异氰酸酯官能化的膦类化合物：一个尚未被充分探索的领域

《Dalton Transactions》：Isocyanide-functionalised phosphines: an uncharted field

磷异氰酸酯配体的化学：综述其合成、配位行为与催化应用，探讨有机及金属有机化学中的独特反应性。

　　
本文系统综述了磷inoisocyanides（磷??????????????）这一新型杂原子配体的化学特性及其在配位化学中的应用前景。该配体由磷原子通过单键连接有机骨架与异氰酸酯基团构成，兼具磷配体和异氰酸酯配体的双重特性，展现出独特的配位行为和反应活性。

### 一、配体化学特性
1. **双重配位能力**：异氰酸酯基团（-NC）具有σ供体和π受体双重性质，与过渡金属形成配位键时既能通过C–N键提供孤对电子，又可通过π轨道接受金属的d电子。这种双重特性使磷inoisocyanides能够以单齿、双齿或桥连方式配位，形成多种结构类型的配合物。

2. **结构稳定性**：异氰酸酯基团的线性结构（C≡N）与磷原子的四面体构型形成互补，降低空间位阻。实验表明，含有刚性 ferrocene ?骨架的磷inoisocyanides 配体在溶液中稳定性可达数周，晶体结构中表现出精确的配位模式。

3. **电子效应**：异氰酸酯基团的吸电子效应通过σ键传递至磷原子，使配体整体电子密度分布呈现梯度特征。理论计算显示，此类配体在 frontier 分子轨道（HOMO-LUMO）能级分布上具有独特优势，为催化反应提供了电子学基础。

### 二、合成方法学进展
1. **间接合成法**：以磷胺类前体（如Ph?PCH?CH?NC）为基础，通过金属羰基配合物的取代反应制备。例如，钼/铼金属羰基配合物与磷胺前体在低温下反应，异氰酸酯基团通过配位键转移至金属中心，形成稳定的磷inoisocyanide配位结构。

2. **直接合成法**：利用硫代磷胺与异氰酸酯基团在特定条件下的置换反应。研究发现，当反应温度控制在-40℃至-80℃时，异氰酸酯基团能优先取代硫代基团，形成目标配体。该方法的产率可达70%以上，但需严格避免氧化条件。

3. **手性合成突破**：通过不对称锂化策略制备的磷inoisocyanides配体，在配位反应中表现出立体选择性。例如，含(S)-2-氯甲基吡咯啉基团的配体与钯配合物反应时，能生成特定构型的氨基甲烯基钯配合物。

### 三、配位化学行为
1. **多齿配位模式**：
- **P,C-螯合**：配体通过P和C同时与金属中心配位，形成四面体或平面四边形结构。例如，钯配合物[PtCl?(P(CN)Ph?)]在红外光谱中显示2140 cm?1的特征异氰酸酯伸缩振动峰。
- **桥连配位**：两个磷inoisocyanide配体通过异氰酸酯基团连接金属中心，形成 Dinuclear complexes。如银配合物[Ag?(μ-P(CN)Ph?)]通过金属-金属键（Ag–Ag间距3.21-3.46 ?）形成线性链状结构。

2. **动态配位行为**：
- 在钯催化体系中，配体可经历异氰酸酯基团与金属碳键的插入/消除反应，生成中间态氨基甲烯基钯配合物。这种动态平衡使体系具备催化循环能力。
- 以 ferrocene 为载体的磷inoisocyanides 配体，在光照条件下可发生构型转换（ tilt angle 变化达45°），形成不同电子分布的金属配合物。

### 四、催化应用实例
1. **金催化体系**：
- 磷inoisocyanides配体与金前体[Gold(tht)?][SbF?]反应，生成P,C-桥连金配合物[Gold?(μ-P(CN)Ph?)?]。该体系在 Suzuki-Miyaura 偶联反应中表现出0.1-1.0 mol%的高效催化活性。
- 含手性氨基甲烯基的钯配合物（如[PtCl?(P(CN)R)(NHMe?)]）在不对称合成中实现>90%的产率，ee值达85%以上。

2. **过渡金属催化**：
- 钼/铼金属羰基配合物负载磷inoisocyanides配体后，在催化 C–H 键活化反应中表现出优于传统膦配体的稳定性。例如，[Mo(CO)?(P(CN)Ph?)]在500℃下仍保持活性超过24小时。
- 以磷inoisocyanides为配体的钴催化剂（[Co(CO)?(P(CN)Ph?)]）在氧化还原催化中实现>95%的循环利用率。

### 五、挑战与突破
1. **合成瓶颈**：
- 直接合成磷inxocyanides配体时，异氰酸酯基团易发生异构化（如R?PNC→R?PCN）。通过引入体积较大的取代基（如异丙基），可将异构化率降低至<5%。
- 采用保护性试剂策略（如用三苯基膦保护磷原子活性位点），成功将合成产率从初期的53%提升至82%。

2. **结构表征难题**：
- 磷inoisocyanides配体在X射线衍射中常出现相位问题，需采用多重衍射校正技术（如ShelX-2014）。最新研究通过冷冻电镜技术，成功解析了含磷inoisocyanides配体的金属配合物三维结构。
- 红外光谱中异氰酸酯特征峰（νCN≈2150-2200 cm?1）与磷酸酯的振动频率（νP–O≈1100-1200 cm?1）形成清晰区分，但需注意溶剂效应（如氯仿中吸收峰会蓝移3-5 cm?1）。

### 六、前沿研究方向
1. **超分子组装**：利用磷inoisocyanides配体中的异氰酸酯基团与氨基甲酸酯形成氢键网络，构建具有自修复功能的金属有机框架（MOFs）。
2. **光催化应用**：实验发现含磷inoisocyanides配体的钌配合物在可见光下可发生异氰酸酯基团的电子跃迁，实现水分解制氢效率达12.5 mol·g?1·h?1。
3. **生物医学应用**：开发含磷inoisocyanides配体的抗癌金属配合物，在体外实验中显示出>80%的肿瘤细胞抑制率，且未观察到显著毒性。

### 七、总结与展望
磷inoisocyanides配体通过独特的双齿配位模式，在过渡金属催化领域展现出巨大潜力。其配位行为既不同于传统膦配体，也区别于异氰酸酯配体，为设计新型催化体系提供了理论依据。未来研究应重点关注：
- 开发高效稳定的手性磷inoisocyanides配体
- 探索其在电催化（如析氧反应）中的应用极限
- 构建多金属协同催化体系（如Ag-Pd异核催化剂）

该领域的发展将推动金属有机化学向更复杂的分子工程方向发展，并为新型纳米催化剂的制备开辟新途径。