【人物与科研】烟台大学杨斌副教授课题组：基于Tf2O/DMSO体系的醇、酚、硫醇、硫酚类化合物与多种磷试剂的脱氢偶联反应

导语

含有P−O或P−S键的化合物不仅普遍存在于天然产物中，而且在药物化学、农业化学、材料化学等多个领域均有广泛用途。因此，近年来发展高效、便捷、普适性强的方法用以构筑P-O键和P-S键一直受到人们的广泛关注。近日，烟台大学杨斌副教授课题组报道了一种基于Tf₂O/DMSO体系的醇、酚、硫醇、硫酚类化合物与多种磷试剂的脱氢偶联反应，制备了一系列具有P-O或P-S键骨架的有机磷化合物，反应具有广泛的底物适用范围和良好的官能团耐受性。相关成果发表在Org. Lett.上（DOI: 10.1021/acs.orglett.0c04127）。

杨斌课题组简介

课题组主要从事有机合成、有机磷化学、有机硝酸酯化学以及绿色化学等方面的研究及有机化学的教学工作。

杨斌副教授简介

杨斌，博士、副教授、硕士生导师。2006-2010年本科就读于兰州大学化学化工学院，2010-2015年博士就读于兰州大学功能有机分子化学国家重点实验室，师从杨尚东教授。2015年入职烟台大学。主持国家自然科学基金青年项目1项，山东省自然科学基金2项。近年来以第一作者或通讯作者在Org. Lett.; Adv. Synth. Catal.; Eur. J. Org. Chem.; Org. Biomol. Chem.等期刊发表SCI论文7篇。以第一完成人授权发明专利2项。

前沿科研成果

基于Tf₂O/DMSO体系的醇、酚、硫醇、硫酚类化合物与多种磷试剂的脱氢偶联反应

近年来发展高效、便捷、普适性强的方法用以构筑P-O键和P-S键一直受到化学家们的广泛关注。由于含有-OH或者-SH的化合物广泛地存在于自然界中，因此通过该类化合物与磷试剂的脱氢偶联反应构筑P-O键或P-S键的策略具有高效、便捷、原子经济性高等优点。但是由于醇、酚、硫醇、硫酚类底物活性上的差异，很难在同一反应体系下同时实现P-O键和P-S键的构筑。近日，烟台大学杨斌课题组报道了一种使用Tf₂O/DMSO反应体系，实现了多种醇、酚、硫醇、硫酚类化合物与不同磷试剂的脱氢偶联反应，制备了一系列具有P-O或P-S键骨架的有机磷化合物（图1）。相关成果发表在Org. Lett.上（DOI: 10.1021/acs.orglett.0c04127）。

图1. Tf₂O/DMSO促进的P-O和P-S键构筑反应研究

（来源：Org. Lett.）

作者首先针对醇、酚、硫酚类底物与磷试剂的反应分别进行了条件优化，在最优反应条件下，反应分别以83%、77%、97%的收率得到对应目标产物。接下来，为了考察该反应中R-YH（Y=O,S）类化合物以及磷试剂的底物适用范围，作者进行了大量的底物考察工作（图2）。首先，具有多种结构和不同官能团的醇类化合物都能很好地兼容反应；然后，作者对酚类底物进行了考察，结果表明具有吸电子取代基的酚产率要明显高于给电子取代基底物；接下来，作者考察了多种硫酚和硫醇类底物，发现带有不同取代基的底物均能以高收率得到目标产物；作者还利用该反应成功对多个天然产物分子进行了磷酰化修饰；最后，作者考察了磷试剂的适用范围，除了芳基磷试剂，亚磷酸酯、芳基烷氧基磷、芳基烷基磷、DOPO等磷试剂均能与R-YH (Y=O,S)底物发生反应。但是，在该反应体系中，亚磷酸酯不能与醇或者酚发生反应。

图2. 底物适用范围

（来源：Org. Lett.）

在研究了底物适用范围之后，作者对反应进行了应用性研究。首先，作者针对不同底物进行克级规模实验，对应目标产物依然能保持较高的反应收率。之后，作者利用该Tf₂O/DMSO的反应体系成功合成了一系列生物活性分子、阻燃剂分子以及手性磷配体骨架分子（图3）。

图3. 应用性研究

（来源：Org. Lett.）

最后，作者基于一系列机理实验和已有文献报道推测了反应的初步反应机理（图4）。首先，五价磷试剂发生互变异构得到三价磷，三价磷在Tf₂O的作用下脱去一分子TfOH产生亲电磷活性物种I，接下来R-YH（Y=O,S）底物对其亲核进攻得到三价磷中间体A。由于作者通过机理实验发现，最终产物中P=O键的氧原子一部分来源于Tf₂O，另一部分来源于DMSO，因此作者提出了两种可能的路径来完成三价磷中间体A至五价磷产物的转化（Path a和Path b）。在Path a中，通过三价磷对Tf₂O的亲核进攻以及分子内的电子转移等步骤，A从Tf₂O中捕获一个氧原子得到五价磷产物；在Path b中，作者提出了一种Albright-Goldman型的反应历程，首先Tf₂O与DMSO作用得到二者的加合物D/D’，进而通过分子间的亲核进攻以及分子内电子转移等步骤，A从Tf₂O或者DMSO中捕获一个氧原子得到五价磷产物。

图4. 可能的反应机理

（来源：Org. Lett.）

总结：作者发展了一种Tf₂O/DMSO的反应体系，实现了醇、酚、硫醇、硫酚类化合物与多种磷试剂的脱氢偶联反应，并将其应用到天然产物分子修饰、生物活性分子以及阻燃剂的制备中, 该反应具有广泛的底物适用范围和良好的官能团耐受性。上述工作得到了国家自然科学基金以及山东省自然科学基金的支持。该论文第一作者为烟台大学研究生沈建。

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