吲哚-3-基螺环三磷腈衍生物的合成、结构表征及热稳定性研究

本研究针对功能性磷腈衍生物的设计难题，通过将吲哚-3-基团引入螺环三磷腈骨架，成功合成系列新型化合物2a-2d。采用X射线单晶衍射证实其平面/船式构象（QT 0.0419-0.1192 ?），TG/DTA分析显示LOI值达28.4-31.6，属自熄材料，为开发耐高温生物活性材料提供新思路。

　　

在无机化学与材料科学的交叉领域，环磷腈化合物因其独特的"无机-有机杂化"特性备受关注。这类由交替氮磷原子构成的六元环（N₃P₃）骨架，可通过氯原子取代反应接枝各类功能基团，被誉为"分子变形金刚"。然而传统磷腈衍生物存在生物活性不足、热稳定性与结构可控性难以兼顾等瓶颈。尤其令人遗憾的是，尽管吲哚结构广泛存在于抗肿瘤药物中，但其与磷腈骨架的融合研究仍属空白。

土耳其科学和技术研究理事会（TüB?TAK）资助的研究团队另辟蹊径，首次将具有多重生物活性的吲哚-3-基团引入螺环磷腈体系。研究人员首先设计合成关键中间体N¹-[(1H-吲哚-3-基)甲基]-N²-甲基-1,2-二氨基乙烷（L1），随后与六氯环三磷腈（HCCP）进行区域选择性反应，获得四氯代螺环产物2。通过进一步与吡咯烷、哌啶等仲胺缩合，成功制备四取代衍生物2a-2d，产率最高达89%。

研究采用多尺度表征技术：单晶X射线衍射解析2a和2d的精确分子构型，发现N₃P₃环呈现近乎平面（2a）和轻度船式扭曲（2d）两种构象；HSQC二维核磁技术明确质子-碳原子关联信号；TG-DTA联用测定材料在300℃以下保持稳定，LOI值超越多数有机聚合物。

【分子结构与晶体学】

2a晶体属单斜晶系，P2₁/c空间群，其螺环骨架二面角仅1.25°，近乎理想平面构型。相比之下，2d因1,4-二氧杂-8-氮杂螺[4,5]癸烷（DASD）的立体位阻导致环扭曲（Q_T=0.1192 ?），印证了取代基对分子构象的调控作用。

【光谱解析】

³¹P NMR显示特征单峰（2a: 8.37 ppm；2d: 9.21 ppm），证实完全取代产物的形成。FTIR谱中3056 cm^-1处吲哚N-H伸缩振动峰，为后续生物活性研究提供结构基础。

【热性能】

2d在氮气氛围下呈现两阶段分解：首阶段（220-320℃）对应侧链断裂，第二阶段（420-500℃）为骨架降解。其31.6的LOI值优于商用阻燃剂，预示其在防火材料领域的应用潜力。

这项发表于《Innovative Food Science》的研究，首次建立吲哚-磷腈杂化分子的精准合成方法学。所得化合物兼具磷腈骨架的热稳定性和吲哚基团的生物活性特征，为开发新型抗肿瘤药物载体、自熄性医用材料提供全新分子平台。特别是2d展现的结构可调性与高热稳定性（T_d>300℃），使其在高温环境下的生物医学应用成为可能。该工作不仅填补了吲哚功能化磷腈衍生物的研究空白，更为多功能分子材料的理性设计提供了范本。