有機硒化合物一直是有機合成中的重要試劑，其能夠?qū)崿F(xiàn)新的反應(yīng)性，如促進(jìn)烯烴的氧化轉(zhuǎn)化并生成多種產(chǎn)物，但這些反應(yīng)的效率和實用性具有限制。硒與過渡金屬催化劑一樣能夠促進(jìn)多種轉(zhuǎn)化，但成本更低。因此，有待于繼續(xù)開發(fā)并擴(kuò)展基于硒催化劑的應(yīng)用范圍。最近，美國華盛頓大學(xué)Forrest E. Michael課題組開發(fā)了新型硒化磷催化劑用于末端烯烴的氮雜Heck反應(yīng)中（Scheme 1A），其關(guān)鍵在于將硒上的基團(tuán)視為配體而非取代基的創(chuàng)新思想，這促使作者開發(fā)各種具有廣泛空間位阻和電性的基于硒的新型催化劑（Scheme 1B），該成果發(fā)表于近期Chem. Sci.（DOI: 10.1039/C9SC05335B）。
（圖片來源：Chem. Sci.）
為了擴(kuò)展硒催化劑的應(yīng)用，作者認(rèn)為其可能改變典型的加成/消除機制而促進(jìn)新的烯烴轉(zhuǎn)化。該機制的關(guān)鍵步驟是中間體I的Se-F鍵發(fā)生順式消除得到乙烯基胺產(chǎn)物（Scheme 1C，pathway a）。若中間體I被親核進(jìn)攻而非消除，則進(jìn)行烯烴的1,2-雙官能團(tuán)化（Scheme 1C，pathway b），該過程的主要障礙是有機硒中間體傾向于發(fā)生快速分子內(nèi)消除而非分子間取代。此外，絕大多數(shù)有機硒催化的轉(zhuǎn)化都以消除結(jié)束（Scheme 2A），而硒催化的1,2-雙官能團(tuán)化尚不明確。有機硒化物的化學(xué)計量轉(zhuǎn)化方法包括：用Cl2或Br2鹵化和用PhSeOTf活化。目前，只有Denmark等人報道的烯烴順式二氯化在催化反應(yīng)中應(yīng)用了該策略（Scheme 2B）。1,2-二胺片段廣泛存在于天然產(chǎn)物、藥物以及其他化學(xué)品中，作者設(shè)想用苯磺酰亞胺陰離子取代中間體I生成1,2-二胺產(chǎn)物。通過對關(guān)鍵取代步驟的分析發(fā)現(xiàn)，用離去能力更好的硒化膦代替離去能力較差的二苯基二硒化物可以加速反應(yīng)（Scheme 2C）。然而，除加速取代步驟外，還必須以某種方式抑制順式消除。
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假設(shè)氟化物清除劑的引入可以將氟化物與中間體I螯合抑制順式消除途徑從而發(fā)生取代（Scheme 3）。因此，在NFBS存在下，作者用三苯基硒化磷處理4-苯基-1-丁烯（1p）并加入苯磺酰亞胺親核試劑僅生成消除產(chǎn)物2p；然而，在TMSOTf存在下，進(jìn)行相同的反應(yīng)會抑制該消除而得到縮醛產(chǎn)物3p。
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為了提高收率，作者篩選了不同空間位阻和電性的催化劑（Scheme 4），并發(fā)現(xiàn)增加配體的給電子能力可以提高收率。即使在氟化物清除劑存在下，用普通有機硒催化劑（Ph2Se2）也可以得到預(yù)期產(chǎn)物，表明了磷配體對促進(jìn)反應(yīng)性具有關(guān)鍵作用。作者通過篩選發(fā)現(xiàn)，硒化磷酰胺催化劑4f為最佳催化劑，負(fù)載量降至10 mol%時對收率的影響很小。
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隨后，作者考察了烯烴的適用范圍（Table 1）。內(nèi)式烯烴、末端烯烴和1,2-二取代的烯烴均可以良好至優(yōu)異的收率得到相應(yīng)產(chǎn)物，該反應(yīng)可以耐受硅醚、烷基鹵化物（包括烯丙基）、芳基鹵化物、富電子和缺電子的芳香化合物、酯、腈、疊氮化物、磺酸鹽和醛等官能團(tuán)。值得注意的是，對典型金屬催化劑不耐受的芳基碘化物3k和雜芳烴3g也可以耐受該反應(yīng)。所有內(nèi)式烯烴均可以高非對映選擇性得到反式1,2-二胺，并且未發(fā)現(xiàn)順式異構(gòu)體。在這些條件下，三取代和四取代的烯烴收率很低。
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有趣的是，作者觀察到的是由(E)-烯烴選擇性形成反式二胺的現(xiàn)象，表明有機硒的分子內(nèi)取代先于苯磺酰亞胺的分子間進(jìn)攻。作者認(rèn)為這是通過磺酰亞胺氧原子進(jìn)行的（Scheme 5）。Mu?iz等人在化學(xué)計量碘(III)促進(jìn)的烯烴的二胺基化中提出過類似的反立體選擇性及其解釋。
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在研究過程中，作者注意到在1aa的反應(yīng)中始終產(chǎn)生少量的異構(gòu)副產(chǎn)物并確定其結(jié)構(gòu)為重排產(chǎn)物5aa（Scheme 6）。作者認(rèn)為該產(chǎn)物是由酯對最初形成的硒鎓離子進(jìn)攻，然后經(jīng)苯磺酰亞胺開環(huán)形成的。
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基于此，作者假設(shè)可以通過改變酯基氧原子的親核性來選擇性合成任一異構(gòu)體產(chǎn)物。對于不同電性的高烯丙基酯，富電子的酯主要發(fā)生重排，而缺電子的酯傾向于加成（Table 2）。由于對甲氧基苯甲酸酯僅產(chǎn)生重排產(chǎn)物，因而含該酯的其他底物也可以參與反應(yīng)。烯丙基和高烯丙基酯可以中等至高收率產(chǎn)生重排產(chǎn)物（Scheme 7）。此外，除酯基的電性外，烯烴的鏈長也有影響：烯丙基和高烯丙基酯易重排，而較長的鏈幾乎沒有重排。
（圖片來源：Chem. Sci.）
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由于用酯基進(jìn)行分子內(nèi)取代易得到重排產(chǎn)物5，作者認(rèn)為選擇適當(dāng)?shù)奶妓狨タ梢酝ㄟ^類似反應(yīng)得到環(huán)狀產(chǎn)物（Scheme 8）。通過對碳酸酯（Me、t-Bu、Bn）的篩查發(fā)現(xiàn)，碳酸芐酯效果最佳，可以高收率得到環(huán)狀碳酸酯。
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為了證明產(chǎn)物的實用性，作者將雙(磺酰亞胺)產(chǎn)物3b進(jìn)行單脫保護(hù)得到雙(磺酰胺)產(chǎn)物8，然后全脫保護(hù)得到游離的二胺，再分離得到雙苯甲酰胺9（Scheme 9）。
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F. E. Michael課題組開發(fā)了一種新的硒化磷酰胺催化的末端烯烴和反式1,2-二取代烯烴的雙胺化方法，該轉(zhuǎn)化成功的關(guān)鍵在于引入氟化物清除劑TMSOTf抑制了競爭性的順式消除途徑。此外，該方法可以耐受各種各樣的底物和官能團(tuán)，并且具有良好至優(yōu)異的收率。
