【儀表網 研發快訊】中國科學技術大學傅堯教授、陸熹副教授、徐允河教授在碳-碳偶聯合成手性有機硅烷方面取得進展。研究團隊開發了豐產金屬鈷催化體系，成功實現硅基團導向的立體選擇性碳-碳偶聯反應，突破了傳統不對稱偶聯對配位基團或共軛體系的依賴，為手性有機硅烷的精準合成提供了高效新方法。該研究成果于2025年8月22日以“Modular construction of α- or β-stereogenic organosilanes and organogermanes via enantioselective alkene hydroalkylation”為題發表在《自然•合成》(Nature Synthesis)。
圖1.碳-碳偶聯合成手性有機硅烷、鍺烷
有機硅烷在現代藥物化學與復雜分子合成領域具有重要價值。作為碳的生物電子等排體，硅原子獨特的原子半徑與電負性差異可顯著調控候選藥物分子的親脂性、膜滲透性等生理活性。在天然產物全合成領域，含硅手性模塊已成為構建復雜分子的關鍵中間體。因此，發展手性有機硅烷的高效精準合成方法具有重要的科學意義。
烷基偶聯反應通過碳鏈增長和碳骨架構建，成為創制復雜有機分子的重要策略。過渡金屬催化烷基碳中心構筑通常依賴配位導向基團或π共軛體系實現區域與對映選擇性控制。然而，硅基團缺乏共軛電子效應與定向配位能力，在不對稱碳-碳偶聯反應中難以作為有效的輔助基團發揮作用，導致該類反應極具挑戰性。
研究團隊開發了鈷催化含硅、鍺烯烴的不對稱氫烷基化新策略。通過配體結構定向修飾，實現了對立體化學決定步驟——烯烴氫金屬化步驟的選擇性精準控制，建立了非共軛硅基團誘導的高區域選擇性和高對映選擇性控制新模式。該反應體系展現出寬廣的底物適用范圍和優異的官能團兼容性，對復雜藥物分子修飾表現出良好的反應效果。所得β-手性硅化合物作為關鍵合成砌塊，可經Tamao氧化反應高效轉化為天然產物全合成的重要中間體——手性2-烷基-1,4-丁二醇。
研究團隊與田長麟教授團隊合作，開展了電子順磁共振機理研究，揭示了烷基鹵化物的自由基活化機制。系統的機理實驗結合DFT計算表明：硅原子的引入通過電子效應有效調控了烯烴反應活性，降低了反應活化能壘；高立體選擇性則主要源于配體與底物取代基間的空間位阻作用。
該項研究不僅為功能有機硅烷合成提供了新技術支撐，更為無配位和共軛基團底物的不對稱偶聯反應開發提供了重要范例。
論文第一作者為化學高層次人才培養中心博士生胡瀟、安徽大學物質科學與信息技術研究院碩士生王陳、生命科學與醫學部特任研究員于璐，通訊作者為傅堯教授和陸熹副教授。該項目得到國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項、中國科學院青年創新促進會、安徽省自然科學基金的資助和支持。
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