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JACS：首例“磷雜環(huán)丁酮”的合成
來(lái)源：化學(xué)加原創(chuàng) 2023-11-30
導(dǎo)讀：近日，美國(guó)麻省理工理工學(xué)院（Massachusetts Institute of Technology）Christopher C. Cummins課題組首次報(bào)道了游離、非絡(luò)合磷雜環(huán)丁酮（phosphet-2-ones）的合成并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。此類不飽和四元磷環(huán)是通過(guò)二苯并-7-膦降冰片二烯（dibenzo-7-phosphanorbornadiene）類化合物RPA（A = C14H10, 蒽）向環(huán)丙烯酮（cyclopropenones）的轉(zhuǎn)移來(lái)制備的，且產(chǎn)率高達(dá)89%。理論計(jì)算表明反應(yīng)經(jīng)歷了烯酮-葉立德（ketene-ylide）和烯酮-磷烯（ketene-phosphaalkene）中間體。值得注意的是，合成的磷雜環(huán)丁酮還可以通過(guò)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化得到更多不同取代的磷雜環(huán)丁酮和磷雜環(huán)丁烯，以及兩種呋喃酮衍生物，它們可能是通過(guò)分子內(nèi)膦催化的[3+2]環(huán)化產(chǎn)生的。相關(guān)成果發(fā)表在J. Am. Chem. Soc.上，文章鏈接DOI：10.1021/jacs.3c11263。
（圖片來(lái)源：J. Am. Chem. Soc.）四元磷環(huán)是一類獨(dú)特的分子，由于其具有環(huán)張力而展現(xiàn)出特殊的活性和反應(yīng)性。磷雜環(huán)丁酮是一類不飽和β-內(nèi)酰胺（azetinone）的磷類似物，是最早可獲得的不飽和四元磷環(huán)之一（Figure 1A）。然而，迄今為止，還沒(méi)有成功分離和表征游離、非絡(luò)合磷雜環(huán)丁酮的報(bào)道，從而限制了化學(xué)家們對(duì)其反應(yīng)性及其潛在應(yīng)用的研究?；贑hristopher C. Cummins課題組利用RPA實(shí)現(xiàn)亞膦基向不飽和分子的轉(zhuǎn)移來(lái)構(gòu)建不飽和四元磷環(huán)，以及Takizawa課題組報(bào)道的二苯基環(huán)丙烯酮開(kāi)環(huán)并與異氰反應(yīng)得到開(kāi)環(huán)產(chǎn)物的策略（Figure 1B），最近，美國(guó)麻省理工理工學(xué)院Christopher C. Cummins課題組報(bào)道了首例通過(guò)無(wú)催化劑參與的磷烯到環(huán)丙烯酮的轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)了游離、非絡(luò)合磷雜環(huán)丁酮的合成，且對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征（Figure 1C）。下載化學(xué)加APP到你手機(jī)，更加方便，更多收獲。
（圖片來(lái)源：J. Am. Chem. Soc.）首先，作者選擇tBuPA與二苯基環(huán)丙烯酮作為底物，在23 oC反應(yīng)18小時(shí)可以以88%的分離產(chǎn)率得到磷雜環(huán)丁酮產(chǎn)物1。此外，產(chǎn)物1的結(jié)構(gòu)通過(guò)X-射線單晶衍射得到了證實(shí)。這是化學(xué)家迄今為止首次對(duì)不與任何金屬結(jié)合的磷雜環(huán)丁酮進(jìn)行分離和結(jié)構(gòu)表征（Figure 2）。整體來(lái)講，產(chǎn)物1的結(jié)構(gòu)與先前報(bào)道的金屬配位類似物非常相似。計(jì)算結(jié)果表明，反應(yīng)首先經(jīng)歷tBuPA與二苯基環(huán)丙烯酮的親核開(kāi)環(huán)形成烯酮-葉立德中間體1a。隨后，蒽環(huán)釋放得到反式烯酮-磷烯中間體1b，并通過(guò)C-C單鍵的旋轉(zhuǎn)異構(gòu)化為1c。最后，1c通過(guò)關(guān)環(huán)得到1，且整個(gè)反應(yīng)的能量下降為35.1 kcal mol?1。 （圖片來(lái)源：J. Am. Chem. Soc.）隨后，作者對(duì)此磷雜環(huán)丁酮合成的底物范圍進(jìn)行了探索（Table 1）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明包括異丙基、2,6-二甲基哌啶、氫取代的RPA試劑均可順利參與轉(zhuǎn)化，以22-89%的產(chǎn)率得到相應(yīng)的磷雜環(huán)丁酮產(chǎn)物2-14。此外，一系列不同取代的對(duì)稱和非對(duì)稱的環(huán)丙烯酮同樣具有良好的兼容性。
（圖片來(lái)源：J. Am. Chem. Soc.）盡管烷基-PA和氨基-PA兩種試劑均適用于此膦烯轉(zhuǎn)移反應(yīng)，但磷原子上取代基的變化仍然受到RPA試劑的限制。為了獲得更多的磷雜環(huán)丁酮，作者試圖探索利用其它途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)磷原子的官能團(tuán)化。3的P-N鍵可以很容易的被HCl斷開(kāi)，以94%的產(chǎn)率得到15。隨后，15在ZnCl2介導(dǎo)下與不同的格氏試劑反應(yīng)可以以42-70%的產(chǎn)率得到產(chǎn)物16-19，而這些產(chǎn)物在之前由于缺乏相應(yīng)的RPA試劑而無(wú)法獲得（Scheme 1）?？偟膩?lái)說(shuō)，此反應(yīng)為磷雜環(huán)丁酮分子中所有三個(gè)取代基的改變提供了方法，從而為系統(tǒng)地研究它們的性質(zhì)和潛在應(yīng)用提供了便利。（圖片來(lái)源：J. Am. Chem. Soc.）接下來(lái)，作者探索了磷雜環(huán)丁酮的反應(yīng)活性（Figure 3）。磷雜環(huán)丁酮1在催化量BCF（tris(pentafluorophenyl)borane）的存在下可以被三乙基硅氫還原，以95%的產(chǎn)率，96:4的dr得到磷雜環(huán)丁烯衍生物20。此外，1在穩(wěn)定的Wittig試劑的存在下分別以91%和82%的產(chǎn)率得到烯烴產(chǎn)物21和22，且Z-式異構(gòu)體為主要產(chǎn)物。此外，產(chǎn)物21的結(jié)構(gòu)通過(guò)X-射線單晶衍射得到了確證。
（圖片來(lái)源：J. Am. Chem. Soc.）將磷雜環(huán)丁酮1在2.0當(dāng)量二苯基環(huán)丙烯酮的存在下，80 oC反應(yīng)18小時(shí)可以以45%的產(chǎn)率，>99:1 dr得到螺環(huán)產(chǎn)物23，且X-射線單晶衍射證實(shí)了產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)。反應(yīng)可能經(jīng)歷1與環(huán)丙烯酮開(kāi)環(huán)得到烯酮-葉立德中間體，隨后通過(guò)烯酮-磷烯中間體的環(huán)化得到產(chǎn)物。鑒于產(chǎn)物23具有磷和鄰近的碳兩個(gè)手性中心，因此23可以在不對(duì)稱催化中應(yīng)用來(lái)構(gòu)建手性磷雜環(huán)丁烯（Figure 4）。 
（圖片來(lái)源：J. Am. Chem. Soc.）
最后，當(dāng)作者使用Me2NPA與大大過(guò)量的二苯基環(huán)丙烯酮在23 oC反應(yīng)18小時(shí)可以以54%的產(chǎn)率，>99:1 dr得到新產(chǎn)物24，且作者通過(guò)X-射線單晶衍射證實(shí)了產(chǎn)物24的結(jié)構(gòu)（Figure 5）。反應(yīng)首先經(jīng)歷磷烯轉(zhuǎn)移得到中間體24a，隨后其與另一分子二苯基環(huán)丙烯酮反應(yīng)，通過(guò)二甲胺基遷移得到酰胺類中間體24b。最后，通過(guò)分子內(nèi)膦催化的[3+2]環(huán)化得到產(chǎn)物24。（圖片來(lái)源：J. Am. Chem. Soc.）Christopher C. Cummins課題組首次合成了游離、非絡(luò)合的磷雜環(huán)丁酮產(chǎn)物并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。計(jì)算結(jié)果表明反應(yīng)經(jīng)歷了烯酮-葉立德和烯酮-磷烯中間體。值得注意的是，合成的磷雜環(huán)丁酮還可以通過(guò)進(jìn)一步衍生化實(shí)現(xiàn)一系列不同取代的磷雜環(huán)丁酮和磷雜環(huán)丁烯的合成。此反應(yīng)的發(fā)展為化學(xué)家們對(duì)磷雜環(huán)丁酮類化合物的反應(yīng)性及其應(yīng)用的研究奠定了基礎(chǔ)。 文獻(xiàn)詳情：
Tiansi Xin, Christopher C. Cummins*. Synthesis of Phosphet-2-one Derivatives via Phosphinidene Transfer to Cyclopropenones. J. Am. Chem. Soc., 2023, https://doi.org/10.1021/jacs.3c11263.
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