ニッケル(0) - 済南パラディオシリーズ株式会社

Nature Communications volume 13、記事番号: 3392 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

シラシクロブタンとさまざまなπユニットとの遷移金属触媒反応は多くの注目を集めており、構造的に多様な有機ケイ素化合物に迅速にアクセスするための最も簡単で効率的なアプローチの 1 つとなっています。しかし、シラシクロブタンとアルキンの反応には依然としていくつかの制限があります。(1) 内部アルキンは依然として困難な基質です。 (2) 高価な Pd または Rh ベースの触媒がすべての既存のシステムで使用されています。 (3) 化学的発散の制御はまだ実現されていない。ここでは、シラシクロブタンとアルキンとの Ni 触媒化学分岐反応を実現します。以前の Pd または Rh 触媒システムと比較して、当社の Ni 触媒システムの特徴は次のとおりです。1) 相補的な基質範囲。 2) リガンド制御の化学発散。 3) 低コスト。リガンドは経路選択性を正確に決定し、(ベンゾ)シラシクロヘキセンとアリルビニルシランの分岐形成をもたらします。さらに、キラルホスフィン配位子の使用により、ケイ素立体形成アリルビニルシランを高収率およびエナンチオ選択性で形成できることを実証します。さらに、DFT 計算を実行して、主に異なるリガンドの立体効果に起因する切り替え可能な選択性の原因を解明します。

キラルシリコン2、3、4、5、6、7、8、9、10を含むシリコン含有有機化合物1にアプローチするための一般的かつ効率的な方法論の発見は、大きな関心を集めています。これらの分子は、有機合成、材料科学から医薬化学に至るまでの多数の応用において基本的に重要であるためです11、12、13、14、15、16。シラ置換は、多くの場合、薬剤様候補の効力と ADMET 特性の改善につながります 17,18。

キッピングによって最初に合成されたシラシクロブタン (SCB) 19,20,21 は、独特の反応性を有することが証明されており、高い環ひずみと強化されたルイス酸性から生じるキラルシリコンを含むさまざまな有機シリコン化合物に迅速にアクセスするための合成の要として機能しました 22,23 、24、25、26。例えば、低原子価遷移金属はSCBに容易に挿入して5員環シラメタラサイクルを形成することができ、これはM-Si結合への様々なπユニットの移動挿入を受けることができ、これは様々な魅力的な遷移金属触媒反応で培養される。。これに関連して、1975 年に桜井と今井は、Pd 触媒系を使用して SCB とアルキニルカルボキシレートまたはフェニルアセチレンとの最初の付加環化反応を実現しましたが、シラシクロヘキセンとアリルビニルシランの混合物が生成し、実用化が著しく妨げられました。 2012 年、新谷ら。 SCB とカルボン酸アルキニルとの付加環化において重要な進歩を遂げました (図 1a、右)29。彼らは、立体的に要求の厳しいキラルホスホラミダイト配位子と配位したパラジウム触媒が、エナンチオ富化ケイ素立体形成シラシクロヘキセンの高度に化学選択的かつエナンチオ選択的形成への還元的脱離段階を促進できることを開示した。残念ながら、フェニルアセチレンやジフェニルアセチレンなどの電子不足の少ないアルキンは明らかに不適合です。最近まで、Song と Xu は独立して、Rh 触媒条件を利用して、SCB とアルキンとの高効率かつ化学選択的付加環化反応を達成し、シラシクロヘキセンを生成しました (図 1a、左) 25,30。さらに、Song et al. さらに、反応中にキラルなホスホルアミダイト配位子を使用すると、立体形成シリコン中心で中程度から良好なエナンチオ選択性を誘導できることが証明されました。大きな進歩にもかかわらず、この反応には現在に至るまでいくつかの限界がある。(1) SCB がジアリールアセチレンなどの非活性化内部アルキンと分子間で反応することは示されていない。 (2) 高価な Pd または Rh ベースの触媒がすべての既存のシステムで使用されています。 (3) アリルビニルシランの化学選択的およびエナンチオ選択的生成のみに向けた反応経路のステアリングはまだ実現されていない。 Ni は Pd や Rh よりも小さく、求核性が高いため、ニッケルベースの触媒は一般に、内部アルキンの活性化 31、32、33、34、35 および SCB 上の C-Si 結合の切断において、対応するパラジウムとロジウムの錯体よりも活性が高くなります 36。 37、38、39。同時に、β-H の除去は、Pd または Rh 中心と比較して Ni 中心でより容易であることがよくあります。われわれは、Ni(0) 触媒が SCB と不活性内部アルキンとの反応を促進し、同時に適切なリガンドと組み合わせて経路選択性を制御して、還元的脱離生成物または β-H 脱離生成物のいずれかを選択的に形成できるかどうかを疑問視した（図 1b）。したがって、他の方法では合成が難しい一連のビシナルジアリール置換シラシクロヘキセンやアリル結合ビニルシランなど、さまざまなシリコン含有足場のモジュールアセンブリにおけるこのプロセスの有用性がさらに広がります。図1cに示すように、キラル中心の有無にかかわらず、ビシナル-ジアリール構造が多くの市販薬で一般的な足場であることは注目に値します。新素材、医薬品、農薬の開発における「C/Si スイッチ」の重要性を考慮すると 11,12,13,14,15,16,17,18、1,2-ジアリール構造へのシリル部分の導入は非常に重要です。そして非常に望まれています。

文献におけるSCBとアルキンとのPdまたはRh触媒反応。 b これは、SCB とアルキンとの Ni 触媒による分岐反応に役立ちます。 c ビシナル-ジアリール構造を有する医学的に関連する分子。これらのビシナルジアリール構造内の潜在的な「C/Si スイッチ」部位は、ピンクのボールで強調表示されています。

我々は本明細書において、SCBとアルキンとのNi触媒リガンド制御化学分岐反応を開示する。以前の Pd または Rh 触媒システムと比較して、当社の Ni 触媒システムには以下の特徴があります。(1) 相補的な基質範囲。 (2) リガンド制御の化学発散。 (3) 低コスト。私たちのシステムでは、立体障害のある NHC リガンドを使用して β-H 脱離を高効率に抑制することで、SCB が環拡張してシラサイクルのみを提供します。対照的に、ホスフィン配位子を使用すると、β-H 脱離ステップが可能になり、アリルビニルシランが得られます。さらに、キラルなホスフィン配位子の使用により、SCB と内部アルキンの開環反応が不斉誘導され、ケイ素立体異性アリルビニルシランが高収率およびエナンチオ選択性で形成されることを示します。さらに、内部アルキンによるベンゾシラシクロブタンの[4 + 2]環化も、Si-C(sp2) 結合の切断を通じて位置選択的に進行し、適切な配位子の選択によって一連のジヒドロベンゾ[c]シリンが生成されることを発見しました。

SCB と末端アルキンの付加環化のために開発された Pd または Rh 触媒法のもとで、SCB 1a およびジフェニルアセチレン 2a をモデル基質として使用して調査を開始しましたが、これらの条件は反応しないことが判明しました (表 1、エントリ 1- 2)。嬉しいことに、Ni(cod)2 (10 mol%) と PCy3 (20 mol%) の存在下で 1a と 2a の反応がスムーズに起こり、シラシクロヘキセン 3aa とアリルビニルシラン 4aa の混合物が 6:61 の比率で得られました。 (エントリ 3)。次に、大規模なリガンドのパネルがスクリーニングされました (補足表 1 を参照)。最後に、配位子として低分子ホスフィン PMe3 を使用することにより、β-H 脱離生成物 4aa が 83% の収率で独占的に得られることを発見しました (エントリー 5)。対照的に、市販の NHC リガンド IMes・HCl (1,3-ジメシティー-4,5-ジメチル-1H-イミダゾール-3-イウムクロリド) を使用して実行した反応では、同一の反応条件下でシラサイクル 3aa のみが形成されました (エントリー 8) ）。 3aa (単離収率 84%) を生成する最良の結果は、120 °C で 20 mol% LiOtBu を組み込んだ 20 mol% IPr・HCl (1,3-ビス(2,6-ジイソプロピルフェニル)イミダゾリウムクロリド) の存在下で見られました。 C (エントリ 10)。

この最適化されたプロトコルを使用して、我々は最初に、内部アルキンを有する SCB の Ni 触媒による環拡大の基質範囲と官能基耐性を調査しました (表 2)。 SCB 1a とさまざまな対称一置換または多置換ジアリールアルキンとの反応により、置換基 (3ab-an) の電子的および立体的効果がほぼ無視できる程度で、目的の生成物が良好な収率で得られたことは喜ばしいことです。ヘテロアリール置換アルキンも良好に許容されました (3ao)。重要なことは、この触媒系は、ジアリールアルキンのフェニル環上のさまざまな官能基 (F、CF3、COOEt、OMe 基など) に対して非常に耐性があることです。さらに、さまざまな脂肪族内部アルキンも確立された条件とよく適合し、6 員シラ環式生成物 (3bp-br) へのアプローチが可能になります。対称アルキンに加えて、この反応の適用可能性をさらに広げるために、この Ni 触媒手順を非対称内部アルキンにも適用しました。幸いなことに、1-フェニルプロピン 2s と SCB 1b の反応は、Ni 触媒による標準条件下でスムーズに進行し、生成物 3bs が 60% の収率で生成されました。ただし、中程度の位置異性体比 (rr) のみが観察されました (rr = 3:1)。さらなる実験により、アルキンパートナーとして 1-フェニル-1-ペンチン (2t) を使用すると、位置異性体比が 6:1 に増加し、収率 70% (3bt) になることが証明されました。これらの結果は、置換基の立体嵩を増加させると、反応中に高選択性のカルボメタル化ステップが確保され、その結果、位置選択性が向上する可能性があることを示しました。次に、i-プロピルまたはシクロプロピルを含む 2u および 2v を使用して、R1 と R2 の間の立体差の増大の影響を調べました。付加環化反応の効率は低いことが判明しましたが（3bu の収率 35%、3bv の収率 45%）、位置選択性は大幅に向上しました（3bu と 3bv の両方で rr > 20:1）。次に、TMS 保護アルキン 2w および 2x の反応性を調べました。我々の反応条件下では、TMS 保護アリールアセチレン 2w および 2x と SCB 1b の付加環化により、もっぱら対応するシラサイクル 3bw および 3bx が中程度の収率 (3bw の収率 63%、3bx の収率 55%) および完全な位置選択性 (rr > 20) で得られました。 :1 (3bw と 3bx の両方)。しかし、フェニルアセチレンや 1-ヘキシンなどの末端アルキンは、以前の Rh 触媒条件では SCB とうまく機能しましたが、Ni 触媒条件下ではアルキンが急速に自己オリゴマー化するため、反応に参加できませんでした。次に、シリコン上に多様な置換基を持つ SCB の範囲を調べました。シリコンはモノ置換またはジアリール置換されており、高収率で 3ba-ga および 3la が得られます。フェニル環のメタ位またはパラ位の電子供与基および電子求引基は十分に許容されました (3da-fa)。オルト位のメチル基は立体的に不利であり、環拡大生成物 3ca はわずか 25% の収率で生成されました。シリコン上の置換基をエチル、n-ブチル、ベンジル基に切り替えても、性能に大きな影響はありませんでした。良好な収量も観察されました (3ha-ka)。

アリルビニルシラン 4 の形成にホスフィン配位子と組み合わせた Ni 触媒を使用することで達成された内部アルキンによる SCB の開環反応の高い効率と選択性を利用して、我々は高エナンチオ富化シリコンのエナンチオ選択的構築のための非対称バージョンの開発を試みます。 - 立体形成アリルシラン。 Ni(cod)2 (10 mol%) の存在下、トルエン中 100 °C で 24 時間、モデル基質として SCB 1b およびジフェニルアセチレン 2a を使用して、さまざまなキラル P 配位子の評価を実行しました (表 3、エントリ 1 ～ 20)。結果は、TADDOL由来ホスホナイトL20のみが良好なエナンチオ選択性を良好な収率で効率的に誘導できることを示した(エントリー11;収率90%および85:15er)。反応温度を60℃に下げることにより、収率を大幅に損なうことなく（収率88％）、エナンチオ選択性がさらに改善されました（89.5：11.5er）（表3、エントリー21）。しかし、温度をさらに 40 °C に下げると、4ba の収量は大幅に減少しました (収率 40%) (表 3、エントリ 22)。さらなる調査により、SCB 1b のシリコン上のフェニル基を o-トリル基で置換すると、エナンチオ選択性が大幅に向上することが証明されました (エントリー 23、4ca について 95.5:4.5 er)。さらに、溶媒として 2-MeTHF を使用すると、エナンチオ選択性と収率のさらなる向上が見られ、収率 92%、収率 96:4 er で生成物 4ca が生成されました (エントリー 24)。

次に、エナンチオ富化シリコン立体アリルシラン 4 にアクセスするための非対称バージョンの最適化条件下で、基板の範囲を調べました (表 4)。まず、1-メチル-1-(o-トリル)シレタン 1c との開環反応におけるさまざまなジアリールアルキン 2 を調査しました。結果は、フェニル環の異なる位置に電子中性、電子不足、および電子豊富な置換基を持つジアリールアルキンが現在の反応に適合し、シリコン立体形成アリルビニルシランを 40 ～ 92% の収率および 91:9 で入手できることを示しています。 er から 96:4 er (4ca-co)。対称脂肪族アルキンは SCB 1q と反応し、中程度の鏡像異性体比 (4cp に対して 74:26 er) で所望の生成物 4cp を収率 85% で得ました。さらに、1-フェニルプロピンなどの非対称内部アルキンは不活性でした。次に、最適化された条件下で、アルキンパートナーとして 2a を使用して、シリコン上にさまざまな置換基を持つ多数の SCB をテストしました。シリコン上のフェニル基のオルト位に異なる置換基を有するSCB 1d〜eは2aとスムーズに反応し、良好なエナンチオ選択性（4daについて92:8 erおよび4eaについて91:9 er）を有する生成物4daおよび4eaを得た。生成物 4da の収率が低いのは、立体障害が高いためと考えられます。メタ位およびパラ位の置換基の影響とシリコン上のフェニル環のπ共役も、生成物 4fa-ia によって示されています。 SCB のシリコン上のメチル基をエチル、i-プロピル、シクロプロピルなどの他のアルキル基で置換しても、反応効率やエナンチオ選択性に大きな影響はなく、一連のキラルシリコン-立体異性アリルビニルシラン (4ja-oa) が得られます。収率 35 ～ 85%、90:10 er ～ 92.5:7.5 er。特に、生成物４は液体であるため、カイロプティカル法を用いて生成物４ｃｂ４０、４１の絶対配置を決定した。時間依存密度汎関数理論（DFT）によって計算された4cbの計算電子円二色性（ECD）スペクトルは、実験的なECDスペクトルとよく一致しています（補足図1〜3を参照）。したがって、4cb は S 構成に割り当てられました。

Ni 触媒による配位子制御による SCB と内部アルキンとの発散反応の成功に続き、ベンゾシラシクロブテン 5a とジフェニルアセチレン 2a の反応を進め、シラサイクル合成におけるこの Ni 触媒系の実用化をさらに拡張することを試みました。不活性化内部アルキンを有するベンゾシラシクロブテンの研究もこれまでに発表されていません（図 2a）。残念ながら、この反応では、競合的な Si-C(sp3) 結合と Si-C(sp2) 結合により、最適化された環拡大反応条件下で完全に変換され、2 つの成分 6aa と 6aaʹʹ の混合物が 55:45 の比率で得られました。 5aの切断。 6aaʹʹ の形成は、アルキンの Ni-C 結合への競合的な移動挿入と、それに続くアルケンの異性化および逐次的な還元的脱離に起因すると考えられます。ベンゾシラシクロブテン 5a の Si-C 結合開裂における位置選択性を向上させるために、リガンド、溶媒、温度などの反応パラメーターの大きなセットをさらにスクリーニングしました (補足表 2)。最後に、配位子として PMe3 を、溶媒として 1,4-ジキソアンを使用すると、Si-C(sp2) 結合の切断が非常に優先的に行われ、6aa が 86% の収率で得られることがわかりました。次に、変更された条件下で多様なジヒドロベンゾ[c]シリン 6 に近づくために、ベンゾシラシクロブテン 5 と内部アルキン 2 の付加環化の基質範囲を調べました (図 2、下のパネル)。フェニル環のメタ位またはパラ位に置換基を持つさまざまなジアリールアルキンはスムーズに進行し、満足のいく収率で目的のシラサイクルが得られました (6ab-ai)。繰り返しになりますが、私たちの方法は、収率を低下させることなくジアルキルアルキンにも適用できました（6bj−bk）。非対称内部アルキン (6bl-bn) については、1.9:1 ～ 6:1 の中程度の位置選択性が観察されました。さらに、この反応のためのベンゾシラシクロブテン 5 を研究しました。嬉しいことに、ケイ素上に異なる基を含むベンゾシラシクロブテンを、PAd3 を配位子として使用することで 1a と反応させることができ、環状生成物 6bj-bm および 6ba-ca を良好な収率と選択性で得ることができました。最後に、ベンゾシラシクロブテン (6da-ha) のフェニル環の異なる位置に多様な置換基を導入しても、高い収率と選択性が影響を受けないことを証明しました。

a ベンゾシラシクロブテン 5a と内部アルキン 2a の反応条件の最適化。 b 最適化された条件下でのベンゾシラシクロブテンと内部アルキンとの Ni 触媒環化付加反応の基質範囲。反応条件: アルキン 2 (0.2 mmol) およびベンゾシラシクロブテン 5 (0.3 mmol、1.5 当量)、Ni(cod)2 (5.8 mg、0.02 mmol)、PMe3 (40 μl、THF 中 1.0 M、0.04 mmol)、および 1、 4-ジオキサン (1.0 ml) を 100 °C で 24 時間加えます。

私たちの方法の実用性を実証するために、まず SCB 1a と 2a の Ni 触媒付加環化反応、および SCB 1c と 2a のエナンチオ選択的開環反応をスケールアップして、0.6 g の 3aa を収率 73% および約 1 g で得ました。それぞれ 92% ee で 85% の収率で 4ca を生成しました (図 3a、b)。さらに、いくつかの追加の下流変換を実行することにより、6 員シラサイクル 3aa とエナンチオ富化シリコン立体形成アリルシラン 4ca の合成の有用性を実証しました。 3aa の C=C 結合は、Pd/C 触媒の存在下で水素によって容易に還元され、85% の収率で化合物 7 が得られます。さらに、3aa は m-CPBA 酸化剤の存在下、室温でエポキシ化反応を起こし、77% の収率でエポキシド 8 を得ることができました。さらに、生成物 4ca をシュワルツ試薬で処理し、続いて分子状ヨウ素で処理して、エナンチオ選択性を保持したまま対応する第一ヨウ化物 9 を収率 90% で生成しました。我々はさらに、生成物 4ca がジホウ素化/酸化シーケンスを通じて 1:1 dr でビシナルジオール 10 に変換できることを実証しました。 4ca の末端 C=C 結合のヒドロホウ素化もスムーズに進行し、AlEt3 の存在下でホウ素化ビニルシラン 11 が 85% の収率で得られました。４ｃａはまた、水素化およびヒドロホウ素化酸化をスムーズに経て、生成物１２を９２％の収率および１．２：１のｄｒで９０％の収率で生成し、エナンチオ富化シリコン−立体ヒドロキシル官能基化ビニルシラン１３を７３％の収率および９２％のｅｅで生成することができた。

グラムスケール合成と 3aa の合成ユーティリティ。 b エナンチオ富化シリコン立体ビニルシラン 4ca のグラムスケール合成と合成有用性。実験の詳細は補足情報 (SI) に記載されています。

反応機構を調べるために、機構的に洞察力に富んだいくつかの実験が実行されました（図4a）。 1,2-ビス(3-フルオロフェニル)エチンを1.0当量と混合すると、 2.0当量の存在下でのNi(cod)2 IMes・HClおよびLiOtBuをトルエン-d8中で60℃で1時間処理すると、F原子のシグナル分割が発生しました（補足図4を参照）。 Ni(PPh3)4 にジフェニルアセチレンを添加すると、δ = 39.84 ppm に新しい 31 P NMR ピークが出現しました (補足図 5 を参照)。これらの結果は、ニッケル(0)-アルキン錯体の存在を裏付けました。さらに、5.0 当量の CD3OD の存在下での 1a および 2a の Ni 触媒による開環反応では、4aa の重水素の取り込みはありませんでした。これは、最適化された条件下での開環反応には分子内水素シフトプロセスが関与している可能性が最も高いことを強く示唆しています。実験的観察と以前の研究に続いて、我々は、SCBと未活性内部アルキンとのNi触媒反応におけるリガンド制御の構造発散を合理化するためのもっともらしいメカニズムを提案しました（図4b）。これは、Ni2O が内部アルキンに配位することから始まり、それによってニッケル(0)-アルキン錯体 A が形成され、続いて SCB 上の Si-C(sp3) が配位補助酸化的に開裂し、Ni-シラシクロヘプテン B が生成されます。 B は、環状生成物 3 を生成する還元的脱離、またはアリルビニルシラン 4 を生成するβ-ヒドリド脱離のいずれかをスムーズに行うことができます。 1a と 2a の反応は DFT44,45 によって実行されました。図4cおよび補足図6に示すように、計算されたプロファイルは、中間体Bの還元的脱離により、三員環遷移状態TSREおよび中間体Bからのβ-H脱離を介して環拡大生成物3aaが得られることを明らかにした。開環生成物 4aa を形成するには、遷移状態 TSLLHT を介して配位子間移動 (LLHT) プロセスが行われます。実験とよく一致して、計算された遷移状態は、リガンドとしての IPr と PMe3 がそれぞれ 3aa と 4aa の生成に有利であり、速度論的に有意な差異がある (IPr-TSRE 対 IPr-TSLLHT では 7.1 kcal/mol、2.7 kcal/mol) と明確に予測します。 P2-TSRE 対 P-TSLLHT のモル）46。重要なことは、競合する TS 間の大きな違いが Ni 中心の周囲の立体環境にあることが計算によって示唆されていることです。 TSLLHT ではヒドリド基と部分的に形成された C=C ユニットが余分に連結されているため、TSRE よりも第一配位球が混雑しています。後者には、比較的小さな 3 員環 Ni-C-C 配列のみが含まれており、これはより大きな IPr リガンドとさえほぼ互換性があります。これらの観察により、我々は反応性の立体制御が有効であるかどうか疑問を抱くようになりました。

a 対照実験。 b もっともらしいメカニズム。 c SCB 1a と 2a の Ni 触媒反応における配位子制御構造分岐の機構的起源に関する DFT 研究。自由エネルギーはkcal/mol、距離はÅで表示されます。 Ni-シラシクロヘプテン種をエネルギーゼロとして使用しました。

反応性の立体制御に関する我々の仮説を明確にするために、遷移状態 IPr-TSRE および IPr-TSLLHT の非共有結合性相互作用の視覚的分析を実行しました。これは、競合するIPr-TSREが主に魅力的な分散を示すのに対し、IPr-TSLLHTはかなりのリガンド-基質の立体反発を含むことを明らかにしています（図5a）。リガンドの歪みエネルギーの評価は、リガンドとして IPr を使用した場合、より混雑した LLHT 経路でより高いリガンド変形が起こることも示唆しています（図 5b; Edist、IPr-TSLLHT の L = 5.2 kcal/mol、Edist、IPr-TSRE の L = 3.5 kcal /モル）。対照的に、ほとんど無視できる配位子の歪みエネルギー (P2-TSRE と P-TSLLHT の両方で ≤0.5 kcal/mol) と反発原子距離が存在しないことからわかるように、小さな PMe3 配位子を使用すると反発を回避できます。 LLHT 経路は、この Ni 触媒による SCB とアルキンの反応において、開環生成物を形成するための還元的脱離に対して本質的に優先されていると仮定します。これは、小さな PMe3 配位子が使用された場合に現実になります。ただし、反応に大きな立体障害のある IPr リガンドを使用すると、TSLLHT の歪みが著しく不安定化する可能性があります。これは、混雑度の低い TSRE を介して還元的脱離へと反応経路を誘導し、付加環化生成物を生成します。我々の立場を実験的に裏付けるために、SCB 1aと2aの反応は、立体障害がはるかに少ないNHC前駆体であるヨウ化1,3-ジメチル-3-イミダゾリウム（IMe・HI;図5c）の存在下で実行されました。当然のことながら、この反応は LLHT 経路に有利に働き、開環生成物 4aa と環拡大生成物 3aa の高い比率 (86:14) が得られます。特に、ベンゾシラシクロブテン 5 と内部アルキン 2 との Ni 触媒による環化付加の反応経路を調査するための計算研究も実施しました (補足図 7 および 8 を参照)。これらの結果は実験観察と一致しています。

a 非共有結合性相互作用の視覚的分析47。 b リガンドの歪みエネルギー。 c 立体障害がはるかに少ないNHCリガンドを使用したSCB 1aと2aの反応。自由エネルギーはkcal/mol、距離はÅで表示されます。

要約すると、我々は、(ベンゾ)シラシクロブタンとアルキンとのニッケル触媒反応を開示した。さまざまなリガンドの選択により、経路に付加環化が含まれるか開環が含まれるかが決まります。さらに、TADDOL由来のキラルホスホナイト配位子を使用することにより、SCBとアルキンとの高度にエナンチオ選択的な開環反応を達成し、それによってシリコン立体形成アリルビニルシランの不斉合成のための効率的かつ一般的なルートを構築しました。切り替え可能な選択性の起源は、DFT 計算によって解明されました。結果は、2 つの経路が Ni-シラシクロヘプテン中間体を共有していることを示しています。 IPr リガンドは、この中間体からの 3 員環遷移状態を介した直接的な還元的脱離を促進し、一連の (ベンゾ) シラシクロヘキセンを生成します。あるいは、小さな PMe3 配位子を使用すると、Ni-シラシクロヘプテンから LLHT プロセスによる開環が可能になり、多様なアリルビニルシランが生成されます。

グローブボックス内で、磁気撹拌子を備えたオーブンで乾燥させたネジ蓋付き 8 ml ガラスバイアルに、Ni(cod)2 (5.8 mg、0.02 mmol)、IPr・HCl (10.2 mg、0.024 mmol)、LiOtBu ( ３．２ｍｇ、０．０４ｍｍｏｌ）およびトルエン（１．０ｍｌ）。混合物を周囲温度下で１５分間撹拌した。次いで、ＳＣＢ１（０．６ｍｍｏｌ、３．０当量）およびアルキン２（０．２ｍｍｏｌ）を反応混合物に添加した。バイアルをPTFEキャップで密閉し、グローブボックスから取り出した。反応物を１２０℃で２４時間撹拌した。室温に冷却した後、溶媒を真空下で除去し、残渣をフラッシュクロマトグラフィーで精製して、対応する生成物を得た。

窒素で満たしたグローブボックス内で、Ni(cod)2 (5.8 mg、0.02 mmol) および (R,R)-L20 (27.0 mg、0.04 mmol) を入れた 8 ml バイアルに 1.0 ml 2-MeTHF を加えました。混合物を室温で１時間撹拌した。次いで、アルキン２（０．２ｍｍｏｌ）およびＳＣＢ１（０．４ｍｍｏｌ）を加えた。次いで、バイアルをＰＴＦＥキャップで密封し、グローブボックスから取り出した。混合物を６０℃で２４時間継続的に撹拌した。反応が完了した後、溶媒をロータリーエバポレーションによって除去し、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに付して、対応する生成物を得た。

窒素を充填したグローブボックス内で、磁気撹拌子を備えたオーブンで乾燥させた 8 ml ねじ蓋バイアルに、Ni(cod)2 (5.8 mg、0.02 mmol)、PMe3 (40 μl、THF中1.0 M、０．０４ミリモル）および１，４－ジオキサン（１．０ｍｌ）。混合物を室温で１５分間撹拌し、その時点でアルキン２（０．２ｍｍｏｌ）およびベンゾシラシクロブテン５（０．３ｍｍｏｌ、１．５当量）を、得られた混合物にこの順序で加えた。バイアルをPTFEキャップで密閉し、グローブボックスから取り出し、反応物を100℃で24時間撹拌した。室温まで冷却した後、溶媒を真空下で除去し、残渣をアセトニトリルを用いてC18(ODS)カラム(5μm、21.2×250mm)上でBonna-Agela CHEETAH HPシリーズを用いた分取RP-HPLCにより精製した。

著者らは、この研究の結果を裏付けるデータが論文およびその補足情報ファイル内で入手可能であり、また要求に応じて対応著者からも入手可能であることを宣言します。

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すべての DFT メカニズムの研究は、準高調波補正を備えた (SMD-)PBE0-D3(BJ)/def2-TZVP//M06-L/def2-SV(P) のレベルで実行されました。参考文献と完全な計算手順は SI で提供されます。

DFT計算は、PMe3単配位還元的脱離遷移状態（P-TSRE）が、PMe3二配位還元的脱離遷移状態P2-TSREよりも21.3kcal / molの高いエネルギーを有することを示しています（補足図6を参照）。

非共有結合性相互作用の視覚的分析は、Multiwfn プログラムに実装された独立した勾配モデルを使用して実行されました (参考情報については補足情報を参照)。

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中国国家自然科学財団（22071114、22022103、21871146）、海河持続可能な化学変換研究室、中国国家重点研究開発プログラム（2019YFA0210500）、「新分野フロンティア科学センター」からの財政的支援に感謝します。「有機物」、南開大学（助成番号 63181206）、中央大学・南開大学基盤研究費。

国家重点研究所および元素有機化学研究所、南開大学化学科、海河持続可能な化学変換研究所、天津、300071、中国

Xi-Chao Wang、Bo Li、Cheng-Wei Ju、Dongbing Zhao

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X.-CW と C.-WJ が実験を実施しました。 BL は DFT 計算を実行しました。 DZ はコンセプトを考案し、プロジェクトを指揮し、論文を執筆しました。

趙東兵への対応。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

Nature Communications は、この研究の査読に貢献してくれた Chuan He 氏、Peng Wang 氏、およびその他の匿名の査読者に感謝します。

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転載と許可

ワン、XC.、リー、B.、ジュ、CW。他。ニッケル(0)触媒によるシラシクロブタンと内部アルキンの分岐反応。 Nat Commun 13、3392 (2022)。 https://doi.org/10.1038/s41467-022-31006-y

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受信日: 2022 年 1 月 9 日

受理日: 2022 年 5 月 23 日

公開日: 2022 年 6 月 13 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-022-31006-y

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