【人物与科研】南京工业大学毛建友教授研究团队：钯催化2-吡啶甲基硅化物与芳基溴代物的脱质子交叉偶联反应
导语
毛建友教授简介
毛建友，博士、南京工业大学先进化学制造研究院教授。2009年毕业于河北农业大学，获学士学位。2016年毕业于中国农业大学，获博士学位。2013-2015年就读于美国宾夕法尼亚大学，为联合培养博士。2015-2016年，博士后就读于美国宾夕法尼亚大学化学系（Upenn）。2016加入南京工业大学先进化学制造研究院。以第一作者或通讯作者身份在Nature Communications, Journal of American Chemical Society, Angewandte Chemie International Edition, Organic Letters等国际权威期刊发表论文30余篇。
前沿科研成果
钯催化2-吡啶甲基硅化物与芳基溴代物的脱质子交叉偶联反应
作者首先选择Pd(OAc)2/Nixantphos作为催化剂，2-[(三甲基硅基)甲基]吡啶1a和溴苯2a作为反应原料（表1），THF（四氢呋喃）作为反应溶剂，在40 ℃下反应12小时，筛选了不同的碱（LiN(SiMe3)2、NaN(SiMe3)2、KN(SiMe3)2、LiOtBu、NaOtBu和KOtBu）（表1，entries 1-6）。在筛选了六种碱之后，作者观察到LiN(SiMe3)2以76%的产率提供所需交叉偶联产物3aa （表1，entry 1）。其它碱，如NaN(SiMe3)2、KN(SiMe3)2对该反应的效果欠佳，产物的产率分别为68%和71%（表1，entry 2和entry 3）。相反，MOtBu（M=Li、Na、K）的效果在该体系中较差（表1，entries 4-6）。此外，作者还筛选了Et3N和DBU作为有机碱来促进该反应，但是反应仅有微量的交叉偶联产物（表1，entries 7-8）。接着，作者以LiN(SiMe3)2作为碱进一步研究溶剂对该反应的影响（表1，entries 9-12）。根据表一可以看出，溶剂甲苯得不到所需的交叉偶联产物（表1，entry 9），THF的效果优于其它醚类溶剂（表1，entry 1 vs 10−12）。为了提高3aa的产率，作者考察了温度对反应的影响，将温度从40 ℃升高到60 ℃对产率有较好的影响，反应能以96%的分离收率得到目标产物（表1，entry 13），进一步将温度从60 ℃升高至80 ℃时，反应收率降低到89%（表1，entry 14）。最终，该反应的最佳条件是2-[(三甲基硅基)甲基]吡啶（1a，1.0当量）、溴苯（2a，2.0当量）、LiN(SiMe3)2（3当量）、Pd(OAc)2（4 mol%）、Nixantphos（6 mol%）、THF（0.2 M）在60 ℃下反应12小时。
表一 反应条件的优化
（来源：Organic Letters）
接下来，作者对反应的底物范围进行了考察（图一）。在优化的反应条件下，该反应适用于多种官能团化的芳基溴代物，得到底物范围广泛的芳基（2-吡啶基）-甲基硅烷衍生物3aa−3ar，产率为66−97%。溴苯2a可以生成交叉偶联产物3aa，分离产率为96%。含有电中性取代基以及给电子取代基的芳基溴化物，如4-Me、4-tBu和4-Ph、4-OMe、4-SMe、4-NMe2，表现出优异的反应性，以82−97%的产率得到3ab−3ag。此外，含有吸电子基团的底物，如4-氟溴苯2h和4-氯溴苯2i，也是合适的亲电试剂，能以优异的化学选择性得到相应的产物3ah−3ai。含有空间位阻的芳基溴化物，如2-溴甲苯2j和2,5-二甲基溴苯2k以及2,5-二甲氧基溴苯2l也可以应用于该反应中，得到3aj−3al，产率为76−93%。作者还发现间位取代的亲电试剂也适用于该反应，能以71-93%的产率得到目标产物3am−3ao。稠环化合物2p−2q也成功地进行了此转化，以81−97%的产率得到3ap−3aq。此外，杂环N-甲基-5-溴吲哚2r在标准条件下也是很好的原料，能以66%的产率得到目标产物3ar。
图一. 芳基溴代物一侧的底物拓展
（来源：Organic Letters）
接下来，作者将底物范围转向不同的硅烷。作者选择了溴苯和4-甲基溴苯作为反应原料来扩展硅化物一侧的底物。由图二可知，当使用三乙基硅烷1b时，反应可以顺利进行并得到相应的产物（3ba−3bb，88−90%产率）。与1b相比，三异丙基硅烷1c的反应性轻微降低，以79%的分离产率提供所需产物3cb。类似地，二甲基(正丙基)硅烷1d和二甲基(正丁基)硅烷1e经历所需的脱质子交叉偶联过程，以良好的产率得到相应的产物（3da、3db、3ea和3eb，83−85%产率），二甲基(叔丁基)硅烷1f是一种很好的底物，相应的产物3fa和3fb的产率大于90%。值得注意的是，具有空间位阻的硅烷，例如二甲基(2,3-二甲基丁烷-2-基)硅烷1g导致产率略微降低，以77%产率得到目标产物3gb。接着，作者在标准条件下，将硅烷的一个碳链延长，例如二甲基(正辛基)硅烷1h与溴苯和4-甲基溴苯反应，得到3ha和3hb，产率分别为89%和85%。此外，各种芳基取代的硅烷也是合适的亲电试剂，能以72-84%的产率生成相应产物3ia、3ib、3ja、3jb、3ka和3kb。作者继续探索吡啶环上的取代基团，发现取代的2-吡啶硅烷能以良好的产率得到相应产物（3la−3oa，74−94%产率）。遗憾的是，在标准条件下，含有烷基（1p）、简单苯基（1q）和其它杂环基团（1r）、3-和4-吡啶基（1s和1t）的硅化物只能以较低的产率得到目标产物。
图二. 硅烷一侧的底物拓展
（来源：Organic Letters）
总结：作者报道了第一例钯催化的2-吡啶甲基硅化物与芳基溴代物的脱质子交叉偶联反应，该反应条件温和、底物适用范围广，很大程度上促进了有机硅烷的发展。相关研究成果发表于Organic Letters（DOI: 10.1021/acs.orglett.1c00677）。毛建友教授为通讯作者，2018级博士研究生林庭志为该论文第一作者。
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