1，1-二取代硅杂环丁烷是有机合成中一类重要的含硅合成子。烯烃、炔烃以及各种类型的π或σ单元已经被成功应用于硅杂环丁烷的扩环反应中，以构建各种类型的硅杂环化合物。然而，1，1-二取代硅杂环丁烷的合成并不容易。传统的合成1，1-二取代硅杂环丁烷的方法主要依赖于1-氯取代的硅环丁烷与有机格氏/锂试剂之间的亲核取代反应，因此存在很多局限性：如商业可获得的格氏/锂试剂的种类有限而且官能团相容性低，另外，某些类别的格氏/锂试剂不稳定，需要特殊操作才能使用。因此，发展新的偶联技术，使用更易获得的原料，合成具有更高结构多样性和官能团相容性的1，1-二取代硅杂环丁烷具有重要意义。
最近，Ni催化的交叉亲电偶联反应引起了人们的兴趣。这些反应避免了有机金属试剂的制备和处理，提供了更大的底物范围、更广泛的官能团耐受性和更高的步骤经济性。其中， 舒兴中教授首次实现了 Ni 催化的芳基/烯基卤或拟卤和乙烯基氯硅烷硅烷基亲电试剂之间的还原偶联反应。基于此，南开大学元素有机化学国家重点实验室赵东兵教授结合他们在有机硅分子方面的研究经验，提出是否可以利用镍催化还原偶联策略，实现1，1-二取代硅杂环丁烷的高效合成。如果实现，那么1，1-二取代硅杂环丁烷结构的多样性和官能团兼容范围将进一步扩展，同时还可以减少合成反应步骤，这将进一步提高他们在有机硅合成中实用性和重要性。基于此，我们通过一系列催化条件的优化，最终在镍催化作用下，克服了Si-Cl键断裂与Si-C键断裂之间的竞争以及硅杂环丁烷的聚合或二聚等副反应，实现了芳基/烯基卤化物或拟卤化物与 1-氯取代的硅杂环丁烷之间的还原偶联反应，获得了许多官能化的1，1-二取代硅杂环丁烷。
随后，他们对该反应的机制进行了研究，提出该反应是由零价镍对1-氯取代的硅杂环丁烷的氧化加成启动的，随后，二价镍物种被还原为一价镍物种，紧接着与芳基/烯基卤或拟卤发生进一步的氧化加成反应，形成三价镍物种，随后发生还原消除，获得所需产物同时形成一价镍物种，一价镍进一步被还原为零价镍物种。值得一提的是，该反应的成功同样依赖于醋酸钾的使用，如在反应体系中不添加醋酸钾，则反应不能发生。推测起来，醋酸钾可能协助参与了对Si-Cl键的氧化加成。
总之，该研究发展了一种Ni催化的还原策略，实现了芳基/乙烯基亲电试剂和1-氯硅烷环丁烷的直接偶联，获得了各式各样高度官能化的1,1-二取代的硅环丁烷。与其传统合成方法相比，该方法具有明显的优势，因为它不需要使用有机金属试剂，而且增强了步骤经济性和官能团兼容性。可以预计，这些以前难于合成的高度功能化的硅杂环丁烷的获得将大大推动含硅药物的发现和开发。
论文信息
Nickel-Catalyzed Reductive Protocol to Access Silacyclobutanes with Unprecedented Functional Group Tolerance
Ling-yun Yang, Ying Qin, Zhihan Zhao, Dongbing Zhao
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202407773
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