官能團交換極具吸引力和應(yīng)用前景，同時具有挑戰(zhàn)性，目前該領(lǐng)域研究仍處于起步階段。已知的官能團交換過程大都基于雙鍵轉(zhuǎn)化的官能團交換。相反，基于單鍵的官能團交換反應(yīng)很少，且通常依賴過渡金屬催化來實現(xiàn)（圖1A）。

　　氫硅烷是一類重要的合成和材料試劑，其使用主要依賴于Si–H鍵的活化，如硅氫化反應(yīng)和脫氫偶聯(lián)反應(yīng)。相反，對于氫硅烷的C–Si鍵的活化，除了氫硅烷的重組反應(yīng)（圖1B）之外，卻鮮有報道。

圖1.基于單鍵的官能團交換反應(yīng)和硼烷催化Si–B官能團交換反應(yīng)

　　中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所羰基合成與選擇氧化國家重點實驗室吳立朋人才團隊自2018年成立以來一直致力于前過渡金屬催化和元素化學(xué)相關(guān)反應(yīng)研究。

　　近日，該團隊在硼烷催化下，實現(xiàn)了首例氫硅烷和氫硼烷的Si–B官能團交換反應(yīng)（圖1C）。利用該方法實現(xiàn)了一系列氫硅烷和氫硼烷的Si–B官能團交換。更重要的是利用該方法實現(xiàn)了烯烴與SiH₄和MeSiH₃的形式硅氫化反應(yīng)，從而實現(xiàn)了一系列烷基三氫硅烷和烷基甲基二氫硅烷的高效制備（圖2）。通過傳統(tǒng)烯烴、SiH₄和MeSiH₃的硅氫化反應(yīng)制備上述產(chǎn)物則面臨安全性、活性和選擇性等方面的挑戰(zhàn)。

圖2.烯烴與SiH₄和MeSiH₃的形式硅氫化反應(yīng)

　　結(jié)合相關(guān)控制實驗、DFT計算和相關(guān)文獻報道，研究人員提出了該反應(yīng)的可能機理（圖3），PhMeSiH₂與BH₃·THF接近形成中間體IN1，經(jīng)過中間過渡態(tài)TS1發(fā)生C–Si/B–H鍵的σ復(fù)分解反應(yīng)生成IN2中間體PhBH₂·THF，IN2中間體與HBPin結(jié)合生成中間體IN3，經(jīng)過中間過渡態(tài)TS2發(fā)生C–B/B–H鍵的σ復(fù)分解反應(yīng)生成最終產(chǎn)物3a，同時BH₃·THF再生，完成催化循環(huán)。

圖3.推測的反應(yīng)機理

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在《美國化學(xué)會》（J. Am. Chem. Soc. 2023 , DOI：10.1021/jacs.3c05625）上。論文第一作者為蘭州化物所2021級博士生張炯，共同作者為南方科技大學(xué)博士后魏睿和蘭州化物所助理工程師任春平，南方科技大學(xué)劉柳教授和蘭州化物所吳立朋研究員為通訊作者。

　　該工作得到了國家自然科學(xué)基金委、蘭州化物所“一三五”重點項目、蘭州化物所青年科技工作者協(xié)同創(chuàng)新聯(lián)盟合作基金、全國重點實驗室自主部署項目和廣東省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)研究團隊計劃的支持。