电化学脱氢偶联构建N─O─P键:酮肟与P(O)─H化合物的高效合成策略

【字体: 时间:2025年05月23日 来源:Asian Journal of Organic Chemistry

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  本研究针对N─O─P键构建的合成挑战,开发了一种电化学脱氢偶联新策略。研究人员以酮肟(─NO─H)和磷化合物(P(O)─H)为底物,在碘化铵电解质条件下实现室温高效偶联,成功合成系列磷酸化肟类化合物,并通过对照实验和循环伏安法(CV)揭示了反应机制,为绿色合成含磷生物活性分子提供了新思路。

  

在有机合成领域,含磷化合物因其独特的生物活性和材料性能备受关注,其中N─O─P键广泛存在于药物分子和功能材料中。然而,传统构建方法常需强氧化剂或金属催化剂,存在环境污染和条件苛刻等问题。如何实现温和、高效的N─O─P键绿色合成,成为化学家亟待解决的难题。

针对这一挑战,研究人员在《Asian Journal of Organic Chemistry》发表了一项突破性研究。他们创新性地采用电化学策略,以酮肟(oximes)和磷化合物(包括氧化膦phosphine oxides与亚磷酸酯phosphite esters)为底物,在碘化铵(NH4I)电解质和室温条件下,通过阳极氧化触发脱氢偶联反应,成功构建了N─O─P键。该反应无需外部氧化剂,且展现出优异的底物普适性,为含磷分子的可持续合成开辟了新路径。

研究团队运用循环伏安法(CV, Cyclic Voltammetry)和系列对照实验阐明了反应机制:碘离子(I-)在阳极被氧化生成碘自由基(I•),进而夺取P(O)─H的氢形成磷中心自由基,最终与肟的N─O键选择性偶联。关键实验技术包括电化学合成装置优化、实时反应监测(CV)以及产物结构核磁共振(NMR)表征。

研究结果

  1. 底物拓展:系统考察了芳基/烷基酮肟与二苯基氧化膦(Ph2P(O)H)等12类磷化合物的兼容性,最高收率达92%,证实电子效应对反应活性具有显著影响。
  2. 机理验证:通过自由基捕获实验和CV曲线分析,证实反应经历自由基途径,且碘化铵对促进P─H键活化起关键作用。
  3. 应用潜力:合成的磷酸化肟衍生物经初步生物活性测试,显示出抗菌活性,暗示其在药物开发中的价值。

结论与意义
该研究首次实现了电化学驱动的P(O)─H与─NO─H直接脱氢偶联,建立了原子经济性高、条件温和的N─O─P键构建新范式。其重要意义在于:

  1. 方法学创新:将电化学的绿色优势与C─H键活化相结合,避免了传统方法的有害试剂;
  2. 机制突破:揭示了碘介导的双自由基偶联路径,为类似反应设计提供理论指导;
  3. 应用前景:所得含磷肟类化合物可作为农药、抗菌剂的先导分子,推动磷化学在生命科学中的应用。这项研究为绿色合成化学和有机磷功能分子开发提供了重要参考。
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