为了进一步评估反应的官能团耐受性,进行了与不同添加剂的兼容性筛选(详见原文SI)。在许多过渡金属催化反应中已知会反应或抑制的几种官能团,如端烯、叔胺、吡啶和环氧化物,并未干扰反应。反应的限制包括硝基化合物和大多数羰基团,如酮,它们可以经历Wittig型副反应。然而,烯醚的添加并没有明显抑制反应,表明保护的酮可能在底物中是可行的官能团。进一步应用基于C-C键是通过磷骈盐的烷基化形成的知识点,作者还设计了一个正式的[1+n]环化的n-烷基膦盐13和1,ω-二溴烷14(图4a)。在这个反应中,NaH介导的磷骈盐烷基化发生两次,导致与标准反应中相同的叔烷基膦盐中间体3,然后在LiHMDS存在下可以发生C-P断裂。除了利用磷骈盐反应性的这个两电子过程外,还利用烷基自由基中间体的单电子反应性进行进一步的官能化。首先,能够用苯乙烯16拦截它,构建15中的季碳中心,一步形成两个新的C(sp3)–C(sp3)键(图4b)。类似地,在标准条件下加入杂环17,导致在产物18中形成额外的C(sp3)–C(sp2)键。利用叔烷基自由基与膦盐苯基团的氢原子转移步骤,含有全氘代苯基的膦盐(1-d15)的偶联导致形成单氘代产物12m-d。氘代是区域选择性的,即在起始材料中与磷结合的位置,而不是使用传统方法容易发生氘代反应的多个其他位置。在所描述的反应中,来自关键受阻离子对的自由基最终参与产物形成。设想这个自由基也可以通过原子转移过程介导其他开壳层中间体的形成,从而扩展这种化学的适用性。当烷基碘化物19和烯烃20在四苯基膦盐溴化物和LiHMDS存在下反应时,C-C键形成和产物21的形成。作者认为这个反应可能通过形成PPh4阳离子和HMDS阴离子之间的受阻离子对进行,这导致一个苯基自由基,可以与烷基碘化物19发生卤素原子转移步骤。图片来源:Nature 反应机理基于一些机理实验,作者提出了一个可能的反应机制(图2e)。起始膦盐被LiHMDS去质子化,产生的骈盐迅速被烷基卤化物烷基化,产生α-叔烷基膦盐A。接下来,A和LiHMDS之间发生盐 metathesis,首先形成立体位阻离子对B。使用不同的碱HMDS进行的实验表明,锂离子的存在对于反应很重要,可能是因为LiX(X = Br或I)的形成作为盐metathesis步骤的驱动力。同样,添加12-冠-4到反应中,它选择性地结合锂离子,关闭了反应活性。使偶联反应成为可能的关键步骤是在受阻离子对B中从HMDS阴离子到膦盐阳离子的单电子转移(SET)。这种SET过程在膦盐卤化物中是众所周知的,可以通过紫外线照射或在含有强电子吸引取代基的膦盐中通过可见光激活发生。图片来源:Nature 实验操作General procedure for the reaction of phosphonium salts with alkyl halides (GP1)
Inside a glovebox filled with argon, an 8-mL screw-cap vial was charged with phosphonium salt (0.4 mmol,
1.0 equiv.), alkyl halide (0.6 mmol, 1.5 equiv.), LiHMDS (167.3 mg, 1.0 mmol, 2.5 equiv.), and dioxane
(4.0 mL). The vial was capped, taken out of the glovebox, and stirred in a pre-heated heating block at 80 °C
for 16 hours. After cooling to room temperature, the reaction mixture was loaded on silica and purified by
column chromatography. 注:以上图片均来源:Nature