在反应开始阶段，该研究团队首先以二苯基氧化膦
1a
和1-苯基-1-丁炔
2a
作为模板底物，在Tf
2
O作用下，以氯仿为溶剂，对炔烃的膦双官能团化反应进行了尝试
（图
2）
。
当反应开始就加入I
2
时，反应结束后只观察到痕量的目标产物（entry 1），作者推测可能是由于碘的存在影响了QPrS中间体的生成。因此
作者尝试反应3 h后再加入I
2
，发现可以50 %的分离收率得到目标化合物
3a
（entry 2）。随后
，作者尝试向体系中引入碱，发现当加入2.0当量的2,6-二叔丁基吡啶作为碱时，
3a
的产率可提高到69%（
entry 3）。作者也对活化试剂和碘源进行了考察。当在反应体系中使用其他的活化试剂如TMSOTf、BF
3
·Et
2
O和 (CF
3
CO)
2
O时，没有观察到
3a
的生成（entries 6-8）。而对于碘源，
只有使用I
+
离子源（
如NIS和ICl
），反应体系中才可以观察到目标化合物的生成（entries 9-10），而使用TBAI或NaI则不会得到目标产物（entry 11），这些结果也从侧面验证了亲电试剂参与的QPrS开环官能团化过程。最后，作者通过对反应试剂比例的筛选，以83%的分离收率得到了
3a
（entry 14）。
图2. 条件优化
（来源：
Nat. Commun.
）
随后，作者对二级膦氧
化物的普适性进行了考察（图
3）
。二芳基膦氧化物中的苯环上无论是带有吸电子取代基（氟和氯等），还是给电子取代基（甲基和甲氧基等），反应都可以顺利进行（
3a
-
3n
）。值得注意的是，空间位阻可能会影响QPrS的开环过程，例如当二芳基膦氧化合物的苯环有邻位取代基时，反应主要以C-加成开环过程进行并得到三价膦产物（
3m’
and
3n’
）。此外，芳基烷基膦氧化物也可以很好地适用于该反应体系，并以中等的产率（45%）获得目标化合物（
3l
）。
图3. 二级
膦氧化物的普适性考察（来源：
Nat. Commun.
）
接下来，作者对炔烃底物的普适性进行了考察。多种芳基烷基炔烃底物均适应于该反应体系，并以中等至优异的收率提供
β-
碘代烯基膦氧化物（
4a-4v
）。各种杂芳基和活泼官能团，如羰基、环丙基、乙烯基、酰胺等都可以在反应体系中兼容。
图4. 炔烃底物的普适性考察（来源：
Nat. Commun.
）
随后，
作者对该反应的机理进行了探究（图
5）。首先，作者
进行了同位素标记实验，当使用
18
O标记的二苯基膦氧作底物并用水淬灭时，没有得到
18
O标记的产物
3b
。而当使用未标记的二苯基膦氧并用H
2
18
O进行淬灭时，可以以60%的产率得到
18
O标记的
3b
（图
5a）。这些结果表明目标产物中的氧完全来自于外界水。随后，作者采用
5
作为底物，并在反应开始时加入碘，同时得到了膦碘化产物
6
和环化产物
7
（图
5b），这表明该反应可能经历了QPrS中间体，而产物
6
和
7
则是由该中间体分别以P-加成和C-加成方式开环产生的。为了进一步证实QPrS中间体的存在，作者进行了原位
31
P NMR 实验，在-104.4 ppm 处有一单峰，属于QPrS中间体
A
的信号峰（图
5c）。
图5. 机理实验和DFT计算
（来源：
Nat. Commun.
）
郑州大学魏东辉课题组
通过DFT计算
对该反应可能的机理和开环选择性进行了解释。如图5d所示，基于phosphirenium iodide
中间体的计算表明在热力学和动力学上均支持目标产物的生成（
A
-M1
）。此外，基于phosphirenium triflate中间体的计算
则表明开环过程的能垒显著高于前者（见S
I），因此，作者推测碘负离子的存在可能增加了三元环开环的驱动力。
图6.
β
-碘代烯基磷氧化物的合成转化（来源：
Nat. Commun.
）
为了提升该反应的应用价值，作者对
β-
碘代烯基膦氧化物中的C-I键
进行了衍生化研究，得到了多种
β
-官能化的烯基膦氧化物化合物（
图
6）。此外，该
β-
碘代烯基膦氧化物还可以在简单条件下经分子内环化构建苯并磷杂环戊二烯骨架（
图
7），相关的机理实验表明该转化可能涉及自由基历程。
图7. 无金属催化下苯并磷杂环戊二烯的合成
