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N-磷酰胺基硼硅烯化物:一种含有碱稳定B]Si双键的乙烯类似阴离子

期刊:Chemical ScienceDOI:10.1039/d5sc00047e

这篇文档属于类型a,是一篇关于新型硼硅烯阴离子化合物合成及其反应性的原创研究论文。以下为详细的学术报告内容:

作者及机构信息
本研究由新加坡南洋理工大学化学与生物工程学院的Si Jia Isabel Phang、台湾嘉义大学应用化学系的Zheng-Feng Zhang、高雄医学大学药物与应用化学系的Ming-Der Su*及南洋理工大学的Cheuk-Wai So*共同完成。论文于2025年3月10日发表在《Chemical Science》期刊,标题为《Amidinato borasilenide: a vinyl-analogous anion containing a base-stabilised B=Si double bond》。


学术背景
本研究属于主族元素化学领域,聚焦于含硅-硼双键(B=Si)化合物的设计与合成。传统硼硅烯(borasilene)因硼和硅中心的电子特性差异而具有独特的反应性,但其稳定性极差,需依赖大位阻配体稳定,这限制了其应用潜力。此前,Sekiguchi、Iwamoto等团队仅报道了少数几例硼硅烯及其加合物(如氨基稳定型、NHC配位型)。本研究提出了一种新策略:通过合成阴离子型硼硅烯衍生物(borasilenide),利用其负电荷增强反应活性,从而探索其在构建过渡金属配合物、硼硅杂环等复杂结构中的应用价值。


研究流程与方法
1. 前体合成
- 以N-磷氨基氯硅烯(1)为起始原料,与PhBCl₂在甲苯中室温反应16小时,通过氧化加成得到桥联硼硅烷(2),产率49%。
- 通过X射线晶体学确认结构:Si-B键长2.027 Å(单键特征),¹¹B NMR(-5.66 ppm)显示四配位硼中心。

  1. 阴离子硼硅烯的制备

    • 化合物2与过量KC₈在THF中反应2小时,得到二聚体结构的钾盐硼硅烯阴离子(3),产率42%。
    • 关键表征数据:²⁹Si NMR(208.40 ppm)和¹¹B NMR(30.34 ppm)显著去屏蔽,表明B=Si⁻双键特性;X射线显示Si-B键长缩短至1.889 Å,Wiberg键指数(WBI=1.586)证实双键特征。
  2. 反应性研究

    • 与CuCl(PMe₃)反应:定量生成双(硼硅烯)铜配合物(4),Cu与两个B=Si键形成π-络合物(Cu-Si键长2.32-2.34 Å),UV-Vis吸收峰(394 nm)对应π→π*跃迁。
    • 与[IrCl(COD)]₂反应:通过C-H插入机制形成B-Si-Ir金属杂环(5),Ir-B键长2.529 Å,Ir-Si键长2.371 Å,WBI=1.08表明B-Si单键化。
    • 与Me₃SiOTf反应:生成中性硼硅烯(6),B=Si键长1.865 Å,平面性提高(二面角9.9°),²⁹Si NMR(110.06 ppm)显示双键极性均衡。
    • 与MeOTf反应:甲基化后进一步亲电加成,得到硼硅烷(7),Si-B键长恢复至单键范围(2.036 Å)。

数据分析方法
- 结合NMR、X射线衍射、UV-Vis光谱和DFT计算(M06-2X/def2-TZVP水平)解析结构。
- 通过自然键轨道(NBO)分析电子分布,如化合物3中B=Si⁻键的极性(B占56.4%)。


主要结果与逻辑关联
1. 化合物3的成功合成证实了阴离子策略对稳定B=Si键的有效性,其高反应性为后续衍生化奠定基础。
2. 与过渡金属的反应(4、5)揭示了B=Si⁻作为π给体的能力,其中Ir配合物通过C-H活化形成罕见的三元环结构。
3. 中性硼硅烯(6)的合成突破了传统大位阻配体的限制,其可修饰的SiMe₃基团为后续功能化提供可能。


结论与价值
1. 科学价值:首次实现了阴离子型硼硅烯的合成,扩展了主族元素多重键化学的范畴;揭示了B=Si⁻在构建金属杂环、π-络合物中的独特作用。
2. 应用潜力:为开发新型硼硅基功能材料(如催化剂、光电材料)提供了可调控的分子平台。


研究亮点
1. 创新性策略:通过阴离子化增强B=Si键的反应性,克服了传统硼硅烯的稳定性与反应性矛盾。
2. 反应多样性:系统研究了B=Si⁻与亲电试剂、过渡金属的多种反应模式,包括π-配位、C-H插入等。
3. 理论指导:结合实验与计算,阐明了电子结构对反应路径的影响(如化合物5中Ir的d⁸电子反馈作用)。


其他有价值内容
- 论文补充信息包含晶体学数据(CCDC 2394597-2394602),为后续研究提供结构参考。
- 作者指出化合物7在溶液中的不稳定性,提示需进一步优化该类衍生物的合成条件。

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