單質硒參與的硒氰酸酯類化合物的合成研究進展

宋文祥

（溫州大學 化學與材料工程學院，浙江 溫州 325035）

1 苯硒醇試劑的研究進展

近幾十年來，許多科學研究者利用苯硒醇試劑具有很強的親核性，報道了大量合成含硒化合物的研究方法。2008年，YANG 等報道了通過[Bmim]BF4試劑催化環氧化合物與苯硒醇試劑進行區域選擇性開環反應制備β-羥基硒化物，如圖1（a）所示[1]。硒醇與環氧化合物的反應也被用于對映選擇性不對稱反應。2005年，ZHU等報道了一種雙金屬鎵-鈦-鹽復合物催化環氧化合物與芳基硒醇的不對稱性開環反應，該反應過程收率高，對映選擇性高，可合成β-羥基硒醚，如圖1（b）所示[2]。2008年，SCHNEIDER課題組利用手性鈧-聯吡啶復合物催化苯硒醇與芳香環氧化合物進行高度對映選擇性開環反應，并得到良好的收率和高達94%的手型β-羥基硒化物，如圖1（c）所示[3]。近年，KREFTET課題組報道了使用苯硒醇作為受體對帶有兩個吸電子基團的環丁烷進行開環反應，AlCl3促進該反應能夠以良好的收率合成γ-苯基硒基取代的二酯，如圖1（d）所示[4]。

圖1 利用苯硒醇試劑合成硒化合物

如上所述，硒醇很容易受堿去質子化生成較強的親核性硒醇陰離子，這種陰離子與親電試劑的反應代表了一種新的構建Se—C鍵的合成方法。2004年，SALVATORE等報道了通過CsOH促進烷基化合成不對稱單硒醚，盡管研究了不同的亞苯基鹵代苯或甲基鹵代苯，但這種方法也存在底物范圍窄、產率低等缺點，如圖2所示[5]。

圖2 通過CsOH促進烷基化合成不對稱單硒醚

2 苯硒氯、苯硒溴試劑的研究進展

苯硒醇試劑由于其具有酸性與其硒醇陰離子具有較強的親核性，被廣泛用作于各種硒化反應中，但其不易保存、原料制備復雜，使得開發新的硒試劑具有極大的意義。

1983年，HEVESI[6]等通過丙二烯與苯硒氯進行反應得到了具有Z式與E式的乙烯基硒化物。該方法提供了一種研究含硒的烯丙基碳正離子的穩定性的策略，如圖3所示。

圖3 通過丙二烯與苯硒氯進行反應得到乙烯基硒化物

1993年，MENEZE[7]等發現末端炔烴化合物與苯硒氯或溴在過量碘化亞銅的作用可以生成炔基硒化合物。該方法提供了一種合成C(sp)—Se鍵的新策略，但該反應需要用到大量的銅鹽，且底物范圍窄，如圖4所示。

圖4 末端炔烴化合物與苯硒氯或溴反應生成炔基硒化合物

2004年，KLAP?TKE[8]團隊報道了芳基硒氯與三甲基硅疊氮化合物反應，生成對稱二芳基二硒醚。該反應在0 ℃下，硒氯和三甲基硅疊氮化物生成不穩定的硒疊氮化物，隨后釋放氮氣，進行分解，得到二硒醚產物，如圖5所示。

圖5 硒氯和三甲基硅疊氮化物生成不穩定的硒疊氮化物

同年，EDWARDS[9]課題組研究了β,γ-不飽和酸及其衍生物的硒環化反應機理。該方法以(E)-4-苯基-3-丁烯酸及其甲硅烷酯與苯硒氯或溴化物反應。其中甲硅烷酯在-70℃下自發并定量地提供氯硒化加合物作為單一的馬爾科夫尼科異構體。隨著溫度的升高，該化合物經歷了3個過程：轉化為起始原料、異構化為反式馬爾科夫尼科夫產物、環化為硒代內酯。這些過程都通過一種硒離子中間體進行反應，如圖6所示。

圖6 通過硒離子中間體進行反應

3 苯硒醚試劑的研究進展

雖然苯硒醇、苯硒氯和苯硒溴是常見的硒化試劑，但由于它們性質不穩定、不易保存等缺點，從而導致應用不夠廣泛。本節主要介紹苯硒醚試劑，二硒醚是有機硒化合物中主要的存在形式，常備用作制備其他含硒化合物的原料。

LIU[10]課題組開發了一種溫和條件下，利用炔丙醇和二硒醚化合物制備硒烯醛或硒烯酮。該方法主要是利用選擇性氟試劑促進炔丙醇硒基化重排反應，如圖7所示。該反應具有底物范圍廣泛、反應條件簡單等優點。

圖7 利用炔丙醇和二硒醚化合物制備硒烯醛或硒烯酮

ZHANG[11]團隊也報道了一種使用無機氧化劑，條件溫和和便于操作的策略合成硒基化的二氫呋喃、惡唑烷-2,4-二酮、惡唑烷-2-酮、異惡唑烷、惡唑啉、內酯、環醚和吡咯烷化合物。該方法主要利用I2O5促進烯烴與二硒醚進行硒環化反應，且研究機理表明該途徑可能通過硒基碘誘導的親電環化，如圖8所示。

圖8 利用I2O5促進烯烴與二硒醚進行硒環化反應

QU[12]等通過使用選擇性氟試劑作為氧化劑，提出了喹喔啉-2(1H)-酮與各種二芳基二硒化物特異位點氧化C—H。該反應選擇性在喹喔啉-2(1H)-酮的C6位置進行，并能夠獲得廣泛的硒基喹喔啉-2(1H)-酮類化合物。該反應具有出色的底物和功能兼容性、操作簡單以及使用溫和的氧化劑，如圖9所示。

圖9 硒基喹喔啉-2(1H)-酮類化合物的合成

4 單質硒試劑的研究進展

開發新的有機硒試劑具有巨大的吸引力，與這些傳統的硒試劑相比，直接使用單質硒作為硒源無疑更具吸引力，因為它具有價格低廉、商業化、穩定性好、易于處理、無異味和儲存穩定性等優點。2005年，TANIGUCHI首次在鋁存在下，通過銅催化芳基碘化物的單硫屬化合物與單質硒合成對稱二芳基硒化物，如圖10所示。此外，使用MgCl2或Na2CO3是必不可少的，它們可以有效地抑制二硒化物的形成。元素硒可被CuI或Cu（0）活化，生成硒化銅（II）或硒化銅（I）。初步機理研究表明，硒化銅（I）（1-D）是關鍵中間體。得到的硒化銅（I）與ArI一起進行氧化添加，然后通過還原消除得到所需的對稱二芳基硒化物。

圖10 單硫屬化合物與單質硒合成對稱二芳基硒化物

YASUIKE[13]小組利用銅催化的乙炔基銻、有機疊氮化物和單質硒的三組分反應用于構建含有1,2,3-三唑基的對稱單硒化物，如圖11所示。另一方面，當硒的負載量從0.5 equiv增加到1.0 equiv時，這種三組分反應選擇性地進行以提供二硒化物。

圖11 三組分反應構建含有1,2,3-三唑基的對稱單硒化物

有機硒氰酸酯是一類重要的含硒化合物，具有顯著的生物活性，在有機合成中具有廣泛的應用。盡管實例有限，但YAN等通過富電子芳烴和雜芳烴與TMSCN和單質硒的無催化劑和無添加劑的氧化C—H硒氰化反應來合成芳基硒氰酸酯，如圖12所示[14]。注意到DMSO不僅充當溶劑，而且充當溫和的氧化劑，但該反應具有底物范圍窄的缺點。

圖12 芳基硒氰酸酯的合成

為了解決上述底物范圍窄的問題，筆者小組開發了芳基硼酸、單質硒和TMSCN的一鍋法[15]，為制備硒氰酸芳基酯提供了一種通用且綠色的方法，如圖13所示。該反應具有烷基、甲氧基和甲硫基等富電子基團以及酯、三氟甲基和甲酰基等吸電子基團的多種芳基硼酸與反應條件相容，證明了廣泛的底物范圍。

圖13 一鍋法制備硒氰酸芳基酯

5 結束語

本文介紹了引入硒元素的方法，主要包括四大類有機硒試劑，首先是苯硒醇試劑，其反應活性較高，具有酸性，甚至無需金屬催化劑就能以高收率得到目標產物，但試劑本身不易保存，具有惡臭的氣味，不符合現在綠色的發展理念。其次是苯硒氯和苯硒溴試劑，該試劑需要合成，要耗費大量的人力和財力。二硒醚化合物很容易參與反應，現在多數反應采用硒醚和各種受體進行反應，但是由于該試劑是一個對稱的分子，只有50 %能參與反應，另外的50%就會被浪費，不符合原子經濟性的理念。單質硒的發展則是完全避開了上述硒試劑的局限，它具有簡單易得、綠色經濟的諸多優點，是今后研究的熱門[16]。