有机磷化合物作为一类重要有机合成单元、催化配体和生物活性中间体,因其在光电材料、均相催化和医药农药等领域中的广泛应用而备受关注。因此开发这类化合物的高效合成方法在有机化学和药物化学中具有重要价值。本文以廉价易得的膦酰氯为膦酰基碳砌块源,设计其与一系列不饱和体系:α,β-不饱和酮、亚胺、不饱和亚胺和异硫氰酸酯的新颖反应,开发了无过渡金属催化且一步合成具有结构多样性的不饱和-δ-膦内酯,α,β-不饱和膦酰胺,苯并-δ-膦内酰胺等膦酰类化合物的方法。这些方法一方面具有底物适用范围广泛、官能团耐受性好、选择性优秀和条件温和等优势,另一方面也回答了“膦酰氯在碱性条件下是否能生成膦烯酮中间体”这一科学问题。取得了以下几方面的研究成果:(1)基于α,β-不饱和酮,发展了一种以烷基膦酰氯与查尔酮为原料,高产率高非对映选择性合成多取代的且具有多个连续手性中心的不饱和-δ-膦内酯的方法。在该反应中,烷基膦酰氯首先在强碱条件下生成膦酰基碳负离子,接着后者对查尔酮发生迈克加成得到加成中间体,最后诱导分子内发生加成消除的环化反应,实现烷基膦酰氯与不饱和酮的形式上[2+4]环加成过程。该串联环化反应规避了传统方法中底物预官能团化,使用过量氧化剂和过渡金属催化等问题,新颖地利用膦酰基碳砌块合成具有潜在酶抑制剂作用的δ-膦内酯分子,显示出重要的合成价值和理论意义。(2)基于环状亚胺,发展了一种从乙基膦酰氯和二苯并[b,f][1,4]氧氮杂卓类化合物为原料出发,通过环状亚胺的亲电性氢膦酰化过程得到了结构丰富的α,β-不饱和膦酰胺化合物。在反应过程中,乙基膦酰氯先与环状亚胺发生酰化得到膦酰亚胺鎓盐,后者在碱性作用下,连续发生脱质子化和1,5-氢负迁移过程,同时实现了不饱和双键的构筑和亚胺的还原氢化反应,其中脱质子过程是反应的关键驱动力。该方法创造性地利用“酰化/脱质子”策略,利用膦酰基碳砌块,高产率高区域选择性地,一步得到富有价值的α,β-不饱和膦酰胺化合物,启发了在一步构筑不饱和化合物方法学上的思考。(3)基于不饱和亚胺,利用“酰化/脱质子”策略,实现了乙基膦酰氯与α,β-不饱和亚胺高区域选择性合成N-烯丙基-α,β-不饱和膦酰胺的过程。值得一提的是,得到的产物可经过烯烃复分解反应(RCM)获得富有价值的λ-膦酰胺化合物。在反应过程中,除了不饱和亚胺,N-烷基的链状亚胺也能顺利发生反应。(4)基于环状亚胺,利用“酰化/脱质子”策略,发展了一种以芳甲基膦酰氯与二苯并[b,f][1,4]氧氮杂卓类化合物为原料,在六甲基二硅基氨基钾(KHMDS)做碱的条件下,通过无过渡金属催化和一锅法的步骤合成结构丰富的苯并-δ-膦内酰胺类化合物。在该反应过程中,芳甲基膦酰氯先与环状亚胺发生酰化得到两性离子中间体,后者在碱性条件下发生α-位的脱质子化,得到的碳负离子中间体使与之相连的芳基更富电子,并诱导后续发生分子内的傅克烷基化和芳构化的串联反应,得到形式上[4+2]环加成的苯并-δ-膦内酰胺类化合物。该方法拓展了通过“酰化/脱质子”策略将膦酰基碳砌块应用到创制新颖膦酰类化合物的前景。(5)在异硫氰酸酯与膦酰氯的反应性研究中,开发了一种在水相中高效绿色合成原料异硫氰酸酯的方法。以伯胺为原料,在水相中加入二硫化碳和碳酸钾,原位生成的氨基黄原酸钾盐可在绿色的无机氧化剂过硫酸钠的条件下,快速高效得到结构多样的异硫氰酸酯化合物。在反应过程中,氨基黄原酸钾盐首先在氧化剂条件下得到氨甲硫酰自由基中间体,后续再在碱性条件下,发生自由基消除过程,得到目标产物,值得一提的是,合适的碱性条件对体系的化学选择性起着重要作用。另外,该方法对于光学活性的伯胺也能一步得到构型保持的手性异硫氰酸酯,同时该方法在克级规模和衍生化的实验中显示出不错的工业应用前景和潜在的应用性。该方法具有环境友好、底物范围广、官能团耐受性优异、条件温和及应用价值高等优势。(6)基于异硫氰酸酯,利用“酰化/脱质子”策略,将膦酰基碳单元引入到β膦内酰胺的制备中。经过对膦酰氯与异硫氰酸酯的反应性的初步探究,得到以下结论:异硫氰酸酯在强碱条件下容易分解成对应的胺;其次,异硫氰酸酯结构中氮原子亲核性较差,不易与膦酰氯发生第一步酰化过程。经过筛选发现,芴基膦酰氯和二苯甲基膦酰氯是一种不错候选底物,可在相对弱的碱如三乙胺或吡啶的条件下,与含氮亲核性较强的烷基异硫氰酸酯有一定的反应效果,但还需进一步的摸索。综上所述,本文通过对廉价易得的膦酰氯与一系列常见不饱和化合物的反应性进行探究,系统地说明了膦酰氯不完全同于酰氯和磺酰氯,其具有独特的反应性质。即烷基膦酰氯在碱性条件下不以膦烯酮中间体而以膦酰基碳负离子的形式参与构建膦酰类化合物。该研究结论为有机磷化学领域的发展具有重要的推动意义。另外,本文以膦酰氯作膦酰基碳砌块源,基于发展的“酰化/脱质子”策略,为开发结构多样性膦酰类化合物的合成方法同样具有重要的参考价值。