研究背景
有机硅化合物是合成化学中的重要分子，因其在功能材料、农药和药物等领域的广泛应用而成为了研究热点。然而，简单硅烷的位选择性C–H键官能化面临多重挑战，因为同一分子中存在多个C–H键，且传统的C–H键功能化方法如过渡金属催化的活化过程和烯烃插入反应限制了可引入的烷基团类型。为了解决这一问题，研究者们探索了基于自由基的C–H官能化反应，特别是β-C(sp3)–H键的选择性活化。近年来尽管有研究者报告了一种硅烷α-C(sp3)–H硼化的制备方法，但在使用SiEt4作为底物时，反应产物混合，未能有效区分α和β-C(sp3)–H键。对此，武汉大学高等研究院沈晓团队在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。研究者们提出通过β-硅效应实现选择性生成β-硅基碳自由基，从而克服了传统方法的局限性。新方法的实现使得多种β-C(sp3)–H键的氨基烷基化、烷基化和芳基化反应得以成功开展，并能在复杂分子合成中发挥作用。这一研究成果不仅拓展了有机硅化合物的合成方法，也为其在更广泛的应用领域奠定了基础。
研究亮点
（1）实验首次实现了有机硅化合物的β-C(sp3)–H选择性官能化，采用了一种广泛适用的光催化方法，通过β-硅效应使硅基团选择性激活β-C(sp3)–H键，从而显著降低其键解离能。 （2）实验通过光催化自由基反应实现了多种β-C(sp3)–H键的氨基烷基化、烷基化和芳基化反应。这些反应可有效合成复杂的有机硅化合物，为后续的合成应用提供了新的策略。（3）该方法在合成过程中显示出较高的位选择性，避免了传统方法中常见的多种C–H键的竞争反应。该研究不仅为有机硅化合物的合成提供了新的思路，也为更复杂分子的合成奠定了基础，展示了硅在化学合成中的重要性和应用潜力。
图文解读
图1：硅烷选择性β-C(sp3)–H官能化的背景和作者的策略。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。
总结展望
本文开发了一种广泛适用的有机硅化合物β-C(sp3)–H自由基官能化方法。这一反应的成功主要归功于硅对β-C(sp3)–H键反应性的显著增强。实现了多种β-C(sp3)–H氨基烷基化、烷基化和芳基化反应，具有广泛的底物范围和功能团耐受性。这些反应不仅适用于线性硅烷衍生物的合成，也适用于复杂环状硅烷的合成，这些环状硅烷在其他方法中难以制备。复杂分子的后期官能化及各种后续转化展示了该方法的合成潜力。β-硅效应促进有机硅化合物自由基官能化的发现，可能为通过结合适当的光催化剂和偶联伙伴开发新型转化提供新的路径。 He, X., Zhang, Y., Liu, S. et al. Photocatalytic site-selective radical C(sp3)–H aminoalkylation, alkylation and arylation of silanes. Nat. Synth (2024).https://doi.org/10.1038/s44160-024-00664-9
