Chem. Eur. J. :手性硅醇的合成方法与策略

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南方科技大学何川课题组总结了手性硅醇的合成方法与策略,主要包括:外消旋体的拆分,手性一氢硅烷的氧化转化,手性硅醚、硅酯的立体专一转化,以及直接的不对称催化合成。该综述对推动手性硅醇在材料、催化、生物医药等领域的应用具有重要意义。



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硅醇作为碳醇的类似物,是聚硅氧烷的重要合成单体,同时硅醇也被广泛用作有机催化剂、导向基团、硅替药物等应用于合成化学和药物化学。尽管硅醇的合成和应用已被大家熟知,但有关硅中心手性硅醇的合成研究却很少。与手性碳醇相比,由于硅酮的不稳定性,使得手性硅醇无法通过前手性硅酮的不对称加成反应来获得。


早期手性硅醇的合成主要依赖外消旋体的拆分,包括动力学拆分和光学拆分。1993年,Yamamoto课题组报道了通过Sharpless不对称环氧化反应实现的烯基硅醇的动力学拆分。1999年, Mori课题组合成了含有三氟甲基取代基的消旋硅醇,并通过手性色谱柱拆分得到了光学纯的手性硅醇。


随着手性硅化学的发展,越来越多的手性有机硅化合物被合成出来。其中,通过对手性纯的一氢硅烷、硅醚或硅酯的立体选择或立体专一转化,逐渐成为了合成手性硅醇的有效途径。对手性纯一氢硅烷的氧化转化即可以得到相应的手性硅醇,当使用可溶性氧化剂如过氧酸、氧杂吖丙啶来进行氧化时,主要得到构型保持的手性硅醇;而采用不可溶的氧化剂如Pd/C等则主要得到构型翻转的产物。随后,Tomooka等人,及赵东兵课题组报道了对手性硅醚的立体专一转化得到手性硅醇;顾振华课题组报道了通过硅杂芴的开环/酰基化反应合成轴手性/硅手性的硅酯化合物,并原位水解得到手性硅醇。


尽管通过上述策略可以得到手性硅醇,但往往需要化学计量的手性试剂及多步转化。因此,发展高效的不对称催化方法尤为关键。然而,手性硅醇的直接催化不对称合成充满了挑战性:(1)硅醇在酸、碱、高温环境下易发生分子间缩合反应,从而形成硅氧烷甚至聚合物,这要求催化反应条件必须非常温和;(2)从二氢硅烷出发通过氧化去对称化构建手性硅醇,必须克服普遍存在的生成硅二醇的过反应;(3)如何精确控制手性硅醇的硅中心立体选择性。2022年,何川课题组通过铑催化对二氢硅烷的不对称水氧化反应,首次实现了结构多样化的手性硅醇及双硅醇的高效不对称催化构建。该反应条件温和、官能团兼容性好,以H2O为氧化剂,H2为唯一的副产物,具有优异的化学和立体选择性,为硅中心手性硅醇的快速构建提供了新的思路。随后,刘心元课题组报道了一价铜催化的二氢硅烷与水的对映选择性羟基化反应,也合成了一系列含有硅立体中心的硅醇。该反应需要引入烷基溴作为SET氧化剂,确保催化活性的CuII配合物的连续生成。进一步,何川课题组报道了对硅二醇进行去对称化,实现铜催化的硅氧脱氢偶联,从而构建了一系列同时含有Si-H和Si-OH基团的手性硅醇。


因此,这些工作为功能化手性硅醇的合成开辟了新思路,对推动手性硅醇在材料、催化、生物医药等领域的应用具有重要意义。当然,目前手性硅醇的合成仍存在很多挑战,例如:通过硅二氢和硅二醇的去对称化来合成手性硅醇的底物还比较受限,一般需要一个大位阻的基团;其次,发展更多的3d过渡金属催化来合成手性硅醇还有很大的研究潜力。

文信息

Chiral Silanols: Strategies and Tactics for Their Synthesis

Jihui Gao, Prof. Dr. Chuan He

文章第一作者为高吉慧


Chemistry – A European Journal 

DOI: 10.1002/chem.202203475




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