Regio- and Stereoselective Cu-Catalyzed Protosilylation of Allenes

Abstract

Allylsilanes serve as crucial synthetic building blocks in various fields such as organic chemistry and medicinal chemistry due to their high stability and ease of handling. The hydrosilylation of allene using the first-row transition metals to yield allylsilanes is recognized as highly beneficial according to an atom-economy. As many studies have been conducted to achieve the development of high regio- and stereoselective protocols with allenes, we developed the Cu-catalyzed protosilylation of mono- and 1,1-disubstituted allenes to obtain (Z)-allylsilanes. Generally, transition metal-catalyzed hydrosilylations involve the formation of the metal hydride, its insertion to multiple C-C bonds and concomitant σ-bond metathesis to generate C-Si bond. In contrast, we aim to develop a different approach using a PhMe₂Si–Bpin reagent and a proton source, incorporating Si at the terminal carbon and H at the middle carbon in allene moiety. Our protocol showed a broad substrate scope, including mono- and di-substituted allenes and exhibited high yields with excellent regio- and stereoselectivity. We proposed the single-electron pathway based on computational studies and radical trap experiments. Notably, our method can be applicable to on-water reactions, demonstrating its potential applicability in the modification of biomolecules found in daily life, such as glucose, galactose and aspirin analog. Keywords: Allene, Protosilylation, (Z)-Allylsilanes, Cu-catalyst, On-water|본 논문은 유기 규소 화합물의 선택적인 프로토실릴화 반응 개발에 관한 내용이다. 알릴 규소 화합물은 높은 안정성과 다루기 쉬운 장점을 가지고 있어 재료 과학, 유기 합성 등 다양한 분야에서 이용되고 있다. 알릴 규소를 합성하기 위해 코발트나 구리 같은 첫 번째 주기의 전이 금속 촉매를 이용한 알렌의 하이드로실릴화 반응은 경제적인 측면에서 가장 효과적인 방법이다. 다만, 이 반응에 대해서 가장 큰 한계점은 총 여섯 가지의 이성질체가 형성될 수 있으며 이를 위치, 입체 선택적으로 통제하는 것은 매우 어렵다. 특히, 열역학적으로 불안정한 (Z)-알릴규소를 합성하는 방법은 거의 알려진 바가 없다. 이에 우리는 구리 촉매를 이용하여 단일이나 이중 치환된 알렌에 대해서 프로토실릴화 반응으로 (Z)-선택성을 가지는 알릴 규소 합성 방법을 개발하고자 했다. 우리 방법은 구리 촉매와 N,N-리간드 또는 PN 리간드의 복합체 존재 하에 PhMe2SiBpin과 양성자 공급원이 알렌의 말단자리와 중간 탄소에 각 각 삽입된다. 단일 및 이중으로 치환된 알렌의 프로토실릴화 반응은 높은 수율과 선택성을 얻을 수 있었으며, 특히 아민과 산소가 포함된 알렌에 대해서도 목표로 하는 (Z)-알릴규소 화합물을 얻을 수 있었다. DFT 계산과 라디칼 억제제 실험을 기반으로 단일 전자 이동 경로를 통해 (Z)-알릴규소가 형성되는 메커니즘을 제안하였다. 특히, 우리 방법론에서 양성자 공급원과 용매로 물을 사용함으로써, 우리 방법이 유기용매 없이 물에서도 충분히 프로토실릴화 반응이 진행될 수 있음을 강조하였다. 더하여 (Z)-알릴규소를 그램(g) 단위로 합성 가능했으며, 알릴 알코올로 만들기 위한 중간체로 활용됨을 보여주었다. 핵심어: 알렌, 프로토실릴화반응, (Z)-알릴규소, 구리 촉매, 물 반응