研究背景
有機硅化合物是合成化學中的重要分子，因其在功能材料、農藥和藥物等領域的廣泛應用而成為了研究熱點。然而，簡單硅烷的位選擇性C–H鍵官能化面臨多重挑戰，因為同一分子中存在多個C–H鍵，且傳統的C–H鍵功能化方法如過渡金屬催化的活化過程和烯烴插入反應限制了可引入的烷基團類型。為了解決這一問題，研究者們探索了基于自由基的C–H官能化反應，特別是β-C(sp3)–H鍵的選擇性活化。近年來盡管有研究者報告了一種硅烷α-C(sp3)–H硼化的制備方法，但在使用SiEt4作為底物時，反應產物混合，未能有效區分α和β-C(sp3)–H鍵。對此，武漢大學高等研究院沈曉團隊在Nature Synthesis期刊上發表了題為“Photocatalytic site-selective radical C(sp3)–H aminoalkylation, alkylation and arylation of silanes”的最新論文。研究者們提出通過β-硅效應實現選擇性生成β-硅基碳自由基，從而克服了傳統方法的局限性。新方法的實現使得多種β-C(sp3)–H鍵的氨基烷基化、烷基化和芳基化反應得以成功開展，并能在復雜分子合成中發揮作用。這一研究成果不僅拓展了有機硅化合物的合成方法，也為其在更廣泛的應用領域奠定了基礎。
研究亮點
（1）實驗首次實現了有機硅化合物的β-C(sp3)–H選擇性官能化，采用了一種廣泛適用的光催化方法，通過β-硅效應使硅基團選擇性激活β-C(sp3)–H鍵，從而顯著降低其鍵解離能。 （2）實驗通過光催化自由基反應實現了多種β-C(sp3)–H鍵的氨基烷基化、烷基化和芳基化反應。這些反應可有效合成復雜的有機硅化合物，為后續的合成應用提供了新的策略。（3）該方法在合成過程中顯示出較高的位選擇性，避免了傳統方法中常見的多種C–H鍵的競爭反應。該研究不僅為有機硅化合物的合成提供了新的思路，也為更復雜分子的合成奠定了基礎，展示了硅在化學合成中的重要性和應用潛力。
圖文解讀
圖1：硅烷選擇性β-C(sp3)–H官能化的背景和作者的策略。圖2：硅烷與亞胺和電子缺乏烯烴的β-C(sp3)–H烷基化。圖4：后期官能化、分子間競爭實驗、下游轉化及硅對高位點選擇性的作用。
總結展望
本文開發了一種廣泛適用的有機硅化合物β-C(sp3)–H自由基官能化方法。這一反應的成功主要歸功于硅對β-C(sp3)–H鍵反應性的顯著增強。實現了多種β-C(sp3)–H氨基烷基化、烷基化和芳基化反應，具有廣泛的底物范圍和功能團耐受性。這些反應不僅適用于線性硅烷衍生物的合成，也適用于復雜環狀硅烷的合成，這些環狀硅烷在其他方法中難以制備。復雜分子的后期官能化及各種后續轉化展示了該方法的合成潛力。β-硅效應促進有機硅化合物自由基官能化的發現，可能為通過結合適當的光催化劑和偶聯伙伴開發新型轉化提供新的路徑。 He, X., Zhang, Y., Liu, S. et al. Photocatalytic site-selective radical C(sp3)–H aminoalkylation, alkylation and arylation of silanes. Nat. Synth (2024).https://doi.org/10.1038/s44160-024-00664-9
