【有机】柏林工业大学Martin Oestreich组：镍催化α-氰基烷基亲电试剂和氯硅烷的还原C(sp3)-Si交叉偶联反应
导读：
近日，柏林工业大学Martin Oestreich课题组报道了一种镍/锌催化α-氰基活化的烷基亲电试剂和氯硅烷的交叉亲电偶联反应，从而有效地构建了C(sp3)-Si键，避免了传统方法上依赖碳亲核试剂和硅亲电试剂的组合（或相反的组合）。相关研究成果发表在Angew. Chem. Int. Ed.上（DOI: 10.1002/anie.202107492）。
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
正文：
近年来，过渡金属催化碳亲核试剂/硅亲电试剂或碳亲电试剂/硅亲核试剂的交叉偶联反应在构建C(sp3)-Si键的方面已取得一定的进展，但仍存在一些挑战（Scheme1, top）。如对于相关不对称反应，目前仅限于铜催化活化烷基亲电试剂和基于硼基硅前亲核试剂的SN2型反应，或未活化烷基亲电试剂与金属化硅试剂的非催化置换反应。然而碳和硅亲电子试剂的还原偶联反应（无需对亲电子试剂进行预金属化）仍具有挑战。2020年，兰州大学舒兴中课题组报道了一种镍(II)催化乙烯基氯硅烷与芳基三氟甲磺酸酯/卤化物的还原偶联反应，成功构建了C(sp2)-Si键，其中使用联吡啶作为配体，化学计量的锰作为还原剂。然而，此类反应需使用含有乙烯基取代的氯硅烷才能增强其与镍催化剂的配位能力。在此，本文将报道一种镍催化烷基亲电试剂和各种氯硅烷的交叉偶联反应（Scheme 1, bottom）。
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
首先，作者以α-OTf取代的腈1a与氯硅烷2a作为模型底物，对反应条件进行了大量的筛选（Table 1）。筛选结果表明，以10 mol%的(Ph3P)2NiCl2为催化剂，20 mol%的L3为配体，三当量的锌粉为还原剂，底物在DMA溶剂中室温反应18 h，即可获得76%收率的产物3aa。
Table 1
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
在获得上述最佳反应条件后，作者首先对氯硅烷底物2a-2d的范围进行了扩展（Scheme 2）。三乙烯基氯硅烷（2b）可与1a反应，获得70%收率的产物3ab。同时，没有乙烯基取代的三烷基氯硅烷2c和2d也能顺利与1a反应，获得产物3ac（33%）和3ad（40%）。
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紧接着，作者对α-OTf取代的腈1b-1r的底物范围进行了扩展（Scheme 3）。含有芳基卤化物取代的底物可与2a顺利反应，获得产物3ba和3ca，且卤原子保持完整。含有呋喃基的底物也可转化为目标产物3da。对于含有更长烷基链的底物，反应同样可获得产物3ea。同时，对于含有不同官能团的底物，如卤素、酯、醚、烯烃等，均与反应体系兼容，获得相应的产物3fa-3la。对于含有线性烷基取代的底物，则收率较低，如3ma。此外，含有2°和3°烷基取代的底物，通常具有更好的反应性，如3na-3ra。
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为了进一步了解反应的机理，作者进行了相关的控制实验（Scheme 4）。首先，在1a和2a的标准反应体系中加入TEMPO，反应不受影响。其次，使用环丙基取代的1s和2a在标准条件下进行自由基钟实验，仅获得10%收率的3sa，未检测到开环产物的生成。此外，使用(R)-1a（99% ee）与2a在标准反应条件下反应时，导致完全的外消旋化，从而表明该还原偶联反应没有立体选择性。
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基于上述研究和相关文献的总结，作者提出了一种可能的反应机理（Scheme 5）。首先，镍(0)配合物与1中的C(sp3)-X键进行氧化加成，形成烷基镍(II)中间体，可能涉及外消旋化的过程。随后，锌粉将烷基镍(II)中间体进行单电子还原产生烷基镍(I)中间体，其可与2中的Si-Cl键进行氧化加成形成烷基(甲硅烷基)镍(III)中间体。最后，烷基(甲硅烷基)镍(III)中间体经还原消除，即可获得目标产物3。同时，释放镍(I)配合物，其经锌粉还原为镍(0)配合物，从而完成催化循环。此外，氯硅烷2也可能在1之前进行氧化加成。
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
总结：柏林工业大学Martin Oestreich课题组报道了一种镍/锌催化α-氰基烷基亲电试剂和氯硅烷的交叉亲电偶联反应，从而有效地构建了C(sp3)-Si键，避免了传统方法上依赖碳亲核试剂和硅亲电试剂的组合（或相反的组合）。值得注意的是，该反应是sp3杂化碳和硅亲电子试剂还原交叉偶联反应的第一个例子。此外，合成的一系列α-甲硅烷基化腈化合物也可用于Hiyama交叉偶联反应中。