简介

        1-氢硅氮烷，如图1所示，是一种用途广泛的氢化物试剂。它可用于各种还原反应，从醛和酮合成醇、胺、其手性衍生物和酯。1-6与其他硅烷相比，它的相对反应性，加上其水分稳定性和易处理性，使其成为一种有吸引力的还原剂选择。

图1. 1-氢硅氮烷

        Frye等人于1961年报道了1-氢硅氮烷作为稳定的五配位烷氧基硅烷的开创性例子。7 1-氢硅氮烷的一个关键特征在于其笼状结构，这促进了氮和硅之间形成配位键。7-9 超配位有机硅烷在硅中心表现出增强的电敏感性，导致配体处的电子密度增加。10 尽管1-氢硅氮烷具有许多有益的性质，但它们在有机合成中作为试剂尚未得到广泛的应用。11

        1976年，Eaborn和他的团队是探索1-氢硅氮烷作为氢化物来源的先驱，为其在还原六个不同官能团方面的应用提供了一个未经优化的例子。12由于Si-H键向氢的极化，氢硅烷起着氢化物来源的作用。13 1-氢硅氮烷中氮和硅之间的分子内配位增强了Si-H键的反应性，使其成为一种有效的氢化物供体。8,9尽管其刚性结构使其具有高稳定性，但最初的工作只提供了对1-氢硅氮烷作为还原剂潜力的初步见解。直到最近，从2016年开始，阿德勒小组才报道了利用1-氢硅氮烷的有效合成方法。1-6

图2. 利用1-氢硅氮烷作为氢化物还原剂的方法

1-氢硅杂环丁烷应用的优势

        1-氢硅氮烷在空气和水分存在下是一种稳定的还原剂，适用于露天台式反应。它无毒、用户友好，并随着时间的推移保持其完整性。2 作为金属氢化物还原的更安全替代品，它提供了在温和条件下操作的简单方法。这种还原剂与许多官能团相容，表现出化学选择性，并产生无毒副产物。此外，它具有可扩展性，可以在没有金属的情况下使用，并且能够合成具有生物学意义的分子和药物。

代表性应用

1. 直接还原性胺化

        直接还原胺化（DRA）是合成仲胺和叔胺最常用的技术。14 有效的DRA方法需要化学选择性氢化物源来还原亚胺或亚胺中间体，而不影响初始羰基或其他官能团。1-氢硅氮烷是一种高反应性的还原剂，由于其与各种官能团的相容性，非常适合用于DRA。1,2 研究表明，1-氢硅氮烷在DRA与醛/酮和仲胺的反应中具有广泛的适用性，可以生产叔胺（图3），展示了其对可还原基团和常见保护基团的优异耐受性。此外，在乙酸中使用醛/酮与1-氢硅氮烷合成仲胺（图3）。值得注意的是，即使在同一分子上存在酮取代基的情况下，DRA与1-氢硅氮烷的反应对醛也表现出化学选择性。因此，氨基醇可以使用1-氢硅氮烷在一锅法还原过程中合成（图4）。3

图3. 使用1-氢硅氮烷的直接还原胺化。[a]无水乙醇，相对温度[b]无水乙醇，70˚C

图4. 使用1-氢硅氮烷对酮醛进行两步一锅串联DRA/还原

        许多关键胺表现出手性，使不对称非对映选择性还原胺化（DRA）成为一个关键过程。为了实现对映选择性，可以在前手性酮与芳胺的DRA中使用大型手性磷酸催化剂，利用1-氢硅氮烷作为还原剂。这使得手性胺的生产具有高转化率和优异的对映体过量（见图5）。6

图5. 使用1-氢硅氮烷和手性磷酸催化剂的不对称DRA

2. 酮的还原

        当加入路易斯碱tBuOK时，1-氢硅氮烷被激活，能够在温和的条件下将各种酮还原为相应的醇，而不会产生挥发性或危险的硅烷（图6）。用1-氢硅氮烷还原酮可以实现高非对映选择性。此外，当包含手性添加剂时，酮的不对称还原可以表现出对映选择性，从而可以合成具有高对映体过量的手性醇（图7）。2,4

图6. 用1-氢硅氮烷还原酮

图7. 用1-氢硅氮烷和手性路易斯碱不对称还原前手性酮

3. 醛的还原

        1-氢硅氮烷可用于将醛转化为相应的伯醇。当被NaOH激活时，它有效地将各种芳醛还原为苄醇，而不会产生醚或脱氧副产物（如图8所示）。1 与可还原的腈、硝基或苄基/烯丙基醚没有交叉反应。此外，杂芳基、多环芳基和脂肪醛也已使用1-氢硅氮烷有效还原。1

图8. 取代苯甲醛的还原

        醛可以直接进行还原乙酰化反应生成酰化醇，这有利于合成酯或在合成过程中保护醇。该工艺可以提高多步合成路线的效率。通过在乙酸和醛的存在下使用1-氢硅氮烷作为还原剂，可以以良好到优异的收率合成各种乙酰酯（如图9所示）。值得注意的是，这种方法不会产生乙醚副产物。它证明了对醛的化学选择性，因为在探索底物范围时，同一分子上的酮仍然没有被还原。5

图9. 醛的直接还原乙酰化

参考文献

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2. Varjosaari SE, Skrypai V, Suating P, Hurley JJM, Gilbert TM, Adler MJ. 2017. 1-Hydrosilatrane: A Locomotive for Efficient Ketone Reductions. Eur. J. Org. Chem.. 2017(2):229-232. https://doi.org/10.1002/ejoc.201601256

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5.James, R.; Herlugson, S.; Varjosaari, S.; Skrypai, V.; Shakeel, Z.; Gilbert, T.; Adler, M. J. SynOpen 2019, 3, 1-3.

6.Skrypai V, Varjosaari SE, Azam F, Gilbert TM, Adler MJ. 2019. Chiral Brønsted Acid-Catalyzed Metal-Free Asymmetric Direct Reductive Amination Using 1-Hydrosilatrane. J. Org. Chem.. 84(9):5021-5026. https://doi.org/10.1021/acs.joc.8b03073

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11.Puri JK, Singh R, Chahal VK. Silatranes: a review on their synthesis, structure, reactivity and applications. Chem. Soc. Rev.. 40(3):1791-1840. https://doi.org/10.1039/b925899j

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14.Podyacheva E, Afanasyev OI, Tsygankov AA, Makarova M, Chusov D. 2019. Hitchhikers Guide to Reductive Amination. Synthesis. 51(13):2667-2677. https://doi.org/10.1055/s-0037-1611788

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