P4-t-Bu

P4-t-Bu
識別
CAS號	111324-04-0
PubChem	4339838
SMILES	CC(C)(C)N=P(N=P(N(C)C)(N(C)C)N(C)C)(N=P(N(C)C)(N(C)C)N(C)C)N=P(N(C)C)(N(C)C)N(C)C;
性質
化學式	C22H63N13P4
	若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。

P₄-t-Bu是一種中性、全烷基化的空間位阻的聚氨基磷腈，是極強的鹼，但親核性非常弱。 P₄-t-Bu可以看成基本結構為(H₂N)₃P=NH的三氨基亞氨基正膦的四聚體。表示P₁至P₇聚氨基^[1]^[2]的同系物的通式 ${\ce {[(R_{2}^{1}N)_{3}P=N-]_{\mathit {x}}-(R_{2}^{1}N)_{3\!-{\mathit {x}}}P=NR2}}$ ，傾向於選擇甲基為R¹，甲基或叔丁基為0和6之間的偶數x (P₄-t-Bu: R¹ = Me, R² = t-Bu und x = 3 )^[3]由 Reinhard Schwesinger 開發。因此，所得的磷腈鹼也稱為Schwesinger超鹼。^[4]^[5]

製備

P₄-t-Bu^[6]的合成通過五氯化磷(1)，並在 [A] 中通過非分離的氯 (二甲氨基) 氯化鏻(2)^[2]經由 [(二甲氨基) 鏻四氟硼酸鹽 (3) 並進一步經由 [A2] 得到液態亞氨基三(二甲氨基)正膦^[7] (4)

{\begin{matrix}{}\\\underbrace {\ce {PCl5}} _{(1)}\ {\ce {->[{\ce {Me2NH}}]}}\underbrace {\left[{\ce {(Me2N)3{\overset {\oplus }{P}}-Cl.{\overset {\ominus }{C}}l}}\right]} _{(2)}\ {\ce {->[1.\ {\ce {NH3}}][2.\ {\ce {NaBF4}}]}}\ \underbrace {\ce {(Me2N)3{\overset {\oplus }{P}}-NH2.{\overset {\ominus }{B}}F4}} _{(3)}\\{}\end{matrix}}

[A1]

\underbrace {\ce {(Me2N)3{\overset {\oplus }{P}}-NH2.{\overset {\ominus }{B}}F4}} _{(3)}\ {\ce {->[{\ce {KOMe}}]}}\ \underbrace {\ce {(Me2N)3P=NH}} _{(4)}

[A2]

[A]

並在支路 [ B ] 中與五氯化磷和叔丁基氯化銨合成叔丁基磷醯亞胺三氯化物 (5)^[8]

\underbrace {\ce {PCl5}} _{(1)}\ {\ce {->[t{\text{-}}{\ce {Bu-{\overset {\oplus }{NH3}}.{\overset {\ominus }{Cl}}}}]}}\ \underbrace {t{\text{-}}{\ce {Bu-N=PCl3}}} _{(5)}

[B]

過量(4)與(5)反應[ C ]得到目標產物P₄-t-Bu(6)的鹽酸鹽，收率93%

\scriptstyle {\begin{matrix}{}\\\underbrace {\ce {7(Me2N)3P=NH}} _{(4)}\ +\ \underbrace {t{\text{-}}{\ce {Bu-N=PCl3}}} _{(5)}\ {\ce {->}}\ \underbrace {{\ce {[(Me2N)3P=N]3P=N{\overset {\oplus }{H}}-}}t{\text{-}}{\ce {Bu.{\overset {\ominus }{Cl}}}}} _{(6)}\ {\ce {->[{\ce {NaBF4}}]}}\ \underbrace {{\ce {[(Me2N)3P=N]3P=N{\overset {\oplus }{H}}-}}t{\text{-}}{\ce {Bu.{\overset {\ominus }{B}}F4}}} _{(7)}\ {\ce {->[{\ce {KOMe/NaNH2}}]}}\ \underbrace {{\ce {[(Me2N)3P=N]3P=N{\overset {\oplus }{H}}-}}t{\text{-}}{\ce {Bu}}} _{(8)}\\{}\end{matrix}}

([C])

它也可以轉化為四氟硼酸鹽 (7)，可以用甲醇鉀/氨基鈉^[2]或用氨基鉀在液氨中幾乎定量地從中獲得游離鹼 (8)。^[9]將吸濕性和易溶於水的鹽酸鹽和液體游離鹼轉移到難溶於水的四氟硼酸鹽中，極大地促進了物質的處理。

[D]

相對簡單的合成、易於獲得的反應物和非常好的中間體產率使 P₄-t-Bu成為一種有吸引力的的磷腈超鹼。^[10]

特性

P₄-t-Bu是最強的中性含氮鹼的外推pKa值為42.1，與pKa值為24.3的強鹼DBU相比，鹼性強18個數量級。^[2]該化合物極易溶於非極性溶劑，如己烷、甲苯或四氫呋喃，通常以0.8至1摩爾的己烷溶液形式市售。^[10]在弱酸性介質中質子化產生了極度離域和柔軟的P4-t-Bu-H陽離子，並且除了非常強的增溶作用之外，即使在低於-78°C也會導致加成反應的極端加速。

P₄-t-Bu具有極高的鹼度和低的親核性，這歸功於其非常高的空間位阻以及許多供體基團與質子化形成的陽離子的需要空間的結構共軛的參與。

P₄-t-Bu是一種吸濕性極強的固體，熱穩定性高達120 °C，對（干）氧和鹼化學穩定。^[9]溴乙烷可以消除痕量的水和質子雜質。該鹼既非常親水又非常親油，並且可以通過形成微溶的四氟硼酸鹽方便且幾乎完全地從反應混合物中回收。

由於其極弱的路易斯鹼度，P₄-t-Bu的陽離子可抑制金屬有機基團的典型副反應（如羥醛縮合），這可能由氨基鋰如二異丙氨基鋰（LDA）引起^[11]

應用

如果中性超強鹼P₄-t-Bu對氧化或副反應（如醯化）敏感，則它們會導致溶解度問題或路易斯酸催化的副反應（如醛醇反應、環氧開環等）。

它可以與正烷基溴化物脫鹵產生烯烴，例如 1-溴辛烷與P₄-t-Bu的反應在溫和條件下幾乎定量 (96%)產生1-辛烯，叔丁醇鉀/18-冠-6系統收率僅為75%。^[12]

弱酸性亞甲基上的烷基化（例如在羧酸酯或腈的情況下）以高產率和選擇性進行。例如，在P₄-t-Bu存在下，通過8-苯基甲基苯基乙酸酯與碘乙烷的反應，可以以95％的產率獲得Z構型的單乙基衍生物。^[13]

丁二腈與碘乙烷在 P₄-t-Bu存在下以 98% 的產率反應生成四乙基衍生物，而無需經歷索普-齊格勒反應以形成環狀α-酮腈。^[9]

使用惰性氟仿（HFC-23）在 P₄-t-Bu和三（三甲基甲矽烷基）胺存在下，酮（如二苯甲酮）的三氟甲基化也可以在室溫下以高達84%的良好收率進行。^[14]

在沒有金屬催化劑的溫和條件下，在 P₄-t-Bu 存在下，鄰炔基苯基醚的分子內環化取代苯並呋喃。^[15]

由於它的極端鹼性，早期有人建議P₄-t-Bu適合作為陰離子聚合的引發劑。使用乙酸乙酯/P₄-t-Bu引發劑體系，可以在THF中獲得多分散性窄、摩爾質量高達40,000 g·mol^-1的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。^[11]

環氧乙烷與引發劑體系正丁基鋰/P₄-t-Bu的陰離子聚合產生具有低多分散性的明確定義的聚環氧乙烷。^[16]

環狀矽氧烷（如六甲基環三矽氧烷或十甲基環五矽氧烷）也可以在良好的分子量控制下，以催化量的P₄-t-Bu和水或矽烷醇作為引髮劑，聚合成分解溫度>450 °C的熱非常穩定的聚矽氧烷。^[3]^[17]由於P₄-t-Bu具有極高的鹼性，它會急切地吸收水和二氧化碳，這兩者都會抑制陰離子聚合。加熱到溫度 >100 °C時去除 CO2和水並恢復陰離子聚合。磷腈鹼P4-t-Bu作為一種物質和在溶液中的極端吸濕性要求在儲存和處理方面付出巨大努力，並阻礙其更廣泛的使用。

參考

^ R. Schwesinger; et al, Wie stark und wie gehindert können ungeladene Phosphazene sein?, Angew. Chem., 1993, 105 (9): 1420–1422, doi:10.1002/ange.19931050940 （德語）
^ ^2.0 ^2.1 ^2.2 ^2.3 R. Schwesinger; et al, Extremely strong, uncharged auxiliary bases; Monomeric and polymer-supported polyaminophosphazenes (P2-P5), Liebigs Ann. Chem., 1996, 7: 1055–10081, doi:10.1002/jlac.199619960705
^ ^3.0 ^3.1 6353075
^ J. Saame; et al, Experimental basicities of superbasic phosphonium ylides and phosphazenes, J. Org. Chem., 2016, 81 (17): 7349–7361, doi:10.1021/acs.joc.6b00872
^ E.D. Nacsa; T.H. Lambert, Higher-order cyclopropenimine superbases. Direct neutral Bronsted base catalyzed Michael reactions with α-aryl esters, J. Am. Chem. Soc., 2015, 137 (32): 10246–10253, PMC 4617652 , PMID 26131761, doi:10.1021/jacs.5b05033
^ V. Gupta, New synthetic methods for biologically active aromatic heterocycles, Ames, Iowa: Iowa State University, 2010 ^{[永久失效連結]}
^ 0921128
^ R. Schwesinger; J. Willaredt; H. Schlemper; M. Keller; D. Schmitt; H. Fritz, Novel, Very Strong, Uncharged Auxiliary Bases; Design and Synthesis of Monomeric and Polymer-Bound Triaminoiminophosphorane Bases of Broadly Varied Steric Demand, Chem. Ber., 1994, 127 (12): 2435–2454, doi:10.1002/cber.19941271215
^ ^9.0 ^9.1 ^9.2 R. Schwesinger; Y. Kondo, Phosphazene Base P₄-t-Bu, e-EROS Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis, 2010, doi:10.1002/047084289X.rp150.pub2
^ ^10.0 ^10.1 Strong and Hindered Bases in Organic Syntheses. Sigma-Aldrich. [2016-12-20]. （原始內容 (PDF; 1,2 MB)存檔於2017-06-21）.
^ ^11.0 ^11.1 T. Pietzonka, D. Seebach, Die P4-Phosphazenbase als Teil eines metallfreien Initiatorsystems für die anionische Polymerisation von Methacrylsäuremethylester, Angew. Chem., 1993, 105 (5): 741–742, doi:10.1002/ange.19931050514 （德語）
^ R. Schwesinger; H. Schlemper, Peralkylierte Polyaminophosphazene – extrem starke neutrale Stickstoffbasen, Angew. Chem., 1987, 99 (11): 1212–1214, doi:10.1002/ange.19870991134 （德語）
^ A. Solladié-Cavallo; A.G. Csaky; I. Gantz; J. Suffert, Diastereoselective Alkylation of 8-Phenylmenthyl Phenylacetate: Aggregated Lithium Enolate versus "Naked" Enolate, J. Org. Chem., 1994, 59 (18): 5343–5346, doi:10.1021/jo00097a041
^ S. Okusu; K. Hirano; E. Tokunaga; N. Shibata, Organocatalyzed trifluormethylation of ketones and sulfonyl fluorides by fluoroform under a superbase system, ChemistryOpen, 2015, 4: 581–585, PMC 4608523 , PMID 26491635, doi:10.1002/open.201500160
^ C. Kanazawa; K. Goto; M. Terada, Phosphazene base-catalyzed intramolecular cyclization for efficient synthesis of benzofurans via carbon-carbon bond formation, Chem. Commun., 2009, (35): 5248–5250, doi:10.1039/B913588J
^ B. Eßwein; M. Möller, Polymerisation von Ethylenoxid mit Alkyllithiumverbindungen und der Phosphazenbase "t Bu-P4", Angew. Chem., 1996, 108 (6): 703–705, doi:10.1002/ange.19961080620 （德語）
^ P.C. Hupfield; R.G. Taylor, Ring-opening polymerisation of siloxanes using phosphazene base catalysts, J. Inorg. Organomet. Polym. Mater., 1999, 9 (1): 17–34, doi:10.1023/A:1021429320083

[1] R. Schwesinger; et al, Wie stark und wie gehindert können ungeladene Phosphazene sein?, Angew. Chem., 1993, 105 (9): 1420–1422, doi:10.1002/ange.19931050940 （德語）

[Schwesinger-2] 2.0 ^2.1 ^2.2 ^2.3 R. Schwesinger; et al, Extremely strong, uncharged auxiliary bases; Monomeric and polymer-supported polyaminophosphazenes (P2-P5), Liebigs Ann. Chem., 1996, 7: 1055–10081, doi:10.1002/jlac.199619960705

[Hupfield-3] 3.0 ^3.1 6353075

[4] J. Saame; et al, Experimental basicities of superbasic phosphonium ylides and phosphazenes, J. Org. Chem., 2016, 81 (17): 7349–7361, doi:10.1021/acs.joc.6b00872

[5] E.D. Nacsa; T.H. Lambert, Higher-order cyclopropenimine superbases. Direct neutral Bronsted base catalyzed Michael reactions with α-aryl esters, J. Am. Chem. Soc., 2015, 137 (32): 10246–10253, PMC 4617652 , PMID 26131761, doi:10.1021/jacs.5b05033

[6] V. Gupta, New synthetic methods for biologically active aromatic heterocycles, Ames, Iowa: Iowa State University, 2010 ^{[永久失效連結]}

[7] 0921128

[8] R. Schwesinger; J. Willaredt; H. Schlemper; M. Keller; D. Schmitt; H. Fritz, Novel, Very Strong, Uncharged Auxiliary Bases; Design and Synthesis of Monomeric and Polymer-Bound Triaminoiminophosphorane Bases of Broadly Varied Steric Demand, Chem. Ber., 1994, 127 (12): 2435–2454, doi:10.1002/cber.19941271215

[e-EROS-9] 9.0 ^9.1 ^9.2 R. Schwesinger; Y. Kondo, Phosphazene Base P₄-t-Bu, e-EROS Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis, 2010, doi:10.1002/047084289X.rp150.pub2

[Fluka-10] 10.0 ^10.1 Strong and Hindered Bases in Organic Syntheses. Sigma-Aldrich. [2016-12-20]. （原始內容 (PDF; 1,2 MB)存檔於2017-06-21）.

[Pietzonka-11] 11.0 ^11.1 T. Pietzonka, D. Seebach, Die P4-Phosphazenbase als Teil eines metallfreien Initiatorsystems für die anionische Polymerisation von Methacrylsäuremethylester, Angew. Chem., 1993, 105 (5): 741–742, doi:10.1002/ange.19931050514 （德語）

[12] R. Schwesinger; H. Schlemper, Peralkylierte Polyaminophosphazene – extrem starke neutrale Stickstoffbasen, Angew. Chem., 1987, 99 (11): 1212–1214, doi:10.1002/ange.19870991134 （德語）

[13] A. Solladié-Cavallo; A.G. Csaky; I. Gantz; J. Suffert, Diastereoselective Alkylation of 8-Phenylmenthyl Phenylacetate: Aggregated Lithium Enolate versus "Naked" Enolate, J. Org. Chem., 1994, 59 (18): 5343–5346, doi:10.1021/jo00097a041

[14] S. Okusu; K. Hirano; E. Tokunaga; N. Shibata, Organocatalyzed trifluormethylation of ketones and sulfonyl fluorides by fluoroform under a superbase system, ChemistryOpen, 2015, 4: 581–585, PMC 4608523 , PMID 26491635, doi:10.1002/open.201500160

[15] C. Kanazawa; K. Goto; M. Terada, Phosphazene base-catalyzed intramolecular cyclization for efficient synthesis of benzofurans via carbon-carbon bond formation, Chem. Commun., 2009, (35): 5248–5250, doi:10.1039/B913588J

[16] B. Eßwein; M. Möller, Polymerisation von Ethylenoxid mit Alkyllithiumverbindungen und der Phosphazenbase "t Bu-P4", Angew. Chem., 1996, 108 (6): 703–705, doi:10.1002/ange.19961080620 （德語）

[17] P.C. Hupfield; R.G. Taylor, Ring-opening polymerisation of siloxanes using phosphazene base catalysts, J. Inorg. Organomet. Polym. Mater., 1999, 9 (1): 17–34, doi:10.1023/A:1021429320083

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]