อิมิโนฟอสโฟเรน
อิมิโนฟอสโฟเรน ( หรือที่รู้จักกันในชื่อฟอสฟีนอิมิด ฟอสฟินิมิด ฟอสฟินิมิน λ ฟอสฟาซีน แบบอะไซคลิก) เป็นสารประกอบ ออร์กาโนฟอสฟอรัสประเภทหนึ่งและเป็นฟอสฟาซีนย่อยแบบอะไซคลิก ที่ มีสูตรทั่วไปR P=N R ′ [ 1 ]รายงานครั้งแรกโดยStaudingerและ Meyer ในปี 1919 อะนาล็อก ไอโซอิเล็กตรอนของฟอสฟีนออกไซด์และฟอสโฟเนียมอิไลด์ (หรือที่รู้จักกันในชื่อรีเอเจนต์ Wittig ) เหล่านี้มักสังเคราะห์ผ่านปฏิกิริยา Staudingerหรือปฏิกิริยา Kirsanovแม้ว่าจะมีการพัฒนาเส้นทางการสังเคราะห์ทางเลือกอื่น ๆ ด้วยเช่นกัน[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]
พันธะP=Nอธิบายได้ดีที่สุดว่าเป็นพันธะเดี่ยว ที่มีขั้วสูง สอดคล้องกับโครงสร้างเรโซแนนซ์ แบบอิลิดิก R P + =N − R ′และ ลักษณะ ทางสเตอริกและอิเล็กทรอนิกส์สามารถปรับแต่งได้โดยการเปลี่ยนแปลงหมู่แทนที่บนฟอสฟอรัสหรือไนโตรเจน[ 8 ] [ 9 ]คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้เกิดปฏิกิริยาที่น่าสนใจของอิมิโนฟอสโฟเรนในฐานะซูเปอร์เบสของบรอนสเตดหรือลิแกนด์ ที่ประสานงาน กับไนโตรเจน หรือสำหรับปฏิกิริยาไซโคลแอดดิชัน [2+2] กับพันธะP=N [ 10 ] [ 8 ] [ 11 ] [ 12 ]อิมิโนฟอสโฟเรนมีการใช้งานที่หลากหลายในฐานะลิแกนด์สำหรับการเร่งปฏิกิริยา แบบเอกพันธ์ (เช่นการเชื่อมต่อแบบไขว้ การ พอลิเมอไรเซชันฯลฯ) ตัวเร่งปฏิกิริยาอินทรีย์แบบซูเปอร์เบสหรือแบบสองฟังก์ชัน และโพรบสำหรับชีววิทยาเคมี[ 8 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]
สังเคราะห์
ปฏิกิริยาสเตาดิงเกอร์
การสังเคราะห์อิมิโนฟอสโฟเรนครั้งแรกสุดได้รับการรายงานโดย Staudinger และ Meyer ในปี 1919 จากปฏิกิริยาของอะไซด์และฟอสฟีนที่มีการขับไนโตรเจนออก ปฏิกิริยานี้ดำเนินไปโดยการโจมตีแบบนิวคลีโอฟิลิกของฟอสฟีนบนอะไซด์ผ่านสถานะเปลี่ยน ผ่าน แบบซิสเพื่อสร้างตัวกลางฟอสฟาไซด์ซึ่งเกิดการปิดวงแหวนสี่สมาชิกเพื่อขับออก ( รูปที่ 1 ) [ 2 ] [ 16 ]กว่า 100 ปีต่อมา ปฏิกิริยา Staudinger ยังคงเป็นหนึ่งในวิธีการทั่วไปและใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด[ 5 ] [ 6 ]รูปแบบหนึ่งของปฏิกิริยา Staudinger คือการเชื่อมต่อ Staudinger เป็นปฏิกิริยา ไบโอออร์โธกอนอล ที่มีความเลือกสูง ซึ่งโดดเด่นในชีววิทยาเคมีในการติดฉลากหรือดัดแปลงสภาพแวดล้อมของเซลล์โปรตีน DNA เป็นต้น[ 14 ] [ 15 ]
ปฏิกิริยาคีร์ซานอฟ
วิธีการสังเคราะห์อิมิโนฟอสโฟเรนที่น่าสนใจอีกวิธีหนึ่งคือปฏิกิริยา Kirsanov ซึ่งรายงานครั้งแรกในปี พ.ศ. 2493 โดยที่อิมิโนฟอสโฟเรนที่มีหมู่ P-ฮาโลเจนจะเข้าถึงได้จาก สารตั้งต้น ฟอสฟอรัสเพนตาคลอไรด์และเอมีน ( รูปที่ 2 ) [ 17 ] ในปี พ.ศ. 2492 ได้มีการตีพิมพ์ปฏิกิริยา Kirsanov ที่ได้รับการดัดแปลง ซึ่งการเติม ฮาโลเจนลง ในฟอสฟีนตติยภูมิจะทำให้เกิด เกลือ ฟอสโฟเนียมซึ่งจะถูกบำบัดในแหล่งกำเนิดด้วยเอมีนปฐมภูมิเพื่อให้ได้อิมิโนฟอสโฟเรน ( รูปที่ 3 ) [ 18 ]
เส้นทางสังเคราะห์อื่นๆ
ปฏิกิริยา Staudinger และ Kirsanov ถือเป็นสองเส้นทางการสังเคราะห์ที่พบได้บ่อยที่สุด แต่ยังมีกลยุทธ์การสังเคราะห์อื่นๆ อีกมากมายที่สามารถใช้ในการสังเคราะห์อิมิโนฟอสโฟเรนได้ เพื่อแก้ไขข้อจำกัดต่างๆ ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยา Staudinger เกี่ยวข้องกับอะไซด์ที่มีพลังงานสูงและมีโอกาสระเบิดได้ และในบางกรณีอาจไม่สามารถหาอะไซด์ได้ง่าย นอกจากนี้ ฟอสฟอรัสเพนตาคลอไรด์และโบรมีนซึ่งเป็นสารรีเอเจนต์ที่ใช้ในปฏิกิริยา Kirsanov และปฏิกิริยา Kirsanov ที่ดัดแปลงแล้วก็มีพิษเช่นกัน[ 7 ]ตัวอย่างของเส้นทางการสังเคราะห์ทางเลือกอื่นๆ ได้แก่ การสังเคราะห์ N-acyliminophosphoranes ผ่านปฏิกิริยาการสร้างอิมิไดด์ของฟอสฟีนด้วย N-acyloxyamides โดยใช้เหล็กเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ( รูปที่ 4ด้านล่าง) หรือโดยปฏิกิริยาการถ่ายโอนไนเตรน ด้วยไดออกซาโซโลนโดยใช้เหล็กเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาด้วย แสง ( รูปที่ 4ด้านบน) [ 19 ] [ 20 ]อีกตัวอย่างหนึ่งคือ การสังเคราะห์ N-cyanoiminophosphoranes โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา ทางไฟฟ้าเคมีของนิกเกิลจากการบำบัดฟอสฟีนด้วยบิส(ไตรเมทิลไซลิล)คาร์โบไดอิมิด ( รูปที่ 5 ) [ 7 ]
โครงสร้าง
ลักษณะที่แท้จริงของ พันธะ P=N ของอิมิโนฟอสโฟเรน (และโดยทั่วไป พันธะ P=Eโดยที่ E = C, N, O) นั้นเป็นหัวข้อของการอภิปรายกันอย่างมากในอดีต[ 4 ] [ 21 ]ในช่วงแรก ตั้งแต่ประมาณปี 1950 ถึง 1970 พันธะ P=Nถูกคิดว่ามีส่วนสำคัญจากปฏิสัมพันธ์แบบπ ระหว่าง ออร์บิทัล dที่อยู่ต่ำบนฟอสฟอรัสและออร์บิทัล p บนไนโตรเจน เนื่องจากความ ยาวพันธะ P=N ที่สั้นลงเมื่อเทียบกับพันธะ P−Nเดี่ยวที่ระบุโดย การศึกษา ทางสเปกโทรสโกปีการวัดไดโพล และการวิเคราะห์ด้วยรังสีเอกซ์[ 4 ] [ 5 ] [ 22 ]อย่างไรก็ตามการคำนวณ เพิ่มเติม ในช่วงปี 1980 ได้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าออร์บิทัล d ไม่ได้มีส่วนเกี่ยวข้องอย่างมีนัยสำคัญในพันธะดังกล่าว[ 4 ]โมเดลนี้ยังไม่สอดคล้องกับปฏิกิริยาที่สังเกตได้ (เช่น การแตกตัวของ พันธะ P−Nโดยโลหะออร์แกนิลในตัวทำละลาย ขั้ว หรือความไวต่อการไฮโดรไลซิสซึ่งจะทำได้ยากหากมี พันธะคู่ P=N ที่แท้จริง ) [ 23 ]
เมื่อเวลาผ่านไป แบบจำลองพันธะที่ยอมรับกันได้รับการแก้ไขให้ไม่มี พันธะ π P−C ที่แท้จริง และปฏิสัมพันธ์นั้นอธิบายได้ดีที่สุดว่าเป็นพันธะP + −N − ที่มีขั้วสูง [ 21 ] [ 9 ]พันธะที่สั้นลงและแข็งแรงขึ้น รวมถึงการทำให้ฟอสฟอรัสมีเสถียรภาพ สามารถอธิบายได้ด้วยไฮเปอร์คอนจูเกชันเชิง ลบ ซึ่งความหนาแน่นของอิเล็กตรอนบนออร์บิทัล p ของไนโตรเจนจะกระจายตัวไปยัง ออร์บิทัล 𝜎 * ( P−C ) [ 9 ] [ 4 ]สิ่งนี้ได้รับการสนับสนุนจากการศึกษาเชิงทฤษฎี[ 24 ] [ 25 ]
ในปี 2547 หลักฐานเชิงทดลองของแบบจำลองนี้ด้วยการศึกษาความหนาแน่นของประจุและการวิเคราะห์เชิงโทโพโลยีของอิมิโนฟอสโฟเรนที่ประสาน กับ โลหะอัลคาไล แสดงให้เห็น P + −N − ขั้ว "เสริมด้วย ส่วนประกอบ ทางไฟฟ้าสถิต " [ 23 ]ดังนั้น แม้ว่า พันธะ P=N ของอิมิโนฟอสโฟเรน โดยทั่วไปจะถูกวาดเป็นพันธะคู่ แต่ก็มีขั้วสูงและอธิบายได้อย่างแม่นยำที่สุดว่าเป็นไฮบริดของตัวประกอบเรโซแนนซ์ระหว่างรูปแบบอิลีนและอิลิดิก ( รูปที่ 6 ) [ 8 ] [ 9 ]
พันธะP=Nของอิมิโนฟอสโฟเรนเป็นไอโซอิเล็กตรอนกับ พันธะ P=Cของฟอสโฟเนียมไยไลด์หรือที่รู้จักกันในชื่อรีเอเจนต์วิททิก และสามารถเปรียบเทียบโครงสร้างและปฏิกิริยาของพวกมันได้[ 3 ] [ 4 ]ตัวอย่างเช่น พันธะ P=Cของฟอสโฟเนียมไยไลด์คล้ายกับ พันธะ P=Nของอิมิโนฟอสโฟเรนตรงที่ทั้งสองอธิบายได้ดีที่สุดด้วยรูปแบบเรโซแนนซ์ไยลิดิกโดยไม่มี พันธะ π ที่แท้จริงและพันธะ P=Cสั้นเนื่องจากไฮเปอร์คอนจูเกชันเชิงลบ[ 3 ] [ 4 ]เนื่องจากความคล้ายคลึงกันทางโครงสร้างเหล่านี้ ทั้งอิมิโนฟอสโฟเรนและฟอสฟิเนียมไยไลด์จึงแสดง ความสามารถในการเป็นผู้ให้ π ที่แข็งแกร่ง และมีความสามารถในการรับπ น้อยมากหรือไม่มีเลย [ 26 ]มีความแตกต่างทางโครงสร้างบางประการ โดยการศึกษาเชิงคำนวณแสดงให้เห็นว่า ลำดับพันธะ P=Nในอิมิโนฟอสโฟเรน สูงกว่าพันธะ P=Cของฟอสโฟเนียมไยไลด์ เล็กน้อย [ 27 ]การศึกษาในปี 2023 ที่เปรียบเทียบสปีชีส์ ylidic สองชนิดแสดงให้เห็นว่าคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของสปีชีส์ ylidic ทั้งสองชนิดได้รับอิทธิพลอย่างมากจากหมู่แทนที่ แต่ระหว่าง ylide ที่ไม่มีหมู่แทนที่ ( P=CH เทียบกับP=NH ) phosphonium ylide จะให้ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนแก่ศูนย์กลางโลหะมากกว่า[ 26 ]นอกจากนี้ปฏิกิริยา Wittigกับ phosphonium ylide สำหรับการสร้าง พันธะ C=Cนั้นเทียบได้กับปฏิกิริยา aza-Wittigดังที่กล่าวมาข้างต้นกับ iminophosphoranes สำหรับการสร้าง พันธะ C=Nโดยทั้งสองกลไกดำเนินไปผ่านตัวกลางสี่เหลี่ยมที่คล้ายกันและสร้างผลพลอยได้ฟอสฟีนออกไซด์[ 26 ]
ปฏิกิริยา
ความเป็นเบสของบรอนสเตด
อิมิโนฟ อสโฟเรนเป็นเบสบรอนสเตด ที่แข็งแกร่งและ ความสัมพันธ์สูงกับโปรตอน ใน สารประกอบโปรตอน( R3P = NR′H + ) ไนโตรเจนมีแนวโน้มที่จะ เกิด ไฮบริดไดเซชัน แบบพีระมิด sp3และความหนาแน่นของอิเล็กตรอนยังคงอยู่บนไนโตรเจนเป็นหลัก โดยมีประจุบวกบางส่วนบนฟอสฟอรัส ดังนั้น สารประกอบนี้จึงอธิบายได้ดีที่สุดว่าเป็นไอออนอะมิโนฟอสโฟเนียมแทนที่จะเป็นไอออนอิมิเนียม[ 3 ]
อนุพันธ์ของอิมิโนฟอสโฟเรนบางชนิดยังเป็นที่รู้จักว่ามีพฤติกรรมเป็นซูเปอร์เบสแบบไม่มีไอออน โดยทั่วไป การศึกษาและการออกแบบซูเปอร์เบสที่เป็นกลางที่แข็งแกร่งเป็นที่น่าสนใจอย่างมากในการประยุกต์ใช้ในการสังเคราะห์สารอินทรีย์ เนื่องจากความสามารถในการละลายที่เพิ่มขึ้นในตัวทำละลายทั่วไป การอนุญาตให้ใช้สภาวะที่อ่อนโยนกว่า และความเสถียรที่มากกว่าเมื่อเทียบกับเบสไอออนิกอนินทรีย์[ 28 ]ความเป็นเบสของบรอนสเตดที่โดดเด่นของอนุพันธ์อิมิโนฟอสโฟเรนที่ถูกแทนที่ด้วยอะมิโนที่มีความเสถียรและกิจกรรมจลนศาสตร์สูงได้รับการรายงานครั้งแรกในปี 1985 ซึ่งจะเป็นรากฐานสำหรับความก้าวหน้าในอนาคตในขอบเขตของซูเปอร์เบสอิมิโนฟอสโฟเรน[ 29 ] [ 10 ]การศึกษาเชิงคำนวณในปี 2004 ต่อมาได้พัฒนาโครงสร้างทางทฤษฎีสำหรับการประมาณค่า pK ของอิมิโนฟอสโฟเรนและให้เหตุผลถึงความเป็นเบสของพวกมันจากการทำให้เสถียรด้วยเรโซแนนซ์ที่มีประสิทธิภาพของกรดคอนจูเกต[ 28 ]ตระกูลของซูเปอร์เบสอิมิโนฟอสโฟเรนนี้สามารถจำแนกได้ตามระบบการตั้งชื่อของ Schwesinger (เช่น Pn โดยที่ n หมายถึงจำนวน หน่วย P=N ) ความเป็นเบสสามารถเพิ่มขึ้นได้จากหลายปัจจัย รวมถึง n ที่สูงขึ้น หมู่แทนที่ที่ ให้电子และการแตกแขนง[ 10 ]
ค่า pK ใน MeCN สำหรับอิมิโนฟอสโฟเรนที่เลือกซึ่งเป็นที่รู้จักในวรรณกรรมแสดงอยู่ในรูปที่ 7 [ 30 ] [ 31 ]
การประสานงานกับศูนย์โลหะ
ในฐานะลิแกนด์ อิมิโนฟอสโฟเรนสามารถประสานงานกับศูนย์กลางอื่นๆ (เช่น โลหะทรานซิชัน ธาตุหมู่หลัก) ผ่านคู่โดดเดี่ยวบนไนโตรเจน[ 8 ]อิมิโนฟอสโฟเรนส่วนใหญ่เป็น ตัวให้ σ ที่แข็ง โดยอาจ มีความสามารถในการให้ πเนื่องจากมีคู่โดดเดี่ยวสองคู่บนไนโตรเจน[ 9 ]อิมิโนฟอสโฟเรนแบบง่ายเป็นตัวให้แบบL-typeที่เป็นกลางแบบโมโนเดนเทต แต่สามารถรวมไซต์ตัวให้เพิ่มเติมในซับสติทิวต์ของอิมิโนฟอสโฟเรนเพื่อสร้าง ลิแกนด์ แบบโพลีเดนเทตซึ่งช่วยเพิ่มความเสถียรโดยผลของคีเลตลิแกนด์ผสมแบบโพลีเดนเทตเหล่านี้ยังมีประโยชน์อย่างมากในการทำให้เกิดการเร่งปฏิกิริยาแบบเลือกได้ เนื่องจากไซต์ตัวให้และตัวเชื่อมในลิแกนด์ผสมแบบโพลีเดนเทตเหล่านี้สามารถปรับแต่งได้อย่างแม่นยำเพื่อเปลี่ยนแปลงปฏิกิริยา[ 8 ]
ในศูนย์กลางที่มีอิเล็กตรอนมาก (เช่นโลหะทรานซิชัน ตอนปลาย ) อิมิโนฟอสโฟเรนมีแนวโน้มที่จะประสานงานได้ค่อนข้างอ่อนและถูกแทนที่ได้ง่ายด้วยลิแกนด์อื่น ๆ ซึ่งได้รับการพิสูจน์ครั้งแรกในปี 1975 โดยการแทนที่ลิแกนด์อิมิโนฟอสโฟเรนอย่างรวดเร็วด้วยไตรฟีนิลฟอสฟีนไตรฟีนิลฟอสไฟต์และ2,2'-ไบไพริดีนภายใต้สภาวะที่ไม่รุนแรงที่ศูนย์กลางเชิงซ้อนของแพลเลเดียม(II) [ 32 ] [ 8 ]อย่างไรก็ตาม อิมิโนฟอสโฟเรน โดยเฉพาะอย่างยิ่งลิแกนด์ผสมโพลีเดนเทต สามารถจับกับศูนย์กลางที่มีอิเล็กตรอนน้อย (เช่น ธาตุหายาก โลหะทรานซิชันตอนต้น และศูนย์กลางที่ถูกออกซิไดซ์สูง) ได้อย่างแข็งแรงที่สุด[ 9 ]
2+2 การบวกไปยังพันธะ P=N
นอกจากปฏิกิริยาที่มีศูนย์กลางอยู่ที่ไนโตรเจนแล้ว ยังพบว่าฟอสฟอรัสมีบทบาทในปฏิกิริยาบางอย่างที่เกิดขึ้นได้ด้วย ลักษณะแอมบิฟิลิกแบบ วิซินัลของพันธะ P=N [ 33 ]แม้ว่าจะไม่มีออร์บิทัล d ใน พันธะ P=N (เมื่อเทียบกับ โลหะทรานซิชันอิมิด M=N ที่คล้ายคลึงกัน ) อิมิโนฟอสโฟเรนในกลุ่มX P=NR (X = Cl, ไพร์โรลิล; R = อัลคิล, อะริล) แสดงให้เห็นว่ามีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเมตาธีซิสของพันธะคู่แบบเร่ง ปฏิกิริยา ในเส้นทางแบบ Chauvin โดยดำเนินไปผ่านตัวกลางฟอสเฟทิดีนที่เกิดจากการเติมคาร์โบได อิมิด [ 2+2] เข้า กับอิมิโนฟอสโฟเรน[ 34 ] [ 11 ]
ตัวอย่างตัวแทนอีกประการหนึ่งคือปฏิกิริยาอะซา-วิตทิกซึ่งเป็นวิธีการที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการสร้าง พันธะคู่ C=Nโดยที่อัลดีไฮด์หรือคีโตนทำปฏิกิริยากับอิมิโนฟอสโฟเรนในปริมาณที่พอดีเพื่อให้ได้อิมิน[ 12 ]กลไกที่แน่นอนนั้นยากที่จะระบุได้ในอดีตเนื่องจากความไม่เสถียรของสารตัวกลาง แต่การศึกษาเชิงทฤษฎีหลายชิ้นสนับสนุนกลไกสองขั้นตอนที่ดำเนินไปผ่านสารตัวกลางวงแหวนสี่สมาชิกจากขั้นตอนแรกของการเติมไซโคลแอดดิชัน-ไซโคลรีเวอร์ชันแบบคู่ขนาน [2+2] ใน กลไก ที่อนุญาตทางความร้อนตามด้วยขั้นตอนที่สองของการไซโคลรีเวอร์ชัน [2+2] ( รูปที่ 8 ) [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] [ 12 ]
ใบสมัครที่ได้รับการคัดเลือก
ลิแกนด์สำหรับการเร่งปฏิกิริยาแบบเอกพันธ์
ตัวอย่างที่โดดเด่นอย่างหนึ่งของการใช้อิมิโนฟอสโฟเรนเป็นลิแกนด์ในสารเชิงซ้อนตัวเร่งปฏิกิริยาคืออินิชิเอเตอร์อิตเทรียมฟอสฟาซาเลน ที่มีฤทธิ์สูง สำหรับการพอลิเมอไรเซชัน ของ rac-Lactide ซึ่งให้การควบคุมการพอลิเมอไรเซชันที่ดีเยี่ยมความเลือกเชิงสเตอริโอและอัตราการเกิดปฏิกิริยาสูง อินิชิเอเตอร์ที่มีประสิทธิภาพนี้ ( รูปที่ 9 ) เกิดขึ้นได้จากการใช้ลิแกนด์ฟอสฟาซาเลน ซึ่งเป็นอะนาล็อกของอิมิโนฟอสโฟเรนของลิแกนด์ซาเลนที่เป็นที่รู้จักกันดี ผู้เขียนเสนอว่า การบริจาคอิเล็กตรอน σและπ ที่แข็งแกร่ง ให้กับอิตเทรียมที่มีอิเล็กตรอนไม่เพียงพอโดยอิมิโนฟอสโฟเรน (ซึ่งมีการบริจาคอิเล็กตรอนมากกว่าเมื่อเทียบกับลิแกนด์ "ซาเลน") ทำให้เกิดอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่สูงขึ้นโดยการเร่งอัตราของขั้นตอนการผกผัน ของ แลคไทด์โครงสร้างฟอสฟาซาลีนยังมีข้อดีตรงที่สามารถปรับเปลี่ยนเพื่อให้เกิดการเลือกไอโซเมอร์หรือการเลือกเฮเทอโรเมอร์ในระดับสูงได้ โดยไม่ต้องใช้ ลิแกนด์เสริม ไครัลหรือสารเชิงซ้อนเพื่อควบคุมสเตอริโอเมอร์[ 38 ]
มีตัวอย่างเพิ่มเติมมากมายในวรรณกรรมเกี่ยวกับการใช้อิมิโนฟอสโฟเรนเป็นลิแกนด์สำหรับปฏิกิริยาต่างๆ รวมถึงปฏิกิริยาครอสคัปปลิง (เช่นคัปปลิงโซโนกาชิระซูซูกิ-มิยา อุระ คุมาดะ - คอร์ ริอุและเนกิชิ ) การไฮโดรจีเนชันของแอลคีนการ สร้างไซโค ลโพรเพนและปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันอื่นๆ[ 8 ] [ 7 ]ตัวอย่างหนึ่งของคัปปลิงคุมาดะที่เร่งปฏิกิริยาโดยสารประกอบเชิงซ้อนของนิกเกลที่มีลิแกนด์อิมิโนฟอสโฟเรน P, N, N-อะมิโดพินเซอร์ซึ่งรายงานในปี 2007 แสดงไว้ด้านล่างในรูปที่ 10 [ 39 ]
ตัวเร่งปฏิกิริยาอิมีโนฟอสโฟเรนแบบสองฟังก์ชัน
ตัวเร่งปฏิกิริยา แบบ Brønsted base สองฟังก์ชัน ซึ่งมี Brønsted base และส่วนที่ให้ไฮโดรเจนบอนด์แยกกัน ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการเร่ง ปฏิกิริยาการเติมแบบโพลาร์ แบบเลือกเอนันติ โอเมอร์ โดยมีรายงานหลายร้อยฉบับจนถึงปัจจุบัน[ 13 ]ตัวเร่งปฏิกิริยาดังกล่าวโดยทั่วไปใช้เอมีนตติยภูมิเป็น Brønsted base ซึ่งก่อให้เกิดความท้าทายในการออกแบบตัวเร่งปฏิกิริยาเนื่องจากความเป็นกรดสูงของโปรนิวคลีโอไฟล์และความเป็นนิวคลีโอไฟล์ ปานกลาง ของเบสคู่ควบ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา พบว่าข้อจำกัดเหล่านี้สามารถแก้ไขได้โดยการรวมส่วน iminophosphorane ที่เป็นเบสสูง ทำให้สามารถปรับแต่งได้อย่างควบคุมเพื่อการควบคุมเอนันติโอเมอร์ที่ดีและความเป็นเบสของ Brønsted ที่เพียงพอสำหรับการกระตุ้นโปรนิวคลีโอไฟล์ที่ดี[ 13 ] [ 30 ]
หนึ่งในตัวอย่างแรกสุดของตัวเร่งปฏิกิริยาไบฟังก์ชันอิมีโนฟอสโฟเรน (BIMP) ดังกล่าวได้รับการรายงานโดย Dixon และคณะในปี 2013 เมื่อมีการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา BIMP ที่มีไซต์เบส Brønsted ไตรอาริลอิมีโนฟอสโฟเรนเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อให้ได้ปฏิกิริยาไนโตร-แมนนิชแบบเอนันติ โอซีเลคทีฟทั่วไปครั้งแรก ของไนโตรมีเทนกับ คีติมีน ที่ป้องกัน ด้วย N-DPP ( รูปที่ 11 ) ซึ่งให้ผลผลิตเป็น β-ไนโตรเอมีนที่ต้องการภายใน 3 ชั่วโมง ในขณะที่ตัวเร่งปฏิกิริยาไบฟังก์ชัน Brønsted เทอร์เทียรีเอมีนอื่นๆ ที่ใช้เป็นฐานไม่ให้ผลผลิต ตัวเร่งปฏิกิริยา BIMP สามารถปรับแต่งได้อย่างมาก โดยกลุ่มอะริล ที่ถูกแทนที่ บนฟอสฟอรัสอิมีโนฟอสโฟเรนสามารถดัดแปลงทางสังเคราะห์ได้ง่ายเพื่อควบคุม pK และอิเล็กทรอนิกส์ของส่วนประกอบซูเปอร์เบส[ 30 ]
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ตัวเร่งปฏิกิริยา BIMP ได้ถูกนำมาใช้ในปฏิกิริยาหลายอย่าง ตัวอย่างเช่นการเติมซัลฟา-ไมเคิลแบบ เอนันติโอซีเลคทีฟครั้งแรก ของอัลคิลไทออ ลกับ เอสเทอร์อะคริเลตที่ถูกแทนที่ α ที่ไม่ถูกกระตุ้นการ พอลิเมอไรเซ ชันแบบเปิดวงแหวน (ROP) ของเอสเทอร์แบบวงแหวน l-แลคไทด์ (LA), δ-วาเลอโรแลคโตน (VL) และ ε-คาโปรแลคโตน (CL) ในปี 2014 และในการสังเคราะห์ทั้งหมดของ สารผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ อัลคาลอยด์ ที่ซับซ้อน (-)-ฮิมาเลนซีน A [ 40 ] [ 41 ] [ 42 ]
เคมีไบโอออร์โธโกนอล
อิมิโนฟอสโฟเรนยังพบว่ามีความเกี่ยวข้องในเคมีไบโอออร์โธกอนอล ด้วย ในปี 2000 Bertozziและเพื่อนร่วมงานได้ตีพิมพ์บทความสำคัญเกี่ยวกับปฏิกิริยา Staudingerรูปแบบหนึ่ง ซึ่งก็คือ Staudinger ligation ซึ่งเป็นปฏิกิริยาไบโอออร์โธกอนอลที่มีความเลือกสูงเป็นครั้งแรกที่ใช้สำหรับการติดฉลากหรือปรับเปลี่ยนสภาพแวดล้อมของเซลล์ โปรตีน และ DNA [ 14 ] [ 15 ] [ 43 ]ปฏิกิริยา Staudinger ดั้งเดิมระหว่างฟอสฟีนและอะไซด์เป็นตัวเลือกที่แข็งแกร่งสำหรับโพรบเคมี ของเซลล์ เนื่องจากปฏิกิริยาดำเนินไปอย่างรวดเร็วในสภาวะทางชีวภาพ (ในน้ำ อุณหภูมิห้อง) และสารประกอบทั้งสองเป็น สาร อนินทรีย์และไม่ทำปฏิกิริยากับโมเลกุลทางชีวภาพ[ 14 ] อย่างไรก็ตาม อิมิโนฟอสโฟเรนที่เกิดขึ้นจะเกิด การไฮโดรไลซิสได้ง่ายในสภาพแวดล้อมที่เป็นน้ำ ดังนั้นจึงมีการนำกับดักอิเล็กโทรฟิลิกเข้ามาในฟอสฟีนเพื่อเปลี่ยนอิมิโนฟอสโฟเรนให้เป็นผลิตภัณฑ์อะไมด์ที่เสถียร ({{EquationNote|Figure 12). [ 14 ]ผู้เขียนได้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการติดฉลากทางชีวภาพโดยแสดงให้เห็นว่าน้ำตาลอะซิโดสามารถทำปฏิกิริยากับฟอสฟีนที่ดัดแปลงนี้เพื่อสร้างสารประกอบโคเวเลนต์ที่เสถียรในสภาพแวดล้อมของเซลล์[ 14 ]การเชื่อมต่อแบบ Staudinger ได้วางรากฐานสำหรับสาขาเคมีไบโอออร์โธกอนอล และ Bertozzi ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2022 จากผลงานนี้[ 44 ] [ 43 ]
