硒化磷酰胺催化的烯烃双胺化

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有机硒化合物一直是有机合成中的重要试剂，其能够实现新的反应性，如促进烯烃的氧化转化并生成多种产物，但这些反应的效率和实用性具有限制。硒与过渡金属催化剂一样能够促进多种转化，但成本更低。因此，有待于继续开发并扩展基于硒催化剂的应用范围。最近，美国华盛顿大学Forrest E. Michael课题组开发了新型硒化磷催化剂用于末端烯烃的氮杂Heck反应中（Scheme 1A），其关键在于将硒上的基团视为配体而非取代基的创新思想，这促使作者开发各种具有广泛空间位阻和电性的基于硒的新型催化剂（Scheme 1B），该成果发表于近期Chem. Sci.（DOI: 10.1039/C9SC05335B）。

（图片来源：Chem. Sci.）

为了扩展硒催化剂的应用，作者认为其可能改变典型的加成/消除机制而促进新的烯烃转化。该机制的关键步骤是中间体I的Se-F键发生顺式消除得到乙烯基胺产物（Scheme 1C，pathway a）。若中间体I被亲核进攻而非消除，则进行烯烃的1,2-双官能团化（Scheme 1C，pathway b），该过程的主要障碍是有机硒中间体倾向于发生快速分子内消除而非分子间取代。此外，绝大多数有机硒催化的转化都以消除结束（Scheme 2A），而硒催化的1,2-双官能团化尚不明确。有机硒化物的化学计量转化方法包括：用Cl₂或Br₂卤化和用PhSeOTf活化。目前，只有Denmark等人报道的烯烃顺式二氯化在催化反应中应用了该策略（Scheme 2B）。1,2-二胺片段广泛存在于天然产物、药物以及其他化学品中，作者设想用苯磺酰亚胺阴离子取代中间体I生成1,2-二胺产物。通过对关键取代步骤的分析发现，用离去能力更好的硒化膦代替离去能力较差的二苯基二硒化物可以加速反应（Scheme 2C）。然而，除加速取代步骤外，还必须以某种方式抑制顺式消除。

（图片来源：Chem. Sci.）

假设氟化物清除剂的引入可以将氟化物与中间体I螯合抑制顺式消除途径从而发生取代（Scheme 3）。因此，在NFBS存在下，作者用三苯基硒化磷处理4-苯基-1-丁烯（1p）并加入苯磺酰亚胺亲核试剂仅生成消除产物2p；然而，在TMSOTf存在下，进行相同的反应会抑制该消除而得到缩醛产物3p。

（图片来源：Chem. Sci.）

为了提高收率，作者筛选了不同空间位阻和电性的催化剂（Scheme 4），并发现增加配体的给电子能力可以提高收率。即使在氟化物清除剂存在下，用普通有机硒催化剂（Ph₂Se₂）也可以得到预期产物，表明了磷配体对促进反应性具有关键作用。作者通过筛选发现，硒化磷酰胺催化剂4f为最佳催化剂，负载量降至10 mol%时对收率的影响很小。

（图片来源：Chem. Sci.）

随后，作者考察了烯烃的适用范围（Table 1）。内式烯烃、末端烯烃和1,2-二取代的烯烃均可以良好至优异的收率得到相应产物，该反应可以耐受硅醚、烷基卤化物（包括烯丙基）、芳基卤化物、富电子和缺电子的芳香化合物、酯、腈、叠氮化物、磺酸盐和醛等官能团。值得注意的是，对典型金属催化剂不耐受的芳基碘化物3k和杂芳烃3g也可以耐受该反应。所有内式烯烃均可以高非对映选择性得到反式1,2-二胺，并且未发现顺式异构体。在这些条件下，三取代和四取代的烯烃收率很低。

（图片来源：Chem. Sci.）

有趣的是，作者观察到的是由(E)-烯烃选择性形成反式二胺的现象，表明有机硒的分子内取代先于苯磺酰亚胺的分子间进攻。作者认为这是通过磺酰亚胺氧原子进行的（Scheme 5）。Muñiz等人在化学计量碘(III)促进的烯烃的二胺基化中提出过类似的反立体选择性及其解释。

（图片来源：Chem. Sci.）

在研究过程中，作者注意到在1aa的反应中始终产生少量的异构副产物并确定其结构为重排产物5aa（Scheme 6）。作者认为该产物是由酯对最初形成的硒鎓离子进攻，然后经苯磺酰亚胺开环形成的。

（图片来源：Chem. Sci.）

基于此，作者假设可以通过改变酯基氧原子的亲核性来选择性合成任一异构体产物。对于不同电性的高烯丙基酯，富电子的酯主要发生重排，而缺电子的酯倾向于加成（Table 2）。由于对甲氧基苯甲酸酯仅产生重排产物，因而含该酯的其他底物也可以参与反应。烯丙基和高烯丙基酯可以中等至高收率产生重排产物（Scheme 7）。此外，除酯基的电性外，烯烃的链长也有影响：烯丙基和高烯丙基酯易重排，而较长的链几乎没有重排。