【有机】ACS Catal.：印第安纳大学Brown课题组实现镍催化下烯烃的三组分硅酰化
镍催化的烯烃官能团化是有机化学中有力的合成工具。在众多机理模式中，其中有一种涉及亲核性[Ni]-R络合物生成，然后与烯烃结合产生仲[Ni]-烷基络合物，再与各种亲电试剂反应（Scheme 1）。迄今为止，该化学主要涉及[Ni]-Bpin、[Ni]-H和[Ni]-CRn及其他几种亲电试剂。[Ni]-SiR3络合物已广泛用于交叉偶联、脱氢烯烃硅烷化和二组分烯烃官能团化，但很少在三组分烯烃官能团化中应用。最近，武汉大学阴国印课题组报道了镍催化下烯烃的芳基硅烷基化反应，Kamei课题组报道了镍催化下烯烃的氢硅烷化过程。近日，美国印第安纳大学M. Kevin Brown课题组开发了一种镍催化下烯烃的三组分硅酰化方法，该成果发表于近期ACS Catal.（DOI: 10.1021/acscatal.0c05449）。
（图片来源：ACS Catal.）
最初，作者利用亲核硅烷基试剂（pinBSiMe2Ph/NaOt-Bu、ClZnSiMe2Ph）、烯烃（苯乙烯、环戊烯）和亲电试剂（PhBr、n-BuBr和PhC(O)Cl）尝试镍催化的硅烷基官能团化（Scheme 2），发现ClZnSiMe2Ph、苯乙烯和PhC(O)Cl的组合可以形成产物3（11%），这是前所未有的硅烷基化反应。
（图片来源：ACS Catal.）
接下来，作者优化了反应条件（Table 1）：将溶剂由THF替换为THF/MeCN可以提高收率，并且ClZnSiMe2Ph是在THF中制备的。该反应的主要副产物是ClZnSiMe2Ph未经催化直接与苯甲酰氯加成形成的酰基硅烷。为了克服该问题，作者增加了试剂当量并进行分批加料。
（图片来源：ACS Catal.）
确定最佳反应条件后，作者考察了反应的底物范围（Scheme 3）。各种含吸电子基团、给电子基团和空间位阻基团的苯乙烯衍生物均可进行反应。其中，含吸电子基团的底物收率最高，可能是亲核性[Ni]-SiMe2Ph的加成更有利。非活化烯烃21也可以参与反应，但观察到支链（22）和线性异构体（23）的形成。虽然高度取代（1,2-、1,1-或三取代）的烯烃缺乏反应性，但具有张力的烯烃24反应生成了含季碳的产物25，为单一可观测的区域异构体。此外，该反应不仅可以耐受各种官能团，如酯、酰胺、氯化物和氰基等，还可以耐受各种烷基和芳基酰氯。最后，ClZnSiMe3和ClZnSiPh3均可以中等收率得到产物32和33。
（图片来源：ACS Catal.）
硅酰化的产物可以通过各种方式进行结构修饰（Scheme 4）：产物3通过Tamao-Fleming氧化可以合成醇34；产物30在L-selectride作用下可以很容易地还原酮羰基得到醇35（>20:1 dr），还可以高选择性地与PhMgBr加成得到36，其结构通过X-ray分析得到确证。还原和加成反应的选择性可以通过Felkin-Ahn模型（37）进行合理化解释。
（图片来源：ACS Catal.）
最后，作者提出了两种可能的反应途径（Scheme 5A）：直接捕获烷基-[Ni]-络合物38得到产物（Path A），或者烷基-[Ni]-络合物38与ClZnSiR3进行金属转移形成烷基-ZnCl中间体39再被亲电试剂捕获（Path B）。由于在不存在镍催化剂的条件下观察到烯烃的转化率不到2%（Scheme 5B），则ClZnSiMe2Ph与苯乙烯进行未催化加成的可能性不大，这与先前的报道一致。当反应中有镍催化剂但没有亲电试剂时，反应形成产物40和41的混合物，表明ClZnSiMe2Ph的加成需要镍催化。40可能是通过原位生成的烷基-Zn-中间体的质子化形成的，而41则是通过烷基-[Ni]-络合物的β-H消除形成的。根据产物的结果比较中间步骤的相对速率，通过金属转移形成烷基-ZnCl中间体39必须慢于通过β-H消除形成41。此外，由于在标准反应条件下观察到预期的三组分偶联产物优先于41形成，由此推测烷基-[Ni]-络合物38的直接亲电捕获必须比β-H消除更快。因此，Path A最有可能，假设的催化循环如Scheme 5C所示。在产生[Ni]-SiR3后，其与烯烃加成形成烷基-[Ni]-络合物38；该络合物与酰氯直接反应生成产物并再生催化剂。烷基-[Ni]-络合物与酰氯的反应机理可以通过直接加成或通过氧化加成/还原消除进行。
（图片来源：ACS Catal.）
结语：
M. Kevin Brown课题组报道了镍催化下烯烃的硅酰化反应，该方法以[Ni]-SiR3络合物作为催化中间体，可以将烯烃、ClZnSiR3和酰氯通过三组分反应快速获得β-硅烷基酮。