WikiDer > Фосфаалкин
В химия, а фосфаалкин (ИЮПАК имя: алкилидинфосфан) является фосфорорганическое соединение содержащий тройная связь между фосфор и углерод с общей формулой R-C≡P.[1] Фосфаалкины - более тяжелые представители нитрилыоднако из-за схожей электроотрицательности фосфора и углерода обладают реакционной способностью, напоминающей алкины.[2] Из-за своей высокой реакционной способности фосфаалкины не встречаются на Земле в естественных условиях, это простейший фосфаалкин, фосфатин (H-C≡P) наблюдалась в межзвездной среде.[3]
Синтез
Из фосфинового газа
Первое получение фосфаалкина было получено в 1961 году, когда Турман Гиер произвел фосфатин путем прохождения фосфиновый газ при низком давлении над электрической дугой, возникающей между двумя угольными электродами. Конденсация газообразных продуктов в ловушке с температурой –196 ° C (–321 ° F) показала, что в результате реакции были получены ацетилен, этилен, фосфатин, что было идентифицировано ИК-спектроскопия.[4]
По реакциям элиминации
Удаление галогенидов водорода
После первоначального синтеза фосфатина стало понятно, что то же соединение можно получить более быстро с помощью мгновенного пиролиза метилдихлорфосфин (CH3PCl2), что привело к потере двух эквивалентов хлористый водород. Эта методология была использована для синтеза множества замещенных фосфаалкинов, включая метил,[5] винил[6] хлористый,[1] и фтор[7] производные. Фторметилидинфосфан (F-C≡P) также может быть получен посредством дегидрофторирования трифторметилфосфина, промотированного гидроксидом калия (CF3PH2). Предполагается, что эти реакции обычно протекают через промежуточный фосфэтилен с общей структурой RClC = PH. Эта гипотеза нашла экспериментальное подтверждение при наблюдении F2C = PH по 31п ЯМР-спектроскопия при синтезе F-C≡P.[8]
Удаление хлортриметилсилана
Высокая прочность кремний-галоген связи могут быть использованы для синтеза фосфаалкинов. Обогрев бис-триметилсилилированные метилдихлорфосфины ((SiMe3)2CRPCl2) в вакууме приводит к изгнанию двух эквивалентов хлортриметилсилан и окончательное образование нового фосфаалкина. Эта синтетическая стратегия была применена в синтезе 2-фенилфосфацетилена.[9] и 2-триметилсилилфосфацетилен.[10] Как и в случае синтетических способов, основанных на отщеплении галогенида водорода, предполагается, что этот путь вовлекает промежуточные частицы фосфаэтилена, содержащие двойную связь C = P, хотя такие частицы еще не наблюдались.[1]
Удаление гексаметилдисилоксана
Как и предыдущий метод, самый популярный метод синтеза фосфаалкинов основан на удалении продуктов, содержащих прочные связи кремний-элемент. В частности, можно синтезировать фосфаалкины путем удаления гексаметилдисилоксана (HMDSO) из некоторых силилированных фосфаалкенов с общей структурой RO (SiMe3) C = PSiMe3. Эти фосфаалкены быстро образуются после синтеза соответствующего ацильного бис-триметилсилилфосфин, который претерпевает быстрый [1,3] -силильный сдвиг с образованием соответствующего фосфаалкена. Эта синтетическая стратегия особенно привлекательна, потому что прекурсоры (ацилхлорид и трис-триметилсилилфосфин или бис-триметилсилилфосфид) либо легко доступны, либо просты в синтезе.[1]
Этот метод был использован для получения различных кинетически стабильных фосфаалкинов, включая арил,[1][11][12] третичный алкил,[13] вторичный алкил,[1] и даже первичный алкил[14] фосфаалкины с хорошими выходами.
Путем перегруппировки предполагаемого фосфа-изонитрила
Дигалофосфаалкены общего вида R-P = CX2, где X - Cl, Br или я подвергаюсь литий-галогенный обмен с литийорганические реагенты с получением промежуточных продуктов в форме R-P = CXLi. Затем эти частицы выделяют соответствующую соль галогенида лития, LiX, чтобы предположительно образовать фосфа-изонитрил, который может перегруппироваться почти так же, как изонитрил,[15] с получением соответствующего фосфаалкина.[16] Эта перестановка была оценена с помощью инструментов вычислительная химия, который показал, что этот процесс изомеризации должен происходить очень быстро, в соответствии с текущими экспериментальными данными, показывающими, что фосфазонитрилы являются ненаблюдаемыми промежуточными продуктами даже при –85 ° C (–121 ° C).[17]
Другие методы
Камминз и его коллеги продемонстрировали, что термолиз соединений общей формы C14ЧАС10ПК (= PPh3) R приводит к выдавливанию C14ЧАС10 (антрацен), трифенилфосфин и соответствующий замещенный фосфацетилен: R-C≡P. В отличие от предыдущего метода, в котором фосфаалкиновый заместитель получают из ацилхлорид, этот метод выводит заместитель из Реагент Виттига.[18]
Структура и склеивание
Тройная связь углерод-фосфор в фосфаалкинах представляет собой исключение из так называемого "правило двойной связи", что позволяет предположить, что фосфор имеет тенденцию не образовывать множественные связи с углеродом, и поэтому природа связывания внутри фосфаалкинов вызвала большой интерес у химиков-синтетиков и химиков-теоретиков. Для простых фосфоалкинов, таких как HC≡P и Me-C≡P, длина связи углерод-фосфор известна как микроволновая спектроскопияи для некоторых более сложных фосфаалкинов эти длины связей известны из монокристаллических дифракция рентгеновских лучей эксперименты. Эти длины связи можно сравнить с теоретической длиной тройной связи углерод-фосфор, предсказанной Pyykkö 1,54 Å.[19] По показателям длины связи наиболее структурно охарактеризованные алкил- и арилзамещенные фосфаалкины содержат тройные связи между углеродом и фосфором, поскольку их длины либо равны теоретическому расстоянию связи, либо меньше него.
р | Длина связи (Å) |
---|---|
ЧАС[20] | 1.5442 |
Мне[5] | 1.544(4) |
терт-бутил[21] | 1.542(2) |
трифенилметил[22] | 1.538(2) |
2,4,6-три (терт-бутил) фенил[23] | 1.533(3) |
Порядок связи углерод-фосфор в фосфоалкинах также был предметом компьютерных исследований, где квантово-химические расчеты использовались для определения природы связи в этих молекулах из первых принципов. В контексте, орбиталь естественной связи (NBO) теория дала ценное понимание связей внутри этих молекул. Лукас и его коллеги исследовали электронную структуру различных замещенных фосфоалкинов, включая циафид анион (C≡P–), используя NBO, теорию естественного резонанса (NRT) и квантовая теория атомов в молекулах (QTAIM) в попытке лучше описать связь в этих молекулах. Для простейших систем C≡P– и H-C≡P, анализ NBO предполагает, что единственные релевантные резонансная структура это то, в котором есть тройная связь между углеродом и фосфором. Для более сложных молекул, таких как Me-C≡P и (Me)3C-C≡P, тройная резонансная структура по-прежнему является наиболее актуальной, но на ее долю приходится лишь часть общей электронной плотности в молекуле (81,5% и 72,1% соответственно). Это связано с взаимодействием между двумя углеродно-фосфорными пи-связи и C-H или C-C сигма-облигации заместителей, которые можно визуализировать, исследуя пи-связывающие C-P молекулярные орбитали в этих молекулах.[24]
Реактивность
Фосфаалкины обладают разнообразными профилями реакционной способности и могут быть использованы в синтезе различных фосфорсодержащих насыщенных или ненасыщенных гетероциклические соединения.
Реакционная способность циклоприсоединения
Одной из наиболее развитых областей химии фосфаалкинов является циклоприсоединения. Подобно другим многосвязным молекулярным фрагментам, фосфаалкины претерпевают множество реакций, таких как [1 + 2] циклоприсоединения,[26][27][28] [3 + 2] циклоприсоединения,[29][30] и [4 + 2] циклоприсоединения.[1][31] Эта реактивность суммирована в графическом формате ниже, который включает некоторые примеры реакционной способности 1,2-присоединения.[32][33] (что не является формой циклоприсоединения).
Олигомеризация
Пи-связи фосфаалкинов слабее, чем у большинства сигма-связей углерод-фосфор, что делает фосфоалкины реактивными по отношению к образованию олигомерный виды, содержащие больше сигма-связей. Эти реакции олигомеризации запускаются термически или могут катализироваться переход или же металлы основной группы.
Некатализированный
Фосфаалкины с небольшими заместителями (H, F, Me, Ph и т. Д.) Подвергаются разложению при комнатной температуре или ниже в результате полимеризации / олигимеризации с образованием смесей продуктов, которые сложно охарактеризовать. То же самое в значительной степени относится к кинетически стабильным фосфаалкинам, которые претерпевают реакции олигимеризации при повышенной температуре.[35] Однако, несмотря на проблемы, связанные с выделением и идентификацией продуктов этих олигимеризаций, кубовидные тетрамеры терт-бутилфосфаалкин и терт-пентилфосфаалкин был выделен (хотя и с низким выходом) и идентифицирован после нагревания соответствующего фосфаалкина.[36]
Вычислительная химия оказалась ценным инструментом для изучения этих синтетически сложных реакций, и было показано, что, хотя образование димеров фосфаалкина является термодинамически благоприятным, образование тримеров, тетрамеров и олигомерных форм более высокого порядка имеет тенденцию быть более благоприятным, учитывая образование труднообрабатываемых смесей при экспериментальном индуцировании олигомеризации фосфаалкинов.[37][38]
Металл-опосредованный
В отличие от термически инициированных реакций олигомеризации фосфаалкинов переходные металлы и металлы основной группы способны контролируемым образом олигомеризовать фосфаалкины и привели к выделению димеров, тримеров, тетрамеров, пентамеров и даже гексамеров фосфаалкинов.[35] Никелевый комплекс способен к каталитическому гомосцеплению тBu-C≡P с образованием дифосфаттраэдрана.[39]
Рекомендации
Викискладе есть медиафайлы по теме Фосфаалкины. |
- ^ а б c d е ж грамм Региц, Манфред (01.01.1990). «Фосфаалкины: новые строительные блоки в синтетической химии». Химические обзоры. 90 (1): 191–213. Дои:10.1021 / cr00099a007. ISSN 0009-2665.
- ^ Помбейро, Армандо Дж. Л. (24 августа 2001 г.). «Сравнительное поведение фосфа-алкинов и алкинов на богатых электронами фосфиновых металлических центрах». Журнал металлоорганической химии. 632 (1): 215–226. Дои:10.1016 / S0022-328X (01) 00997-4. ISSN 0022-328X.
- ^ Агундес, Марселино; Чернихаро, Хосе; Гелен, Мишель (20 июня 2007 г.). «Открытие фосфатина (HCP) в космосе: химия фосфора в околозвездных оболочках». Астрофизический журнал. 662 (2): L91 – L94. Bibcode:2007ApJ ... 662L..91A. Дои:10.1086/519561. HDL:10261/191973. ISSN 0004-637X.
- ^ Гиер, Т. Э. (1961-04-01). «HCP, уникальное соединение фосфора». Журнал Американского химического общества. 83 (7): 1769–1770. Дои:10.1021 / ja01468a058. ISSN 0002-7863.
- ^ а б Kroto, H.W; Никсон, Дж. Ф; Симмонс, Н. П. К (1979-08-01). «Микроволновый спектр 1-фосфапропина, CH3CP: молекулярная структура, дипольный момент и колебательно-вращательный анализ». Журнал молекулярной спектроскопии. 77 (2): 270–285. Bibcode:1979JMoSp..77..270K. Дои:10.1016/0022-2852(79)90108-5. ISSN 0022-2852.
- ^ Оно, К; Kroto, H.W; Никсон, Дж. Ф (1981-12-01). «Микроволновый спектр 1-фосфабут-3-ен-1-ина, CH2 = CHCP». Журнал молекулярной спектроскопии. 90 (2): 507–511. Дои:10.1016/0022-2852(81)90142-9. ISSN 0022-2852.
- ^ Kroto, H.W .; Nixon, J. F .; Симмонс, Н. П. С .; Вествуд, Н. П. К. (1978-01-01). "FC.tplbond.P, C-fluorophosphaethyne: получение и обнаружение с помощью фотоэлектронной и микроволновой спектроскопии". Журнал Американского химического общества. 100 (2): 446–448. Дои:10.1021 / ja00470a013. ISSN 0002-7863.
- ^ Эштиаг-Хоссейни, Хоссейн; Крото, Гарольд В .; Никсон, Джон Ф .; Браунштейн, Сидней; Мортон, Джон Р .; Престон, Кейт Ф. (1979). «19F и 31P я.м.р. характеристика фосфа-алкеновых и фосфа-алкиновых промежуточных продуктов при щелочном гидролизе трифторметилфосфина». Журнал химического общества, химические коммуникации (15): 653. Дои:10.1039 / c39790000653. ISSN 0022-4936.
- ^ Аппель, Рольф; Майер, Гюнтер; Райзенауэр, Ганс Петер; Вестерхаус, Аксель (1 февраля 1981 г.). «Удаление и добавление на pπ-pπ-связи фосфор-углерод». Angewandte Chemie International Edition на английском языке. 20 (2): 197. Дои:10.1002 / anie.198101971. ISSN 1521-3773.
- ^ Аппель, Рольф; Вестерхаус, Аксель (1 января 1981). "(CH3) 3SiCP, ein silylfunktionelles phospha-alkin". Буквы Тетраэдра. 22 (23): 2159–2160. Дои:10.1016 / S0040-4039 (01) 90486-1. ISSN 0040-4039.
- ^ Меркл, Готфрид; Сейпка, Ганс (1986-01-01). "2- (2,4,6-три-трет-бутилфенил) -1-фосфаэтин, 1,4-бис- (триметилсилокси) -1,4-бис- (2,4,6-три-трет-бутилфенил) -2,3-дифосфабутадиен ». Буквы Тетраэдра. 27 (2): 171–174. Дои:10.1016 / S0040-4039 (00) 83969-6. ISSN 0040-4039.
- ^ Джонс, Кэмерон; Во, Марк (2007-10-15). «Синтез и структурная характеристика замещенного терфенилом фосфаалкина, PC {C6H3 (C6H2Me3-2,4,6) 2-2,6}». Журнал металлоорганической химии. 692 (22): 5086–5090. Дои:10.1016 / j.jorganchem.2007.07.021. ISSN 0022-328X.
- ^ Allspach, T .; Regitz, M .; Becker, G .; Беккер, В. (1986). «Необычно скоординированные соединения фосфора; 7 1. Адамант-1-илметилидинфосфин, новый стабильный фосфаалкин». Синтез. 1986 (1): 31–36. Дои:10.1055 / с-1986-31467. ISSN 0039-7881.
- ^ Рёш, Вольфганг; Фогельбахер, Уве; Allspach, Томас; Региц, Манфред (1986-05-20). "Ungewöhnlich koordinierte phosphoverbindungen: VII.Neue phosphaalkinen und deren cycloadditionsverhalten gegenüben 1,3-диполен". Журнал металлоорганической химии. 306 (1): 39–53. Дои:10.1016 / S0022-328X (00) 98932-0. ISSN 0022-328X.
- ^ Майер, Майкл; Мюллер, Барбара; Рюшард, Кристоф (февраль 1987 г.). «Изонитрил-нитрильная перегруппировка. Реакция без взаимосвязи структура-реакционная способность». Журнал органической химии. 52 (4): 648–652. Дои:10.1021 / jo00380a028. ISSN 0022-3263.
- ^ Goede, Simon J .; Бикельгаупт, Фридрих (1991). «Синтез и реакции П-Супермезитил-С-галофосфаалкенов». Chemische Berichte. 124 (12): 2677–2684. Дои:10.1002 / cber.19911241207. ISSN 1099-0682.
- ^ Нгуен, Минь Тхо; Ха, Тэ-Гю (1986-08-01). «Ab initio исследование структур и относительной стабильности RCP (R = H, F) и их энергетически более высоких изомеров RPC». Журнал молекулярной структуры: ТЕОХИМА. 139 (1): 145–152. Дои:10.1016/0166-1280(86)80114-2. ISSN 0166-1280.
- ^ а б Transue, Уэсли Дж .; Ян, Джунью; Нава, Мэтью; Сергеев, Иван В .; Барнум, Тимоти Дж .; Маккарти, Майкл С .; Камминс, Кристофер К. (26 декабря 2018 г.). "Синтетические и спектроскопические исследования с помощью модульного синтеза молекулярных предшественников фосфаалкинов". Журнал Американского химического общества. 140 (51): 17985–17991. Дои:10.1021 / jacs.8b09845. ISSN 0002-7863.
- ^ Пюкко, Пекка (19 марта 2015 г.). «Аддитивные ковалентные радиусы для молекул с одинарной, двойной и тройной связью и кристаллов с тетраэдрическими связями: резюме». Журнал физической химии A. 119 (11): 2326–2337. Bibcode:2015JPCA..119.2326P. Дои:10.1021 / jp5065819. ISSN 1089-5639.
- ^ Dréan, P .; Demaison, J .; Poteau, L .; Денис, Ж. -М. (1996-03-01). «Вращательный спектр и структура ГПУ». Журнал молекулярной спектроскопии. 176 (1): 139–145. Bibcode:1996JMoSp.176..139D. Дои:10.1006 / jmsp.1996.0070. ISSN 0022-2852.
- ^ Чернега, Александр Н .; Антипин Михаил Юрьевич; Стручков, Юрий Т .; Meidine, Mohamed F .; Никсон, Джон Ф. (1991). «Молекулярная и кристаллическая структура трет-бутилфосфатина». Химия гетероатомов. 2 (6): 665–667. Дои:10.1002 / hc.520020610. ISSN 1098-1071.
- ^ Кордаро, Джозеф Дж .; Штейн, Даниэль; Грюцмахер, Хансйорг (01.11.2006). «Синтетический цикл для рутения-промотированного образования 1H-фосфиндолов из фосфаалкинов». Журнал Американского химического общества. 128 (46): 14962–14971. Дои:10.1021 / ja0651198. ISSN 0002-7863. PMID 17105307.
- ^ Тойота, Козо; Кавасаки, Субару; Ёсифудзи, Масааки (01.07.2004). «Получение и свойства фосфэтинов, несущих объемные арильные группы с электронодонорными заместителями в пара-положении». Журнал органической химии. 69 (15): 5065–5070. Дои:10.1021 / jo049571q. ISSN 0022-3263.
- ^ а б Лукас, Мария Ф .; Michelini, Maria C .; Руссо, Нино; Сицилия, Эмилия (01.03.2008). «О природе связи CP в фосфаалкинах». Журнал химической теории и вычислений. 4 (3): 397–403. Дои:10.1021 / ct700277w. ISSN 1549-9618.
- ^ Низ, Франк (2012). «Программная система ORCA». Междисциплинарные обзоры Wiley: вычислительная молекулярная наука. 2 (1): 73–78. Дои:10.1002 / wcms.81. ISSN 1759-0884.
- ^ Вагнер, Оливер; Эле, Майкл; Региц, Манфред (1989). «Изомеризация 2-хлор-2H-фосфирена / 1-хлор-1H-фосфирена методом [1,3] -хлорного сдвига». Angewandte Chemie International Edition на английском языке. 28 (2): 225–226. Дои:10.1002 / anie.198902251. ISSN 1521-3773.
- ^ Шефер, Аннемари; Вайденбрух, Манфред; Саак, Вольфганг; Поль, Зигфрид (1987). «Фосфазилирен, дрейгледридж Ringe mit PC-Doppelbindung». Angewandte Chemie. 99 (8): 806–807. Дои:10.1002 / ange.19870990823. ISSN 1521-3757.
- ^ Коули, Алан Х .; Холл, Стивен У .; Нанн, Кристин М .; Власть, Джон М. (1988). «Синтез и структура фосфагермирена». Журнал химического общества, химические коммуникации (11): 753. Дои:10.1039 / c39880000753. ISSN 0022-4936.
- ^ Рёш, Вольфганг; Хис, Удо; Регитц, Манфред (1987). "Phosphorverbindungen ungewöhnlicher Coordination, 191) 1,2,4-Diazaphosphole durch [3 + 2]-Cycloaddition von Diazoverbindungen an ein stabiles Phosphaalkin". Chemische Berichte (на немецком). 120 (10): 1645–1652. Дои:10.1002 / cber.19871201007. ISSN 1099-0682.
- ^ Рёш, Вольфганг; Facklam, Томас; Региц, Манфред (1987-01-01). «Соединения фосфора с необычной координацией - 201. 1,2,3,4-триазафосфолы путем [3 + 2] -циклоприсоединения азидов к стабильному фосфаалкину». Тетраэдр. 43 (14): 3247–3256. Дои:10.1016 / S0040-4020 (01) 90292-3. ISSN 0040-4020.
- ^ Рёш, Вольфганг; Регитц, Манфред (17 марта 1986 г.). "Phosphorverbindungen ungewöhnlicher Koordination, 12 [1] Diels-Alder-Reaktionen mit 'Bu — C = P - ein ergiebiger Weg zu A3-Phosphininen" (PDF). Zeitschrift für Naturforschung B. 41: 931. Дои:10.1515 / znb-1986-0723.
- ^ Аппель, Рольф; Майер, Гюнтер; Райзенауэр, Ганс Петер; Вестерхаус, Аксель (1981). «Удаление и добавление на pπ-pπ связи фосфор-углерод». Angewandte Chemie International Edition на английском языке. 20 (2): 197. Дои:10.1002 / anie.198101971. ISSN 1521-3773.
- ^ Ариф, Атта М .; Barron, Andrew R .; Коули, Алан Х .; Холл, Стивен В. (1988). «Реакция фосфа-алкина ArCP (Ar = 2,4,6-Bu t 3 C 6 H 2) с нуклеофилами: новый подход к синтезу 1,3-дифосфабутадиена». J. Chem. Soc., Chem. Commun. (3): 171–172. Дои:10.1039 / C39880000171. ISSN 0022-4936.
- ^ Мак, Андреас; Брейт, Бернхард; Уэттлинг, Томас; Бергстрэсер, Уве; Лейнингер, Стефан; Региц, Манфред (1997-06-16). "Tetraphosphasemibullvalen: erste Valenzisomerisierungen im Phosphaalkin-Cyclotetramer-System". Angewandte Chemie (на немецком). 109 (12): 1396–1398. Дои:10.1002 / ange.19971091230.
- ^ а б c Кирила Андрей; Вольф, Роберт; Крис Slootweg, J .; Ламмерцма, Куп (01.07.2014). «Основная группа и олигомеризации фосфаалкинов, опосредованные переходными металлами». Обзоры координационной химии. Границы металлоорганической химии: 2014. 270-271: 57–74. Дои:10.1016 / j.ccr.2013.10.005. ISSN 0010-8545.
- ^ Уэттлинг, Томас; Шнайдер, Юрген; Вагнер, Оливер; Крейтер, Корнелиус Г .; Региц, Манфред (1989). «Тетра-трет-бутилтетрафосфакубан: первая термическая циклоолигомеризация фосфаалкина». Angewandte Chemie International Edition на английском языке. 28 (8): 1013–1014. Дои:10.1002 / anie.198910131. ISSN 1521-3773.
- ^ Калиман, Вицинус; Хичкок, Питер Б .; Никсон, Джон Ф .; Хофманн, Маттиас; Шлейер, Поль фон Раге (1994). "Ein neues Hexamer von tBuCP: Synthese, Struktur und Theoretische Untersuchungen". Angewandte Chemie. 106 (21): 2284–2286. Дои:10.1002 / ange.19941062118. ISSN 1521-3757.
- ^ Европейский журнал органической химии. 1999 (2). Февраль 1999 г. Дои:10.1002 / (sici) 1099-0690 (199902) 1999: 2 <> 1.0.co; 2-o. ISSN 1434–193X. Отсутствует или пусто
| название =
(помощь) - ^ Хирльмайер, Габриэле; Кобургер, Питер; Боденштайнер, Майкл; Вольф, Роберт (2019-10-24). «Ди-трет-бутилдифосфаттраэдран: каталитический синтез неуловимого димера фосфаалкина». Angewandte Chemie International Edition. 58 (47): 16918–16922. Дои:10.1002 / anie.201910505. PMID 31591760.