【有机】JACS：镍(II)-10-磷杂咔咯的合成

      卟啉类化合物是具有四吡咯骨架的大环共轭化合物，它们在生物体内具有特殊的生理活性。同时，它们具有独特的光学和电化学特性，是一种良好的电子供体，通过结构修饰可对其光电特性进行调控。磷原子由于存在孤对电子而在π体系中表现出给电子性质，通过修饰磷原子可有效地改变其结构和电子特性。考虑到含磷π体系的特性，在卟啉骨架中引入磷原子将揭开卟啉类化合物应用的新篇章。

近日，日本名古屋大学Hiroshi Shinokubo课题组和德国卡尔斯鲁厄理工学院HeikeFliegl课题组合作报道了Ni(II) 10-phosphacorroles（镍(II)-10-磷杂咔咯）的合成。相关成果发表在J. Am. Chem. Soc.上（DOI: 10.1021/jacs.8b13169）。

作者通过双(α,α'-二溴二吡咯甲烯)Ni(II)络合物1与磷化氢阴离子的亲核取代反应诱导一个C-C键和两个C-P键的同时形成，从而实现了镍(II)-10-磷杂咔咯（2）的合成，但反应产率仅为13％。通过对反应条件的筛选，作者最终确定在PdCl2(dppf)·CH2Cl2和叔丁醇钾存在下，用MesPH2处理1，反应能以52％的产率得到2（Scheme 1）。

（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）

接下来，作者通过NMR和HR-MS对化合物2结构进行表征。³¹P NMR光谱中-42.0 ppm处的峰证实了磷原子的存在。¹H NMR光谱显示，芳香区域中吡咯质子的四个双重峰出现在7.35至7.69 ppm，这表明2具有明显的芳香性。然后，作者通过X射线衍射分析确定了2的固态结构（Figure 1a和1b）。2的内环C-P键略短于外环C-P键（Figure S13），表明2的内环C-P键具有双键性质，从而使吡咯α-碳和磷之间的π-共轭诱导2产生了芳香性。

（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）

（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）

随后，作者尝试对化合物2中的磷进行化学修饰（Scheme 2）。2与间氯过氧苯甲酸（mCPBA）和[Au(SMe2)Cl]反应，分别得到氧化物2-O和络合物2-AuCl。2-O的¹H NMR光谱显示，吡咯质子的信号峰向高场移位。作者通过X射线衍射分析确定2-O的结构（Figure 1d和1e），与化合物2相比，其内环C-P键更长，但仍比环外的C-P键短。2-AuCl的¹H NMR光谱结果表明其是弱芳香性的。X射线衍射分析结果显示，反应形成1:1的复合物（Figure 1e，1f）。与化合物2相比，化合物2-O和2-AuCl在中位碳原子周围表现出明显的键长交替，表明化合物2失去了芳香性。

（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）

图2为2、2-O和2-AuCl在CH₂Cl₂中的UV/Vis/NIR吸收光谱。与卟啉和10-氮杂冠醚相比，2的最低能量吸收带发生红移，且该吸收带相比于核心修饰的磷杂卟啉（701 nm）发生了红移。这表明中位的修饰对卟啉的电子特性有很大影响，且通过修饰磷原子可以调控镍(II)-10-磷杂咔咯的电子特性。

（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）

然后，作者通过循环伏安法研究了2、2-O和2-AuCl的电化学性质（Table 1）。相比于化合物2，2-O和2-AuCl的氧化和还原电位均有所增加，这表明氧化和与金的配位改变了其电子特性。

接着，作者应用密度泛函理论（DFT），在B3LYP/6-31G(d)+SDD水平上对化合物的分子结构进行了计算。在2-O的LUMO中，π*轨道延伸到磷原子和相邻的碳原子上（Figure 3）。该结果表明，C-P和O-P键的σ*轨道与大环的π*轨道之间存在相互作用，显著降低了2-O的LUMO能级。

（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）

最后，作者用GIMIC方法分析了2、2-O和2-AuCl中的环电流效应（Figure 4）。与¹H NMR分析结果一致，2周围存在明显的抗磁电流（Figure 4a）。同时，分析结果表明，2-O具有弱的反芳香性（Figure 4b），2-AuCl具有弱的芳香性（Figure 4c）。

（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）

小结：作者通过钯催化双(α,α'-二溴二吡咯甲烯)Ni(II)配合物和磷化氢阴离子的亲核取代反应合成了镍(II)-10-磷杂咔咯。该项研究将磷引入卟啉π体系，有效改变了其电子特性，而不显著改变分子大小。2中磷的配位能力较强，使其能够应用于基于卟啉的过渡金属催化剂和超分子金属复合物的构建，这极大地拓展了卟啉类化合物的应用。