导语
含硒/碲杂环化合物在药物、材料科学等领域具有广泛应用，尤其是二苯并[b,d]硒吩和二苯并[b,d]碲吩类结构，因其独特的光电性质和生物活性备受关注。然而传统的合成方法存在需使用过渡金属催化剂、化学计量的强氧化剂、危险试剂以及合成步骤长等不足，从而限制了其实用性。基于蔡进辉课题组长期致力于有机硒化学方向研究(Adv. Synth. Catal. 2025, 367, e202500210; Adv. Synth. Catal. 2025, 367, e202401477; Adv. Synth. Catal. 2024, 367, e202401146; J. Org. Chem. 2025, 90, 11197-11206; Green Synth. Catal. 2024, DOI: 10.1016/j.gresc.2024.05.008; ChemCatChem 2024, e202400929; J. Org. Chem. 2024, 89, 8632-8640; Eur. J. Org. Chem. 2023, 26, e202300968; Synlett 2025, 36, 835-840; Asian J. Org. Chem. 2025, 14, e00415; Eur. J. Org. Chem. 2025, 28, e202500202; Eur. J. Org. Chem. 2023, 26, e202300968; Chin. J. Org. Chem. 2025, DOI: 10.6023/cjoc202506004.)。且近年来，溴负离子催化的官能团化反应在有机合成方法学中展现出独特的优势，尤其是在温和条件下可实现C–Se/C–Te键的高效构建。基于课题组前期在溴负离子催化硒基化反应中取得的研究进展，于是作者设想开发一种无过渡金属、无强氧化剂参与的研究策略，利用廉价易得的溴化铵催化联芳基硼酸与硒/碲粉的自由基环化反应，高效合成多种二苯并硒吩、二苯并碲吩及苯并氧杂硒环类化合物。相关成果近日发表于J. Org. Chem. 2025, 90, 12683-12692（DOI: 10.1021/acs.joc.5c01441）。
(图片来源：J. Org. Chem.)
前沿科研成果
作者以[1,1′-联苯]-2-硼酸（1a）和硒粉为模型底物，系统筛选了溴代物催化剂、溶剂、温度等反应条件。最终确定最优条件为：NH4Br为催化剂（10 mol%），DMSO为溶剂，空气氛围，120oC下反应12小时，以99%的分离收率得到目标产物2a。控制实验表明，溴负离子、DMSO、空气体系均对该反应至关重要 (图1)。
图1. 条件优化 (图片来源：J. Org. Chem.)
在最佳反应条件下，作者探索底物的普适性。结果表明该方法具有良好的官能团兼容性和底物普适性。无论是给电子基（甲基、甲氧基）还是吸电子基（三氟甲基、氟、氯、溴）等取代的联芳基硼酸，均能以中等至优异的收率得到相应硒吩类产物2b–2f。此外，该方法还可用于合成多取代、稠环及杂芳环取代的硒吩衍生物2l–2q，有良好的结构多样性（图2）。
图2. 合成二苯并[b,d]硒吩底物拓展 (图片来源：J. Org. Chem.)
该催化体系同样适用于合成含氧或氮原子的二苯并硒杂六元环。在标准条件下，以(2-(4-氰基苯氧基)苯基)硼酸与硒粉反应，以中等收率得到了苯并氧杂硒环-2-甲腈 3a。使用(2-(间甲苯氧基)苯基)硼酸和(5-甲基-2-苯氧基苯基)硼酸为底物，可分别以良好至优异的收率获得3-甲基苯并氧杂硒环 3b和 2-甲基苯并氧杂硒环 3c。此外，该策略还能合成具有潜在应用价值的苯并[c]菲唑硒环 3d，收率高达88%。在该反应中可观察到区域选择性异构体的生成，例如从(2-(间甲苯氧基)苯基)硼酸出发，以72%的总收率得到2-甲基苯并氧杂硒环 3c与 4-甲基苯并氧杂硒环 3e的混合物（比例1:2.4）。该方法可成功构建结构复杂的、共轭的吲哚并[3,2,1-kl]吩噻嗪 3f，进一步证明了该方法在构建复杂硒杂环方面的高效性（图3）。
图3. 合成含氧或氮原子的二苯并硒杂六元环底物拓展 (图片来源：J. Org. Chem.)
该催化体系同样适用于碲粉，可成功合成了二苯并碲吩类化合物4a–4c，为这类二苯并碲杂环的合成提供了新途径（图 4）。
图4. 合成二苯并碲酚底物拓展 (图片来源：J. Org. Chem.)
为表明该策略具有一定的合成实用性，作者进行了5 mmol规模的放大实验，以93%的收率获得1.08克产物2a，反应效率未明显下降。此外，产物2a可进一步氧化为硒氧化物5，收率达98%，展示了良好的后续衍生潜力（图5）。
图5. 放大反应和氧化反应 (图片来源：J. Org. Chem.)
作者通过一系列自由基捕获实验、控制实验表明该反应可能经过溴离子催化合成联芳基硒自由基—环化—氧化芳构化途径进行。实验结果表明在该反应中DMSO不仅可用作于反应溶剂，还在反应中充当温和的氧化剂，与空气协同促进提高反应效率（图6）。
图6. 机理研究 (图片来源：J. Org. Chem.)
基于前人研究工作和机理实验，作者提出了合理的反应机理。一方面，联苯硼酸1a在Br–、DMSO和空气气氛下可能生成联苯基自由基A，该自由基与硒粉进一步反应，顺利生成中间体B。另一方面，溴离子在DMSO作用下被氧化成溴单质（Br₂），溴单质随后与硒粉作用生成中间体SeBr₂ (C)。随后，底物1a与物种C反应得到中间体D，并同时释放出HBO₂和HBr。在酸性条件下，物种D与HBr在DMSO作用下生成二硒醚7。中间体7在标准条件下均裂产生自由基B。物种B经过自由基环化/空气辅助氧化/去质子化连续过程顺利得到目标产物2a。另一种可能的路径是，自由基B首先在空气氛围下被氧化为硒正离子F，随后物种F通过亲电环化过程形成σ-配合物G，最终经过去质子化得到产物2a (图7)。
图7. 可能的反应机理(图片来源：J. Org. Chem.)
南华大学蔡进辉课题组开发了一种溴负离子催化成功实现了联芳基硼酸与硒/碲粉的一锅法自由基环化策略，构建了一系列二苯并[b,d]硒/碲吩和含氧或氮原子的二苯并硒杂六元环衍生物。该方法具有无需金属和强氧化剂参与、底物范围广、操作简便、可放大等优点，为含硒/碲功能分子的简便、绿色合成提供了新思路。
蔡进辉教授简介
蔡进辉，校聘教授，硕士生导师。2021年进入南华大学化学化工学院独立开展工作，主要研究方向为：廉价金属催化[2+2+n]环加成反应、有机电催化构建（硒基取代）杂环化合物、发展新型光催化剂诱导有机合成转化反应、有机硒化学。现主持国家自然科学基金青年项目、湖南省自然科学基金青年项目、南华大学博士科研启动基金等，迄今为止以通讯作者或第一作者在Chem、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、ACS Catal.、Chem Catal.、Org. Lett.、Green Chem.、Green Synth. Catal.、Org. Chem. Front.、Adv. Synth. Catal.、J. Org. Chem.等期刊上发表论文42篇，授权专利2项。