有机硅化合物在有机化学、材料科学以及药物化学中具有广泛的应用，它是构建一些重要分子骨架的有用试剂。近年来，硅烷基甲基的C-H官能化已为合成多种有机硅烷提供了一种简单有效的途径。研究人员已经报道了甲硅烷基甲基的无导向基的C-H硼基化和分子内芳基化反应（Figure 2b）。由于硅系链具有易于安装和脱除等优点，连有导向基的硅系链的C(sp2)-H官能化已取得很好的进展（Figure 2c），然而，目前仍未有相关C(sp3)-H官能化的报道。近日，南开大学赵东兵研究员团队利用导向基策略成功开发了首例IrIII/RhIII催化的甲硅烷基甲基的C-H键芳基化/酰胺化（Figure 2e）。相关研究成果发表在ACS Catal.上（DOI: 10.1021/acscatal.9b00771）。
（来源：ACS Catal.）
起初，作者以2-(叔丁基二甲基甲硅烷基)吡啶1a和苯基(均三甲苯基)碘鎓三氟甲磺酸酯2a为模型底物考察了烷甲基的C-H键芳基化的反应活性。经过对多种条件的广泛筛选，如不同的芳基源、催化剂、添加剂、碱和溶剂等，作者确定反应的最优条件为：5 mol%的[(Cp*IrCl2)2]作为预催化剂，AgNTf2作为拔卤素试剂，CsOAc（1.0当量）和4 Å MS作为添加剂，环己烷作为溶剂（0.5 mL），1a和2a在100 ℃下反应24小时能以83%的收率得到目标产物3aa（Table 1，entry 1）。
（来源：ACS Catal.）
在最优反应条件下，作者首先通过与2-(叔丁基二甲基甲硅烷基)吡啶1a的反应考察了二芳基碘三氟甲磺酸酯的底物范围（Figure3）。苯环间位和对位连有电中性、缺电子和富电子取代基的底物能以良好至优异的收率得到芳基化产物（3ab-3ar）。更重要的是，该反应条件可以兼容多种官能团。芳基上含有两个取代基的底物也能顺利得到相应的产物（3as-3au），且收率较高。此外，萘环底物也能进行偶联，并以中等的收率得到产物3av。值得注意的是，通过增加三氟甲磺酸二芳基碘的量，可以顺利地得到二取代产物3aw。
（来源：ACS Catal.）
随后，作者以二芳基碘三氟甲磺酸酯2b作为芳基源，考察了烷甲基底物1a的适用范围。硅原子上连有不同大小的取代基时，即二甲基、二乙基、二正丁基、二异丙基和二苄基等，反应仅在硅甲基上发生，且以较高收率得到芳基化产物3bb-3hb。此外，在硅原子上带有不同取代基的2-甲硅烷基甲基吡啶衍生物也能顺利得到相应的产物3ib-3ob。同样的是，增加二芳基碘三氟甲磺酸酯的量，2-二甲基吡啶硅烷上的两个甲基会同时进行芳基化，并以中等收率得到3pb。让人高兴地是，嘧啶也是该反应有效的导向基团（3qb）。
（来源：ACS Catal.）
成功实现硅甲基的芳基化后，作者希望将该方法扩展到其他亲电试剂上。经过对反应条件的优化，作者发现磺酰叠氮4和二恶唑酮6都是合适的酰胺源，并且能以良好的收率得到一系列C(sp3)-H酰胺化的产物（5a-5d，7a-7d）。
（来源：ACS Catal.）
最后，基于机理实验和以前的文献报道，作者提出了反应的IrIII/IrV催化循环机制（Figure9）。首先，[(Cp*IrCl2)2]与AgNTf2经配体交换形成IrCp*(NTf2)2，其与吡啶基硅烷衍生物1配位形成关键的Ir复合物A。随后二芳基碘鎓盐2与中间体A经氧化形成IrV物质B。然后B发生还原消除，得到所需产物3并使催化剂再生。
（来源：ACS Catal.）
总结：赵东兵研究员团队利用导向基策略发展了首例硅甲基的分子间C(sp3)-H键芳基化/酰胺化，这是合成苄基硅烷和氨基取代硅烷最直接有效的方法。上述产物被广泛用作化学原料，以用于制备药物和其他生物活性化合物。此外，硅原子上的吡啶导向基有利于进一步转化，并且还可以通过简单的亲核进攻容易地除去。
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