張文雄課題組在Natl. Sci. Rev.和Chem. Soc. Rev.綜述白磷及相關磷化學

　　beat365官方网站張文雄課題組近期分别在《國家科學評論》、《化學學會評論》上發表了題為“Recent Progress on the Functionalization of White Phosphorus in China”（Natl. Sci. Rev. 2024,doi.org/10.1093/nsr/nwae162.）和“Chiral Bisphosphine Ph-BPE Ligand: A Rising Star in Asymmetric Synthesis”（Chem. Soc. Rev. 2024,doi.org/10.1039/d3cs00028a.）的長篇邀請綜述文章。

　　有機磷化合物是研究最多、應用最廣的元素有機化合物之一；有機磷化學100多年以來曆久彌新，一直是化學研究的核心與前沿之一。其在合成化學中扮演了十分重要的角色，至少有三次諾貝爾化學獎與有機膦試劑、膦配體和含磷催化劑的發現緊密相關。例如，手性雙膦配體BINAP在不對稱催化領域的應用而獲得2001年諾貝爾化學獎。此外，有機磷化合物在醫藥、農藥、生命科學、萃取劑、阻燃劑、食品添加劑、電解液和洗滌劑等諸多領域都有十分廣泛的應用（圖1A），發揮了不可替代的作用。這些有機磷化合物中磷元素的來源主要來自于白磷。然而，傳統的從白磷到有機磷化合物的合成路線複雜而冗長。在大多數情況下，首先合成劇毒的三氯化磷、磷化氫等中間體，再進一步反應合成有機磷化合物。這一合成過程涉及到劇毒、強腐蝕、易燃等反應條件，并且對環境造成了巨大污染（圖1B）。

　　圖1. 有機磷化合物的重要性及其合成途徑

　　鑒于傳統方法所存在的問題，白磷活化直接合成有機磷化合物具有重要科學意義和實際應用價值。目前，國際上有超過30個研究小組從事白磷活化和轉化工作。中國目前貢獻了全球白磷産量的70%以上，然而中國的白磷活化和轉化研究領域相對滞後。張文雄課題組于2014年開始從事這一領域研究，第一篇題為“從白磷直接合成磷雜環戊二烯锂鹽”的論文于2016年發表。從那時起，他們報道了一系列關于白磷直接功能化構建磷-碳鍵的工作（Chem. Eur. J. 2023, 29, e202302289; Inorg. Chem. 2023, 62, 12009; Green Synth. Catal. 2023, 4, 330; Sci. China Chem.2022, 65, 322; J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 6843; Angew. Chem. Int. Ed.2017, 56, 15886; Angew. Chem. Int. Ed.2016, 55, 9187.）。在過去的5年中，中國超過10個課題組在從事白磷活化和轉化研究，除了張文雄課題組外，還有beat365的席振峰教授課題組、廈門大學的趙玉芬教授/唐果副教授課題組、複旦大學的周錫庚教授課題組、南方科技大學的劉柳研究員課題組、中國科學院上海有機所的鄧亮研究員課題組、西南大學的任文山教授課題組、南京大學的朱從青教授課題組、南開大學的莫貞波研究員課題組、蘇州大學的徐信教授課題組等。近年來，中國研究團隊在白磷直接活化和功能化方面取得了顯著進展，通過新的合成方法直接構建了磷-碳、磷-氮、磷-氧和磷-硫等多種化學鍵（圖1C），實現了白磷到有機磷化合物的高效轉化，減少了有害副産品的生成，提高了原子經濟性。基于此，張文雄課題組最近在Natl. Sci. Rev.上總結了這些研究成果（圖2）。

　　圖2. 中國研究人員在白磷直接功能化方面的研究成果

　　盡管取得了不少的成果，但是白磷的活化和轉化過程仍然充滿挑戰性。白磷分子的高親電反應活性、磷-磷鍵斷裂後的選擇性低，以及磷原子在白磷中的轉化效率不高等，這些問題限制了白磷化學的進一步發展。該綜述最後展望了未來白磷活化的研究方向，包括深入探究白磷斷鍵的複雜機制，開發新的反應體系，利用電化學方法，結合碳氫鍵活化與白磷轉化，以及運用機器學習技術來設計更高效的反應路徑和優化反應條件等。這篇綜述的長遠目标在于激發更多研究人員從事白磷的活化與轉化，推進環境友好的、可持續的白磷活化方法，以滿足未來社會不依賴對環境不友好的工業氯化路線。

　　大家熟知，目前常用的手性膦配體的合成，都是經曆三氯化磷的途徑，路徑長、成本高、釋放氯離子或大量的酸性物質，存在安全和環境問題。迄今為止，白磷無氯化方法構建手性膦配體，是目前文獻未報道的全新方法！2016年，張文雄等報道了雙金屬試劑協同活化白磷無氯化構建磷雜環戊二烯锂鹽，産率接近100%，成為第一個可能具有實用價值的無氯化合成方法。因此，他們創新性提出利用該方法合成手性1,2-雙(2,5-二苯基膦烷基)乙烷（Ph-BPE）。

　　Ph-BPE是一類具有C₂-對稱性的知名優勢手性雙膦配體。Ph-BPE與不同金屬催化劑的組合在不對稱合成中展現出優異的催化性能，吸引了越來越多的化學家關注，并逐漸成為常用的知名優勢骨架的手性膦配體之一。自2012年以來，在數十種類型的反應中已有超過兩百個應用實例湧現。總體而言，Ph-BPE具有如下特點：i）Ph-BPE的磷原子與三個烷基相連，形成了一個富電子的環境；ii）在BPE配體中，具有2,5-取代基的Ph-BPE表現出大的空間位阻和剛性；iii）靈活的連接基團——亞乙基，其碳鍊長度為兩個碳原子，與金屬配位形成的磷-金屬-磷（P-M-P）角度合适，有利于對映選擇性控制。基于此，張文雄課題組最近在Chem. Soc. Rev.上概要了該知名的優勢手性膦配體的發現、合成及在不對稱合成中的應用（圖3）。

　　圖3. 手性Ph-BPE配體在不對稱催化反應中的應用

　　綜上，白磷的無氯化方法直接構建有機磷化合物，是當前磷化學化工的迫切需求，這種颠覆傳統的合成方法，将為整個磷化學化工提供科學基礎與技術支撐，引領國際磷化學發展。張文雄課題組博士研究生皇甫鑫磊、王忠珍、陳昱為Natl. Sci. Rev.綜述的共同第一作者，通訊作者為beat365劉威博士和張文雄教授；張文雄課題組博士後梅沛鋒博士為Chem. Soc. Rev.綜述的第一作者，通訊作者為張文雄教授。這些工作得到了國家自然科學基金委員會、國家重點研發項目、北京分子科學國家研究中心的資助。

　　原文鍊接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwae162；https://doi.org/10.1039/d3cs00028a。