氮杂环磷氢化合物负氢反应活性的标定及合成应用

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在不对称催化反应中也实现了较高的立体选择性控制。在这些催化反应中，P-H键能否断裂和再生是控制还原反应能否进行的关键因素。

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。

近期，清华大学化学系基础分子科学中心和南开大学化学学院元素有机国家重点实验室程津培教授课题组，通过动力学方法，对一系列经典的氮杂环磷氢类负氢试剂（P-H）的亲核参数（N和s_N）进行了系统测定。该课题组应用Mayr动力学方程logk₂ = s_N(N + E)（N为亲核参数，s_N为亲核敏感性参数，E为亲电参数），选择一系列标准亲电试剂，测定该类P-H试剂与标准亲电试剂间负氢转移反应的二级速率常数k₂，进而得到相应的亲核参数N和s_N。这些亲核参数（N : 25.54 ~ 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，它的亲核参数N为25.54，是目前为止Mayr方程测定过的活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，这些亲核参数被进一步应用于预测P-H试剂参与的负氢转移反应的速率以及反应的可行性。该工作为新型P-H负氢试剂的设计和相关还原反应的开发提供了可靠的理论指导。

相关结果发表在Angewandte Chemie International Edition上，文章通讯作者为程津培教授和杨金东博士，第一作者为博士生仉晶晶（DOI: 10.1002/anie.201901456）。