中国科学技术大学顾振华教授课题组的一个主要研究方向是使用新的方法学和策略多样性合成阻旋手性化合物。受Bringmann和Hayashi通过对环状酯和硫醚化合物的开环策略合成轴手性联芳基化合物的工作启发，该课题组使用具有扭转张力的联芳基环状高碘化合物作为底物，在过渡金属参与下，与苯胺类（Chem, 2018, 4, 599），脂肪胺类（Adv. Synth. Catal., 2018, 360, 3877），硫代乙酸钾（Org. Lett., 2019, 21, 3942），羟胺衍生物（Org. Lett., 2019, 21, 6374），以及二芳基膦氧化合物（ACS Catal., 2019, 9, 9852）等反应得到相应开环产物。通过扭转张力，该课题组还实现了9-羟基芴的开环反应，构建了一系列邻位羰基取代的联芳基轴手性化合物（Chem, 2019, 5, 1834）。

在以上相关研究中发现，拥有扭转张力的分子即使位阻要远大于非扭转分子，但是其更容易进行开环反应（图1a）。基于这一发现，作者希望通过硅杂芴的C-Si键断裂同时C-C键的生成反应合成轴手性硅醇化合物。通过计算1a-1d化合物的氢化能，可以得出硅杂芴1d的扭转张力为12.58 kcal/mol（图1b）。

图 1

（来源：Nature Communications）

硅烷类化合物在经典偶联反应中表现出较低的活性，比如Hiyama或者Hiyama-Denmark偶联反应。然而，Narasaka酰基化反应相比于碳硅醇键更优先于碳硅烷键的断裂，为硅杂芴C-Si键的断裂合成硅醇化合物提供了可能。但是，该反应仍然存在很大的挑战：首先Narasaka反应只适用于烯基硅烷化合物；其次，要区分四个不同的芳基C-Si键，环外的C-Si键的断裂不是反应所需要的；最后，经典的Narasaka反应对位阻非常敏感，大位阻的苯基硅烷表现较低的反应活性（图2）。可以预见，硅杂芴的扭转张力可以促进首例芳基化的Narasaka酰基化反应的进行。

图2

（来源：Nature Communications）

使用 [Rh(CO)₂Cl]₂作为催化剂，反应在以Cs₂CO₃为碱的条件下给出了令人满意的对映选择性和收率。进一步的条件优化发现，碱用量的减少会显著提高反应收率，30 mol%为最优用量。底物适用性研究发现，该反应有较好的官能团容忍性。反应的产物可以方便的转化为含硅醇的二醇化合物，其在不对称催化反应中有潜在的应用价值。

通过培养[Rh(CO)₂Cl]₂和配体L7的配合物单晶并对其结构经过单晶X射线衍射进行确认，展示了该配合物在反应体系中可能的结构。在控制实验中，作者发现当使用无扭转张力的底物1a时，在标准条件下，反应完全无法进行，验证了扭转张力对该反应有重要的作用（图3）。

图3

（来源：Nature Communications）

基于控制实验和之前报道的Narasaka酰基化反应的相关研究，反应可能的机理如下（图4）：配体L7和金属铑化合物解聚生成催化活性物种铑配合物，其与底物氧化加成生成Rh(III)中间体10。10发生还原消除生成Rh(I)中间体11，在此过程为产物的手性控制过程。中间体11与酸酐再次发生氧化加成、还原消除得到硅酯13，随后硅酯水解得到最终产物硅醇。

图4

（来源：Nature Communications）

总之，作者报道了铑催化的不对称开环酰基化反应用于合成含有邻位大位阻硅醇基团的联芳基阻旋化合物。五元环状硅杂芴的扭转张力准确的促使了芳基C-Si键的断裂，是实现首例芳基Narasaka酰基化反应的关键。同时值得一提的是在该开环反应中表现出高手性诱导作用的配体是基于TADDOL骨架的磺酰胺结构亚磷酰胺配体，在该工作中得到了配体与金属配合的配合物的单晶结构。

该研究成果以“Catalytic {attr}3136{/attr} C–Si bond activation via torsional strain-promoted Rh-catalyzed aryl-Narasaka acylation”为题发表于Nature Communications（DOI: 10.1038/s41467-020-18273-3）。

该工作得到了国家自然科学基金（No. 21871241, 21901236），中国科学院战略重点研究计划（XDB20000000），中央高校基本科研业务费专项资金（WK2060190086）的资助支持。