通过铜(I)催化非平面多环芳烃单元的炔烃-叠氮环加成反应制备杯芳烯功能化的六螺烯

摘要

本文介绍了一种合成复杂有机化合物的方案，该化合物由三个非平面的多环芳烃单元组成，可通过简便的方法以合理的产率进行组装。

摘要

本视频的主要目的是展示一种汇聚式合成的6个反应步骤，并制备一种包含最多三个非平面多环芳烃单元的复杂分子，其中包含两个碗烯片段以及一个连接它们的外消旋六螺烯。本文所描述的化合物是富勒烯的良好主体分子。实验中采用了多种常见的有机反应，例如自由基反应、碳-碳偶联反应或点击化学反应，以展示该化合物可接受的多种官能化途径。所有这些反应均适用于平面芳香分子；通过细微的修饰，同样可以实现对非平面多环芳烃化合物的类似转化。

引言

由于其特殊的几何结构，碗烯（corannulene）和螺烯（helicenes）能够形成显著偏离平面的分子构型，从而展现出有趣的性质。^1-15 近年来，寻找可识别碳纳米管和富勒烯的分子受体成为一个非常活跃的研究领域^16-19，这主要归因于它们在有机太阳能电池、晶体管、传感器及其他器件中潜在的应用价值。^20-28 碗烯与富勒烯之间优异的形状互补性引起了多位研究人员的关注，旨在设计出能够通过色散力实现超分子结合的分子受体。^29-39

上述非平面多环芳烃化合物的化学性质与完全平面分子的化学性质相似，但有时难以找到合适的反应条件以实现所需的反应选择性和产率。⁴⁰ 本文中，我们采用每间科研实验室都具备的简便且典型的技术，通过少数几步反应，以较高产率合成了一个含有三个多环芳烃单元的分子（7）。该分子具有重要意义，因为它能够采取类似钳形的构象，在溶液中与C₆₀³⁷形成良好的相互作用；同时，由于其含有的螺烯连接基团是一种因存在立体生成轴而具有手性的分子，该化合物有望作为识别更高阶手性富勒烯的潜在受体，从而开辟新的研究方向。^41-45 然而，本研究中仅使用外消旋的螺烯。

目前，合成这些受体的唯一限制在于螺旋烯和碗烯的制备，因为它们尚....

方案

1. 功能化修饰 2,15-二甲基六苯并螺烯

1. 2,15-二甲基六螺烯的二溴化反应
   1. 称取0.356 g（1.0 mmol）2,15-二甲基六螺烯、0.374 g（2.1 mmol）新重结晶的N-溴代琥珀酰亚胺（NBS）以及24 mg（0.07 mmol）过氧化苯甲酰（BPO）（质量分数70%，含30%水作为稳定剂）。将所有固体置于一个带有磁力搅拌子的100 ml施伦克烧瓶中。通过施伦克线进行三次抽气-充惰性气体循环，以建立氮气氛围。
   2. 加入21 ml四氯化碳（CCl₄）。在剧烈搅拌下，使用相同的抽气-充气过程（步骤1.1.1）对溶液进行脱气，操作需小心，以防止溶剂大量挥发。
   3. 将混合物置于油浴中回流加热（77 °C）4小时。通过¹H-核磁共振（NMR）监测反应进程。应在3.7 ppm至4.0 ppm之间出现双重峰，表明存在非对映异位的-CH₂-基团（图1）。
   4. 反应完成后，将混合物冷却至室温，并在减压下除去溶剂。使用液氮填充冷阱，以防止泵被污染。
   5. 将粗产物重新溶解于30 ml二氯甲烷（DCM）中，转移至圆底烧瓶，并与4 g硅胶混合（通常为粗产物质量的5倍）。在旋转蒸发仪中浓缩该混合物。
   6. 同时，用已预先....

结果

根据现有方法，可简便地以较高产率制备碗烯（3a）和2,15-二甲基六螺烯（3b）^46-48 （图5）。二者均以2,7-二甲基萘作为共同的起始原料，由此实现了从发散到收敛的最终分子合成路径。

图 5：杯[5]芳烃和2,15-二甲基六螺烯的合成路线示意图。.......

讨论

从非平面多环芳烃前体3a和3b出发，经过6步反应，以中等至很高的产率制备得到了最终化合物7。该合成路线中观察到的主要限制是两种非平面多环芳烃的溴化反应。然而，在化合物4a的情况下，可回收较大量的游离碗烯用于后续使用。化合物4b的合成是最困难的步骤，因为若反应时间超过上述报道的时间，会出现多溴化副反应。此外，其纯化也较为困难，因为副产物具有相似的Rf值。因此，必须进行非常长的柱层析，并使用大量溶剂才能获得光谱纯的样品。但在本研究报道的合成路线中，这并非实质性缺点，因为即使使用含杂质的4b批次，化合物5b也能被轻松纯化。因此，4b的纯度并非.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
2,15-二甲基六螺烯	N/A	N/A	根据正文参考文献5b,c的方法制备。
碗烯	N/A	N/A	根据正文参考文献5a的方法制备。
N-溴代琥珀酰亚胺（NBS）	Sigma Aldrich	B8.125-5	ReagentPlus®，99%。从热水中重结晶。
过氧化苯甲酰（BPO）	Sigma Aldrich	B-2030	~70%（滴定值）。含30%水作为稳定剂。
叠氮化钠	Sigma Aldrich	S2002	ReagentPlus®，≥99.5%。
三氯化金水合物	Sigma Aldrich	50778	纯级p.a.，ACS试剂，≥49% Au含量。
三甲基硅基乙炔	Sigma Aldrich	218170	98%
[PdCl2(dppf)]	N/A	N/A	根据正文参考文献6的方法制备。
CuI	N/A	N/A	根据正文参考文献7的方法制备。
KF	Sigma Aldrich	307599	99%，喷雾干燥。
(+)-L-抗坏血酸钠	Fluka	11140	BioXtra，≥99.0%（NT）。
五水硫酸铜(II)	Panreac	131270	用于分析。
四氯化碳（CCl4）	Fluka	87030	用于红外光谱，≥99.9%。
二氯甲烷（DCM）	Fisher Scientific	D/1852/25	分析纯试剂。使用前蒸馏。
正己烷	Fisher Scientific	H/0355/25	分析纯试剂。使用前蒸馏。
乙酸乙酯	Scharlau	AC0145025S	试剂级。使用前蒸馏。
四氢呋喃（THF）	Fisher Scientific	T/0701/25	分析纯试剂。使用前蒸馏。
1,2-二氯乙烷（DCE）	Sigma Aldrich	D6,156-3	ReagentPlus®，99%。
甲醇（MeOH）	VWR	20847.36	AnalaR NORMAPUR。
三乙胺（NEt3）	Sigma Aldrich	T0886	≥99%
硅胶	Acros	360050010	粒径40-60 mm。
低铁砂	Fisher Scientific	S/0360/63	通用级。
TLC硅胶60 F254	Merck	1.05554.0001
Monowave 300（微波反应器）	Anton Para
超声波清洗器	Grupo Selecta	3000513	6升。