麻省理工學院的化學家們設計了一種新的化學反應，使他們能夠合成一個含磷的環，使用一種催化劑將磷添加到被稱為烯的簡單有機化合物中。
他們的反應產生了一個包含兩個碳原子和一個磷原子的環，可以在常溫常壓下進行，並且利用了一種新型的”彈簧式”含磷分子來提供磷原子。這是一個罕見的發現新催化反應的例子，它開闢了一個真正豐富的新機會，通過一個以前從未存在的反應來做化學。
這些含磷環可以作為其他反應的催化劑，或作為有用化合物的前體找到用途。該論文本周發表在《美國化學學會雜誌》上。在碳原子之間含有雙鍵的有機化合物，也被稱為烯烴或烯類，是許多工業上有用的化學反應的重要前體。通過打破這些碳-碳鍵並添加新的原子或原子組，研究人員可以創造出各種各樣的新產品。化學家們以前曾想出辦法，通過添加另一個碳原子、一個氮原子或一個氧原子，將碳-碳雙鍵轉換成一個三元環。這種化合物可以在塑料、藥品、紡織品和其他有用的產品中找到。然而，由於磷比碳、氮或氧重，一直很難找到一種方法，在不使用需要苛刻化學條件的”蠻力”方法的情況下將其納入烯烴中。
麻省理工學院的團隊希望想出一種方法，在溫和的條件下進行這種反應，使用一種催化劑將一個亞磷酸鹽基團，即一個與有機化學基團結合的磷原子，轉移到烯烴中。為了實現這一目標，他們需要一種可以作為亞磷酸鹽來源的起始材料，但這種化合物並不存在，因為用於碳等較輕元素的直接類似物與磷不穩定。麻省理工學院的團隊使用了一種不同的磷源進行反應，一種康明斯實驗室在2021年首次合成的化合物。這種分子是一個四面體，這種形狀本身具有很大的能量”應變”，很像一個壓縮的彈簧，因為形成四面體的四個原子之間的鍵角很小。
這種被稱為三叔丁基磷四面體的化合物有三個頂點，由連接到一個叫做叔丁基的化學基團的碳原子組成，還有一個頂點由一個帶有一對不共享電子的磷原子組成。在適當的條件下，這個緊張的分子可以被拆開，釋放出磷原子。利用這種彈簧分子，研究人員能夠使用一種含鎳的催化劑將亞磷酸鹽轉移到烯烴中，從而形成三元環。這一反應可以在室溫下進行並且產量很高。