有機磷化合物因其獨特的分子結構、生物活性和光電性質(zhì)而廣泛應用于有機合成、藥物化學和材料科學等領域。其中含P(O)-N鍵的膦酰基氮雜環(huán)化合物由于其獨特的電子給體-受體(D-A)結構在有機半導體和有機發(fā)光二極管領域展現(xiàn)出良好的應用前景。因此，開發(fā)出氮雜環(huán)N位磷酸化的合成途徑具有重要意義。
電化學有機合成近年來得到了廣泛關注。直接電化學(CDC)反應目前已成功用于構建P(O)-C、P(O)-O和P(O)-S結構，通過N–H/P–H的直接氧化交叉偶聯(lián)還可以形成P(O)-N鍵，但此處的N源僅限于烷基伯胺和仲胺。因此，通過電催化使雜環(huán)N-H和P(O)-H交叉偶聯(lián)構建P(O)-N鍵還有待進一步研究。離子液體(ILs)由于其較高的離子電導率、良好的溶解性、寬電化學窗口和可回收性等優(yōu)點在電化學領域得到廣泛應用。然而，它們在電化學合成領域的潛力尚待開發(fā)。
基于此，新疆大學的劉晨江等人以咪唑離子液體為電解質(zhì)，用于電化學氧化N雜環(huán)磷酸化構筑P(O)-N鍵。
研究人員對最優(yōu)反應條件進行了篩選，發(fā)現(xiàn)以1,3-二甲基咪唑碘化物(DMMI)為電解液，Cs2CO3為堿，5 mA恒定電流，在常溫下制備所需的磷酸化產(chǎn)物3a，其產(chǎn)率最高為71%。
研究人員使用最優(yōu)反應條件對底物進行了探索，發(fā)現(xiàn)當改變氮雜環(huán)及磷化合物上的取代基時，其相應產(chǎn)物的產(chǎn)率也將發(fā)生相應的變化。篩選發(fā)現(xiàn)其能夠發(fā)生反應的底物范圍較寬，說明該反應有較好的通用性。
在只有DMMI時0.977 V處出現(xiàn)明顯的氧化峰(曲線d)，當DMMI加入到底物1a和2a的混合物中，在1.051 V處形成與曲線d相似的峰(曲線f)。而當1a,2a,Cs2CO3和DMMI同時存在時，在1.916 V處形成了一個新的峰，這也表明這些化合物在標準條件下發(fā)生了反應（曲線i）。
研究人員對反應機理也進行了推測，碘離子最初在陽極失去一個電子而氧化成碘自由基，之后與化合物2相互作用形成膦酰自由基中間體I，膦酰自由基中間體I與一個碘化物自由基偶聯(lián)形成中間體II。N-雜環(huán)陰離子III是由起始物質(zhì)1(或4)與Cs2CO3相互作用產(chǎn)生。最后中間體III對II的親核進攻產(chǎn)生最終的磷酸化產(chǎn)物3(或5)，而氫氣在陰極上通過質(zhì)子還原產(chǎn)生。
綜上所述，研究人員以IL為電解質(zhì)，通過電化學氧化使得N雜環(huán)上的N能夠發(fā)生磷酸化，并且該反應具有很好的通用性，為之后N雜環(huán)上N的磷酸化奠定了一定的研究基礎。
原文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acssuschemeng.0c01833
原文作者：
Xiaojuan Dong, Ruige Wang, Weiwei Jin and Chenjiang Liu
DOI: 10.1021/acs.orglett.0c00814
