圖1. 有機硅醇化合物的傳統(tǒng)制備反應(yīng)

1）開發(fā)了以硅環(huán)丁烷作為制備有機硅醇的反應(yīng)原料。

2）使用了廉價的金屬銅催化原料開環(huán)水解得到產(chǎn)物。

3）一步將S-S鍵也引入到有機硅醇化合物當中，反應(yīng)條件溫和，不需要額外的添加劑，成功構(gòu)建了一系列功能性的有機硅醇化合物。

作者在經(jīng)過前期大量的條件篩選工作之后，發(fā)現(xiàn)當以1,1-二苯基硅烷，叔丁基二硫代磺酸酯為模板底物，當CuCl為銅催化劑，DMA 作為反應(yīng)溶劑，在40 °C下反應(yīng)12 h能夠得到最優(yōu)的產(chǎn)率。隨后作者首先對二硫代磺酸酯的底物適用范圍進行了探索。當二硫代磺酸酯的S-S鍵與烷基相連時，各種烷基取代的底物都可以順利進行反應(yīng)，并且都獲得了較高收率(76-78%)的目標產(chǎn)物 3a-3c 。當S-S鍵連苯基取代基作為底物時，反應(yīng)也可以進行，并且得到了84%的目標產(chǎn)物 3d 。隨后作者還考察了苯環(huán)上帶有各種取代基的底物的反應(yīng)效果。發(fā)現(xiàn)當苯環(huán)上為對甲基，對氯取代時，反應(yīng)底物同樣也可以參與反應(yīng)，分別獲得了80%、77%的目標產(chǎn)物 3e ,  3f 。另外該反應(yīng)策略對于苯環(huán)上為對氨基取代的底物也可以順利反應(yīng)，得到了40%的產(chǎn)物（圖2）。

隨后，作者對不同取代的SCB底物也進行了考察（圖3）。發(fā)現(xiàn)該策略能夠很好適用于對稱二芳基化的 SCBs 底物。供電子取代和吸電子取代的底物都具有良好的耐受性。作者發(fā)現(xiàn)芳基不只限于苯基，對于2-萘基的反應(yīng)底物 1h 也可以順利反應(yīng)，并且獲得了55%的目標產(chǎn)物 4h 。此外，對于帶有芳基和甲基的不對稱SCBs底物，芳基對位與間位為不同取代基的所有底物都反應(yīng)良好，并且得到了良好收率(69-79%)的目標產(chǎn)物 4j-4m 。但發(fā)現(xiàn)五元環(huán)硅 IV1n 和六元環(huán)硅 IV1o 類的底物都不適用于該反應(yīng)，可能是環(huán)比較穩(wěn)定，不易發(fā)生開環(huán)反應(yīng)。

為了闡明該反應(yīng)的機理，作者進行了控制實驗（圖 4）。首先，作者在標準條件下向反應(yīng)體系中加入TEMPO（2 equiv），得到了液相收率為74%目標產(chǎn)物 3a （圖 4, a），表明該反應(yīng)可能沒有經(jīng)歷自由基的過程。隨后作者想研究產(chǎn)物中羥基氧的來源。作者發(fā)現(xiàn)，在氮氣氛圍下，目標產(chǎn)物 3a 的產(chǎn)率為76%，但在氧氣和空氣下反應(yīng)時，都沒有檢測到目標產(chǎn)物 3a （圖 4, b）。隨后，向反應(yīng)體系中加入重氧水（10 equiv），只檢測到一小部分 O ¹⁸ 標記的產(chǎn)物 3a’ （圖 4, c）。由以上結(jié)果推測，羥基中的氧并不是來自于氧氣和水。參考了相關(guān)文獻，作者推測氧可能來自于 2a 中的砜基。隨后作者想探究產(chǎn)物中羥基氫的來源，他們將溶劑換成DMSO- d ₆ 時，得到了49%的氘代產(chǎn)物 3a’’ ，表明氫可能是來自于反應(yīng)溶劑（圖 4, d）。最后，他們想檢測反應(yīng)的中間體，遺憾的是，并沒有檢測到（圖 4, f）。

基于上述實驗結(jié)果和相關(guān)文獻，他們提出了可能的反應(yīng)機理（圖 5）。首先，Cu(I)物種 A 和叔丁基二硫代磺酸酯 2a 的氧化加成得到Cu(III)中間體 B 。 B 的異構(gòu)化提供Cu(III)中間體 C 。隨后，  C 和 1a 的反應(yīng)，可能通過σ鍵復(fù)分解或分子內(nèi)金屬化，提供中間體 D 。這一步可能是該反應(yīng)的關(guān)鍵點：它涉及到硅環(huán)丁烷的環(huán)應(yīng)變的釋放和Cu(III)中間體 C 的氧原子與硅原子的配位過程。然后，對中間體 D 進行還原消除，得到 E 物種并釋放催化劑 A 。最后，將中間體 E 進一步水解，得到目標產(chǎn)物 3a 。

作者開發(fā)了一種銅催化硅環(huán)丁烷（SCBs）與二硫代磺酸酯合成含有S-S鍵的有機硅烷醇的方法。該反應(yīng)具有反應(yīng)條件溫和，操作簡單，底物普適性高等優(yōu)點。這項工作不僅提供了銅催化SCBs斷裂Si-C鍵的新方法，同時也為硅和硫的交叉化學(xué)及合成應(yīng)用做出一定的補充。希望未來這個方案能在生物分子、藥物和材料的改性中得到廣泛應(yīng)用。

汪順義 ，教授，有機化學(xué)專業(yè)博士生導(dǎo)師。2002年本科畢業(yè)于蘇州大學(xué)，2002-2007年于蘇州大學(xué)獲得博士學(xué)位，師從紀順俊教授；2007年8月-2011年2月，在新加坡南洋理工大學(xué)從事博士后研究（Research Fellow），師從新加坡科學(xué)院院士、馬來西亞科學(xué)院院士Teck-Peng Loh（羅德平）教授；2011年2月-2011年12月，在德國慕尼黑大學(xué)從事博士后研究（Research Fellow），師從德國、法國、巴伐利亞科學(xué)院院士Paul Knochel教授。2012年1月回國加入紀順俊教授課題組并擔任副教授，2015年晉升為教授，2018年任博士生導(dǎo)師。2012年以來， Nature Commun., Chem. Sci.， ACS Catal., Green Chem., Org. Lett., Chem. Commun. 等期刊發(fā)表論文100余篇。主要開展基于C-S/C-Se鍵構(gòu)建新反應(yīng)、異腈化學(xué)、自由基反應(yīng)等方面的研究工作。