协同作用的金-硅催化：揭示炔基金反应性及其在糖醛高效C-炔基化中的应用

《Chemistry – A European Journal》：Synergistic Gold-Silicon Catalysis: Unravelling Alkynyl Gold Reactivity and Application to the High-Performance C-Alkynylation of Glycals

该研究开发了一种高效且高度α-选择性的金-硅协同催化烷基转移反应，利用稳定的(F5Ph)3PAuNTf2催化剂在室温下实现低催化剂负载（0.2-1 mol%）的C-烷基化反应。DFT机制研究表明，烷基金物种表现出适当的亲核性，并揭示了两种不同的烷基加成途径，为首次阐明该反应的完整机制提供了理论依据。该催化体系可广泛应用于糖苷化学中生物活性分子的合成，展示了金-硅协同催化的显著优势。

　　近年来，金属催化在有机合成中扮演了越来越重要的角色，特别是在金催化领域。金催化剂因其独特的反应性、空气稳定性以及在多种反应中表现出的高选择性而受到广泛关注。金的反应性可以通过配体和阴离子效应进行调节，使其在不同反应条件下表现出多样的特性。基于这一背景，研究者们提出了一种新的概念，即“协同金-硅催化”（synergistic gold-silicon catalysis），并尝试将其应用于更广泛的反应体系中，包括碱基的烷基化反应。这种概念为金催化提供了新的思路，并拓宽了其在有机合成中的应用范围。

本研究中，我们报道了一种高效的α-立体选择性金-硅协同催化体系，用于从1-三甲基硅烷基炔（1-trimethylsilylalkynes）向糖苷类化合物（glycals）进行炔基转移反应。通过使用一种稳定且在室温下可操作的（F?Ph）?PAuNTf?催化剂，该反应在极低的催化剂负载量（0.2–1 mol%）下表现出优异的反应效率和立体选择性。这一方法不仅适用于芳香族或脂肪族的1-三甲基硅烷基炔，而且能够容忍各种功能化的糖苷类供体。此外，该反应还能用于合成一种伪糖苷二糖（pseudo-C-disaccharide）。

DFT（密度泛函理论）机制研究揭示了该反应中在位生成的电子缺缺的炔基金物种具有足够的亲核性，并进一步阐明了其完整的反应机理，包括两个不同的加成路径。这一发现是首次明确指出炔基金物种在与氧杂碳正离子（oxacarbenium electrophile）反应时表现出经典的有机金属特性，而不是通过可能的卡宾形式进行反应。通过这些计算，我们不仅验证了反应路径，还进一步揭示了反应过程中各步骤的能量变化和动力学特征。

在反应的探索过程中，我们选择了两种典型的糖苷衍生物（1a和1b）作为模型底物，以研究催化剂负载量和反应条件对反应效率和立体选择性的影响。1a是一种通常反应性较强的糖苷，而1b则表现出较低的反应活性。通过对比不同催化剂的效果，我们发现（F?Ph）?PAuNTf?在催化效率和立体选择性方面表现最佳。此外，我们还评估了多种糖苷衍生物和1-三甲基硅烷基炔，发现该反应体系具有广泛的底物适用性，能够高效地将炔基引入各种糖苷类化合物中，包括不同取代的糖苷以及含有保护基团的糖苷。

在反应机制方面，我们通过DFT计算详细研究了炔基金物种的反应路径，揭示了其与糖苷中间体的相互作用。计算结果表明，炔基金物种通过σ路径进行加成反应，而不是通常假设的π路径。这一发现与之前的研究形成对比，表明炔基金物种在与氧杂碳正离子反应时，具有更显著的极化能力。此外，计算还显示，炔基金物种的亲核性显著高于其三甲基硅烷前体，这为反应的高效进行提供了理论依据。

进一步的实验研究显示，该反应不仅在实验室规模上表现优异，而且能够扩展到克级甚至更大的规模。通过使用极低的催化剂负载量（如0.2 mol%），我们成功实现了高产率和高立体选择性的反应，这表明该方法具有显著的工业应用潜力。此外，该反应对多种功能团表现出良好的耐受性，包括不同的保护基和官能团，这为合成复杂分子提供了更大的灵活性。

该研究的意义在于，它不仅为金-硅协同催化提供了新的范例，还拓展了金催化在糖化学中的应用。通过结合金和硅的特性，我们开发出了一种高效、选择性高且适用性广的炔基转移反应方法。这一方法能够克服传统金催化反应中的一些局限，如需要高温、催化剂负载量较高以及对某些底物不耐受等问题。同时，通过DFT计算，我们首次系统地揭示了炔基金物种在反应中的具体行为，这为理解金催化反应机制提供了新的视角。

此外，该研究还强调了配体和阴离子在调控金催化反应中的关键作用。通过选择合适的配体和阴离子，我们能够有效调节金的亲电性和亲核性，从而优化反应条件。这一发现不仅有助于理解金催化反应的内在机制，还为设计新的金催化剂提供了理论指导。通过结合金的催化能力和硅的配位能力，我们实现了对炔基转移反应的精确控制，为后续的合成研究奠定了基础。

总的来说，这项研究展示了金-硅协同催化在糖苷合成中的巨大潜力。通过使用（F?Ph）?PAuNTf?作为催化剂，我们实现了在极低负载量下高效的炔基转移反应，并通过DFT计算验证了反应机理。这一方法不仅适用于常见的糖苷类底物，还能处理一些反应性较低的糖苷，如1b。此外，该方法还适用于多种不同的1-三甲基硅烷基炔，包括芳香族和脂肪族的炔基供体。这些结果表明，金-硅协同催化不仅能够提高反应效率，还能增强反应的立体选择性，为有机合成领域提供了新的工具和思路。

本研究的成果将对未来的糖化学和金催化研究产生深远影响。通过开发一种高效的炔基转移反应，我们为合成各种糖苷衍生物提供了新的策略。同时，通过揭示炔基金物种的反应机制，我们为理解金催化反应的内在规律提供了新的视角。这些发现不仅有助于推动糖苷合成技术的发展，还可能为其他类型的金催化反应提供理论支持。此外，该研究还展示了金-硅协同催化在复杂分子合成中的广泛应用前景，为未来的研究方向提供了重要的参考价值。