硅是地壳中含量第二多的元素。相比与碳原子，硅原子具有较大的共价半径、较小的电负性以及额外的3d轨道等特点。正是由于这些特性使得有机硅化合物广泛地应用在有机合成、药物化学、农业化学以及材料科学中。由于硅环丁烷具有较大的环张力和路易斯酸性，因此在过去几十年中利用硅环丁烷作为含硅合成子实现有机硅化合物的合成被广泛研究。Sakurai、Imai、Xu、Saito、Zhao、He、Zhang等课题组分别利用硅环丁烷实现了多种硅环化合物的合成（Scheme 1a-1f）。
最近，武汉大学刘文博课题组实现了钯催化硅环丁烷与2-碘联苯的（4+4）环化来构建八元硅环。这一策略包含导向C-H键、C-Si键活化以及环化三个主要过程。此反应具有催化剂用量低、不需要额外的配体、起始原料简单易得等优点。相关成果发表在ACS Catal.（ACS Catal.2021, 11, 5703−5708）上（Scheme 1g）。
（图片来源：ACS Catal.）
首先，作者利用4,4′-二氟-2-碘-1,1′-联苯（1a）和1,1-二苯基硅环丁烷2a作为模板底物进行条件优化（Table 1）。通过对溶剂、碱以及反应温度等条件的筛选，得出2.5 mol% Pd(OAc)2 作为催化剂、KOAc作为碱、DMF作为溶剂、温度为120 ℃的最优反应条件。
（图片来源：ACS Catal.）
随后，作者对底物的适应性展开调查（Table 2）。实验结果证明，该反应具有很好的底物适应性，许多具有不同取代基的底物都可以顺利实现此转化过程且产率良好。值得指出的是，当反应放大至3.5mmol规模的时候仍然可以以76%的产率得到产物3a，由此证明此反应具有很强的应用性。
（图片来源：ACS Catal.）
接下来，作者又利用非对称的底物1作为起始原料来探索反应的区域选择性（Table 3）。实验结果表明，反应所形成的主要产物中硅原子更倾向于连接在富电子的芳环上，这与之前文献报道的区域选择性趋势是一致的。值得注意的是，杂环结构（如吡咯、噻吩等）均可兼容此转化，并以较好的产率得到产物（1m，1n）。
（图片来源：ACS Catal.）
为了更深入地了解此反应的机理，作者进行了一系列控制实验（Scheme 2）。。当使用4-酯基取代的底物1o作为反应物时，得到了与1j为底物时相似的产率和区域选择性。这表明这两个反应中包含着一个共同的五元环钯中间体I（Scheme 2a）。为了进一步证明五元环钯中间体的存在，作者合成出五元环钯络合物5，并利用此络合物进行了计量反应，以86%的产率得到3e（Scheme 2b）。随后作者又利用五元环钯络合物5作为催化剂来催化1e与2a反应，仍以71%的产率得到3e。由此可以进一步证明五元环钯中间体的存在（Scheme 2c）。最后作者进行了KIE实验，结果揭示了速率决定步骤是2-碘联苯与Pd(0)氧化加成生成Pd(II)物种这一步，并且第二慢的步骤是协同金属化去质子化（CMD）形成五元钯环的过程。这与同济大学张扬会小组之前报道的结果一致（Org. Lett.2016, 18, 2958）。
（图片来源：ACS Catal.）
基于上面的实验结果以及文献报道，作者提出了可能的反应机理（Scheme 3）。首先2-碘联苯1与Pd(0)发生氧化加成生成Pd(II)物种II。随后II通过协同金属化脱质子（CMD）机理形成五元钯环物种I。接下来，钯环I与硅环丁烷2发生氧化加成得到Pd(IV)物种III。随后III通过连续的Pd-Si键以及Pd-C键的还原消除得到两个可能的九元环钯中间体IV和IV'。由于还原消除形成的中间体IV能明显缓解钯中心的空间位阻，因此此过程中生成中间体IV的可能性更大。最后通过IV或IV'的还原消除得到八元硅环产物3并再生Pd(0)物种（path 1）。当然另一条包含硅环丁烷2与钯环I的σ-键复分解反应过程也不能被完全排除（path 2）。
（图片来源：ACS Catal.）
总结：武汉大学刘文博课题组开发了一种利用2-碘联苯与硅环丁烷有效合成八元硅环的方法。在2.5 mol% Pd(OAc)2的催化作用下，反应可以顺利进行，并以较高的产率得到产物。机理研究表明该反应包含一个五元环钯中间体物种。此方法提供了一个利用硅环丁烷实现中等硅环合成的新方法。
ACS Catal.2021, 11, 9, 5703–5708
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