他，博毕4年任武大教授/博导，发首篇Nature Synthesis！

顶刊收割机 · 公众号 · · 2024-10-14 08:18

正文

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研究背景

有机硅化合物是合成化学中非常重要的分子，因其在功能材料、农药和药物等领域的广泛应用而成为研究热点。然而，简单硅烷的位选择性C–H键官能化面临着许多挑战，主要是因为同一分子中存在多个C–H键，导致选择性反应的困难。传统的氢硅烷Si–H键官能化方法虽然应用广泛，但其可得性受到限制，限制了新型有机硅化合物的合成。因此，开发新的策略以实现对简单硅烷的碳-氢（C–H）键官能化显得尤为重要。

成果简介

为此， 武汉大学沈晓团队 等人在Nature Synthesis期刊上发表了题为“Photocatalytic site-selective radical C(sp3)–H aminoalkylation, alkylation and arylation of silanes”的最新论文。研究者们开始关注通过自由基反应实现的β-C(sp3)–H键官能化，特别是利用β-硅效应来选择性激活β-C(sp3)–H键。

研究表明，β-C(sp3)–H键的键解离能（BDE）低于α-C(sp3)–H键和γ-C(sp3)–H键，这为其官能化提供了机会。最近，研究者们开发了广泛适用的光催化位选择性自由基官能化的方法，并实现了β-C(sp3)–H键的氨基烷基化、烷基化和芳基化反应。 这些成果不仅为复杂分子的合成提供了新的思路，也拓展了有机硅化合物的合成途径，为进一步研究和应用奠定了基础。

研究亮点

1. 实验首次实现了有机硅化合物的β-C(sp3)–H官能化，得到了一系列多样化的氨基烷基化、烷基化和芳基化产物。这一研究开创了以光催化为基础的位选择性自由基反应方法，利用β-硅效应，选择性地激活β-C(sp3)–H键，从而在有机硅化合物的合成中展示出重要价值。

2. 实验通过优化氢原子转移催化剂，实现了对β-C(sp3)–H键的选择性活化，获得了较低的键解离能。这一策略有效解决了传统C–H官能化中存在的位选择性问题，使得反应可以顺利进行，进而在复杂分子的合成中展示了较高的反应选择性和效率。研究结果表明，β-C(sp3)–H键的活化明显优于α-C(sp3)–H和γ-C(sp3)–H键，进而推动了有机硅化学的发展。

图文解读

图1：硅烷选择性β-C(sp3)–H官能化的背景和我们的策略。

图2：硅烷与亚胺和电子缺乏烯烃的β-C(sp3)–H烷基化。

图3：硅烷的β-C(sp3)–H烷基化和芳基化。

图4：后期官能化、分子间竞争实验、下游转化及硅对高位点选择性的作用。

图5：提出的机制。

结论展望

本文通过揭示β-硅效应在β-C(sp3)–H官能化反应中的关键作用，指出了硅原子在促进C–H键活化过程中的潜力。这一发现不仅拓展了有机硅化学的研究领域，也为其他类型的C–H官能化反应提供了借鉴。其次，采用多种表征手段深入分析反应机制，强调了跨学科方法在复杂化学反应研究中的重要性。这表明，通过综合利用不同的表征技术，可以更全面地理解反应过程，挖掘潜在的催化机理。

最后，本文展示了反应的广泛底物适应性与功能团耐受性，指明了在合成复杂分子和新材料方面的应用前景。这为未来的有机合成与材料科学研究奠定了基础，鼓励科研人员探索新的反应策略和催化剂设计，从而推动化学合成的创新与发展。

他，博毕4年任武大教授/博导，发首篇Nature Synthesis！

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