近日，平原实验室、抗病毒性传染病创新药物全国重点实验室穆德龙高级工程师在国际顶级期刊《Nature Communications》发表题为Base-catalyzed regioselective C(sp3)–Si bond activation of silacyclobutanes and benzosilacyclobutenes 的研究论文。我室穆德龙高级工程师为本文的通讯作者，平原实验室、抗病毒性传染病创新药物全国重点实验室为论文的第一通讯单位。该研究得到了河南省自然科学基金以及平原实验室等经费的资助。
硅杂环丁烷是一类具有特殊骨架结构的四元有机硅化合物，分子内存在显著的环张力和较强的Lewis酸性，赋予其良好的反应活性，作为合成子广泛应用于有机硅化合物的制备。然而，该类化合物的活化模式高度依赖过渡金属，不仅与绿色化学的发展理念背道而驰，也严重限制了碳-硅键活化作为普适性工具箱实现多样化转化的潜力。因此，开发简单的催化体系并发展新型活化模式具有重要意义。
碱作为一类重要的大宗化学品，在合成化学领域有着广泛应用。尽管碱参与的化学转化已取得显著进展，但将其作为催化剂用于碳-硅键活化仍面临巨大挑战。与过渡金属相比，碱具有廉价、易得和种类多样等优势，有望在替代过渡金属的同时，保持高效的催化反应活性。然而，要实现碱催化的活化过程，还需解决一系列挑战性难题：(1) 碱作为催化剂实现碳-硅键活化，该领域仍处于探索阶段。如何在不借助外界添加剂的条件下完成整个催化循环，是一个关键难题；(2) 过渡金属催化策略能够有效调控反应的化学选择性、区域选择性和立体选择性，但碱对活化位点缺乏有效区分能力，因此如何调控区域选择性仍是一个巨大挑战；(3) 需要设计一种可行的活化模式，适用于惰性碳-硅键官能团化反应。
为了解决上述科学难题，研究团队突破了过渡金属在碳-硅键活化领域的主导地位，开发了一种绿色、可持续的活化模式，建立了无需过渡金属和配体的简单催化体系。该体系以廉价易得的碱作为催化剂，高效实现了硅杂环丁烷与苯并硅杂环丁烷的区域选择性C(sp³)–Si键官能团化反应。该活化模式基于协同催化机制，通过形成氢键、协同拔氢、开环及质子捕获完成整个催化循环，并得到了DFT计算的理论支持；其中，碱与偶联试剂之间形成的氢键是该催化循环的关键步骤。所发展的催化体系无需使用任何金属催化剂和配体，且具有区域选择性优异、底物适用范围广、反应条件温和、操作简便以及全程无需气体保护等显著优势。该策略不仅为碳-硅键的活化提供了新思路，也为有机硅化合物的汇聚式合成提供了新范式。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-75467-x