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自 1967 年被報道以來,是構建C?O、C?N、C?S 鍵的經典立體專一性氧化還原縮合反應,常規體系以三苯基膦、偶氮二羧酸二異丙酯(DIAD)為核心試劑,可精準控制產物立體構型,是有機合成的基礎反應之一。但是反應會等當量生成副產物三苯基氧膦(TPPO),該物質極性與多數中間體相近,極易共洗脫,必須依靠柱色譜分離,嚴重限制反應放大生產;若殘留 TPPO,還會抑制后續過渡金屬催化反應。
現有改進方案具有諸多局限性, 聚合物固載膦試劑可過濾除雜,但成本高、樹脂負載量不穩定、反應動力學受商品來源影響大;路易斯酸鹽沉淀法【】,通過酸堿絡合沉淀 TPPO,需置換溶劑、高剪切研磨等額外操作,且路易斯酸性會破壞酸敏感官能團,堿性雜原子底物易發生共沉淀;催化型 反應,實現膦試劑催化循環,但要求親核試劑強酸性、需高溫與共沸脫水設備,適用范圍窄。
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近期, Ella T. Chu 與 Matthew M. Pompeo報道了二(2-吡啶基)苯基膦與三(2-吡啶基)膦可作為實用替代試劑,直接替換三苯基膦用于Mitsunobu反應與Appel反應。兩類試劑對應的氧膦副產物無需色譜分離,僅通過溫和的硫酸銅水溶液洗滌或直接過濾即可高效去除,解決了三苯基氧膦難以脫除的經典難題。這種差異化后處理方式可保護敏感官能團,實現復雜核苷的克級合成,同時簡化天然產物全合成關鍵中間體的制備流程。【 Org. Lett. 2026, 10.1021/acs.orglett.6c01227 】
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氧膦理化性質研究
(2-吡啶基)n膦的螯合配位特性已有配位化學研究基礎,但本研究首次將該性質應用于有機合成中氧膦副產物的分離。
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研究對比了 TPPO、單(2-吡啶基)苯基氧膦、二(2-吡啶基)苯基氧膦、三(2-吡啶基) 氧膦在常用溶劑中的溶解度。
三苯基氧膦(TPPO): 在四氫呋喃(THF)中溶解度高達181 mg/mL,難以析出。
三(2-吡啶基)氧膦:在 THF 中溶解度僅0.9 mg/mL,在 2-甲基四氫呋喃、甲苯、乙酸乙酯等非質子溶劑中溶解度同樣極低,可直接析出;該物質在水中溶解度為28 mg/mL,微量殘留可經水洗去除。
二(2-吡啶基)苯基氧膦:可溶于 THF,但具備雙齒螯合結構,可通過 10% 硫酸銅水溶液多次洗滌徹底脫除。
Mitsunobu反應性能測試與實驗結果 模型反應:伯醇底物( 2-(2-溴苯基)乙醇)與 對甲苯磺酰基叔丁基氨基甲酸酯偶聯。
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反應條件:THF 為溶劑,0 ℃至室溫,膦試劑與 DIAD 均為 1.2 當量,反應時長 17~21 h。
三苯基膦(TPP,定量收率 99%,分離收率 92%;
單(2-吡啶基)二苯基膦,定量收率 95%,分離收率 93%;
二(2-吡啶基)苯基膦,定量收率 92%,分離收率 85%;
三(2-吡啶基)膦,定量收率 94%,分離收率 89%。
四類試劑反應活性相近,(2-吡啶基)n膦完全可替代傳統 TPP。
位阻型仲醇體系: 反應條件同上,反應時長 3~6 h,四類試劑反應活性相近。吡啶基為吸電子基團,隨吡啶取代數量增加,膦試劑親核性略有下降,反應速率小幅降低;若三(2-吡啶基) 膦體系全程維持 0 ℃,反應轉化率僅約 55%,會發生 P?C鍵斷裂副反應;升溫至室溫可完全抑制副反應。仲醇反應中,(2-吡啶基)n膦僅使 E2 消除副產物(苯乙烯)小幅增加 2%~3%,對主反應影響極小,且保留了Mitsunobu反應經典的構型翻轉特性。
后處理效果: 二(2-吡啶基)苯基氧膦,經 3 次 10% 硫酸銅水溶液洗滌可完全脫除;三(2-吡啶基)氧膦,反應液經甲基叔丁基醚(MTBE)稀釋后直接過濾即可去除;氫譜、磷譜核磁檢測證實,兩種后處理方式均能徹底除去氧膦副產物。
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大位阻仲醇:以 (-)- 薄荷醇為底物合成 4 - 硝基苯甲酸酯,二(2-吡啶基) 苯基膦分離收率 69%,三(2-吡啶基) 膦收率 65%,與 TPP 收率(68%)基本持平,產物為單一非對映異構體,立體選擇性優異。
酸敏感底物:合成 Boc 保護吲哚(收率 85%)、苯胺衍生物(收率 82%)、含異亞丙基縮醛的煙酸酯,酸不穩定保護基均未發生分解,證明硫酸銅水洗、中性過濾均為溫和后處理方式。
吡啶磺酰胺底物:使用二(2-吡啶基)苯基膦,收率 78%;
高金屬配位能力的煙酸酯:二(2-吡啶基) 苯基膦因底物與銅離子競爭絡合,收率僅 39%;改用三(2-吡啶基)膦(過濾法除雜),收率提升至 83%。
構建 C?S 鍵:(-) 香茅醇與 5-巰基-1-苯基四氮唑反應,二(2-吡啶基)苯基膦收率 81%,三 (2 - 吡啶基) 膦收率 85%,適用于經典硫醚合成。
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天然產物全合成中間體:Communesin F 全合成中的叔丁基亞磺酰胺敏感中間體,傳統 TPP 體系因 TPPO 共洗脫需使用昂貴的固載膦試劑,單吡啶基膦的強酸洗滌會破壞亞磺酰胺;二(2-吡啶基) 苯基膦、三 (2 - 吡啶基) 膦均可得到高收率目標產物,且后處理溫和。
腺苷衍生物(含酸敏感縮醛、堿性嘌呤環):二(2-吡啶基)苯基膦體系中產物會與銅離子絡合損失;三(2-吡啶基) 膦過濾法實現4.1 g 克級合成,收率 86%;5'-O - 二甲氧基三苯甲基(DMTr)脫氧腺苷,DMTr 基團對酸極敏感,銅離子易與腺嘌呤絡合;采用三(2-吡啶基)膦,收率 81%。
Appel反應應用
將兩類(2-吡啶基)n膦拓展至,溶劑為二氯甲烷,以NBS為溴源。
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模型底物 2 - 苯乙醇溴代:二 (2-吡啶基) 苯基膦收率83%,三(2-吡啶基) 膦收率82%。
復雜酸敏感手性四氫吡喃衍生物、苯胺衍生物:兩類試劑均獲得良好收率,適用于多類鹵代底物。
二氯甲烷中三(2-吡啶基) 氧膦溶解度較高,無法過濾析出;二(2-吡啶基)苯基氧膦經硫酸銅洗滌的脫除效率低于醚類溶劑,需增加洗滌次數;三(2-吡啶基)氧膦在二氯甲烷體系中,單次硫酸銅水洗即可完全萃取除去,因此在 反應中,三(2-吡啶基)膦為更優選擇。
二(2-吡啶基)苯基膦與三(2-吡啶基)膦是適用于Mitsunobu反應與Appel阿佩爾反應的實用新型試劑。利用(2-吡啶基)n氧膦對二價銅離子的螯合作用,可通過溫和的硫酸銅水溶液洗滌將氧膦副產物完全脫除,既能保護酸敏感取代基,又規避了單(2-吡啶基)膦氧脫除所需的濃無機酸。與此同時,三(2-吡啶基)氧膦在醚類溶劑中溶解度極低,可通過直接過濾實現近定量除去。這種差異化的后處理方式,避免了傳統金屬清除劑、銅離子萃取體系中堿性底物發生競爭性絡合損失的問題。研究通過酸敏感全合成中間體的高效制備、取代腺苷的克級合成,充分驗證了該套方法的實際應用價值。
參考資料:Poly(2-pyridyl)phosphines: Separation-Friendly Reagents for the Mitsunobu and Appel Reactions,Ella T. Chu and Matthew M. Pompeo*;Org. Lett. 2026,
10.1021/acs.orglett.6c01227
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