科学家实现硅原子四醇精准组装

近日，西安交通大学科研团队在多重可控硅连接化学领域取得重要进展，该研究成果发表在《德国应用化学》。

在材料科学与药物研发领域至关重要的有机硅化合物，因其独特的化学稳定性与结构多样性成为现代工业的基石。然而，有机硅化合物在自然界中并不存在，其获取都必须通过化学合成。传统工艺中，从四氯硅烷（SiCl?）出发的逐步取代反应虽是最简单直接的全合成路径之一，却受困于过度取代的化学选择性问题。

示意图。西安交通大学供图

针对上述问题，西安交通大学化学学院王优良教授团队首次实现了四种不同醇分子在单个硅中心原子上的逐步可控连接，成功制备了传统方法难以合成的含四种不同烷氧基的硅烷。研究团队创新性选用三苯基氯硅烷（Ph?SiCl）作为四氯硅烷的合成等价体，以脱苯基醚化反应为关键反应，实现了亲电性卤化试剂对硅-苯键的精准切割与醇分子的可控连接。

这项连接技术展现了广谱的底物适应性：从空间位阻巨大的全氟叔丁醇到生物活性分子薄荷醇，一系列结构迥异的一级、二级、三级醇类均可参与连接。值得一提的是，水不仅不再是反应障碍，反而成为优选溶剂——团队首次实现了在水介质中的醇羟基的硅醚保护反应，摆脱了使用氯硅烷进行醇羟基的保护反应对无水环境的严苛依赖。

在概念验证中，团队仅用四步便完成药物分子的精准组装：将抗菌药甲硝唑、镇痛成分薄荷醇、天然产物冰片及糖分子通过硅原子三维集成。这种“分子乐高”构建的化合物在酸性条件下可解离回收各醇类模块。

机理研究发现，醇类分子与亲电性卤化试剂（如DBDMH）首先发生背景反应产生酸性条件，质子活化的DBDMH再与苯基硅烷发生亲电性卤化反应产生Wheland中间体。与经典的卤化脱硅反应机理不同，该机理研究中的Wheland中间体并不参与亲核取代反应，而是通过较低的能垒转化为硅阳离子和苯卤鎓离子（能垒仅1-3 kcal/mol）。