学术研究报告：点击化学（click chemistry）中重氮甲基阴离子与不饱和键的反应研究

一、研究团队与发表信息
本研究由南方科技大学化学系与广东大湾区大学化学系的联合团队完成，通讯作者为Qiuming Liang（梁秋明）和Liu Leo Liu（刘柳）。论文于2025年发表在《Chinese Journal of Chemistry》（中国化学）第43卷，标题为《Click Chemistry: Reactions of a Diazomethyl Anion with Unsaturated Bonds》。

二、学术背景与研究目标
1. 科学领域：研究属于有机化学中的点击化学（click chemistry）领域，聚焦于[3+2]环加成反应（[3+2] cycloaddition）机制与重氮甲基阴离子（diazomethyl anion）的合成应用。
2. 研究动机：中性重氮甲烷衍生物（diazomethane derivatives）的环加成反应已被广泛研究，但其阴离子形式（diazomethylides, RCN₂⁻）的反应性仍未被充分探索。本研究旨在填补这一空白，探索重氮甲基阴离子作为富电子1,3-偶极子（1,3-dipole）与不同亲偶极体（dipolarophiles）的反应路径及产物特性。
3. 核心目标：
- 验证钾盐重氮磷杂环戊二烯基重氮甲基化物（potassium diazaphospholidinyl diazomethylide, 1）与苯乙炔（phenylacetylene）、乙腈（acetonitrile）、磷炔（phosphaalkyne）和苯乙烯（styrene）的[3+2]环加成反应可行性；
- 通过实验与理论计算阐明反应机制（逐步或协同路径）；
- 开发新型氮杂环产物的功能化应用。

三、研究流程与方法
1. 反应设计与合成：
- 底物选择：以化合物1（³¹P NMR δ 136.2）为起始物，分别与苯乙炔、乙腈、金刚烷基磷炔（adamantyl phosphaalkyne, AdCP）和苯乙烯在室温THF溶液中反应。
- 产物表征：通过核磁共振（³¹P NMR）、X射线单晶衍射（X-ray crystallography）和密度泛函理论（DFT, M06-2X/def2-SVP级别）分析产物结构。

1. 反应机制研究：

   • 苯乙炔反应：生成3-磷基吡唑钾盐（2, 产率94%），晶体结构显示其为κ²配位的五元环，DFT计算表明反应为分步机制（能垒10.8 kcal/mol），C(1)亲核进攻为决速步。
     
   • 乙腈与磷炔反应：分别生成4-磷基-5-甲基-1,2,3-三唑盐（3）和3-磷基-5-金刚烷基-1,2,4-二氮磷杂环盐（4），X射线证实其区域选择性，DFT显示协同机制（能垒分别为21.4 kcal/mol和1.1 kcal/mol）。
     
   • 苯乙烯反应：生成3-磷基-5-苯基吡唑啉盐（5, 产率73%），晶体结构首次揭示磷基吡唑啉阴离子骨架，反应为分步机制（能垒15.5 kcal/mol）。
     

2. 产物功能化拓展：

   • N-功能化：吡唑盐2与MeI、Ph₃GeCl、IDippCuI（IDipp = 1,3-双二异丙基苯基咪唑-2-亚基）反应，分别得到N(1)-甲基化产物（6a/6b）、N(1)-锗烷基化产物（7）和N(1)-铜配合物（8）；而使用EtCAACCuI（EtCAAC = 吡咯烷亚基配体）则得到N(2)-铜配合物（9），晶体结构显示配位几何差异。
     

四、主要研究结果
1. 反应多样性：成功实现四类[3+2]环加成，产物结构经晶体学确证，包括首例C-磷基1,2,4-二氮磷杂环（4）和磷基吡唑啉盐（5）。
2. 机制差异：苯乙炔/苯乙烯为分步机制，乙腈/磷炔为协同机制，区域选择性由空间位阻主导。
3. 功能化潜力：吡唑盐的N位点可灵活修饰，为构建杂环化合物库提供新策略。

五、研究结论与价值
1. 科学意义：
- 揭示了重氮甲基阴离子的反应多样性，丰富了点击化学的工具箱；
- 通过DFT计算与实验结合，为阴离子型1,3-偶极子的设计提供理论依据。
2. 应用价值：
- 产物可进一步衍生为药物中间体或配体（如铜配合物⁸⁄₉）；
- 为氮杂环的多样性合成（diversity-oriented synthesis）开辟新途径。

六、研究亮点
1. 创新性发现：
- 首次报道重氮甲基阴离子与磷炔的环加成反应，获得稳定二氮磷杂环；
- 通过晶体学捕获了传统反应中难以分离的阴离子中间体（如2-5）。
2. 方法学创新：
- 结合实验与理论计算，阐明区域选择性的空间与电子效应；
- 开发了吡唑盐N位点的选择性官能化策略。

七、其他价值
研究得到中国国家自然科学基金（22271132, 22350004）和广东省基础与应用基础研究基金（2023A1515110261）支持，理论计算依托南方科技大学超算中心完成。数据与晶体结构信息可通过论文补充材料（DOI: 10.1002/cjoc.70026）获取。