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近日，哈工大深圳校区的夏吾炯教授和杨超教授发展了一种可见光引发，廉价易得的溴化铁(III)催化的烯烃硒胺化反应。反应无需添加外源氧化剂、配体和碱，在空气氛围下即可顺利进行。较已发展的烯烃硒胺化反应，该反应的底物适用性有了较大提高，芳香伯胺可以参与碳氮键的构成。通过机理研究，作者提出了一种光敏的铁-胺络合物作为反应关键中间体。相关成果发表在Green Chem.（DOI: 10.1039/c9gc04163j）上。
可见光催化由于具有条件温和、环境友好的特性近年发展迅速，但应用广泛的光敏铱、钌复合物具有毒性高、价格昂贵等缺点，用作替代物的有机染料也存在氧化还原窗口窄、在体系内易失活等缺点，因此发展廉价易得的高效光催化体系依然是重要研究课题。铁在自然界广泛存在，但铁作为催化剂参与可见光过程的反应依然有限。余达刚课题组发展了可见光引发、铁催化烯烃的羧硫醚化反应（Angew. Chem., Int. Ed. 2017, 56, 15416.），较传统热活化而言，反应条件温和是其最大优势。有机硒参与多种生物过程并在药物、材料化学中扮演特殊角色。因此，高效地在有机分子中引入含硒官能团将极大促进相关学科的研究。其中，烯烃硒胺化反应可用于合成具有独特功能的α-氨基硒化合物，以往通过硒胺化方法合成此类分子需添加化学计量的外源氧化剂或者添加剂，而且反应对普通伯胺无法兼容。考虑到传统硒胺化反应的缺点以及铁光氧化还原催化的独特优势，哈工大深圳校区的夏吾炯教授和杨超教授发展了一种无需外源添加剂的铁光氧化还原催化的烯烃硒胺化反应，反应兼容多种官能团，不同种类的烯烃、胺及二硒醚均可以顺利发生转化。通过机理研究，作者推测一种能接受可见光激发的铁-胺络合物可能是反应的关键中间体（Fig. 1）。
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(图片来源：Green Chem.)
作者以苯乙烯、苯胺和二苯基二硒醚的反应为模型反应对反应条件进行了探索（Table 1）。经筛选，作者发现当三者当量比例为1：1.5：0.6时，以市售溴化铁(III)为催化剂，在乙酸乙酯和空气氛围下使用两只15 W蓝色LED灯光照24小时，能以出色收率得到4a。使用其他常见的光催化剂时，仅有痕量产物生成，而以其他过渡金属为催化剂时，反应效率有不同程度下降。氯化铁(III)作为催化剂的反应效果显示，阴离子的类型对于收率也有明显的影响。以紫外光为光源时，反应时间大大缩短，但收率降低。通过对照实验，作者发现铁催化剂和光照对反应是必要的。至此，通过对反应参数的筛选，作者确定了最优反应条件。![]()
(图片来源：Green Chem.)
作者随后分别对烯烃、胺和硒醚的适用性进行了考察（Table 2-4）。作者首先固定苯胺和二苯基二硒醚，对烯烃的范围进行了探索。作者发现芳环各位置取代基电子效应对反应影响较小，均可以中等至优秀收率得到胺硒化产物。多取代苯乙烯也可以很好地兼容反应。值得注意的是，未活化烷基烯烃（4v-w）和具有一定位阻的稠环烯烃（4x）也可以发生转化。但是，进一步增加烯烃空间环境位阻时，无反应发生（4y）。此外，该反应对杂环乙烯不兼容（4z）。 ![]()
(图片来源：Green Chem.)
多种芳胺对此反应都表现出极高的兼容性（Table 3）。苯胺的电子效应对反应的影响较为明显，缺电子芳胺的反应效率普遍较富电子芳胺高，这样的规律表明该反应经历胺的氧化/去质子机理的可能性较小。在此基础上，作者发现极缺电子的五氟苯胺也可以顺利发生反应，以高收率得到α-五氟苯氨基硒5y。此外，一些其他文献报道过的二级胺和芳香杂环胺也被证明可以很好地兼容反应。美中不足的是，烷基胺在此条件下无反应发生，作者推测这可能是因为烷基胺与铁的络合物在蓝光波段内无吸收。![]()
(图片来源：Green Chem.)
作者随后探索了几种二硒醚在已建立反应条件下的表现（Table 4）。其中，邻/对位取代的芳基硒醚电子效应对反应影响不大，均能以中等收率得到偶联产物。值得注意的是，烷基二硒醚同样适用于该反应，以28%的收率得到相应烷基硒醚，为有机硒类化合物的多样化合成提供了一种可行手段。但是，当作者以同一族的二苯基二硫醚为底物尝试合成α-氨基硫醚时，反应未发生，这可能是由于硫醚的还原性较相应的硒醚低。![]()
(图片来源：Green Chem.)
作者最后对反应机理进行了探索（Scheme 1）。通过对照试验，作者捕捉了可能中间体。首先通过对自由基捕获剂进行筛选，作者发现TEMPO对反应的抑制效应最强。向反应中加入5当量TEMPO时，目标产物4a收率降至41%，同时作者分离得到24% TEMPO加合物Ad。另外，向反应体系中引入10当量水时，作者以20%的收率得到了苯甲酰化产物Bp。![]()
(图片来源：Green Chem.)
作者进一步通过紫外-可见光谱探究反应可能历程（Fig 2）。作者发现当铁催化剂与苯胺在乙酸乙酯中混合时，混合物于469 nm处有最大吸收，该波长恰巧位于蓝光波段内，而催化剂单独或与其他组分混合时无此现象。烷基胺与催化剂络合物可能正是缺少在蓝光波段的吸收从而造成无反应发生。![]()
(图片来源：Green Chem.)
通过荧光淬灭实验，作者对铁-胺络合物激发态的淬灭物进行了研究（Fig 3）。Stern–Volmer曲线表明，二硒醚对该复合物具有淬灭作用而烯烃与该络合物并无相互作用。![]()
(图片来源：Green Chem.)
基于上述实验，作者提出了如下反应机理（Scheme 2）。铁-胺络合物A首先被蓝光激发生成激发态络合物B，其与二硒醚发生单电子转移生成二硒醚自由基正离子，硒硒键断裂生成硒自由基与硒正离子，两者均能与烯烃反应生成碳硒键，而受硒自由基进攻生成的苄基自由基D也会迅速被氧化生成苄基碳正离子E。碳正离子E随后受亲核性芳胺的进攻得到产物或与还原态的络合物C反应并释放出铁(II)，络合物C和铁(II)最终都被氧化生成相应的铁(III)完成催化循环。另一方面，碳正离子E也会被体系中的少量水分捕获，接着被进一步氧化得到含羰基的副产物Bp。![]()
(图片来源：Green Chem.)
总结：哈工大深圳校区的夏吾炯教授和杨超教授发展了一种无需外源添加剂的铁光氧化还原催化的烯烃硒胺化反应，该反应对不同的底物，包括非活化烯烃、芳香伯胺以及烷基二硒醚兼容，可用于多种碳硒键与碳胺键的同时构建，为具有重要功效的α-氨基硒醚的快速合成提供了行之有效的方案。通过多种手段，作者对反应机理进行了探索，创新性地提出了激发态的铁-胺络合物作为关键中间体的机理。该反应条件温和，绿色环保，在含硒有机物的合成及生产中具有较大的潜在应用价值。撰稿人：H. D.
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