背景介绍

A:氮杂环磷氢化合物在有机合成中的超强负氢性

有机负氢化合物是一类重要的还原试剂，广泛地存在于自然界、有机合成、化工生产过程中。受自然系统中磷酸酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADPH）的启发，许多非金属有机负氢试剂被相继开发。

近几年来，磷氢键（P-H）相关的化学研究受到了科研同仁的广泛关注。不同于传统 P-H 键的极性（异裂释放出质子），2-H-1,3,2-diazaphospholene 独特的二氮杂磷杂环戊烯骨架使其表现出超强的释放负氢离子的活性。这一“反转”的反应活性为磷氢键化学带来了全新的发展方向和应用前景。人们利用其超强的负氢性（super-hydricity）来还原/官能团化一系列较为惰性的极性烯烃、醛、酮、偶氮、亚胺、α,β-不饱和醛酮、CO2 和吡啶等。

同时，结构类似的手性磷氢类负氢试剂及其类似物在不对称催化反应中也实现了较高的立体选择性控制。而在这些催化反应中，P-H键能否断裂和再生是控制该还原反应能否进行的关键因素。

B:三参数动力学方程 logk2= sN(N+ E)

德国慕尼黑大学的 Herbert Mayr 教授课题组通过大量的亲核试剂与亲电试剂间反应动力学速率常数的测量，总结其中规律提出经典的三参数动力学方程 logk2 = sN(N+E)，其中 N 代表亲核参数，用来表示试剂亲核性的强弱；sN 代表亲核敏感性参数，用来表示亲核试剂对于亲电试剂的敏感程度；E 代表的是亲电参数，用来表示亲电试剂的亲电性的强弱。与此同时，他们指出运用该方程可以对亲核亲电反应的速率常数进行预测，进而可以预测反应能否发生以及发生的快慢等，这一预测的实用性和可靠性已经得到众多实验的证实。

研究出发点

尽管该类负氢试剂在合成中得到了广泛的应用，但是由于其反应活性定量标度的缺失，目前对该类试剂及相关新型还原反应的开发仍依赖于传统的试错模式，这在造成大量资源浪费的同时，也大大阻碍了这一领域的快速发展。基于本课题组前期在热力学标度（pKa、BDE）研究中的大量积累以及近期在动力学标度上的一些尝试，我们想通过传统物理有机的实验手段解决这一领域发展中存在的挑战，从而为有机合成学家开发新型 P-H 试剂以及负氢还原反应提供强有力的理论工具。

图文解析

首先，我们通过查阅文献，总结并合成了该领域目前为止使用较为广泛的 P-H 负氢试剂（图 1 ）。

▲ Figure 1. Commonly used diazaphospholenes 1 with Mes = 2,4,6-Me3C6H2 and Dipp = 2,6-iPr2C6H3.

其次，我们选择了一系列反应活性合适且亲电参数E已知的标准亲电试剂，并测定了其与上述 P-H 负氢试剂反应的二级反应速率常数 k2(M-1s-1)，通过对动力学方程的应用得到相应 P-H 试剂的亲核参数（N，sN）（图2）。

Figure 2. Plots of logk2 for the reactions of reference electrophiles 2a-i with 1a and 1c-f against the electrophilicity parameters E

这些亲核参数（N: 25.5 ~ 13.5）表明该类负氢试剂具有很强的给负氢能力。尤其是化合物 2-H-1,3,2-diazaphospholene 1a，它的亲核参数 N 为 25.54，是目前为止 Mayr 方程测定过的亲核性最强的非金属负氢试剂。它能够快速还原较为惰性的极性不饱和双键。结构分析表明该化合物的超强的给负氢能力主要源自于给出负氢之后的磷正离子的芳香稳定化作用。

同时为了更直观的展示该系列 P-H 试剂的给负氢能力，我们选择一些较为常见的负氢试剂（图 3）与 P-H 试剂的亲核性的强弱进行了比较。除了该系列活性最弱的 1f 之外，其余几乎所有的 P-H 试剂的负氢亲核性都要强于实验室经常使用的 NaBH4，二氢吡啶，硼烷络合物和一些金属负氢试剂（图3）。同时，实验中观测到得的、大量的 P-H 试剂的活性规律也在本工作中得到了实验证实。

此外，我们使用 “N + E > -3” 的经验性规则对新型负氢转移反应的可行性进行了预测分析。实验结果表明，该方法的预测能够较好的与实验观测相吻合，从而证实本项研究在有机合成中的实用性。

▲ Figure 3. Comparision of nucleophilicity parameters N of 1a-f with those of other hydride donors and predicting the scope of reactions of 1a-f with carbon-centered electrophiles.

总结与展望

该项研究首次通过动力学方程建立起合成中应用广泛的一系列 P-H 负氢试剂的亲核参数标度。证实了化合物 2-H-1,3,2-diazaphospholene 的超强负氢性。通过对 “E + N > -3” 经验判据的成功使用，验证了这些参数在解释已有实验现象和预测未知反应的可行性等方面的应用潜力，为其作为新型 P-H 类负氢试剂和该类负氢试剂的新型负氢转移反应的开发的指导增加了信心。

▲ 第一作者：仉晶晶；共同通讯作者：杨金东博士和程津培教授；DOI：10.1002/anie.201901456