Введение

Изучение химических соединений, содержащих углерод-селеновые связи. Органоселеновая химия – это наука, исследующая свойства и реакционную способность органоселеновых соединений, химических соединений, содержащих углерод-селеновые химические связи. Селен, наряду с кислородом и серой, относится к группе 16 элементов, или халькогенам, и ожидается сходство в химии. Органоселеновые соединения обнаруживаются в следовых количествах в окружающей воде, почве и донных отложениях. Селен может существовать в степенях окисления −2, +2, +4, +6. Se(II) является доминирующей формой в органоселеновой химии. При движении вниз по группе 16 сила связи постепенно уменьшается (234 кДж/моль для связи C–Se и 272 кДж/моль для связи C–S), а длина связи увеличивается (C–Se 198 пм, C–S 181 пм и C–O 141 пм). Соединения селена более нуклеофильны и более кислые, чем соответствующие соединения серы. Значения pKa для H2X составляют 16 для кислорода, 7 для серы и 3,8 для селена. В отличие от сульфоксидов, соответствующие селеноксиды нестабильны в присутствии β-протонов, и это свойство используется во многих органических реакциях с участием селена, в частности, в окислениях селеноксидов и элиминировании селеноксидов. Первым выделенным органоселеновым соединением был диэтилселенид в 1836 году. Дизелениды (RSeSeR) являются селеновыми аналогами пероксидов и дисульфидов. Они служат полезными, стабильными при хранении предшественниками более реакционноспособных органоселеновых реагентов, таких как селенолы и селенилгалогениды. Наиболее известным в органической химии является дифенилдизеленид, получаемый из фенилмагнийбромида и селена с последующим окислением продукта PhSeMgBr. Селенилгалогениды (RSeCl, RSeBr) получают галогенированием дизеленидов. Бромирование дифенилдизеленида дает фенилселанилбромид (PhSeBr). Эти соединения являются источниками "PhSe+". Селениды (RSeR), также называемые селеноэфирами, являются селеновыми аналогами эфиров и сульфидов. Примером является диметилселенид ((CH3)2Se). Это наиболее распространенные органоселеновые соединения. Симметричные селениды обычно получают алкилированием солей селенидов щелочных металлов, например, селенида натрия. Несимметричные селениды получают алкилированием селеноатов. Эти соединения обычно реагируют как нуклеофилы, например, с алкилгалогенидами (R'X) с образованием солей селенония [RR'R"Se]+X−. Двухвалентный селен также может взаимодействовать с мягкими гетероатомами с образованием гипервалентных селеновых центров. В некоторых случаях они также могут реагировать как электрофилы, например, с органолитиевыми реагентами (R'Li) с образованием ате-комплекса R'RRSe–Li+. Селеноксиды (RSe(O)R) являются селеновыми аналогами сульфоксидов. Большинство из них нестабильны и подвергаются селеноксидному элиминированию, но могут быть окислены до селенонов (RSe(O)2R), селеновых аналогов сульфонов. Селеновая кислота (RSeOH) является промежуточным продуктом в окислении селенолов. Она встречается в некоторых селеноферментах, таких как глутатионпероксидаза. Селениновые кислоты (RSe(O)OH) являются аналогами сульфиновых кислот. Селеноновые кислоты (RSe(O)2OH) являются аналогами сульфоновых кислот. Пероксиселениновые кислоты (RSe(O)OOH) катализируют реакции эпоксидирования и окисления Баера-Виллигера. Селенураны – это гипервалентные органоселеновые соединения, формально полученные из тетрагалогенидов, таких как SeCl4. Примеры имеют вид ArSeCl3. Хлориды получают хлорированием селененилхлорида. Селенираны – это трехчленные кольца (базовое соединение – селениран или селенациклобутан C2H4Se), связанные с тииранами, но, в отличие от тииранов, селенираны кинетически нестабильны, выделяя селен непосредственно (без окисления) с образованием алкенов. Это свойство используется в синтетической органической химии. Селоны (R2C=Se) являются селеновыми аналогами кетонов. Они редки из-за их тенденции к олигомеризации. Дизеленобензохинон стабилен в виде металлического комплекса. Селеномочевина является примером стабильного соединения, содержащего связь C=Se. Тиоселениды (RSeSR), соединения с селеновыми(II)–серными(II) связями, аналогичные дисульфидам.

Соединения органоселена в природе

Селен в форме органоселеновых соединений является жизненно важным микроэлементом, дефицит которого в рационе приводит к дисфункции сердечной и скелетной мускулатуры. Органоселеновые соединения необходимы для клеточной защиты от окислительного повреждения и правильного функционирования иммунной системы. Они также могут играть роль в профилактике преждевременного старения и рака. Источником селена, используемого в биосинтезе, является селенофосфат. Глутатионовая пероксидаза – это фермент, содержащий селенол в активном центре. Органоселеновые соединения обнаружены в высших растениях. Например, анализ чеснока методом высокоэффективной жидкостной хроматографии, соединенной с индуктивно связанной плазменной масс-спектрометрией (ВЭЖХ-ИСП-МС), показал, что γ-глутамил-метилселеноцистеин является основным селенсодержащим компонентом, наряду с меньшим количеством метилселеноцистеина. Следовые количества диметилселенида и аллилметилселенида обнаруживаются в выдыхаемом воздухе человека после употребления сырого чеснока.

Селеноцистеин и селенометионин

Селеноцистеин, называемый двадцать первой аминокислотой, необходим для синтеза белка, направляемого рибосомами, в некоторых организмах. В настоящее время известно более 25 белков, содержащих селен (селенопротеинов). Большинство селензависимых ферментов содержат селеноцистеин, который является аналогом цистеина, но с селеном вместо серы. Эта аминокислота кодируется в ДНК особым образом. Селеносульфиды также предлагаются в качестве биохимических промежуточных соединений. Селенометионин – это аминокислота, содержащая селенид, которая также встречается в природе, но образуется в результате посттранскрипционной модификации.

Селениды виниловые

Виниловые селениды – это органоселеновые соединения, играющие роль в органическом синтезе, особенно в разработке удобных стереоселективных методов получения функционализированных алкенов. Хотя для получения виниловых селенидов описано множество методов, более эффективный подход основан на нуклеофильном или электрофильном присоединении органоселеновых соединений к терминальным или внутренним алкинам. Например, нуклеофильное присоединение селенофенола к алкинам предпочтительно приводит к образованию Z-виниловых селенидов при более длительном времени реакции при комнатной температуре. Реакция протекает быстрее при повышенной температуре, однако образуется смесь Z- и E-виниловых селенидов в соотношении, близком к 1:1. С другой стороны, состав продуктов зависит от природы заместителей при тройной связи. В то же время, виниловые селениды можно получить посредством палладий-катализируемого гидроселенирования алкинов, что позволяет получить аддукт Марковникова с хорошим выходом. Существуют определенные ограничения, связанные с вышеописанными методами получения виниловых селенидов: описанные процедуры используют диорганоилдиселениды или селенофенол в качестве исходных веществ, которые являются летучими, нестабильными и обладают неприятным запахом. Кроме того, синтез этих соединений является сложным.

Окисления селеноксидом

Диоксид селена полезен в органическом окислении. В частности, SeO2 превращает аллильную метиленовую группу в соответствующий спирт. Ряд других реагентов также вызывают эту реакцию. С точки зрения механизма реакции, SeO2 и аллильный субстрат реагируют посредством перициклического процесса, начинающегося с ene-реакции, которая активирует C-H связь. Вторым этапом является [2,3]-сигматропная перегруппировка. Окисления с участием диоксида селена часто проводят с использованием каталитических количеств соединения селена и в присутствии катализатора-акцептора или соокислителя, такого как перекись водорода. Окисления на основе SeO2 иногда приводят к образованию карбонильных соединений, таких как кетоны, β-пинен и циклогексанон, окисляющихся до 1,2-циклогександиона. Окисление кетонов, содержащих α-метиленовые группы, дает дикетоны. Этот тип окисления оксидом селена называется окислением Райли.

Удаление селеноксида

В присутствии β-водорода селенид после окисления подвергается реакции элиминирования, в результате чего образуется алкен и селенопероксосоединение SeO. Селенопероксосоединение SeO является высокореактивным и обычно не выделяют в чистом виде. В реакции элиминирования все пять участвующих реакционных центров копланарны, поэтому стереохимия реакции – син-элиминирование. В качестве окислителей используют перекись водорода, озон или MCPBA. Этот тип реакции часто применяется к кетонам с образованием энонов. Примером может служить элиминирование ацетилциклогексанона бензенезеленилхлоридом и гидридом натрия. Элиминирование Гриеко – это аналогичное селеноксидное элиминирование, использующее o-нитрофенилселеноцианат и трибутилфосфин для отщепления элементов H2O.