单质硒参与的硒氰酸酯类化合物的合成研究进展

宋文祥

（温州大学 化学与材料工程学院，浙江 温州 325035）

1 苯硒醇试剂的研究进展

近几十年来，许多科学研究者利用苯硒醇试剂具有很强的亲核性，报道了大量合成含硒化合物的研究方法。2008年，YANG 等报道了通过[Bmim]BF4试剂催化环氧化合物与苯硒醇试剂进行区域选择性开环反应制备β-羟基硒化物，如图1（a）所示[1]。硒醇与环氧化合物的反应也被用于对映选择性不对称反应。2005年，ZHU等报道了一种双金属镓-钛-盐复合物催化环氧化合物与芳基硒醇的不对称性开环反应，该反应过程收率高，对映选择性高，可合成β-羟基硒醚，如图1（b）所示[2]。2008年，SCHNEIDER课题组利用手性钪-联吡啶复合物催化苯硒醇与芳香环氧化合物进行高度对映选择性开环反应，并得到良好的收率和高达94%的手型β-羟基硒化物，如图1（c）所示[3]。近年，KREFTET课题组报道了使用苯硒醇作为受体对带有两个吸电子基团的环丁烷进行开环反应，AlCl3促进该反应能够以良好的收率合成γ-苯基硒基取代的二酯，如图1（d）所示[4]。

图1 利用苯硒醇试剂合成硒化合物

如上所述，硒醇很容易受碱去质子化生成较强的亲核性硒醇阴离子，这种阴离子与亲电试剂的反应代表了一种新的构建Se—C键的合成方法。2004年，SALVATORE等报道了通过CsOH促进烷基化合成不对称单硒醚，尽管研究了不同的亚苯基卤代苯或甲基卤代苯，但这种方法也存在底物范围窄、产率低等缺点，如图2所示[5]。

图2 通过CsOH促进烷基化合成不对称单硒醚

2 苯硒氯、苯硒溴试剂的研究进展

苯硒醇试剂由于其具有酸性与其硒醇阴离子具有较强的亲核性，被广泛用作于各种硒化反应中，但其不易保存、原料制备复杂，使得开发新的硒试剂具有极大的意义。

1983年，HEVESI[6]等通过丙二烯与苯硒氯进行反应得到了具有Z式与E式的乙烯基硒化物。该方法提供了一种研究含硒的烯丙基碳正离子的稳定性的策略，如图3所示。

图3 通过丙二烯与苯硒氯进行反应得到乙烯基硒化物

1993年，MENEZE[7]等发现末端炔烃化合物与苯硒氯或溴在过量碘化亚铜的作用可以生成炔基硒化合物。该方法提供了一种合成C(sp)—Se键的新策略，但该反应需要用到大量的铜盐，且底物范围窄，如图4所示。

图4 末端炔烃化合物与苯硒氯或溴反应生成炔基硒化合物

2004年，KLAPÖTKE[8]团队报道了芳基硒氯与三甲基硅叠氮化合物反应，生成对称二芳基二硒醚。该反应在0 ℃下，硒氯和三甲基硅叠氮化物生成不稳定的硒叠氮化物，随后释放氮气，进行分解，得到二硒醚产物，如图5所示。

图5 硒氯和三甲基硅叠氮化物生成不稳定的硒叠氮化物

同年，EDWARDS[9]课题组研究了β,γ-不饱和酸及其衍生物的硒环化反应机理。该方法以(E)-4-苯基-3-丁烯酸及其甲硅烷酯与苯硒氯或溴化物反应。其中甲硅烷酯在-70℃下自发并定量地提供氯硒化加合物作为单一的马尔科夫尼科异构体。随着温度的升高，该化合物经历了3个过程：转化为起始原料、异构化为反式马尔科夫尼科夫产物、环化为硒代内酯。这些过程都通过一种硒离子中间体进行反应，如图6所示。

图6 通过硒离子中间体进行反应

3 苯硒醚试剂的研究进展

虽然苯硒醇、苯硒氯和苯硒溴是常见的硒化试剂，但由于它们性质不稳定、不易保存等缺点，从而导致应用不够广泛。本节主要介绍苯硒醚试剂，二硒醚是有机硒化合物中主要的存在形式，常备用作制备其他含硒化合物的原料。

LIU[10]课题组开发了一种温和条件下，利用炔丙醇和二硒醚化合物制备硒烯醛或硒烯酮。该方法主要是利用选择性氟试剂促进炔丙醇硒基化重排反应，如图7所示。该反应具有底物范围广泛、反应条件简单等优点。

图7 利用炔丙醇和二硒醚化合物制备硒烯醛或硒烯酮

ZHANG[11]团队也报道了一种使用无机氧化剂，条件温和和便于操作的策略合成硒基化的二氢呋喃、恶唑烷-2,4-二酮、恶唑烷-2-酮、异恶唑烷、恶唑啉、内酯、环醚和吡咯烷化合物。该方法主要利用I2O5促进烯烃与二硒醚进行硒环化反应，且研究机理表明该途径可能通过硒基碘诱导的亲电环化，如图8所示。

图8 利用I2O5促进烯烃与二硒醚进行硒环化反应

QU[12]等通过使用选择性氟试剂作为氧化剂，提出了喹喔啉-2(1H)-酮与各种二芳基二硒化物特异位点氧化C—H。该反应选择性在喹喔啉-2(1H)-酮的C6位置进行，并能够获得广泛的硒基喹喔啉-2(1H)-酮类化合物。该反应具有出色的底物和功能兼容性、操作简单以及使用温和的氧化剂，如图9所示。

图9 硒基喹喔啉-2(1H)-酮类化合物的合成

4 单质硒试剂的研究进展

开发新的有机硒试剂具有巨大的吸引力，与这些传统的硒试剂相比，直接使用单质硒作为硒源无疑更具吸引力，因为它具有价格低廉、商业化、稳定性好、易于处理、无异味和储存稳定性等优点。2005年，TANIGUCHI首次在铝存在下，通过铜催化芳基碘化物的单硫属化合物与单质硒合成对称二芳基硒化物，如图10所示。此外，使用MgCl2或Na2CO3是必不可少的，它们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，生成硒化铜（II）或硒化铜（I）。初步机理研究表明，硒化铜（I）（1-D）是关键中间体。得到的硒化铜（I）与ArI一起进行氧化添加，然后通过还原消除得到所需的对称二芳基硒化物。

图10 单硫属化合物与单质硒合成对称二芳基硒化物

YASUIKE[13]小组利用铜催化的乙炔基锑、有机叠氮化物和单质硒的三组分反应用于构建含有1,2,3-三唑基的对称单硒化物，如图11所示。另一方面，当硒的负载量从0.5 equiv增加到1.0 equiv时，这种三组分反应选择性地进行以提供二硒化物。

图11 三组分反应构建含有1,2,3-三唑基的对称单硒化物

有机硒氰酸酯是一类重要的含硒化合物，具有显着的生物活性，在有机合成中具有广泛的应用。尽管实例有限，但YAN等通过富电子芳烃和杂芳烃与TMSCN和单质硒的无催化剂和无添加剂的氧化C—H硒氰化反应来合成芳基硒氰酸酯，如图12所示[14]。注意到DMSO不仅充当溶剂，而且充当温和的氧化剂，但该反应具有底物范围窄的缺点。

图12 芳基硒氰酸酯的合成

为了解决上述底物范围窄的问题，笔者小组开发了芳基硼酸、单质硒和TMSCN的一锅法[15]，为制备硒氰酸芳基酯提供了一种通用且绿色的方法，如图13所示。该反应具有烷基、甲氧基和甲硫基等富电子基团以及酯、三氟甲基和甲酰基等吸电子基团的多种芳基硼酸与反应条件相容，证明了广泛的底物范围。

图13 一锅法制备硒氰酸芳基酯

5 结束语

本文介绍了引入硒元素的方法，主要包括四大类有机硒试剂，首先是苯硒醇试剂，其反应活性较高，具有酸性，甚至无需金属催化剂就能以高收率得到目标产物，但试剂本身不易保存，具有恶臭的气味，不符合现在绿色的发展理念。其次是苯硒氯和苯硒溴试剂，该试剂需要合成，要耗费大量的人力和财力。二硒醚化合物很容易参与反应，现在多数反应采用硒醚和各种受体进行反应，但是由于该试剂是一个对称的分子，只有50 %能参与反应，另外的50%就会被浪费，不符合原子经济性的理念。单质硒的发展则是完全避开了上述硒试剂的局限，它具有简单易得、绿色经济的诸多优点，是今后研究的热门[16]。