综述:近期合成了磷杂环戊烷(phosphirane)及其1H-磷杂环戊烷(1H-phosphirene)衍生物

《Tetrahedron》:Recent synthesis of phosphirane and 1 H-phosphirene derivatives

【字体: 时间:2026年02月21日 来源:Tetrahedron 2.2

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  磷irane和1H-磷irene的合成方法及机理研究,包括双亲核取代、电环化反应、[1+2]环加成等策略,探讨其立体选择性、反应机理及金属配合物应用前景。

  
Jiaxi Xu
中国北京化工大学化学学院有机化学系,化学资源工程国家重点实验室,北京 100029

摘要

磷杂环戊烷(phosphirane)和1H-磷杂环戊烷(1H-phosphirene)衍生物是饱和的和不饱和的三元含磷杂环化合物,可作为氮杂环丙烷(aziridines)和1H-氮杂环丙烷(1H-azirines)的类似物。制备磷杂环戊烷和1H-磷杂环戊烷衍生物的主要方法是不同的膦烯(phosphinidenes)分别与各种烯烃(alkenes)和炔烃(alkynes)进行环加成反应。其他合成方法还包括双亲核取代反应和电环化反应等。本文还讨论了某些方法的适用范围、立体选择性以及提出的反应机理,并展望了这些化合物的进一步发展前景。

引言

磷杂环戊烷衍生物是一类重要的含磷饱和三元杂环化合物,它们是氮杂环丙烷的磷类似物。最早的磷杂环戊烷相关文献出现在1963年的美国专利中[1],并于1967年得到完全证实[2]。1H-磷杂环戊烷衍生物是不饱和的三元含磷杂环化合物,是氮杂环丙烷的磷类似物。第一个稳定的1H-磷杂环戊烷衍生物1,2,3-三苯基-1H-磷杂环戊烷五羰基钨复合物于1982年合成[3],并在1984年通过X射线单晶衍射分析进行了结构表征[4]。由于膦类化合物(尤其是脂肪族膦类)对空气敏感,因此在磷原子上引入大体积取代基可以提高其稳定性,但它们仍然容易发生光解反应。磷杂环戊烷和1H-磷杂环戊烷属于高度扭曲的脂肪族三元环状膦类化合物,因此大多数这类化合物是以金属配合物的形式存在,或者磷原子上带有大体积取代基。尽管磷杂环戊烷和1H-磷杂环戊烷的应用较为有限(例如作为对称和非对称催化反应中的高张力配体[5]),但人们对它们的合成方法给予了高度重视。已有许多综述总结了2018年之前发表的关于这些化合物的合成方法[6,7]。以往的合成方法主要包括:脂肪族膦类与邻位二卤代烷或邻位二醇二磺酸盐的双亲核取代反应;卡宾(carbenes)与磷杂烯(phosphaalkenes)或膦烯与烯烃/炔烃的[1+2]环加成反应;以及初级二氯膦-AlCl?复合物与烯烃/炔烃的亲电加成反应;还有C–P–C单元的环化反应[6,7]。本综述主要关注2002年以来的磷杂环戊烷和1H-磷杂环戊烷及其金属配合物的合成方法,主要包括双亲核取代反应、电环化反应和环加成反应等(图1)。文中仅介绍了从其他起始物质出发合成磷杂环戊烷和1H-磷杂环戊烷的方法,简单的结构修饰未被包括在内。这些信息将对研究这类化合物的合成者具有参考价值。
根据磷杂环戊烷和1H-磷杂环戊烷衍生物的合成策略,下面分别介绍几种常见的合成方法。

通过双取代反应合成磷杂环戊烷

在强碱存在下,初级烷基/芳基膦类与邻位二卤代烷或邻位二醇二磺酸盐/环氧烷进行连续双取代反应,是合成磷杂环戊烷衍生物的通用方法之一。

通过电环化反应合成磷杂环戊烷

3-取代的3H-3-苯基膦金属复合物可由1,2-二炔基苯和初级膦金属复合物制备。这些复合物通过6π环闭合反应形成不稳定的1-取代的1a,7a-二氢-1H-萘[2,3-b]磷杂环戊烷金属复合物,随后通过脱萘反应得到相应的膦烯前体[11,12]。采用类似策略,还可以合成多种1a,7a-二氢-1H-萘[2,3-b]磷杂环戊烷金属复合物,并进一步用于后续研究。

通过膦烯与烯烃/炔烃的环加成反应合成磷杂环戊烷

膦烯是氮杂环丙烷的磷类似物,它们及其过渡金属配合物具有亲电性,能与烯烃和炔烃发生[1+2]环加成反应,生成相应的磷杂环戊烷和1H-磷杂环戊烷或其金属配合物。7-磷杂环戊二烯(7-Phosphanorbornadiene)和二苯并-7-磷杂环戊二烯(dibenzo-7-phosphanorbornadiene)金属复合物是常用的膦烯前体。

通过多种反应合成磷杂环戊烷和1H-磷杂环戊烷

(Bis(trimethylsilyl)methylene)(dichloromethyl-ene)(mesityl)-λ^5-磷烷与丁基锂在THF中的反应生成单锂中间体,该中间体进一步失去一个LiCl分子生成1-甲基-2,3-二(三甲硅基)-1H-磷杂环戊烷。该单锂中间体与MeI反应生成(Bis(trimethylsilyl)methylene)(1-chloroethylidene)(mesityl)-λ^5-磷烷,再在室温下消除一个HCl分子后得到目标产物。

结论与讨论

小分子杂环化合物(三元和四元杂环)是高度扭曲的杂环结构,是重要的合成构建单元,也是某些生物活性化合物的关键组成部分[35, [36], [37]。小分子含磷杂环化合物同样属于高度扭曲的杂环结构[5, [6], [7], [38, 39]。磷杂环戊烷和1H-磷杂环戊烷是饱和的和不饱和的三元含磷杂环化合物,偶尔被用作催化剂中的配体。

利益冲突声明

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致谢

本工作得到了国家自然科学基金(项目编号:21172017和20973013)的支持。
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