Кіріспе
Органоселен химиясы – органоселен қосылыстарының қасиеттері мен реактивтілігін зерттейтін ғылым. Селен оттегі мен күкірт сияқты 16-шы топ элементтеріне, яғни халкогендерге жатады, сондықтан химиялық қасиеттерінде ұқсастықтар болуы мүмкін. Органоселен қосылыстары қоршаған ортаның суларында, топырақта және шөгінділерде аздаған мөлшерде кездеседі. Селен -2, +2, +4, +6 тотығу күйлерін қабылдауы мүмкін. Se(II) органоселен химиясында ең көп кездесетін форма. 16-шы топқа қарай байланыс күші әлсірейді (C–Se байланысы үшін 234 кДж/моль, ал C–S байланысы үшін 272 кДж/моль) және байланыс ұзындығы артады (C–Se 198 пм, C–S 181 пм және C–O 141 пм). Селен қосылыстары сәйкес күкірт қосылыстарына қарағанда нуклеофильдік және қышқылдық қасиеттері жоғары. XH2 үшін pKa мәні оттегі үшін 16, күкірт үшін 7 және селен үшін 3,8-ге тең. Сулфоксидтерден өзгеше, сәйкес селеноксидтер β-протонның қатысуында тұрақсыз болады, бұл қасиет селеннің көптеген органикалық реакцияларында, әсіресе селеноксидтерді тотықтыру және селеноксидтерді жою реакцияларында пайдаланылады. Алғашқы органоселен қосылысы – диэтилселенид, ол 1836 жылы бөліп алынған. Дизеленидтер (RSeSeR) – пероксидтер мен дисульфидтердің селендік эквиваленттері. Олар селенолдар мен селанил галоидтары сияқты реактивті органоселен реагенттерінің тұрақты прекурсорлары болып табылады. Органикалық химияда ең танымал мысал – дифенилдизеленид, ол фенилмагний бромиді мен селеннен дайындалады, содан кейін PhSeMgBr өнімін тотықтыру арқылы алынады. Селанил галоидтары (RSeCl, RSeBr) дизеленидтерді галогендеу арқылы дайындалады. Дифенилдизеленидті брондау нәтижесінде фенилселанилбромид (PhSeBr) алынады. Бұл қосылыстар “PhSe+” ионының көзі болып табылады. Селенидтер (RSeR), сондай-ақ селеноэфирлер деп те аталады, эфирлер мен сульфидтердің селендік эквиваленттері. Мысалы, диметилселенид ((CH3)2Se). Бұл органоселен қосылыстарының ең көп таралғандары. Симметриялық селенидтер әдетте сілті металдарының селенидтерімен, мысалы, натрий селенидімен алкилдеу арқылы дайындалады. Симметриялық емес селенидтер селеноаттарды алкилдеу арқылы алынады. Бұл қосылыстар әдетте нуклеофилдер ретінде реакцияға қатысады, мысалы, алкил галогенидтерімен (R'X) селеноний тұздарын [RR'R"Se]+X− түзетін реакцияларға түседі. Дивалентті селен жұмсақ гетероатомдармен өзара әрекеттесіп, гипервалентті селен орталықтарын құрауы мүмкін. Олар кейбір жағдайларда электрофильдер ретінде де реакцияға қатысады, мысалы, органолитий реагенттерімен (R'Li) R'RSe–Li+ комплексін түзетін реакцияларға түседі. Селеноксидтер (RSe(O)R) – сульфоксидтердің селендік эквиваленттері. Көбінесе тұрақсыз, селеноксидті жою реакциясына түседі, бірақ селенондарға RSe(O)2R, сульфондардың селендік аналогтарына дейін тотықтырылуы мүмкін. Селен қышқылы (RSeOH) – селенолдарды тотықтыру кезіндегі аралық өнім. Олар кейбір селеноферменттерде, мысалы, глутатион пероксидазада кездеседі. Селенинді қышқылдар (RSe(O)OH) – сульфинді қышқылдардың аналогтары. Селенонды қышқылдар (RSe(O)2OH) – сульфон қышқылдарының аналогтары. Пероксиселенді қышқылдар (RSe(O)OOH) эпоксидтеу және Баер-Виллигер тотығу реакцияларын катализдейді. Селенурандар – гипервалентті органоселен қосылыстары, формальды түрде SeCl4 сияқты тетрагалогенидтерден алынған. Мысалы, ArSeCl3. Хлоридтер селеннилхлоридті хлорлау арқылы алынады. Селенирандар – үш мүшелі циклдар (негізгі қосылысы селениран немесе селенациклобутан C2H4Se), тиирандарға ұқсас, бірақ тиирандардан айырмашылығы, селенирандар кинетикалық тұрақсыз, селенді тікелей (тотығусыз) бөліп шығарып алкендерді түзетін реакцияларға түседі. Бұл қасиет синтетикалық органикалық химияда қолданылады. Селондар (R2C=Se) – кетондардың селендік аналогтары. Олигомерленуге бейімділігіне байланысты сирек кездеседі. Дизеленбензохинон металл комплексі түрінде тұрақты. Селеноурия – C=Se байланысы бар тұрақты қосылыстың мысалы. Тиоселенидтер (RSeSR), дисульфидтерге ұқсас селен(II)–күкірт(II) байланыстары бар қосылыстар.
Organoselenium chemistry is the science exploring the properties and reactivity of organoselenium compounds, chemical compounds containing carbon to selenium chemical bonds. Selenium belongs with oxygen and sulfur to the group 16 elements or chalcogens, and similarities in chemistry are to be expected. Organoselenium compounds are found at trace levels in ambient waters, soils and sediments. Selenium can exist with oxidation state −2, +2, +4, +6. Se(II) is the dominant form in organoselenium chemistry. Down the group 16 column, the bond strength becomes increasingly weaker (234 kJ/mol for the |C\sSe bond and 272 kJ/mol for the |C\sS bond) and the bond lengths longer (|C\sSe 198 pm, |C\sS 181 pm and |C\sO 141 pm). Selenium compounds are more nucleophilic than the corresponding sulfur compounds and also more acidic. The pKa values of |XH2 are 16 for oxygen, 7 for sulfur and 3.8 for selenium. In contrast to sulfoxides, the corresponding selenoxides are unstable in the presence of β protons and this property is utilized in many organic reactions of selenium, notably in selenoxide oxidations and in selenoxide eliminations. The first organoselenium compound to be isolated was diethyl selenide in 1836. Diselenides (|R\sSe\sSe\sR) are the selenium equivalents of peroxides and disulfides. They are useful shelf stable precursors to more reactive organoselenium reagents such as selenols and selanyl halides. Best known in organic chemistry is diphenyldiselenide, prepared from phenylmagnesium bromide and selenium followed by oxidation of the product PhSeMgBr. Selanyl halides (|R\sSe\sCl, R\sSe\sBr) are prepared by halogenation of diselenides. Bromination of diphenyldiselenide gives phenylselanyl bromide (PhSeBr). These compounds are sources of "|PhSe+". Selenides (|R\sSe\sR), also called selenoethers, are the selenium equivalents of ethers and sulfides. One example is dimethylselenide (|(CH3)2Se). These are the most prevalent organoselenium compounds. Symmetrical selenides are usually prepared by alkylation of alkali metal selenide salts, e. g. sodium selenide. Unsymmetrical selenides are prepared by alkylation of selenoates. These compounds typically react as nucleophiles, e. g. with alkyl halides (|R'\sX) to give selenonium salts |[RR'R"Se]+X−. Divalent selenium can also interact with soft heteroatoms to form hypervalent selenium centers. They also react in some circumstances as electrophiles, e. g. with organolithium reagents (R'Li) to the ate complex |R'RRSe−Li+. Selenoxides (|R\sSe(\dO)\sR) are the selenium equivalents of sulfoxides. Most are unstable, undergoing the selenoxide elimination, but can be notionally oxidized to selenones |R\sSe(\dO)2\sR, the selenium analogues of sulfones. Selenenic acid (|R\sSe\sOH) are intermediates in the oxidation of selenols. They occur in some selenoenzymes, such as glutathione peroxidase. Seleninic acids (|R\sSe(\dO)\sOH) are analogues of sulfinic acids. Selenonic acids (|R\sSe(\dO)2\sOH) are analogues of sulfonic acids. Peroxyseleninic acids (|R\sSe(\dO)\sOOH) catalyse epoxidation reactions and Baeyer–Villiger oxidations. Selenuranes are hypervalent organoselenium compounds, formally derived from the tetrahalides such as |SeCl4. Examples are of the type |Ar\sSeCl3. The chlorides are obtained by chlorination of the selenenyl chloride. Seleniranes are three membered rings (the parent compound is selenirane or selenacyclobutane |C2H4Se) related to thiiranes but, unlike thiiranes, seleniranes are kinetically unstable, extruding selenium directly (without oxidation) to form alkenes. This property has been utilized in synthetic organic chemistry. Selones (|R2C\dSe) are the selenium analogues of ketones. They are rare due to their tendency to oligomerize. Diselenobenzoquinone is stable as a metal complex. Selenourea is an example of a stable compound containing a C=Se bond. Thioselenides (|R\sSe\sS\sR), compounds with selenium(II)–sulfur(II) bonds, analogous to disulfides.
Табиғаттағы органоселен қосылыстары
Органоселен қосылыстары түріндегі селен – диетада жетіспеуі жүрек бұлшық еті мен қаңқаның дисфункциясына алып келетін маңызды микроэлемент. Органоселен қосылыстары жасушаларды тотығу зақымдарынан қорғау және иммундық жүйенің қалыпты жұмыс істеуі үшін қажет. Олар сондай-ақ ерте қартаюдың және қатерлі ісіктердің алдын алуға да көмектеседі. Биосинтезде қолданылатын селеннің көзі – селенофосфат. Глутатион оксидаза – активті ортасында селенол бар фермент. Органоселен қосылыстары жоғары сатыдағы өсімдіктерде табылды. Мысалы, сарымсақты жоғары өнімді сұйық хроматографиясы және индуктивті түрлендірілген плазмалық массалық спектрометрия (HPLC ICP MS) әдістерімен талдау кезінде γ-глутамил Se метилселеноцистеиннің, аз мөлшерде метилселеноцистеинмен бірге, басты құрауыш екендігі анықталды. Шикі сарымсақ жегеннен кейін адамның демінде диметилселенид пен аллилметилселенидтің шамалы мөлшері табылды.
Селеноцистеин және селенометионин
Селеноцистеин, жиырма бірінші аминқышқылы деп аталады, кейбір организмдерде рибосома арқылы бағытталатын ақуыз синтезі үшін қажет. Қазірге 25-тен астам селен қамтитын ақуыздар (селенопротеиндер) белгілі. Селенге тәуелді ферменттердің көпшілігі селеноцистеиннен тұрады, ол цистеиннің аналогы, бірақ күкірт орнына селенмен алмастырылған. Бұл аминқышқылы ДНК-да ерекше тәсілмен кодталады. Селенсульфидтер биохимиялық аралық заттар ретінде де қарастырылады. Селенметионин – селенид тобын қамтитын, сонымен қатар табиғатта кездесетін, бірақ транскрипциядан кейінгі өзгерістер арқылы түзілетін аминқышқылы.
Винил селенидтері
Винил селенидтері – органоселенді қосылыстар болып табылады, олар органикалық синтезде, әсіресе функционалды алкендерге қолайлы стереоселективті жолдарды әзірлеуде маңызды рөл атқарады. Винил селенидтерін дайындаудың әртүрлі әдістері айтылғанмен, тиімді әдіс терминалды немесе ішкі алкиндерге нуклеофильді немесе электрофильді органоселенді қосылуға негізделген. Мысалы, селенофенолдың алкиндерге нуклеофильді қосылуы бөлме температурасында ұзақ реакция уақытынан кейін басым түрде Z винил селенидтерін береді. Реакция жоғары температурада жылдамырақ өтеді, бірақ Z және E винил селенидтерінің қоспасы шамамен 1:1 арақатынаста алынады. Ал, адукттар үштік байланыстағы топтардың табиғатына байланысты өзгереді. Керісінше, винил селенидтерін алькиндердің палладий катализделген гидроселенациясы арқылы дайындауға болады, нәтижесінде Марковников адукті жақсы түсіммен алуға мүмкіндік туады. Жоғарыда сипатталған винил селенидтерін дайындау әдістерінің кейбір шектеулері бар; аталған процедураларда диорганоил диселенидтері немесе селенофенол бастапқы материалдар ретінде қолданылады, олардың бәрі ұшпалы, тұрақсыз және жағымсыз иіске ие. Сонымен қатар, осы қосылыстарды дайындау процесі де күрделі.
Селеноксидтің тотығулары
Селен диоксиді органикалық тотығуда қолданылады. Атап айтқанда, SeO2 аллильді метилен тобын сәйкес спиртке айналдырады. Бұл реакцияны тудыратын басқа да реагенттер бар. Реакция механизмі тұрғысынан, SeO2 және аллильді субстрат C\sH байланысын белсендіретін ен реакциясымен басталатын перициклдік процесс арқылы өзара әрекеттеседі. Екінші қадам – [2,3] сигматроптық реакция. Селен диоксидімен жүзеге асырылатын тотығулар көбінесе селен қосылысының каталитикалық мөлшерімен және құрбандық катализаторы немесе сутек пероксиді сияқты қосымша тотықтырғышпен жүргізіледі. SeO2 негізіндегі тотығулар кейде кетондар, β-пинен және циклогексанон сияқты карбонил қосылыстарын 1,2-циклогександионға тотықтырады. α-метилен топтары бар кетондардың тотығуы дикетондарды береді. Селен оксидімен тотығудың осы түрі Райли тотығуы деп аталады.
Селеноксидтердің жойылуы
β-сутегі бар селенид тотығудан кейін жою реакциясын береді, нәтижесінде алкен және SeO селенопероксол түзіледі. SeO селенопероксолы өте реактивті және оқшауланбайды. Бұл жою реакциясында қатысатын бес реакциялық орталықтың барлығы бір жазықтықта орналасқан, сондықтан реакцияның стереохимиясы син болады. Окистендіргіштер ретінде сутек пероксиді, озон немесе MCPBA қолданылады. Бұл реакция түрі көбінесе кетондармен энондар алу үшін қолданылады. Мысалы, ацетилциклогексанонның бензенселенилхлорид және натрий гидридпен жою реакциясы. Гриеко жоюы – бұл селеноксидтің жоюына ұқсас реакция, ол o-нитрофенилселеноцианат пен трибутилфосфин қолданылып, |H2O элементтерінің жоюын тудырады.