EurJOC:三氟甲基膦的合成及应用

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叔膦是一类重要的化合物,它可以作为反应试剂以及各类催化剂,特别是作为与过渡金属结合的配体参与过渡金属催化反应。富电子的膦配体通过稳定过渡金属的氧化态来促进氧化加成过程,大位阻的膦配体可以通过还原消除减少大位阻造成的张力,从而使得此过程有利(图1a)。这些类型的配体已被广泛用于各类偶联反应,如C–C和C–N键的形成。


三氟甲基由于具有高电负性,可用于调整化合物的电子性质。将三氟甲基引入到膦中形成P(III)–CF3键可以极大地影响膦空间和电子性质。与普通膦相比,由于三氟甲基的缺电子特性,三氟甲基膦是较弱的σ–供体;金属d轨道电子与P(III)–CF3反键存在较强相互作用,因此三氟甲基膦是较强的π–受体配体。这将促进金属介导的还原消除步骤,加速偶联反应,效果类似于具有缺电子烯烃部分的π受体配体(图1b)。


通过在SciFinder网站中搜索三氟甲基膦,对比发现此类化合物与常规膦相比,相关结构的报道和应用参考文献的数量都极少(图1c)。可能是因为可用于合成三氟甲基膦的方法相对有限,导致这种类型的膦化合物比常规膦引起的关注度较低。



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图1 三氟甲基膦和常规配体的比较

近日,中山大学的张守志、李苏华教授与郑州烟草研究院的范武博士总结了三氟甲基膦合成的代表性进展,以涉及的反应类型将三氟甲基膦的合成方法分为三种:亲核、亲电和自由基三氟甲基化(图2)。其中亲核三氟甲基化主要以现已商品化的亲核三氟甲基化试剂(三氟甲基)三甲基硅烷(TMSCF3)作为三氟甲基源,使P(III)–X通过亲核途径合成P(III)–CF3;亲电三氟甲基化用Togni试剂或RfI对R2P–H或R2P–TMS制备三氟甲基膦;在单电子还原剂Zn或者氙灯照射作用下,CF3Br或RfI可以通过自由基历程合成氟烷基膦化合物。

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图2 P(III)–CF3的合成方法

对三氟甲基膦化合物的应用调研发现,此类膦衍生物在有机反应中可以作为配体或者三氟甲基化试剂。2013年,Ogawa课题组报道了多氟烷基膦作为配体促进偶联反应;2014年,Schoenbeck课题组报道了三氟甲基膦可促进还原消除过程;几乎同时,沈其龙课题组和游书立课题组分别报道了三氟甲基膦与二茂铁或噁唑啉等结构相结合后,作为手性配体用于不对称氢化和不对称烯丙基烷基化反应。此外,三氟甲基膦还可以用作三氟甲基化试剂,在2021年,McNally课题组报道了在Tf2O存在下由三氟甲基膦和吡啶的sp2–sp3偶联过程实现了吡啶的新型三氟甲基化。


这些合成策略及其在有机合成中的应用显示三氟甲基膦作为一类尚未被充分开发的配体与金属结合或将产生更多独特的反应性,以及在作为三氟甲基化试剂或叔膦催化剂方面将会有更多新型的应用。

文信息

Synthesis and Applications of Trifluoromethylphosphines

Shouzhi Zhang, Dr. Wu Fan, Prof. Dr. Suhua Li

文章的第一作者是中山大学的博士研究生张守志。


European Journal of Organic Chemistry

DOI: 10.1002/ejoc.202301169

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