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01
意外的发现
2015年能与钠反应的官能团，Grubbs和Stoltz等人报道了t-BuOK催化的芳环C-H键芳基化反应，为有机硅化合物的合成带来了新的思路，避免了传统方法中活泼试剂和贵金属催化剂的使用。该方法反应条件温和，产率高达94%，具有较好的化学和区域选择性，并且可以放大至百克级规模，说明该反应具有较大的应用潜力。该方法具有较大的合成价值，但真正引起大家关注的是其背后的反应机理，这是一种十分少见的新反应模式。Grubbs和Stoltz等人在论文中并未给出机理，但留下了探索和思考的空间，引起了广泛的研究兴趣[1]。
在2013年的时候，Grubbs课题组在研究芳基醚的C-O键断裂反应时，偶然发现了芳环C-H键硅基化的副产物。通过控制反应条件，能以95%的收率得到C-O键断裂产物，C-H键硅基化产率始终维持在较低水平[2]。
在2013年研究的基础上，Grubbs课题组和Stoltz课题组合作对这意外的C-H键硅基化反应进行了深入研究。在C-O键断裂反应中，他们发现减少叔丁醇钾的用量C-H键硅基化副反应会增加。通过对叔丁醇钾催化剂当量的筛选，最终实现了碱促进的C-H键硅基化反应。
02
机理研究
这种意外的C-H键硅基化反应引起了物理有机化学家们的研究兴趣，Grubbs、Stoltz和Krenske、Houk、Zare等课题组合作通过质谱、核磁共振、红外、EPR、同位素标记、自由基钟和DFT等各种手段对其机理进行了研究[3][4]。然而并未得出一个明确的结论，推测存在异裂和均裂两种可能的反应机理。
在质谱实验中，检测到了中间体3、4和5的存在。阴离子3说明反应存在一个去质子历程，而中间体5钾离子络合能增强底物C-H键酸性。可能的反应机理为N-甲基吲哚在负氢或五配位硅的作用下脱去质子，随后亲核进攻实现硅基化反应。
另一种可能的反应机理为自由基硅基化，化合物12在反应中能观察到自由基开环产物，并且可以用TEMPO捕获到硅自由基，而硅自由基的产生可能是反应体系中氧气的作用结果。
目前对于这一反应的机理尚无定论，均裂和异裂两种反应模式各有其依据和局限性，有待进一步研究。除芳环C-H键硅基化外，t-BuOK-R3SiH体系还在Csp-H键和Csp3-H键硅基化、C-S键和C-N键还原断裂、多环芳烃还原和苯乙烯氢化等领域有较好应用。
03
相关反应及其应用
1、C-O键或C-S键还原断裂
除C-H键硅基化反应外，t-BuOK-R3SiH体系还能实现二苯并噻吩等的脱硫反应，可以用于工业脱硫[5]。与C-H键硅基化反应不同，脱硫反应需要使用3当量的t-BuOK，并且须在高温下进行。对于二苯并呋喃类底物能与钠反应的官能团，能实现C-O键断裂得到苯酚，但只能实现一根C-O键的断裂。
2、C-N键还原断裂
Strathclyde大学的John A.Murphy教授是研究“有机电子给体”的行家，2017年，Murphy和Tuttle等人基于t-BuOK-R3SiH体系实现了C-N键的还原断裂脱苄基反应[6]。在30当量t-BuOK-R3SiH的作用下，萘环也能去芳构被还原。
3、苯乙烯的氢硅基化反应
2019年，Jeon等人报道了中性和富电子苯乙烯类化合物的氢硅基化反应，而对于缺电子芳烃容易发生苯乙烯的聚合反应[7]。
4、其他反应
t-BuOK-R3SiH体系是良好的硅自由基源，还能实现炔烃、胺和苄位的硅基化反应[8]。
总结：t-BuOK-R3SiH反应体系十分有魅力，得到了很多物理有机化学家的关注，然而其反应机理还不太明确，仍有很多困惑的地方，如有些反应中叔丁醇钾可以而叔丁醇钠不行、亲核性的硅自由基和缺电子的吡啶等化合物反应效果差等等，把这些疑惑弄明白十分有意义。
注：很早以前就关注到了这个神奇的反应，看了相关的综述但对于该反应还是停留在“电子给体和自由基”的阶段。本文主要参考了IanD. Jenkins和ElizabethH. Krenske在ACSOmega上发表的综述[9]：MechanisticAspects of Hydrosilane/Potassium tert-Butoxide (HSiR3/KOtBu)-MediatedReactions，有兴趣的读者可以阅读原文。
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