有机硅化合物在工业和学术界都得到了广泛的应用。对不同有机硅烷合成的研究具有很高的吸引力。通过空间金属/氢转移允许在远程站点上实现C-H键的功能化，否则很难实现。然而，到目前为止，芳基对烷基1,5-钯的迁移过程似乎还没有被提出。本文报道了烷基硅的远距离烯烃化、芳基化和硼基化，以获得不同的乙烯基、苄基和硼烷，构成了一个独特的C(sp3)-H变换，此过程基于1,5钯迁移。过渡金属催化的C-H功能化已成为从相对简单的基序合成复杂分子的有力途径。为了选择性地激活惰性C-H键，经常应用螯合或预氧化（如卤化物）官能团作为导向基团在衬底上的战略应用。后一种方法，通常涉及贯穿空间的金属/氢移，允许在远程站点上实现C-H键的功能化，否则很难实现。这些重排过程被证明是非常常见的各种金属，如Pd，Rh，Ir，Co等。其中，1，4-钯迁移在许多催化反应中得到了广泛的应用。与此形成鲜明对比的是，到目前为止，只有两种催化反应涉及1,5钯/氢的位移。文献中的这一差距可能是由于钯与C-H键之间的距离较大，以及竞争的还原消除。Suffert和同事在Stille耦合中发现了第一次催化1,5钯迁移（图1a）。在2017年，Nozaki描述了一种钯催化的分子内C(sp2)-H环化，涉及1,5钯的迁移（图1b）。显然，将这种1，5钯迁移过程扩展到特定C(sp3)-H键的远程功能化不仅是机械上有趣的，而且还将大大增加该过程的效用。然而，到目前为止，芳基对烷基1，5-钯的迁移过程似乎还没有被提出。接下来继续作者的研究兴趣，发展对不同有机硅烷的普遍利用。我们推测，如果芳基对烷基1，5-钯的迁移确实存在，通过设计不同的钯迁移/偶联序列，将为获得功能化有机硅化合物提供一个很好的机会。遵循这一思想，作者报告了甲基在硅上的远程烯烃化、芳基化和硼化，引入了一个适当的掩蔽基团（1，8-取代萘基），它构成了一个独特的C(sp3)-H转变，基于1，5钯迁移过程（图1c）。它提供了一个强大和有效的合成途径，从简单的有机硅烷，合成不同的乙烯基，苄基和硼基硅烷。作者进一步证明，硅原子的α效应是触发这种1,5钯/氢位移的关键，硅原子上的掩蔽基团可以很容易地被去除。
图1
首先，作者进行了（8-溴萘-1-基）三甲基硅烷（1a）和N-亚苄基-4-甲基苯磺酰肼（2a）的反应，试图开发一种有效的方法来获得多种乙烯基硅烷，它们是有机合成中的通用的反应。在对反应参数进行广泛调查后，钯催化的1,5迁移/碳烯偶联反应顺利发生，得到3aa，并确定了优化的反应条件。以 Pd2dba3、2-dicyclohexylphosphino-2’,6’-dimethoxybiphenyl (SPhos) (20 mol%), LiOtBu (3.0 equiv)和甲苯为溶剂，以87%的收率提供所需的3aa。随后进行了控制实验，以了解每个组分的作用 (see Table S1)。配体变为PCy3或PPh3的转变导致产率下降 (Table S1, entries 3 and 4)。将Pd0预催化剂转变为Pd(OAC)2或Pd(PPh3)4，极大地关闭了这一反应。还考察了碱和溶剂的影响(entries 7–10)。作者证明，反应也可以在较低的催化剂浓度下进行，产率降低 (entries 11 and 12)。修饰Pd0源和配体的摩尔比为1：1，结果较差 (entries 13–15)。然后，探讨了这种1，5-迁移/碳烯偶联反应的范围，如图2所示，一系列N-tosylhydrazones可作为底物，有效地提供乙烯基硅烷。对于单取代芳香醛衍生的N-tosylhydrazones，具有不同电子性质的底物，在对位、间位和邻位上都在反应中进行得很好(3 ab-ai)。与芳香环上含有两个取代基的正三酰肼的反应也进行得很好，得到了相应的产物 (3 aj-al)。值得注意的是，从杂环醛中提取的正太基肼也是合适的底物 (3 am-an)。同样，该反应也与不饱和醛衍生的N-羰基肼进行了良好的反应，得到了78%的共轭二烯基硅烷3ao。此外，反应范围扩大到从脂肪醛中提取的N-tosylhydrazones(3 ap-ar)。在这些结果的鼓舞下，作者开始探索与酮衍生的N-tosylhydrazones的反应。幸运的是，从芳香酮和酮酯中提取的N-tosylhydrazones在改性反应条件下反应平稳 (3 as-au)。随后，对含有水飞蓟甲基的硅烷进行了1，5-迁移/碳烯偶联反应。不同正烷基取代甲基硅烷的反应得到了相应的产物，产率较高(3ba-ea)。重要的是，该反应也适用于芳基取代的甲基硅烷，仅发生在3fa。可能是由于甲基周围的空间体，异丙基取代甲基硅烷1g和二乙基取代1h的乙烯基化反应缓慢，提供3ga和3ha，分别在中等产量。此外，环甲基硅烷也是反应性的，使人们能够获得乙烯基硅烷衍生物(3ia-ja)。值得注意的是，硅上的掩蔽基团(1-Np)可以被丙烯酸酯取代，尽管产率略有下降(3ka-ma)。
图2
在成功地通过卡宾偶联反应终止芳基向烷基1，5-钯的迁移过程后，作者继续研究其他类型的捕集试剂，从而导致新的1,5钯迁移/功能化过程。考虑芳基硼酸的可及性和苄基硅烷作为合成中间体的重要性，我们测试了Suzuki–Miyaura作为最后一步。知道高兴的是，作者发现大量的芳基硼酸可以通过以CS2CO3为碱与1a反应，提供苄基硅烷(5aa-ak)的良好产率（图3）。例如，各种各样的对、间或邻位取代芳基硼酸提供了所需的产物(5ab-ag)，产率很好。异芳基硼酸还提供了相应的产物(5ai-aj)，产率较高。此外，无环烯烃硼酸是一个称职的偶联伙伴，使人们能够获得烯丙基硅烷(5ak)。同时，以苯硼酸(4a)为反应物，研究取代甲基硅烷的范围（图3）。正如预期的那样，烷基、芳基和环甲基硅烷与4a顺利反应，以良好产率提供了相应的苄基硅烷(5ba-ma)。
图3
接下来，作者研究了这种芳基对烷基1，5-钯的迁移过程，以Miyaura硼化反应为最后一步，从而扩大了这种不寻常的迁移策略的效用。值得高兴的是，在Suzuki-Miyaura条件下，用bis(pinacolato)diboron (B2pin2)获得了90%的产率。如图4所示，探讨了钯催化1，5-迁移/芳基化反应合成（硼基甲基）硅烷的范围。发现该反应仅受硅原子上取代基的轻微影响。所有测试底物(7a-j)均获得了良好的区域选择性和良好的产率.
图4
由于我们的策略提供了一种有效的途径来获得乙烯基硅烷和苄基硅烷基序，在此，我们进一步了乙烯基硅烷和苄基硅烷的合成有用性，以强调我们的方法的重要性。首先，我们用3aa进行了五次转换（图5a），溴化反应顺利进行，以NBS为溴化试剂，得到8a，收率74%。在DCM中TiCl4存在的情况下，用苯甲酰氯处理3aa，然后用三乙胺的Et2O/H2O溶液淬火反应，去除掩蔽基团(1-Np)，以42%的收率获得硅烷醇8b。这确实提高了我们方法的实用性和综合实用性。作者进一步证明，用有机锂试剂处理3aa硅原子处的1-萘基也可以直接去除，得到乙烯基三烷基硅烷8c。此外，作者课题组还研究了乙烯基硅烷是否可以作为一般有机硅试剂与亲电分子偶联。3aa和碘苯的Hiyama–Denmark交叉偶联进行顺利。此外，3aa与苯甲酸酐交叉偶联，在Rh1催化条件下生成查尔酮8e。最后，我们发现苄基硅烷5aa也可以通过额外的转变转化为结构多样的合成单元（图5b）。同样，在5aa的硅原子上的1-萘基可以很容易地被-F，-OH、-Me基取代，分别通过氟化、水解和甲基化来实现9a-c。
图5
为了探讨反应机理，进行了一系列机械具有独创性的实验（图6）。作者证明了在底物1a上的溴基团转变为氢原子使这一反应停止（图6a）。这意味着反应开始于Pd0氧化加入C-Br键。我们发现，苯硼酸与碳类似物1k（10）在反应条件下与1，5迁移/铃木偶联1k的反应不发生芳基对烷基1,5-钯的迁移过程（图6a）。这一结果表明，位于甲基α位的硅原子的存在对于触发这种芳基向烷基1，5-钯迁移是必不可少的。虽然这一效应的细节尚不清楚，但公认的硅α-阴离子效应对硅原子相邻的C(sp3)-H键的电子稳定和酸度的增加可能在这一迁移过程中起作用。在D2O以20当量存在，1a与苯基硼酸的1,5-迁移/Suzuki偶联中没有5aa的氘掺入。此外，在标准反应条件下，用苯硼酸处理标记化合物[D3]1h时，氘被重新定向转移到1-萘基的8位，以52%的收率得到唯一产物[D3]5ha，100%的氘无素蒸发(图6b)。这些事实强烈暗示：1)H键裂解是一个不可逆的过程；2)反应中的H原子移动最有可能涉及钯的配位球，具有分子内性质(图6c）。两个平行反应的kh/kd=5.4的相当大的值以及分子间竞争的kie=3.3的值表明，C-H键裂解过程可能参与了速率决定步骤。
图6
根据文献和作者的经验，作者提出了一个催化循环，从Pd0氧化加入到1a的C-Br键中，形成PdII中间体a（图7），然后，通过四元过渡态b，在水飞蓟基的C(sp2)-Pd键和C(sp3)-H键之间进行连续的α键元化，实现芳基向烷基1，5-钯的迁移，从而提供关键的C(sp3)-Pd物种c。在N-tosylhydrazones 2存在下，C与卡宾前驱体反应生成PdII-卡宾配合物D，然后迁移插入生成C(sp3)-PdII中间体E，最后β-氢化物消除形成乙烯基硅烷3，再生Pd0催化剂。 在此过程中，亲核剂转变为芳基硼酸或B2pin2，导致转移到C，从而提供PdII物种f或f‘。进一步的还原消除导致产物5或7a，从而关闭催化循环。
图7综上所述，作者通过三种芳基对烷基1，5-钯迁移/偶联序列，建立了硅上甲基的有效远程C(sp3)-H功能化。据我们所知，芳基对烷基1，5-钯的迁移以前还没有报道过。值得注意的是，在相同的反应条件下，将起始材料切换到它们的碳类似物，从而关闭了这种1,5钯/氢移。三种类型的终止，包括卡宾偶联、Suzuki和硼基化偶联，再加上这种1,5钯的迁移，构成了一个强大而有效的合成工具箱，用于制备包括乙烯基、苄基和硼基硅烷在内的多种有机硅化合物。
Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.201914740
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