不饱和化合物的硼化是合成有机硼化合物最有效的途径之一，尤其是烯烃和炔烃的硼化。宋秋玲课题组一直致力于碳碳不饱和键硼化策略的研究，并提出了一种全新的硼化模式：碱促进的串联硼化-脱硼质子化策略（Domino-Borylation Protodeboronation），该策略可以从炔烃出发，在没有过渡金属存在下实现多种炔烃的精准硼化，通过去除两个不饱和度，构建一系列烷基硼化合物（Green Chem., 2016, 18, 932; Green Chem., 2017, 19, 3997; Org. Chem. Front., 2018. 5, 2249; Org. Lett., 2018. 20, 5153; Sci. Bull., 2019. 64, 1685; Sci. China Chem., 2019. 62, 62; Chem. Comm., 2020, 56, 6469 (feature article) ）。在此基础上，宋秋玲教授课题组利用金属铜与联硼，通过调控含磷配体与碱的强度，成功实现了β-CF3-1,3-烯炔的高化学、高区域以及高立体选择性的硼化反应，构建1,3-Z, 1,3-E 和1,4-Z三种二硼化合物（Chem, 2020, 6, 330）。值得注意的是对于炔烃而言，往往较容易发生一次硼化，得到对应的烯基硼化合物，而DBP策略可以从方便易得的原料出发连续硼化，直接将 C-C 三键饱和，得到烷基硼化合物。比较遗憾的是由于缺乏手性“抓手”，该策略难以实现手性烷基硼化合物的构筑。为了解决这个难题，近期宋秋玲课题组通过廉价易得的金属Co和手性配体，实现了对炔烃的串联硅氢化/硼氢化，开发了一种合成手性的 1,1-（硅硼基）烷烃的通用且有效的策略。该方法从端炔出发，在廉价金属Co催化剂以及硼化和硅烷化试剂的条件下进行硅硼化，直接合成手性1,1-（硅硼基）烷烃，不同分子多样性的脂肪族和芳香族炔烃均可兼容。该反应具有催化体系简单、底物范围宽泛、一个催化体系完成两种氢官能团化反应、产物非常有用等特点。
众所周知，手性1,1-（硅硼基）烷烃类化合物由于在同一个碳上含有两种金属物种（B和Si），使得它们在不对称合成、功能材料和生物活性分子的开发中具有很大的用途，因此有关这类化合物的高效制备也引起化学家们关注和兴趣。但是之前一直缺乏高效、直接的合成策略。Hoveyda 课题组在2013年开创性地报告一种铜催化的乙烯基硅烷的对映选择性硼氢化反应，合成了手性1,1-甲硅烷基硼酸酯（图1A，左）。Morken课题组随后报道了一种铂催化的不对称氢化反应，以良好的收率和中等的选择性实现对烯基硼酸酯的甲硅烷基化（图1A，右图）。但是这两个方法存在明显的不足，需要由炔烃制备出来的乙烯基硅烷或烯基硼酸酯作为原料，并且底物范围比较有限：前一种方案适用于芳基取代的烯烃，后者仅在脂肪族取代的烯烃上得到证明（图1A）。
图1. 从烯烃或炔烃出发合成手性 1,1-甲硅烷基硼酸酯的方法
既然以上两种反应的原料都是要从炔烃得到，而炔烃是常见的原料，可以方便地从高效合成方法或商业来源获得，因此作者决定从炔烃出发来合成手性的 1,1-甲硅烷基硼烷烃。作者预计在实现炔烃的这种三组分双官能化方面面临以下挑战（图1B）：1）潜在的均双官能化可能导致非手性1,1-双官能化产物；2）停留在第一个加氢官能团化反应，得到烯基硼或硅的产物；3）1,2-官能化产物占主导地位。在该研究中，宋秋玲教授课题组利用廉价易得的金属Co(acac)3和直接可以购买的配体出发，通过对炔烃连续地选择性的硅氢化/硼氢化反应，高效地合成了手性1,1-（硅硼基）烷烃（图1C）。该策略具有广泛的底物范围，具有不同分子多样性的脂肪族和芳香族炔烃都是很好的底物，复杂骨架分子也可以在该反应中得到兼容。
作者通过一系列条件优化，确定了合成外消旋1,1-（硅硼基）烷烃的最优条件。随后，考察了最优条件对上述系列底物的兼容性。所检测的各种未活化的脂肪族和芳香族炔烃都获得了令人满意的优异反应结果。值得注意的是，脂肪族炔烃反应的低收率可以通过将反应温度提高到 50 ℃来解决。
随后作者通过一系列条件优化，确定了合成手性1,1-（硅硼基）烷烃的最优条件并考察了最优条件对上述系列底物的兼容性。令人欣慰的是，脂肪族和芳香族炔烃的反应都可以在室温下进行，这表明配体除了为立体控制创造合适的手性环境外，还可以在降低反应势垒方面发挥关键作用。
脂肪族炔烃底物的反应对映选择性对结构变化相对不敏感，但芳基炔烃并非如此。一般来说，当芳炔带有富电子取代基时，表现出良好的立体控制。在将 3b 的 SiHPh2 部分转化为 SiMePh2时，主要对映异构体的绝对构型可以通过与文献中报道过的化合物的数据进行比较来确定为 R。其他产品的绝对立体化学通过类推确定。
为了阐明该反应所表现出的显着对映选择性和区域选择性的起源，作者做了一系列的控制实验。当炔1a 在没有 HBpin 的情况下暴露于 Ph2SiH2 时，在其他标准反应条件下，GC-MS 仅检测到烯基-Si 4，而未检测到 1,1-二甲硅烷基烷烃 5 和烷基硅烷 6（图4，方程式 1）。然而，当仅添加 HBpin 时，通过 GC-MS 检测到烯基-Bpin 7 和烷基 Bpin 8 作为主要产物（图4，方程 2）。在反应开始时同时添加 Ph2SiH2、HBpin 和炔烃的另一种情况下，只有烯基-Si 4 被确定为主要产物，而目标产物 3a 仅检测到痕量（图4，方程 3）。这些观察结果使作者能够假设两种可行的反应路线，具体取决于是先发生硼氢化反应还是氢化硅烷化反应。为了确定具体的反应路线，作者利用已知方法合成出两种假定的中间体烯基-Si 11 和烯基 Bpin 7 ，并将它们分别置身于该不对称反应。烯基-Si 11 与 HBpin 顺利反应，以 74% 的产率和 97:3 er 反应得到 3f（图4，方程式 4），但烯基 Bpin 7 与 Ph2SiH2 的反应没有继续得到氢化硅烷化产物 3a（图4，方程 5）。接下来，作者监测了收率随时间的变化，作者发现3a的收率在反应过程中随着时间的推移逐渐增加；另一方面，烯基硅烷 4 的产率在前 10 小时增加，之后逐渐降低（图4，方程 6）。这些实验结果支持硅氢化在该催化过程中优先于硼氢化。
为了证明这种产物在不对称合成中的应用，作者对手性产物进行了立体选择性转化（图5）。首先，该反应可以很容易地放大到 5.0 mmol 规模，并不会显著降低产率或对映选择性（3a 和 3x）。手性 1,1-（硅硼基）烷烃 3a 的选择性部分氧化可以形成硅烷醇 12 或甲硅烷基硼烷烃 13，而完全氧化 3a也可以生成醛 14。Morken 和同事报道了铂催化的烯基硼酸酯的不对称氢化硅烷化以82% 产率和 19:81 er得到1,1-（硅硼基）烷烃。这里报道的新路线可以一步从相应的炔烃中得到 1,1-（硅硼基）烷烃。通过与 Morken 工作中的主要产品进行比较，主要对映异构体的绝对构型在 3b 甲基化后最终确定为 R 以提供产品 15b（图5b）。在乙烯基溴化镁、I2 和 NaOMe 的存在下，发生了连续反应， 产生了乙烯基化产物 16。有趣的是，在甲基化之后，产物 17 也可以氧化成手性 α-羟基硅烷 18，这是立体控制 C-C 的验证底物键的形成。作者还实现了对bruguierol A 的关键中间体的对映选择性合成（图5c）。市售芳基炔烃 1x 在该反应条件下可以以5 mmol的规模形成 1,1-（硅硼基）烷烃 3x，总产率为 57%，er 为 99:1。与 3a 乙烯基化形成 16相比，3x 乙烯基化得到的烯丙基硅烷 16x 的产率为 50%，没有对映纯度的降低。此后，合成序列包括末端烯烃的位点选择性 Rh 催化加氢甲酰化、C-Si 键氧化、催化氧化环化、然后是甲基加成/路易斯酸催化环化，根据以前的文献报道，可以合成天然产物bruguierol A。
根据控制实验和之前的文献报道，作者提出了以下可能的机理。氢化硅烷化的第一个催化循环起始于由 NnBu3介导的 Co(acac)3、配体和 Ph2SiH2形成Co-H 物种。Co-H 物种插入炔烃 1 生成乙烯基钴物种 I。与Ph2SiH2 的 σ 键复分解释放乙烯基硅烷 II 并再生Co-H 物种以完成第一次循环以及促成第二个催化循环的开始。乙烯基硅烷 II 将与 Co-H 物种反应以提供烷基钴物质 III，用于与 HBpin 的 σ 键复分解。产物 3 的释放和 Co-H 物种的再生完成了氢化反应的催化循环。
综上所诉，本研究报道了炔烃的钴催化不对称 1,1-（硅硼基）烷烃，该反应能够利用廉价的钴催化剂和市售的手性配体，从容易获得的末端炔烃、硅烷基化试剂和硼试剂出发，高效、方便地获得对映体富集的 1,1-（硅硼基）烷烃。除了出色的区域选择性和对映选择性外，本方法还表现出值得称道的化学选择性，例如衍生自天然产物和药物化合物的炔烃的官能化。手性 1,1-（硅硼基）烷烃可以进行下游化学转化，以产生对映体富集的甲硅烷基或硼烷烃骨架。作者相信这项研究将激发旨在衍生手性甲硅烷基烷烃或硼烷烃的合成工作，并为设计新型炔烃的不对称双官能化反应提供更多思路。
该研究成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上，该论文的通讯作者为华侨大学宋秋玲教授，第一作者为华侨大学博士生金胜男，硕士研究生刘康和王帅做了重要贡献。
Enantioselective cobalt-catalyzed cascade hydrosilylation and hydroboration of alkynes to access enantioenriched 1,1-silylboryl alkanes
Shengnan Jin, Kang Liu, Shuai Wang and Qiuling Song*
J. Am. Chem. Soc., 2021, DOI: 10.1021/jacs.1c04248
值得注意的是，在本文出版过程中，新加坡国立大学的葛少中（Shaozhong Ge）教授在Angew. Chem. Int. Ed. (2021, DOI: 10.1002/anie.202107405) 上发表了类似的工作，与宋秋玲教授课题组的工作相比，Prof. Ge的反应条件对芳香炔烃表现出更好的兼容性（点击阅读详细）。感兴趣的老师和同学们可以把这两篇文章对照阅读。
https://www.x-mol.com/groups/song_qiuling/people/2334
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