新的策略。在這些官能團(tuán)化過程中，C-H鍵硅基化是非常有價(jià)值的，因?yàn)橛袡C(jī)硅烷產(chǎn)物很容易分離并進(jìn)行各種衍生。烷基C-H鍵的催化硅基化可以發(fā)生在分子間或分子內(nèi)。雖然已有文獻(xiàn)報(bào)道通過對(duì)醇的高區(qū)域選擇性β、γ和δ位的末端C-H鍵硅基化反應(yīng)來生成環(huán)硅烷，而后通過氧化形成1,2-二醇、1,3-二醇和1,4-二醇（Scheme 1A），但是分子內(nèi)二級(jí)C(sp3)-H硅基化則還未有報(bào)道。然而，二級(jí)C-H鍵的硅基化比一級(jí)C-H鍵的硅基化更具挑戰(zhàn)性，主要是由于C-H鍵的氧化加成比一級(jí)C-H鍵的氧化加成要慢。雖然John F. Hartwig課題組在2014年報(bào)道了二級(jí)C-H鍵的分子內(nèi)硅基化反應(yīng)（J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 6586），但反應(yīng)底物的選擇則具有一定的局限性（Scheme 1B）。因此，發(fā)展更先進(jìn)的催化體系來實(shí)現(xiàn)二級(jí)醇和酮的二級(jí)C-H鍵的硅基化具有重要意義。最近，美國加州大學(xué)伯克利分校John F. Hartwig課題組發(fā)展了銥/雙脒配體催化體系，選擇性的實(shí)現(xiàn)了二級(jí)醇或酮的氧原子γ-位二級(jí)C-H的硅基化，并通過后續(xù)的氧化，構(gòu)建了反式1,3-二醇（Scheme 1C）。下載化學(xué)加APP到你手機(jī)，更加方便，更多收獲。首先，作者以硅醚1作為模板底物進(jìn)行反應(yīng)探索（Table 1）。通過一系列配體篩選，作者發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用[Ir(cod)OMe]2 (3.0 mol%), 雙脒配體L12 (6.5 mol%), nbe (norbornene, 降冰片烯，1.5 equiv), 在THF中100 oC反應(yīng)，可以以77%的產(chǎn)率得到γ-位C-H硅基化產(chǎn)物2。接下來，作者利用二級(jí)醇或酮作為底物，首先通過[Ir(cod)OMe]2催化的脫氫硅基化或氫硅化得到相應(yīng)的硅醚，隨后經(jīng)歷作者發(fā)展的γ-位C-H硅基化以及后續(xù)的Tamao-Fleming氧化實(shí)現(xiàn)了一系列1,3-二醇的合成（Table 2）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，一系列對(duì)稱的二級(jí)醇、非對(duì)稱的二級(jí)醇（在小位阻的C-H鍵一側(cè)）均可順利參與反應(yīng)，以45-67%的產(chǎn)率得到相應(yīng)的1,3-二醇6a-6g。環(huán)二級(jí)C-H鍵也可順利實(shí)現(xiàn)γ-C-H硅基化，以36-92%的產(chǎn)率得到產(chǎn)物6h-6j。此外，此體系對(duì)一系列環(huán)狀化合物具有良好的普適性，包括中到大環(huán)、螺環(huán)、橋環(huán)等，以25-59%的產(chǎn)率得到1,3-二醇產(chǎn)物6k-6r。值得注意的是，對(duì)于3t’，可以選擇性的在二級(jí)C(sp3)-H發(fā)生硅基化。之所以沒有在C(sp2)-H位點(diǎn)發(fā)生硅基化可能由于會(huì)形成八元氧硅環(huán)產(chǎn)物。當(dāng)作者使用萜烯類化合物[1S-endo]-(?)-borneol反應(yīng)時(shí)，可以以43%的產(chǎn)率得到platydiol，且氧原子的α-位并沒有發(fā)生差向異構(gòu)化（Scheme 2）。
隨后，作者對(duì)此體系的官能團(tuán)兼容性進(jìn)行了進(jìn)一步考察（Table 3）。當(dāng)沒有添加劑時(shí)，1在標(biāo)準(zhǔn)條件下可以以85%的產(chǎn)率得到2。當(dāng)體系中存在23類官能團(tuán)時(shí)，包括烷基和芳基鹵化物、叔和仲烷基胺、芳基胺、叔酰胺、鄰苯二胺、脲、硫脲、氨基甲酸酯、磺胺、叔和仲醇、縮醛、酮、酯、碳酸鹽、1,1-和1,2-二取代烯烴、三取代烯烴等，均對(duì)產(chǎn)物2的產(chǎn)率沒有太大的影響。而其中七類官能團(tuán)對(duì)此轉(zhuǎn)化有一定的影響，包括二級(jí)和一級(jí)酰胺（7j, 7k）、烷基和芳基腈（7q, 7r）、伯醇和醛（7u, 7x）、單取代烯烴（7ab）。為了理解反應(yīng)機(jī)理，作者進(jìn)行了一系列控制實(shí)驗(yàn)。首先KIE實(shí)驗(yàn)表明C-H鍵的斷裂為此轉(zhuǎn)化的決速步驟（KIE = 2.2）（Scheme 3）。隨后，作者以9為原料，分別以tmphen和L12為配體測(cè)量了其C-H硅基化的反應(yīng)時(shí)間進(jìn)程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明銥催化劑與L12配體結(jié)合成的銥絡(luò)合物的壽命有所延長，而并不是反應(yīng)速率的提高（Figure 1）。最后，作者利用競爭實(shí)驗(yàn)得出配體L12更易于與銥催化劑形成銥絡(luò)合物（Scheme 4）。由于L12對(duì)Ir(III)金屬中心的結(jié)合親和力大于tmphen，由此導(dǎo)致由L12生成的催化劑比tmphen生成的催化劑壽命更長。John F. Hartwig課題組發(fā)展了銥/雙脒絡(luò)合物催化體系，通過選擇性γ-位二級(jí)C-H的硅基化以及后續(xù)的氧化，實(shí)現(xiàn)了一系列反式1,3-二醇的合成。反應(yīng)具有良好的底物適用性和官能團(tuán)兼容性。機(jī)理研究表明C-H活化為此轉(zhuǎn)化的決速步驟，且強(qiáng)給電子的雙脒配體可以延長催化劑的壽命。文獻(xiàn)詳情：
Jake W. Wilson, Bo Su, Makoto Yoritate, Jake X. Shi, John F. Hartwig*. Iridium-Catalyzed, Site-Selective Silylation of Secondary C(sp3)-H Bonds in Secondary Alcohols and Ketones. J. Am. Chem. Soc., 2023, https://doi.org/10.1021/jacs.3c03127.
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