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点击化学:重氮甲基阴离子与不饱和键的反应

期刊:chin. j. chem.DOI:10.1002/cjoc.70026

这篇文档属于类型a,即报告了一项原创性研究。以下是针对该研究的学术报告:

主要作者与机构
本研究的主要作者包括Rui Wei、Fengbo Huang、Xiaofang Lan、Qiuming Liang和Liu Leo Liu。他们分别来自南方科技大学化学系与化学生物学及组学分析研究中心(中国深圳)和广东大湾区大学化学系(中国东莞)。该研究发表于2025年的《Chinese Journal of Chemistry》第43卷,页码为1547—1552。

学术背景
本研究的主要科学领域是有机化学,特别是点击化学(Click Chemistry)和氮杂环化合物的合成。点击化学由Sharpless及其同事于2001年提出,以其高选择性和高效性著称,广泛应用于合成化学、高分子化学、生物化学和药物化学等领域。本研究旨在探索钾盐二氮杂磷杂环二氮甲基阴离子(potassium diazaphospholidinyl diazomethylide)与不饱和键(如苯乙炔、乙腈、磷炔和苯乙烯)的反应机制及其在合成五元氮杂环化合物中的应用。研究的背景知识包括Huisgen [3+2]环加成反应及其在合成功能化氮杂环化合物中的重要性。本研究的目的是通过实验和理论计算揭示这些反应的机理,并开发新的合成方法。

研究流程
研究包括以下几个主要步骤:
1. 反应设计与实施:研究者将钾盐二氮杂磷杂环二氮甲基阴离子(1)分别与苯乙炔、乙腈、金刚烷基磷炔和苯乙烯在室温下反应,生成相应的吡唑化物(2)、三唑化物(3)、二氮杂磷杂环化物(4)和吡唑啉化物(5)。这些反应均在四氢呋喃(THF)溶液中进行。
2. 产物表征:通过核磁共振(NMR)和X射线衍射(XRD)对反应产物进行表征。例如,化合物2的31P NMR谱显示单峰(δ 90.0),并通过X射线衍射确认其晶体结构。
3. 反应机制研究:使用密度泛函理论(DFT)计算反应路径。计算结果表明,与苯乙炔和苯乙烯的反应为分步机制,而与乙腈和金刚烷基磷炔的反应为协同机制。
4. 功能化反应:对吡唑化物(2)进行N-功能化反应,生成甲基吡唑(6)、锗烷基吡唑(7)和铜吡唑化物配合物(8和9)。这些反应进一步验证了吡唑化物的合成潜力。

主要结果
1. 反应产物的高效合成:研究成功合成了多种五元氮杂环化合物,产率高达94%。例如,苯乙炔与化合物1的反应生成了3-磷基-5-苯基吡唑化物(2)。
2. 反应机制的揭示:DFT计算揭示了不同反应路径的动力学和热力学特征。例如,苯乙炔与化合物1的反应为分步机制,其能量跨度(energetic span)为10.8 kcal·mol⁻¹。
3. 功能化反应的多样性:吡唑化物(2)可通过甲基化、锗烷基化和铜配位反应生成多种衍生物,展示了其在有机合成中的广泛应用潜力。

结论
本研究通过实验和理论计算揭示了钾盐二氮杂磷杂环二氮甲基阴离子与不饱和键的反应机制,并成功合成了多种五元氮杂环化合物。这些反应不仅具有高效性和选择性,还展示了吡唑化物的功能化潜力。研究的科学价值在于为氮杂环化合物的合成提供了新的方法,其应用价值在于为药物化学和高分子化学提供了重要的合成中间体。

研究亮点
1. 新颖的反应机制:首次通过DFT计算揭示了钾盐二氮杂磷杂环二氮甲基阴离子与不饱和键的分步和协同反应机制。
2. 高效的合成方法:研究开发了一种高效合成五元氮杂环化合物的方法,产率高达94%。
3. 广泛的功能化潜力:吡唑化物的功能化反应展示了其在有机合成中的广泛应用潜力。

其他有价值的内容
研究还提供了详细的晶体结构数据和DFT计算的支持信息,为进一步研究提供了重要的参考。此外,研究者还感谢了中国国家自然科学基金和广东省基础与应用基础研究基金的资助,以及南方科技大学核心研究设施的支持。

本研究通过实验和理论计算相结合的方法,揭示了钾盐二氮杂磷杂环二氮甲基阴离子与不饱和键的反应机制,并开发了高效合成五元氮杂环化合物的新方法,为有机合成化学领域提供了重要的科学贡献。

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