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二烷基膦、三烷基膦及其衍生物既廣泛用作單齒和雙齒膦配體,同時還常用作有機合成中的親核催化劑。一些人名反應如:Wittig、Staudinger和Missunobu反應需要化學計量的三烷基膦作為輔助試劑。白磷(P4)是製備有機磷化合物(OPC)的主要磷原子來源。由P4合成有機磷主要涉及:1)用腐蝕性Cl2將P4氯化為三氯化磷(PCl3),2)通過PCl3與合適的有機試劑磷酰化反應。不飽和化合物的和PH3的反應也有用在一些有機磷化合物的製備中,然而其潛在的高毒、易燃危險性使其沒有大範圍使用。因此,白磷的活化直接製備有機磷化合物仍然是避免P-Cl的具有挑戰性的領域。
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由P4直接合成含有P–C鍵的OPC可以追溯到用有機金屬親核試劑與P4直接反應,然而容易形成複雜的OPC混合物。自20世紀90年代以來,超鹼體系(DMSO/OH-)促進有機鹵化物、炔烴和烯烴與P4反應被大量報道,由於苛刻的反應條件和低的產物選擇性,這些方法仍然遠不能令人滿意。在前期研究的基礎上,廈門大學趙玉芬、唐果團隊的陳福山博士生開發了使用NaI作為電子轉移試劑和Hantzsch酯作為還原劑,通過脂肪羧酸的N-羥基鄰苯二甲酰亞胺(NHPI)酯與P4直接反應生成二烷基和三烷基膦,為了便於分離和防止該過程中的產物損失,通過空氣氧化,分離相應的氧化產物:二烷基膦氧化物(R2P(O)H)和三烷基膦氧化物( R3P(O))。
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在最優條件下,作者對脂肪羧酸底物的適用範圍進行了考察。結果表明,反應對於長鏈、環狀、雜環以及含有各種官能團的脂肪羧酸底物都能得到比較好的結果,並且對與一些複雜的藥物活性分子有很好的兼容性,以高選擇性得到二烷基膦及其氧化物。
令人高興的是,當羧酸酯的量增加到8當量時,高產量生成了三烷基膦。由於三烷基膦缺乏空氣穩定性,如上所述,將空氣引入反應混合物中,並分離出所需的三烷基膦氧化物,產率為47%至87%。同樣,在一鍋兩步反應中合成和分離相應的穩定硼烷加合物。
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在該工作中,作者開發了P4的高效光誘導選擇性烷基化,使用容易獲得且廉價的羧酸衍生物作為烷基化試劑,從而在溫和條件下提供二烷基和三烷基膦衍生物,避免了傳統的氯化階段。該法成功的關鍵是NaI、HE和NHPI酯之間的弱非共價相互作用,它們在可見光照射下產生碳自由基,而不需要外源性光催化劑,由此產生的結構多樣的P–H化合物,作為常用的磷酰化試劑,將促進有機磷生物活性分子的合成研究,並在藥物化學中得到廣泛應用。
論文信息
Decarboxylative Selective Phosphorylation of Aliphatic Acids: A Transition-Metal- and Photocatalyst-Free Avenue to Dialkyl and Trialkyl Phosphine Oxides from White Phosphorus
Fushan Chen, Mengpei Bai, Yumeng Zhang, Weijie Liu, Xinlei Huangfu, Yan Liu, Guo Tang, Yufen Zhao
Angewandte Chemie International Edition
DOI:10.1002/anie.202210334
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