化学与分子科学学院刘文博课题组致力于发展丙二腈平台分子的催化转化，合成官能团化的高值分子和手性化合物。在课题组前期工作的基础上（J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 7328; J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 3734; J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 4776; J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 10463），近期实现了丙二腈作为叔碳偶联试剂和氯硅烷、氯锗烷的交叉偶联反应，相关研究结果发表于《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc., DOI: org/10.1021/jacs.4c04495）。论文题为“从季碳到三级C(sp3)−Si和C(sp3)−Ge键：镍钛双金属催化的丙二腈与氯硅/锗烷的脱氰偶联”（From Quaternary Carbon to Tertiary C(sp3)−Si and C(sp3)−Ge Bonds: Decyanative Coupling of Malononitriles with Chlorosilanes and Chlorogermanes Enabled by Ni/Ti Dual Catalysis）。在读博士生陈资浩为论文第一作者，在读博士生郑语清进行了理论计算研究，博士后黄宏贵、本科生王可豪和龚俊麟参与了实验，刘文博教授为论文的通讯作者。
有机硅化合物因其特殊的性质而广泛应用于合成化学、材料、药物和农药化学等领域，其通常由硅亲核试剂或者氢硅烷等底物制备，氯硅烷作为生产这些硅试剂的原料，是更加廉价易得的基础化学品。然而, 使用氯硅烷直接构建碳硅键的研究有所滞后。近些年来，Watson、Oestreich和舒兴中等课题组通过交叉偶联构建碳硅键合成有机硅烷取得突破性进展，但是目前局限于伯烷基碳、仲烷基碳或者芳/烯基碳与氯硅烷的偶联，尚未实现在硅原子上偶联一个叔碳中心。实现大位阻偶联试剂的偶联反应被公认为是长期存在的挑战。
在本研究中，他们利用镍钛双金属催化策略成功实现了双取代丙二腈与氯硅/锗烷的脱氰偶联，得到了一系列大位阻的全取代硅烷与锗烷。该反应对氯硅烷具有良好的兼容性，例如三烷基氯硅烷、芳基氯硅烷、二氯硅烷以及氢氯硅烷都可兼容，并且反应条件同样适用于与氯锗烷的偶联。该反应可以一锅法合成相应的β-氨基硅/锗烷，产物衍生化可以合成硅杂环，也可以将产物应用于Hiyama偶联。机理研究表明是脱氰偶联可能经过了钛催化生成的负离子过程，不涉及自由基中间体。更重要的，该工作初步表明丙二腈可以直接作为一种稳定易得的三级碳偶联试剂前体，有望实现其他类型的交叉偶联反应。
上述研究得到了国家自然科学基金委项目(22222111和22371215)、国家重点研究计划(2022YFA1502902)、化学学院大型仪器共享平台、科研公共服务条件平台以及武汉大学超算中心的支持。华中师范大学孟祥高老师在单晶测试表征方面提供了重要帮助，北京大学余志祥教授和武汉大学戚孝天教授在DFT计算方面提供了指导。
全文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.4c04495
