中国青年学者一作！有机硅化学，再登Nature！

图 1. 硅原子的取代反应

【实验内容】

室温（r.t.；图 2a）下，在 C₆D₆ 中，当 1,2-二卤乙烷衍生物 2a-c 存在时，作者通过使相当惰性的 Et₄Si（1a）与 1.0 摩尔%的 [Me₃Si(HCB₁₁H₅Br₆)]发生反应，开始了这项研究。在 1,2-二氯乙烷 (2a) 的作用下，生成了 Et₃SiCl (3aa)，副产物为 1,2-二苯基乙烷 (4-d10) 和乙烷 (5-d1)，收率极高。将 2a 替换为其类似物二溴乙烷 (2b) 和二碘乙烷 (2c)，同样可以得到高产率的 Et₃SiBr (3ab) 和 Et₃SiI (3ac)。Si-F 键的顺利形成表明，烷基氟化物中氟的质子亲和力介于 Et₃PhSi 中苯基的质子亲和力和 C(sp³)-Si 键的质子亲和力之间。一系列对照实验的结果促使作者研究了带有不同烷基的季硅烷的氯代烷基化的化学选择性（图 2b）。结果表面，C(sp³)-Si原分解反应的反应性顺序为1°>2°和3°，甲基和乙基>正丙基和正丁基。作者选择了以iPr₂Me₂Si（1f）为原料按克级制备的EtiPr₂MeSi（1j）来进一步衡量Me-Si键和Et-Si键之间的反应活性差异（图2b，底部）。

图 2. 四烷基硅烷的化学选择性卤脱烷基化

【拓展】

上述实验为导言中概述的自上而下方法的实施铺平了道路（图1a，下图）。从Me₄Si（1k）开始，作者在克级规模上对其进行了氯代甲基化，并减少了十倍的引发剂，以获得更高的效率（图3a）。同样，Et₄Si(1a)中的三个乙基被不同的R基团选择性取代（图3b）。化学选择性氯脱甲基化也应用于杂原子取代硅烷的合成（图3c）。此外，选择性去除甲基的方法也适用于硅原子上带有ω-芳基取代的1°烷基的全烷基化硅烷1r、1t和1u（图3d）。对1r进行氯代甲基化，然后再进行正丁基化，可得到收率为72%的硅烷1s（图3d，顶部）。主链中含有官能化芳基的硅烷1t和1u分别转化为氯硅烷3ta和3ua（图3d，底部）。上述已证实的氯代甲基化 1q → 3qa 同时也是含硅δ选择性过氧化物酶体增殖激活受体（PPAR）激动剂 1v 的正式合成过程（图 3e）。与已报道的以二氯二甲基硅烷为起始原料的传统制备方法相比，这种应用效果更好。

图 3. 化学选择性氯代脱烷基化，然后用碳和杂原子亲核试剂进行衍生化

【机理研究】

作者提出了以下烷基取代硅烷的硅鎓离子催化卤代烷基化反应机理（图 4）。该反应是由类似于硅鎓离子的[Me₃Si(HCB₁₁H₅Br₆)]与烷基卤化物 2 的 C（sp³）-X 键配位，生成卤离子 11′⁺。苯分子 12（用作溶剂）在硅离子活化的烷基卤化物的碳原子上进行亲核攻击，释放出 Me₃SiCl 并产生实际的催化剂，即 Wheland 配合物 13⁺。作为强布朗斯台德酸性芳烃离子，中间体 13⁺ 使四烷基硅烷 1 中的伯 C(sp³)-Si 键质子化，同时芳构化并完成 Friedel-Crafts 烷基化（生成烷基芳烃 4）。C(sp³)-Si 键的质子杂解生成抗衡阴离子稳定的硅离子 14⁺，同时释放出气态烷烃 5。选择性有利于最小的烷基，这是由于碳原子上的质子受到的立体阻碍最小。以下步骤与启动非常相似（见上文）。

图 4. 芳鎓离子促进的完全烷基化硅烷卤代脱烷基化的建议引发和催化循环

【总结】

本文描述了一种有效的卤代烷基化方案，用于完全烷基化硅烷和乙硅烷的官能化。整个反应由两个步骤组成：原脱烷基化和卤化。在第一步中，可以选择性地处理较小的1°烷基而不是较大的或2°和3°烷基残基。烷基卤化物在第二步中用作卤化物源，然后通过催化生成的芳烃离子维持催化循环，而芳烃离子又来自烷基亲电子试剂和苯溶剂的牺牲性弗里德尔-克来福特烷基化反应。这一策略再次展示了"质子转化为硅鎓离子"转化的威力。当卤代脱烷基化之后是卤代硅烷中间体的亲核取代时，该方法可以重复应用于硅烷基材。通过这种方式，惰性且价值较低的硅烷可以转化为具有所需取代模式的杂配硅烷。这种新方法也可作为 Tamao-Fleming 氧化法的入门方法。