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  由简单易得的化合物来有效构建复杂分子一直是化学家们的研究热点,重氮化合物作为一类非常重要而常用的卡宾前体,在过渡金属催化剂存在条件下会脱除氮气产生相应的金属卡宾,进而发生一系列的化学转换. 常见的重氮化合物参与的反应包括X—H (X=C,N,O,S,Si等)键插入反应、环化反应、基于叶立德形成的反应和1,2-氢迁移反应等,通过这些反应可以有效构建各种结构的化合物分子,为合成各种药物分子、天然产物以及生物活性分子提供了方便的合成方法. α-重氮膦酸酯作为一类重要的重氮化合物,同样可以在过渡金属催化下产生金属卡宾而发生类似的化学转换,从而构建出不同的有机磷化合物. 众所周知,有机磷化学在生命科学研究领域具有重要的地位,磷元素在生命起源以及生命活动过程中起着重要的调控作用,比如近些年来发现的氨基膦酸作为天然氨基酸的含磷类似物,具有抗菌、抗病毒、除草、植物生长调节活性以及酶抑制等活性^[1],成为了人们研究的热点.

  1    α-重氮膦酸酯与α-重氮羧酸酯反应性质比较

  2011年Rainier等^[3a]合成了含有β,γ不饱和结构的膦酸酯6,只有在不饱和键上的取代基R¹是酯基并且R²是烷基时,利用Regitz重氮转移反应才能得到含有β,γ不饱和结构的α-重氮膦酸酯7,否则无法利用该方法得到目标产物,而通常情况下有β,γ不饱和结构的羧酸酯则不会有这样的现象(Eq. 3)^[3].

  一般而言,用于制备α-重氮羧酸酯的方法都可以用于α-重氮膦酸酯的制备^[2],其中最常用的两种方法分别是Bamford-Stevens反应^[2a]以及Regitz重氮转移反应^[2b] (Eqs. 1,2). Bamford-Stevens反应是由酮或醛类化合物来制备重氮化合物的一种方法(Eq. 1),反应过程主要包括酮或醛与对甲基苯磺酰肼缩合生成腙1,生成的腙在碱(如三乙胺、DBU等)的作用下脱去对甲苯磺酰基,生成相应的重氮化合物2. 该方法主要用于制备半稳定的重氮化合物,如芳基取代的重氮化合物.

  以上例子可以反映出膦酸酯基团会表现出与羧酸酯不一样的反应特性. Moody等^[4]在研究α-重氮膦酸酯和α-重氮羧酸酯在金属铑催化下的O—H键插入反应时发现,膦酸酯和羧酸酯表现出了不一样的反应活性. 研究认为α-重氮羧酸酯可以形成酮式和烯醇式的共振结构(Eq. 4),由于烯醇式共振结构的存在,使得负电荷离域从而造成α-重氮羧酸酯的反应活性增强,而α-重氮膦酸酯由于P=O键自身的特性,与α-重氮羧酸酯相比无法有效形成酮式和烯醇式的共振,使得重氮基团上的正负电荷无法有效离域,因此其稳定性变强而反应活性降低.

  以往的文献报道显示,α-重氮膦酸酯在性质上趋于稳定,反应活性不及α-重氮羧酸酯. 从目前的研究状况来看,对α-重氮羧酸酯的研究也要远多于α-重氮膦酸酯,α-重氮羧酸酯能进行的反应转化在同样条件下α-重氮膦酸酯不一定能够进行; 另一方面,α-重氮膦酸酯又由于其独特的性质能够发生一些α-重氮羧酸酯所不能进行的反应,从而构建出一些结构独特的含磷功能分子.

  Regitz重氮转移反应是一个非常经典的重氮化合物制备方法(Eq. 2),其原理是在碱性条件下,通过叠氮化物活化活泼亚甲基的C—H键来制备重氮化合物. 该方法主要用于制备二羰基或二酯基取代的重氮化合物4,如果只有一个吸电子基团,需要临时引入一个新的吸电子基团,再利用重氮转移法来合成相应的重氮化合物.

  2    α-重氮膦酸酯参与的反应类型

  在过渡金属催化下,α-重氮膦酸酯可以形成金属卡宾进而发生一系列化学转化,如插入反应、1,2-氢迁移反应和环丙烷化反应等,生成α-氨基、α-羟基或烷基化的氨基膦酸酯等一系列有机磷分子,为功能有机磷化合物的开发提供了有利条件.

  2.1    α-重氮膦酸酯参与的X—H键插入反应

  

  图图式5 Rh(Ⅱ)催化α-重氮膦酸酯分子间X—H键插入反应

  Figure 图式5. Rh(Ⅱ)-catalyzed intermolecular X—H bond insertion reaction of α-diazophosphonates

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  图图式1 α-重氮膦酸酯的分子内C—H键插入反应

  Figure 图式1. Intramolecular C—H bond insertion reaction of α-diazophosphonates

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  2002年,Ukita等^[11a]合成出α位含有吸电子取代基羧酸酯基的α-重氮膦酸酯33 (Scheme 5),在醋酸铑催化下,与苯胺衍生物32a、苯酚衍生物32b、苯硫酚衍生物32c以及苯甲酸衍生物32d发生分子间X—H键插入反应,之后相应的插入产物在DBU作用下发生膦酸酯α位去质子化,进攻苯环上相邻的羰基碳,随后膦酸酯作为离去基团发生离去,最后关环得到吲哚、苯并噻吩以及异香豆素衍生物,其中苯酚衍生物32b可能由于苯环上邻位取代基苯甲酮的吸电子效应以及位阻效应的影响而未能得到相应的O—H键插入产物^[11b].

  2011年,周其林课题组^[8]利用螺环配体-Cu(I)复合物为催化剂分解催化α-芳基重氮膦酸酯21 (R²=Ar),反应以NaBARF为添加剂,在室温下以高对映选择性以及高收率实现了金属卡宾对醇类化合物20的不对称 O—H键插入反应,不对称合成了一系列α-烷氧基膦酸酯,产物的ee值最高可达92%. 当反应中所用的重氮膦酸酯为α-甲基重氮膦酸酯(R²=CH₃)时,反应失去对映选择性,甚至得不到O—H键的插入产物. 反应过程中当醇羟基的位阻变大时,反应的对映选择性会降低(Eq. 6).

  2012年,Maguire等^[9]利用α-重氮膦酸酯23在Rh(Ⅱ)催化下分解产生铑卡宾,与核苷24发生分子间的O—H键插入反应,以中等收率得到了一系列核苷磷酸酯衍生物25,之后脱去膦酸酯保护基团得到各种核苷的膦酸衍生物26 (Scheme 3),由于反应过程中所使用的Rh(Ⅱ)催化剂不含手性配体,所以得到的O—H键插入产物没有立体选择性.

  

  图图式6 α-重氮膦酸酯参与的X—H键插入反应机理

  Figure 图式6. Mechanism of X—H bond insertion reaction of α-diazophosphonates

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  α-重氮膦酸酯参与的N—H键插入反应机理与O—H键插入反应类似,都是先在过渡金属催化下形成金属卡宾,之后卡宾碳与氮原子或氧原子作用形成叶立德^[12],随后发生1,2-氢迁移,金属催化剂离去,从而形成相应的插入产物(Scheme 6),这一点与金属卡宾C—H键插入的三中心两电子机理有很大不同^[13].

  2003年,Afonso等^[5]利用β位是酰胺或酯基取代的α-重氮膦酸酯10和12,在醋酸铑的作用下发生分子内的C—H键插入反应,得到β内酰胺类化合物以及β内酯类化合物. 当β位是酰胺时可以得到单一的β内酰胺的四元环产物11,trans产物和cis产物的比例随着R¹取代基的不同而发生变化,当β位是酯基时,会得到β内酯的四元环13和五元环14的混合物(Scheme 1).

  2004年,Zhang等^[10a]以N-亚磺酰基-β-氨基酸甲酯(27)为起始原料,经过5步反应得到相应的α-重氮膦酸酯28,在醋酸铑的催化下,室温下发生分子内N—H键插入反应,以极高的顺反比例(最高大于99:1)得到了吡咯烷酮膦酸酯衍生物29,反应的高顺反立体选择性可能来源于反应过程中的五元环过渡态,碳-氮叶立德形成后,氮原子上的氢与金属铑在轨道上平行之后可以发生氢迁移-消除反应(Scheme 4).

  

  图图式4 Rh(Ⅱ)催化α-重氮膦酸酯分子内N—H键插入反应

  Figure 图式4. Rh(Ⅱ)-catalyzed intramolecular N—H bond insertion reaction of α-diazophosphonates

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  图图式3 Rh(Ⅱ)催化α-重氮膦酸酯分子间O—H键插入反应

  Figure 图式3. Rh(Ⅱ)-catalyzed intermolecular O—H bond insertion reaction of α-diazophosphonates

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  2006年,Afonso等^[6]研究了β位是酰胺或酯基取代α-重氮膦酸酯15的反应性质,当以水为溶剂在不同的Rh(Ⅱ)催化剂催化下,化合物15可以发生分子内的C—H插入反应. 研究发现,分子内C—H键插入反应和对水分子的O—H键插入反应之间存在竞争,竞争结果取决于催化剂的结构类型以及酰胺取代基的疏水性质(Scheme 2).

  2008年,Afonso等^[7]研究了β位是酰胺取代的α-重氮膦酸酯18,在无金属催化剂时利用光照以水或正己烷或无溶剂反应条件下,可以高化学选择性以及高收率地得到β内酰胺类化合物的四元环或五元环产物(Eq. 5).

  2006年,Beletskaya等^[10b]制备出了α位含有强吸电子取代基三氟甲基的α-重氮膦酸酯30,在醋酸铑催化下,与不同的酰胺、磺酰胺以及苯胺发生分子间N—H键插入反应,得到了一系列α-氨基膦酸酯衍生物31,由于反应所用的金属铑催化剂不含手性配体,所以反应没有对映选择性(Eq. 7).

  在Cu(I),Rh(Ⅱ)或Ag(I)等过渡金属催化下,α-重氮膦酸酯形成金属卡宾后可以与X—H (X=C,N,O,S等)键发生插入反应.

  

  图图式2 α-重氮膦酸酯的分子内C—H键插入反应影响因素研究

  Figure 图式2. Investigation of influence factors of the intramolecular C—H bond insertion reaction of α-diazo- phosphonates

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  2.2    α-重氮膦酸酯参与的环丙烷化以及环丙烯化反应

  2012年,Hansen等^[15a]利用α-重氮甲基膦酸二乙酯(36),在氢化钠以及N-卤代丁二酰亚胺存在反应条件下原位生成卤素取代重氮膦酸酯37 (Scheme 7),之后在Rh(Ⅱ)催化下,以较高的收率以及高非对映选择性得到了针对芳基烯烃的环丙烷化产物38,反应过程中Rh(Ⅱ)的负载量只有0.1 mol%.

  

  图图式8 Rh(Ⅱ)催化α-卤代重氮膦酸酯环丙烷化反应

  Figure 图式8. Rh(Ⅱ)-catalyzed cyclopropanation reaction of α-halodiazophosphonate

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  2013年,Hansen等^[15b]利用α-重氮甲基膦酸二乙酯(36)制备出α-芳基碘代重氮膦酸酯三氟甲磺酸鎓盐(39),之后采用四丁基卤化铵或卤化钾提供卤负离子与39发生亲核反应,得到卤素取代的重氮膦酸酯37,在Rh(Ⅱ)催化剂的催化下与苯乙烯发生环丙烷化反应,以中等收率得到了不同卤素取代膦酸酯环丙烷产物40,反应过程中制备卤素取代重氮膦酸酯37的方法可以作为之前NaH/NXS制备法的一个补充(Scheme 8).

  2012年,Charette等^[16]利用α-氰基重氮膦酸异丙酯(41),在含有配体的Rh(Ⅱ)催化剂Rh₂(S-IBAZ)₄催化下,对芳基烯烃以及联烯的碳-碳双键发生插入反应,以高收率和极高的非对映选择性和对映选择性得到了相应的环丙烷化产物42,反应的收率最高可达99%,dr值为30:1,ee值为99%. 值得一提的是反应所得的环丙烷产物含有两个吸电子基团,这类含有双吸电子基团的环丙烷化合物在不对称合成中有着重要的应用,如发生亲核取代反应^[16b～16c]、环加成反应等^[16d～16f](Eq. 8).

  

  图图式7 Rh(Ⅱ)催化α-重氮膦酸酯环丙烷化反应

  Figure 图式7. Rh(Ⅱ)-catalyzed cyclopropanation reaction of α-diazophosphonates

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  当反应体系中存在不饱和键时,α-重氮膦酸酯在过渡金属催化下产生金属卡宾,会插入到烯烃以及炔烃的不饱和键中,从而生成各种官能团化的环丙烷以及环丙烯化产物. 这些结构在一些重要的天然产物以及药物活性分子中非常常见^[14],因此,过渡金属催化的α-重氮膦酸酯与不饱和键发生的环丙烷以及环丙烯化反应为含磷环丙烷以及环丙烯衍生物的构建提供了重要手段.

  2011年,Davies等^[17]利用α-苯基重氮膦酸异丙酯(43),在三氟甲基磺酸银的催化下,插入到非端基炔44的碳-碳叁键中,以98%的高收率得到了相应的含磷环丙烯产物45,反应过程中所用的催化剂三氟甲基磺酸银的负载量较高,达到了10 mol% (Eq. 9).

  2.3    α-重氮膦酸酯参与的多组分反应

  当过渡金属催化分解重氮化合物形成金属卡宾后, 若反应体系中含有Lewis碱,它会对金属卡宾发生亲核进攻而形成自由叶立德或是金属辅助的叶立德,继而会发生一系列化学转化,如环化反应、多组分反应以及σ-迁移反应等,为构建结构复杂的分子提供了有效的方法. 胡文浩课题组^[18a～18f]在α-重氮羧酸酯参与的多组分反应方面做了大量细致的研究工作,高效合成了α-羟基、α-氨基、α,β-二氨基以及多取代吡咯等一系列具有潜在生物活性的功能分子.

  2012年,Che等^[18g]利用α-芳基重氮膦酸酯46在含有手性配体Rh(Ⅱ)的催化下分解产生金属铑卡宾,与芳胺47以及醛48发生三组份反应,得到α-氨基-β-羟基膦酸酯49,反应的收率最高为85%,顺式产物与反式产物的比率最高为94:6,产物的ee值最高为98%. 反应可能的机理为α-芳基重氮膦酸酯46在Rh(Ⅱ)的催化下分解产生金属铑卡宾后与芳胺发生N—H键插入反应,反应产生的碳-氮叶立德在发生1,2-氢迁移反应之前被醛48捕获,最终得到相应的三组份反应产物(Eq. 10).

  2.4    α-重氮膦酸酯参与的交叉偶联反应

  

  图图式10 钯催化α-重氮膦酸酯参与的交叉偶联反应

  Figure 图式10. Pd-catalyzed cross-coupling reaction of α-diazo- phosphonates

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  图图式9 钯催化α-重氮膦酸酯交叉偶联反应

  Figure 图式9. Pd-catalyzed cross-coupling reaction of α-diazophosphonates

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  通过将Pd催化的偶联反应和Pd卡宾化学的有效结合,近些年来发展出一类通过Pd催化重氮化合物或其前体化合物的偶联反应构建碳-碳双键或碳-碳单键的合成策略. 相关的反应机理如Scheme 9所示,在金属Pd的催化下,首先通过氧化加成或转金属作用产生Pd(Ⅱ)的复合物中间体50,接着与重氮化合物作用产生Pd卡宾51,随后通过迁移插入反应形成烷基Pd复合物52,最后通过β-氢消除反应产生新的碳-碳双键或者接着与亲核试剂作用形成碳-碳单键.

  最近,王剑波课题组^[19]利用α-芳基重氮膦酸甲酯(53)为反应底物,在醋酸钯催化下与不同卤代物54发生交叉偶联反应,以较高收率得到E构型偶联产物55,反应收率最高可达92%. 由于重氮化合物存在不稳定以及不易制备等方面的问题,因此在很多反应过程中往往利用其前体化合物腙原位产生重氮化合物,继而发生进一步的反应. 王剑波课题组在进行α-芳基重氮膦酸酯的偶联反应研究时,为了进一步拓展底物范围,采用α-(对甲苯磺酰腙)膦酸二甲酯56代替α-芳基重氮膦酸二甲酯53进行反应,在碱性条件下,化合物56原位产生重氮化合物进而与醋酸钯作用产生钯卡宾,之后与相应的芳基溴代物发生偶联反应,以较高收率得到E构型的偶联产物58. 这种钯催化α-芳基重氮膦酸酯参与的偶联反应为合成含有α,β不饱和双键膦酸酯提供了有效手段(Scheme 10).

  2.5    α-重氮膦酸酯参与的氢迁移反应

  苗志伟课题组以天然氨基酸为原料设计合成的这类α-重氮膦酸酯作为一类新型有机磷试剂,为合成含有α,β不饱和键或β,γ不饱和键的氨基膦酸酯提供了有效的方法.

  2014年苗志伟课题组^[23]在研究天然氨基酸衍生α-重氮膦酸酯61的氢迁移反应时,发现当以Cu(MeCN)₄PF₆作为催化剂以及二氯甲烷作为溶剂时,如果体系中含有碘单质作为添加剂,除了E/Z迁移的产物外,还存在着β,γ位的双氢迁移产物64,这类重氮化合物的双氢迁移反应现象属于首次报道,双氢迁移产物64的碳-碳双键构型始终为Z构型(Eq. 14).

  苗志伟课题组^[22]在此研究工作的基础上,通过反应条件的筛选发现当使用Cu(MeCN)₄PF₆作为催化剂以及DMF作为溶剂时,反应产物会以E构型为主,产物的E/Z比率最高为97:3 (Eq. 13). 反应可能机理是DMF与催化剂中的Cu(I)配位形成络合物,然后催化分解重氮膦酸酯产生金属卡宾,在发生1,2-氢迁移反应时由于位阻因素的作用使得生成E构型产物的过渡态更具构象上的优势,因而在该反应条件下以E构型产物为主.

  2014年,苗志伟课题组^[21]利用天然氨基酸为起始原料,设计合成了一系列结构新颖的有机磷试剂——α-重氮膦酸酯61,研究发现这类重氮化合物在三氟甲基磺酸银的催化下,以NaBARF为添加剂时,能够以非常高的Z/E选择性得到Z构型的1,2-氢迁移产物62,反应的收率中等,产物的Z/E比率随着R¹以及R²取代基的体积增大而上升,产物的Z/E比率最高可达100::0 (Eq. 12).

  当α-重氮羧酸酯在过渡金属催化下分解产生金属卡宾时,若β位含有氢原子,则往往会发生β位的氢迁移反应生成相应的烯烃化合物,其中以1,2-氢迁移最为常见. 金属卡宾的1,2-氢迁移反应是过渡金属催化α-重氮羧酸酯类化合物所进行的反应过程中经常遇到的反应现象,由于它会与金属卡宾的X—H键插入反应以及环丙烷化反应等发生竞争,因此1,2-氢迁移反应往往被看作一个副反应. 但是,1,2-氢迁移反应在某些方面也具有合成上的用途,例如Taber等^[20a]曾经利用1,2-氢迁移反应来制备(Z)-α,β-不饱和羰基化合物60,反应的收率最高可达94% (Eq. 11). 王剑波课题组^[20b～20h]在α-重氮羧酸酯的β-氢迁移反应方面开展了深入而细致的研究工作,发现与卡宾碳相邻基团的结构类型会决定迁移反应的顺序,当β-位含有氢原子时,β-氢迁移反应优先发生,当β-位存在芳基或烷基时,则芳基优先发生迁移反应,所有基团中烷基是最难迁移的基团.

  2.6    α-重氮膦酸酯参与的其他类型反应

  

  图图式13 反应可能的机理

  Figure 图式13. Proposed reaction mechanism

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  α-重氮膦酸酯在性质上趋于稳定而反应活性不及α-重氮羧酸酯,但是α-重氮膦酸酯又由于其独特的结构特点能够发生一些α-重氮羧酸酯所不能进行的反应,从而构建出一些结构独特的含磷功能分子,以下就最近的一些研究报道进行介绍.

  

  图图式11 Bestmann-Ohira试剂参与的反应

  Figure 图式11. The reaction of Bestmann-Ohira reagent

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  图图式14 反应可能的机理

  Figure 图式14. Proposed reaction mechanism

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  2013年苗志伟课题组^[27]在研究天然氨基酸衍生α-重氮膦酸酯88在过渡金属催化下对醇类化合物89的 O—H键插入反应时,发现反应时O—H键的插入位点在重氮碳的邻位,这与通常情况下发生在重氮碳上的插入反应不同,反应得到了一系列β-烷氧基-β-氨基膦酸酯90,反应过程中会伴随Z构型的β-氢迁移产物91生成,反应的收率中等,碘单质作为添加剂的加入会提高收率(Eq. 16).

  

  图图式15 反应可能的机理

  Figure 图式15. Proposed reaction mechanism

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  2015年,苗志伟课题组^[28]在前期组合C—H键官能团化/O—H键插入反应的研究基础上,利用天然氨基酸衍生的α-重氮膦酸酯88为反应底物与不同的硫醇以及硫酚发生组合C—H键官能团化/S—H键插入反应,以中等收率得到了一系列β-烷硫基/硫酚基-β-氨基膦酸酯93,反应过程中为了避免巯基对过渡金属催化剂的毒化,采用三氟化硼乙醚作为催化剂分解α-重氮膦酸酯88,取得了很好的反应效果(Eq. 17).

  2011年,Namboothiri等^[25]利用BOR在碱性条件下(氢氧化钾或碳酸钾),以乙醇为溶剂高效地与不同类型含有α,β不饱和键的羰基化合物(如苯并七元环70、1,4-萘醌71等)发生环化反应,以中等到较高的收率得到了不同含磷吡唑类化合物(Scheme 12). 吡唑及其衍生物具有广泛的生物学活性,而利用BOR制备出的含磷吡唑类化合物为进一步拓展含磷化合物的生物学功能提供了有利的条件. 反应机理如Scheme 13所示,在碱性条件下乙醇脱去质子产生的乙氧基负离子进攻BOR的β羰基碳原子,然后与化合物76发生Michael类型的加成关环反应产生中间体77,在乙醇存在条件下质子化得到化合物78,最后在空气中氧化得到含磷吡唑化合物79.

  反应可能的机理如Scheme 15所示,Cu(I)催化分解α-重氮膦酸酯88产生金属铜卡宾A,中间体A会与中间体B形成共振,在电荷发生离域的中间体B中膦酸酯β-位的氢发生1,2-氢迁移作用,迁移到卡宾碳上而在磷酸酯β-位产生碳正离子形成中间体C,中间体C会形成1,2-氢迁移产物91,同时也会被醇捕获得到中间体D,之后中间体D发生1,3-氢迁移作用得到β-位插入产物90,催化剂重新进入反应循环. 由于在反应过程中β-氢迁移的反应速率要大于金属卡宾的O—H键插入反应,所以没有在膦酸酯α-位生成卡宾碳的O—H键插入产物.

  

  图图式12 Bestmann-Ohira试剂的应用

  Figure 图式12. Application of Bestmann-Ohira reagent

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  2010年,Vasseur等^[26]利用BOR与醛80以及腈类化合物81发生三组分反应,以甲醇为溶剂,氢氧化钾为碱,在室温下以高区域选择性以及中等到高的收率得到吡唑磷酸酯类化合物82,反应的收率最高可达95% (Eq. 15). 反应机理如Scheme 14所示,在碱性条件下,醛80和腈类化合物81原位缩合得到化合物83,碱性条件下BOR原位产生重氮甲基膦酸二甲酯84,之后两者发生亲核Michael加成反应得到中间体85,经过环化以及芳构化反应得到终产物82.

  2015年,苗志伟课题组^[29]利用天然氨基酸衍生α-重氮膦酸酯88为反应底物,以异丙醇为溶剂,乙酸为添加剂,利用5 mol%Pd/C为催化剂,通过氢气还原得到了一系列光学纯β-氨基膦酸酯94,反应收率最高可达89%,通过对反应底物α-重氮膦酸酯88以及还原产物94的ee值测定对比,发现还原前后β位碳原子的手性未发生消旋化,该方法为光学纯β-氨基膦酸酯的合成提供了重要途径(Eq. 18).

  β-羰基膦酸酯65通过Regitz重氮转移反应制备得到的α-重氮膦酸酯66被称作Bestmann-Ohira试剂(BOR),它能在温和的条件下有效地将伯醇、醛、酮以及酰胺转变成为炔类化合物,近年来BOR被越来越多地用于含磷吡唑、1,3-噁唑以及1,2,3-三氮唑的合成工作中(Scheme 11)^[24].

  3    结论与展望

  重氮化学的研究历史已经超过100年,重氮化合物作为一类重要的卡宾前体而发生的几大类金属卡宾所特有的反应类型,为有机合成化学提供了重要的合成手段. 众所周知,有机磷化学在生命科学研究领域具有重要的地位,磷元素在生命起源以及生命活动过程中起着重要的作用,由于有机磷化合物具有广泛的生物和药物活性,引起了科学家们广泛的研究兴趣. 文献报道显示以α-重氮羧酸酯作为卡宾前体,在过渡金属的催化下产生金属卡宾,可以发生X—H键插入反应、环化反应和1,2-氢迁移等多种化学反应,当过渡金属含有手性配体时,还可以实现反应的对映选择性控制,这为合成一些天然产物以及药物活性分子提供了有效的手段. 相对于研究和应用较多的α-重氮羧酸酯而言,α-重氮膦酸酯由于自身稳定性高和反应活性较弱等特点而研究得较少,由于其拥有独特的反应性质,利用重氮化合物丰富的化学转化形式,可以通过设计合成结构新颖的α-重氮膦酸酯,发展合成含磷功能化合物的新方法,为构建各种含磷药物分子、天然产物以及生物活性分子提供有效的手段. 未来随着有机磷化学研究的不断深入,各种结构新颖的重氮膦酸酯有机磷试剂将不断出现,必将为含磷功能化合物的合成提供更加方便的合成方法.

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  图式1  α-重氮膦酸酯的分子内C—H键插入反应

  Scheme 1  Intramolecular C—H bond insertion reaction of α-diazophosphonates

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  图式2  α-重氮膦酸酯的分子内C—H键插入反应影响因素研究

  Scheme 2  Investigation of influence factors of the intramolecular C—H bond insertion reaction of α-diazo- phosphonates

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  图式3  Rh(Ⅱ)催化α-重氮膦酸酯分子间O—H键插入反应

  Scheme 3  Rh(Ⅱ)-catalyzed intermolecular O—H bond insertion reaction of α-diazophosphonates

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  图式4  Rh(Ⅱ)催化α-重氮膦酸酯分子内N—H键插入反应

  Scheme 4  Rh(Ⅱ)-catalyzed intramolecular N—H bond insertion reaction of α-diazophosphonates

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  图式5  Rh(Ⅱ)催化α-重氮膦酸酯分子间X—H键插入反应

  Scheme 5  Rh(Ⅱ)-catalyzed intermolecular X—H bond insertion reaction of α-diazophosphonates

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  图式6  α-重氮膦酸酯参与的X—H键插入反应机理

  Scheme 6  Mechanism of X—H bond insertion reaction of α-diazophosphonates

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  图式7  Rh(Ⅱ)催化α-重氮膦酸酯环丙烷化反应

  Scheme 7  Rh(Ⅱ)-catalyzed cyclopropanation reaction of α-diazophosphonates

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  图式8  Rh(Ⅱ)催化α-卤代重氮膦酸酯环丙烷化反应

  Scheme 8  Rh(Ⅱ)-catalyzed cyclopropanation reaction of α-halodiazophosphonate

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  图式9  钯催化α-重氮膦酸酯交叉偶联反应

  Scheme 9  Pd-catalyzed cross-coupling reaction of α-diazophosphonates

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  图式10  钯催化α-重氮膦酸酯参与的交叉偶联反应

  Scheme 10  Pd-catalyzed cross-coupling reaction of α-diazo- phosphonates

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  图式11  Bestmann-Ohira试剂参与的反应

  Scheme 11  The reaction of Bestmann-Ohira reagent

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  图式12  Bestmann-Ohira试剂的应用

  Scheme 12  Application of Bestmann-Ohira reagent

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  图式13  反应可能的机理

  Scheme 13  Proposed reaction mechanism

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  图式14  反应可能的机理

  Scheme 14  Proposed reaction mechanism

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  图式15  反应可能的机理

  Scheme 15  Proposed reaction mechanism

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