浙江大学陆展课题组致力于低价态铁系金属催化的氢官能团化反应研究。近日，该课题组在Nature Communications 上报道了铁催化的含硅烷烯烃与炔烃的高区域选择性、对映选择性与非对映选择性的程序化硅氢化反应；构建了八种不同类型的五元、六元与七元苯并硅杂环化合物（图1）。含季硅手性中心的苯并硅杂环化合物也可以通过三次硅氢化反应构建。
文章亮点在于：（1）利用铁催化剂通过分子内硅氢化反应构建二氢苯并硅杂环与碳硅双手性苯并硅杂环。（2）通过程序化硅氢化的策略发散性构建苯并硅杂环化合物。（3）通过替换简单易得的炔烃底物，快速构建多样化苯并硅杂环化合物。
图1. 多样化合成苯并硅杂环化合物
“碳硅替代策略”是开发新型材料、药物与农药的创新型策略，近几十年来受到了广泛的关注。四氢萘等苯并五环与六环结构广泛存在于药物与天然产物中，通过“碳硅替代策略”合成苯并硅杂环类的四氢萘硅类似物可能促进生物活性分子的开发。因此建立苯并硅杂环的合成方法学具有较高的研究与应用价值。尽管苯并硅杂环的合成方法丰富多样，但是构建含可进一步衍生化的SiH2结构的苯并硅杂环以及在温和条件下发散性、系统性地构建五元、六元与七元苯并硅杂环仍然存在挑战性：（1）氢化、分子间硅氢化反应和Si–H键的过度氢官能化等副反应会严重影响含有两个Si–H键的苯并硅烷基环的制备。（2）与C–C键相比，C–Si键的键长更长，过渡态更不稳定，这给区分两个对映异构体带来了更多困难。（3）反应需按照一定顺序进行，反应体系中存在多个活性Si–H键和不饱和C–C键，这使得反应面临着兼容性和选择性控制的挑战。
低价态铁系金属催化剂是一类绿色、高效、高选择性的催化剂，具有储量丰富、价格低廉、生物兼容性好等优点。目前使用铁催化剂对苯并硅杂环的探索尚未报道。与以双电子氧化加成模式进行反应的贵金属相比，铁往往以单电子形式进行转移。因为铁配合物的自旋态可能因配合物的不同而改变，即配体的性质对自旋态有较大影响，所以简单的用铁替代其他金属进行硅氢化反应并不能实现相似的活性与选择性。陆展课题组一直致力于低价态铁系金属催化的烯烃（Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 63, e202421500；2022, 61, e202205619; 2015, 54, 4661；J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 21089；2022, 144, 17359; 2021, 143, 12433; 2018, 140, 5014; 2017, 139, 9439; Nat. Commun 2020, 11, 783; 2018, 9, 3939）、炔烃（Nat. Commun 2024, 15, 8057；2022, 13, 4518；2022, 13, 650; Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202215029；2021, 60, 22454; 2017, 56, 615; 2016, 55, 10835; J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 14455; 2017, 139, 15316–15319; Chem 2019, 5, 881）氢官能团化反应的探索，还实现了涉及自由基过程的一些转化（Nat. Catal., 2025, DOI: 10.1038/s41929-025-01329-2; J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 14065；2023, 145, 24958；Nat. Commun 2024, 15, 8826；2019, 10, 3549）。在此基础上，该课题组通过三齿含氮配体尝试探索分子内硅氢化反应。但由于受到关环时环张力，位阻效应与电子效应等因素的制约，并不能简单的将分子间硅氢化的模式套用到分子内硅氢化的模式中。该课题组尝试使用配体调控，底物设计与程序化硅氢化的研究策略揭示铁催化剂与底物的作用模式，并实现苯并硅杂环构建过程中的活性与选择性调控。
图2. 苯并硅杂环部分底物范围拓展
该课题组利用铁催化剂通过程序化硅氢化反应，以高区域选择性，对映选择性与非对映选择性构建苯并硅杂环化合物（图2）。反应具有较好的官能团容忍性，无论是吸电子取代基还是给电子取代基，反应都可以顺利的进行；无论是芳基还是烷基类型的底物反应都可以很好的容忍；对于复杂分子依帕列净中间体反应也可以很好的进行修饰；对于杂环类型的底物反应也可以顺利地发生；对于非对称的内炔烃，反应也可以以优秀的区域选择性实现程序化串联。通过改变三齿含氮配体的电子效应与位阻效应，可以实现反应的区域与对映选择性调控。通过底物设计，改变含硅烷烯烃上的碳链长度，可以构建不同环系大小的苯并硅杂环化合物。通过替换简单易得的炔烃底物，可以快速地构建多样化苯并硅杂环化合物，为有机硅化合物的合成提供新的思路。
该反应可以进行克级规模放大，并可以进一步衍生化（图3）。利用上海有机所邓亮课题组的钴催化剂[(IPr)Co2(CO)7]可以实现炔烃的马氏硅氢化反应构建苯并硅杂环化合物。六元环苯并硅杂环产物可以在Karstedt催化剂条件下将产物中的Si–H进一步衍生化，实现第三次程序化硅氢化反应。六元环苯并硅杂环与芳基烯烃以及末端炔烃进行分子间硅氢化反应，都可以以优秀的区域选择性和对映选择型构建苯并硅杂环化合物。与α,β不饱和酮的分子间硅氢化反应也能够顺利进行，实现了含碳硅碳三个手性中心的六元苯并硅杂环的构建。
图3. 衍生化反应研究
随即该课题组利用同位素分析法对反应机理进行了探究，推测反应过程中可能产生了活性金属硅物种，通过Fe–Si物种与硅烷之间的σ复分解实现两种硅烷之间的氢氘交换反应。
最后该课题组利用VTNA（variable time normalization analysis）对反应的动力学过程进行探索，尝试确定反应的动力学级数。该课题组拟合了一系列动力学曲线，最终根据拟合曲线判断反应是关于硅烷与炔烃的一级反应，关于催化剂的0.5级反应（图4）。
图4. VTNA分析
小结
陆展课题组利用三齿含氮配体结合低价态铁系金属，通过程序化硅氢化策略，实现高效、高选择性地构建多样化苯并硅杂环化合物；在温和条件下发散性地合成了五元、六元与七元苯并硅杂环化合物。该课题组成功地合成了八种不同类型的苯并硅杂环化合物，其中包括含有碳硅双手性中心的苯并硅杂环化合物与含有可进一步衍生化的SiH2结构的苯并硅杂环化合物。通过改变配体的位阻效应与电子效应，可以实现反应地区域选择性与对映选择性地调控。该课题组第一次利用VTNA分析法对硅氢化反应的动力学进行探索，确定了反应的动力学级数。
这一重要成果近日发表于国际知名期刊Nature Communications。浙江大学化学系王雪博士、赵家金博士为文章共同第一作者。上海有机所邓亮研究员与王东阳博士参与了衍生化部分的研究。浙江大学陆展教授为文章通讯作者。感谢课题组其他成员对课题开展提供的帮助。感谢上海有机所邓亮研究员与王东阳博士在实验中给予的帮助；分析测试平台的刘继勇老师在X射线晶体分析测试中提供的帮助；吴露玲，刘雅琴在NMR测试中提供的帮助；何巧红，施蒂儿老师在ESI和ICP-MS测试中提供的帮助。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、浙江省自然科学基金、新疆有机硅功能分子与材料重点实验室等项目的大力支持。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Iron-catalyzed sequential hydrosilylation
Xue Wang, Jiajin Zhao, Dongyang Wang, Liang Deng & Zhan Lu
Nat. Commun., 2025, 16, 4338. DOI: 10.1038/s41467-025-59364-3
导师介绍
陆展，浙江大学教授，有机与药物化学研究所所长。于2008年在浙江大学化学系获得博士学位，随后赴美国威斯康辛大学麦迪逊分校进行博士后研究。2012年底以特聘研究员加入浙江大学化学系，开展独立科研工作，2018年获评教授。陆展教授主要致力于基于配体设计的低价态铁系金属催化剂的氢官能团化反应研究和可见光催化反应研究。陆展教授在Nat. Catal, Chem, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Nat. Commun等国际著名学术期刊上发表论文120余篇，被他引7000余次，撰写英文章节6章，获授权中国发明专利20余项，部分配体已被多家公司商品化，先后获国家高层次人才青年项目、国家基金委优青项目(结题优秀)等资助。曾任或现任中国化学、有机化学、大学化学等编委，兼任中国感光学会、中国化学会、中国化工学会等理事或专业委员会委员。
https://person.zju.edu.cn/lu
