过渡金属催化有机硼试剂参与的插硒反应研究

This project will aim at developing highly efficient and mild tranisition-metal catalytic systems for the selenium(0)-insertion reactions of organoborane reagents, explorating the related mechanism of the reactions, and establishing new methodologies for the preparation of a series of organoseleniums. Compared with traditional methods that use dialkyl diselenides, selenium Grignard reagents, or lithium organoselenates as the synthetic precursors or active intermediates, the methods introduced in this project have special advantages of reduced synthetic procedures, mild reaction conditions, simple operations, and wide functional group compatibility. This project will first focus on developing various tandem reactions based on the in situ generated active organoselenates via the selenium(0)-insertion reactions of organoborane reagents catalyzed by transition metals with hope to provide efficient and concise accesses to a variety of selenium-containing heterocycles; on the basis of the abovementioned progress, the project will further apply these new protocols for the practical synthesis of some selenium-containing medicines and functional materials such as Ebselen (a medicine) and its analoges as well as benzoselenophene and its analoges (a new class of high-performance semiconductors for organic field-effect transistors). The implementation of the present project will extend the applications of organoborane reagents in the construction of selenium-containing compounds catalyzed by transition metals and provide useful methodologies for the preparation of organoseleniums, therefore this project is of significance both in academic and practical areas.

本项目拟发展高效、温和的过渡金属催化体系催化有机硼试剂的插硒反应并探索其反应机理，为合成系列含硒化合物提供新方法。与以往采用二硒醚、硒格氏试剂和有机硒锂试剂为合成前体或活性中间体的反应相比，具有反应步骤短、条件温和、操作简便和官能团兼容性好等突出优点；设计多官能化的底物，实现过渡金属催化有机硼试剂插硒反应活性中间体的多种串联反应，建立一锅法高效构建含硒杂环类化合物的简便路线；在此基础上，将该方法应用于相关含硒药物和功能材料的合成，为依布硒林（Ebselen）及类似物等活性药物分子和苯并硒吩（benzoselenophene）类有机场效应晶体管（organic field-effect transistors, OFETs）半导体材料的合成提供可借鉴的新思路。项目的实施有望拓宽过渡金属催化有机硼试剂在构建含硒化合物中的应用范围，丰富有机硒类化合物的合成方法和途径，具有较高的学术和应用价值。

本项目获国家自然科学基金（No. 21272176）资助后，通过项目组的共同努力，利用单质硒作为硒基化试剂参与的串联反应合成了一系列结构多样性的硒醚类化合物，已取得了系列创新性研究成果。我们首先开展了过渡金属铜催化芳香碘化物与单质硒的插硒反应获得芳硒铜活泼中间体，进一步与亲核试剂吲哚、噻唑和亲电试剂环氧乙烷衍生物通过氧化偶联和开环反应应用于3-苯硒基吲哚衍生物、β-羟基芳硒基、2-芳基硒噻唑和微管蛋白聚合抑制剂3-(3, 4, 5-甲氧基苯硒基)-N-甲基-吲哚的合成：（1）基于在铜催化芳香碘化物与单质硒形成的芳硒铜中间体机理，实现了过渡金属铜催化吲哚、单质硒与芳基卤化物的硒基化/C-H键苯硒基化氧化偶联串联反应，通过双C-Se键合成得到了一系列3-苯硒基吲哚衍生物。通过该策略首次实现了分子内单质硒参与的双C-Se键合成具有生物活性的苯并硒[3,2-b]吲哚化合物。进一步利用该反应合成了微管蛋白聚合抑制剂3-(3, 4, 5-甲氧基苯硒基)-N-甲基-吲哚；（2）利用单质硒作为硒基化试剂，实现了过渡金属铜催化下两种亲电试剂（碘苯和环氧乙烷衍生物）与单质硒的硒基化/开环苯硒基化串联反应，通过双C-Se键合成得到了一系列的β-羟基芳硒基类化合物。该反应具有很广泛的官能团兼容性和区域选择性，对于碘代吡啶（噻吩、吡唑和喹啉）等杂环碘化物都有非常好的普适性；（3）基于芳硒铜中间体与亲核试剂之间的交叉氧化偶联反应机理，实现了铜催化芳香卤代烃与单质硒的插硒反应，得到芳基硒铜活泼反应中间体；紧接着与第二分子噻唑类底物发生C-H键活化的芳基硒化反应获得2-芳基硒噻唑类衍生物；（4）基于单质硒在碱性条件下的歧化反应机制，实现了简单炔烃、环氧化合物与单质硒的炔硒基化/开环硒基化串联反应，通过双C-Se键合成得到了一系列的β-羟基炔硒基类化合物。该反应同样具有非常好的官能团兼容性和区域选择性。此外，我们还开展了过渡金属催化系列偶联反应，用新颖的方法合成了1,3-二酮、 2-芳基苯并呋喃和2-芳基喹唑啉等化合物。课题实施过程中取得了超预期的研究结果，已发表论文13篇（包括J. Mater. Chem. C. SCI一区论文1篇；J. Org. Chem., Org. Lett.等SCI二区论文8篇；RSC Adv. 等SCI三区论文3篇）；已授权中国发明专利4项；培养了14名硕士研究生。