2015年，Grubbs和Stoltz等人報道了t-BuOK催化的芳環C-H鍵芳基化反應，為有機硅化合物的合成帶來了新的思路，避免了傳統方法中活潑試劑和貴金屬催化劑的使用。該方法反應條件溫和，產率高達94%，具有較好的化學和區域選擇性，并且可以放大至百克級規模，說明該反應具有較大的應用潛力。該方法具有較大的合成價值，但真正引起大家關注的是其背后的反應機理，這是一種十分少見的新反應模式。Grubbs和Stoltz等人在論文中并未給出機理，但留下了探索和思考的空間，引起了廣泛的研究興趣[1]。
在2013年的時候，Grubbs課題組在研究芳基醚的C-O鍵斷裂反應時，偶然發現了芳環C-H鍵硅基化的副產物。通過控制反應條件，能以95%的收率得到C-O鍵斷裂產物，C-H鍵硅基化產率始終維持在較低水平[2]。
在2013年研究的基礎上，Grubbs課題組和Stoltz課題組合作對這意外的C-H鍵硅基化反應進行了深入研究。在C-O鍵斷裂反應中，他們發現減少叔丁醇鉀的用量C-H鍵硅基化副反應會增加。通過對叔丁醇鉀催化劑當量的篩選，最終實現了堿促進的C-H鍵硅基化反應。
這種意外的C-H鍵硅基化反應引起了物理有機化學家們的研究興趣，Grubbs、Stoltz和Krenske、Houk、Zare等課題組合作通過質譜、核磁共振、紅外、EPR、同位素標記、自由基鐘和DFT等各種手段對其機理進行了研究[3][4]。然而并未得出一個明確的結論，推測存在異裂和均裂兩種可能的反應機理。
在質譜實驗中，檢測到了中間體3、4和5的存在。陰離子3說明反應存在一個去質子歷程，而中間體5鉀離子絡合能增強底物C-H鍵酸性。可能的反應機理為N-甲基吲哚在負氫或五配位硅的作用下脫去質子，隨后親核進攻實現硅基化反應。
另一種可能的反應機理為自由基硅基化，化合物12在反應中能觀察到自由基開環產物，并且可以用TEMPO捕獲到硅自由基，而硅自由基的產生可能是反應體系中氧氣的作用結果。
目前對于這一反應的機理尚無定論，均裂和異裂兩種反應模式各有其依據和局限性，有待進一步研究。除芳環C-H鍵硅基化外，t-BuOK-R3SiH體系還在Csp-H鍵和Csp3-H鍵硅基化、C-S鍵和C-N鍵還原斷裂、多環芳烴還原和苯乙烯氫化等領域有較好應用。
1、C-O鍵或C-S鍵還原斷裂
除C-H鍵硅基化反應外，t-BuOK-R3SiH體系還能實現二苯并噻吩等的脫硫反應，可以用于工業脫硫[5]。與C-H鍵硅基化反應不同，脫硫反應需要使用3當量的t-BuOK，并且須在高溫下進行。對于二苯并呋喃類底物，能實現C-O鍵斷裂得到苯酚，但只能實現一根C-O鍵的斷裂。
2、C-N鍵還原斷裂
Strathclyde大學的John A.Murphy教授是研究“有機電子給體”的行家，2017年，Murphy和Tuttle等人基于t-BuOK-R3SiH體系實現了C-N鍵的還原斷裂脫芐基反應[6]。在30當量t-BuOK-R3SiH的作用下，萘環也能去芳構被還原。
3、苯乙烯的氫硅基化反應
2019年，Jeon等人報道了中性和富電子苯乙烯類化合物的氫硅基化反應，而對于缺電子芳烴容易發生苯乙烯的聚合反應[7]。
4、其他反應
t-BuOK-R3SiH體系是良好的硅自由基源，還能實現炔烴、胺和芐位的硅基化反應[8]。
總結：t-BuOK-R3SiH反應體系十分有魅力，得到了很多物理有機化學家的關注，然而其反應機理還不太明確，仍有很多困惑的地方，如有些反應中叔丁醇鉀可以而叔丁醇鈉不行、親核性的硅自由基和缺電子的吡啶等化合物反應效果差等等，把這些疑惑弄明白十分有意義。
注：很早以前就關注到了這個神奇的反應，看了相關的綜述但對于該反應還是停留在“電子給體和自由基”的階段。本文主要參考了IanD. Jenkins和ElizabethH. Krenske在ACSOmega上發表的綜述[9]：MechanisticAspects of Hydrosilane/Potassium tert-Butoxide (HSiR3/KOtBu)-MediatedReactions，有興趣的讀者可以閱讀原文。
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參考文獻：
[1](a) Nature2015,518,80?84. (b) Patent Appl. WO/2016/100606, 2016.
[2]Chem.Sci.2013,4,1640?1645.
[3]J.Am. Chem. Soc.2017,139,6867?6879.
[4]J.Am. Chem. Soc.2017,139,6880?6887
[5]Nat.Energy2017,2,17008
[6]Angew.Chem., Int. Ed.2017,56,13747?13751.
[7]Nat.Catal.2019,2,164?173
[8](a)J. Am. Chem. Soc.2017,139,1668?1674. (b) Sci.China: Chem.2018,61,449?456. (c) J.Am. Chem. Soc.1983,105,3292?3296.
[9]ACSOmega2020,5,7053?7058. https://dx.doi.org/10.1021/acsomega.0c00366
