介绍
磷酸烯醇丙酮酸单钾盐（phosphoenolpyruvic acid monopotassium salt，PEP-K）是磷酸烯醇丙酮酸（PEP）的钾盐形式，分子中具有磷氧键，磷酰转移能显著高于腺苷三磷酸（ATP）等传统磷酰供体。PEP是生物体内糖酵解与磷酰转移反应的关键中间体，由丙酮酸激酶催化生成；在有机合成中作为高效的磷酰化试剂。
图一 磷酸烯醇丙酮酸单钾盐
O-磷酸化反应
传统醇类磷酸化方法主要分为亚磷酸酯氧化法与磷酰氯直接反应法，前者需经磷酰化、氧化、脱保护三步反应，且对氧化敏感底物兼容性差；后者因磷酰氯的高反应性易引发副反应，官能团耐受性有限。而磷酸烯醇丙酮酸单钾盐作为磷酰供体在温和条件下可被催化剂激活，直接实现醇向磷酸单酯的转化。
以3-苯基-1-丙醇为模型底物，纯磷酸烯醇丙酮酸单钾盐与底物共热时无磷酰化产物生成，而将 PEP-K 转化为游离酸（PEP-H）后，可得到 42% 收率的磷酸单酯，提示 Brønsted 酸可能作为催化剂激活 PEP-K。通过对不同 Brønsted 酸的筛选发现，四丁基硫酸氢铵（TBAHS，pKa1=2.0）展现出最优催化活性，其催化效果并非单纯依赖酸性强度，而是通过Brønsted 酸和亲核活化的双重模式发挥作用。进一步优化反应条件显示，以 DMF 为溶剂、TBAHS 负载量 30 mol%、PEP-K 当量提升至 4.5 倍、反应温度 100℃时，目标磷酸单酯收率可达 88%，且反应时间缩短至 6 小时。对比其他硫酸氢盐，TBAHS 的四丁基铵阳离子能增强反应体系的相溶性，进一步提升催化效率。
底物范围与官能团耐受性
磷酸烯醇丙酮酸单钾盐/TBAHS 催化体系具有优异的官能团耐受性与底物普适性，可实现各类醇类化合物的高效磷酰化。含溴、甲氧基、氰基、炔基、醛基、羧酸等官能团的醇类底物均可顺利反应，收率为 71%-90%；烯丙基醇、苄基醇及二级醇也能以 70%-78% 的收率生成磷酸单酯，即使是位阻较大的二级醇，磷酰化收率仍达 66%。对酸敏感的糖苷氟化物、硫代糖苷、烯醇醚类糖烯及二糖衍生物，均能在该体系中实现选择性磷酰化，收率 47%-78%，突破了传统方法对碳水化合物酸性敏感官能团的限制。该体系可对肽链中的丝氨酸（Ser）、苏氨酸（Thr）残基进行高选择性 O - 磷酸化，且耐受肽链中的酪氨酸（Tyr）、天冬氨酸、色氨酸、甲硫氨酸等官能团；即使是含组氨酸、精氨酸的碱性肽段，以三氟乙酸盐形式参与反应时，磷酰化收率仍可达 76%-85%。此外，该方法还成功实现了 15 聚体多肽的磷酰化，产物为潜在的癌症生物标志物，收率 59%。
化学选择性
磷酸烯醇丙酮酸单钾盐优先对脂肪族羟基磷酰化，而不与酚羟基反应；可选择性修饰皮质酮中的伯羟基，而保留叔羟基；对肌醇衍生物则能实现单一羟基的区域选择性磷酰化，体现了与 Ser/Thr 激酶相似的磷酰化选择性。
反应机制
初始活化阶段：TBAHS 作为 Brønsted 酸质子化磷酸烯醇丙酮酸单钾盐生成 PEP-H，PEP-H 与硫酸根离子反应生成磷硫酸盐（POS）中间体。该中间体本身为硫酰供体，可引发醇的硫酸化副反应，但在过量 PEP-K 存在下，POS 的硫酸根阴离子氧会与另一分子 PEP-H 反应，生成活性磷酰供体磷硫酸氧磷（POSOP）。
磷酰转移阶段：POSOP 是反应的关键活性物种，其磷氧键键级显著降低（0.48），易发生异裂形成磷酰正离子，进而与醇的羟基发生型亲核取代反应，生成磷酸单酯并再生 POS 中间体。DFT 计算表明，POSOP 的磷酰化活化能仅为 16.58 kcal/mol，远低于 POS 的硫酸化活化能（24.70-26.43 kcal/mol），因此磷酰化成为主导反应。生成的磷酸单酯质子化磷酸烯醇丙酮酸单钾盐再生磷酸烯醇丙酮酸，PEP-H 与 POS 继续反应生成 POSOP，完成催化循环，同时释放丙酮酸作为副产物。
图二 磷酸烯醇丙酮酸单钾盐催化醇类磷酸化反应的机制
参考文献
[1] Domon K, Puripat M, Fujiyoshi K, et al. Catalytic Chemoselective O-Phosphorylation of Alcohols [J]. ACS Central Science, 2020, 6:283-292.