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

本实验方案的总体目标是合成一种杯[5]芳烃功能化的六螺烯，这是一种复杂的有机化合物，由三个通过点击化学反应连接的非平面多环芳烃单元组成。该方法包含一系列共六个反应步骤，采用多种常见的有机化学操作，例如自由基反应、碳-碳偶联反应或点击化学反应。

该方法的主要优势在于，通过对这些已知反应进行细微修改，即可对非平面多环芳烃化合物获得类似的结果。该方法有助于深入了解这一特殊化合物家族的化学性质。由于其性质与平面芳香族化合物并不完全相似，因此也可应用于扩展的四硫富瓦烯或七元轮烯等体系。

我们在研究主客体识别时，尝试将两个手性单元组装到螺烯骨架中，由此首次提出了本实验方案的构想。开始脱溴反应时，称取0.356 g的2,15-二甲基己基螺烯、374 g新近重结晶的N-溴代琥珀酰亚胺以及24 mg过氧化苯甲酰。

将所有固体置于装有磁力搅拌子的100 ml Schlenk烧瓶中。通过Schlenk线进行三次抽真空-充惰性气体循环，使固体处于氮气氛围下。然后加入21 ml四氯化碳。

通过相同的抽真空和重新填充过程并在剧烈搅拌下脱气。注意防止溶剂大量损失。使用油浴将混合物在77摄氏度下回流四小时。

可通过质子核磁共振（NMR）谱仪监测反应进程。在3.7 ppm至4.0 ppm之间应出现双峰，表明存在非对映异位的亚甲基。反应结束后，将混合物冷却至室温，并在减压下除去溶剂。

设置一个装有液氮的捕集阱，以防止泵被污染。将粗产物重新溶解于30 ml二氯甲烷中。然后将溶液转移至圆底烧瓶，并与4 g硅胶混合。

使用旋转蒸发仪浓缩混合物。同时，用硅胶填充层析柱，硅胶需预先用正己烷-乙酸乙酯作为流动相混合。将混合物加至层析柱顶部，然后在柱顶添加一层约2 cm厚的沙子。

小心倒入新的流动相。通过收集试管中的洗脱液进行层析，每管20 ml，接近目标产物溶液时改为每管4 ml。使用相同的流动相进行薄层层析检测各组分，并在紫外光下成像观察。

合并所有目标组分并使用旋转蒸发仪除去溶剂后，预期产物应为黄色油状物，其保留因子为0.35。进行合成时，称取0.103 g的2,15-双(溴甲基)六螺烯和0.390 g叠氮化钠。将两种固体置于配备磁力搅拌子的50 ml施伦克烧瓶中，并通入氮气氛围。

然后将8.6 ml四氢呋喃与5.2 ml水混合，并将混合溶剂倒入Schlenk烧瓶中。溶液脱气后，在65 °C下回流反应三小时。通过核磁共振氢谱（¹H NMR）监测反应进程。

亚甲基信号应移至百万分之3.75。随后将混合物冷却至室温，并在减压下除去四氢呋喃。然后用50 ml水稀释样品。

将混合物转移至分液漏斗中，用40 ml二氯甲烷萃取三次。合并所有有机相，并用50 ml蒸馏水洗涤。通过硅胶柱色谱纯化粗产物，以正己烷-乙酸乙酯为流动相，得到保留因子为0.38的黄色油状物。

对应于2,15-双(亚甲基)六螺烯。应得到70 mg产物，收率为80%。在此步骤之后，还需经过三个额外步骤以获得乙炔基咔啉。这些反应包括微波辅助的亲电芳香取代反应、随后的Sonogashira偶联反应以及进一步的脱保护反应。

所有这些步骤均在文中的实验方案中有详细说明。称取15.3 mg的两个15-双(乙酰甲基)六螺烯、20.0 mg的乙炔卡诺啉、1.4 mg的抗坏血酸钠盐以及1.7 mg的五水硫酸铜(II)。将所有固体置于一个配有磁力搅拌子的50 ml Schlenk烧瓶中，并在氮气氛围下进行操作。

一个非常关键的步骤是充分脱气溶剂混合物。将3 ml水与12 ml四氢呋喃混合，并将混合液倒入施伦克烧瓶中。充分脱气该溶液。

第二个重要事项是定期检查反应情况，以确保溶剂体积和温度适宜。否则，反应可能需要更长时间才能完成乙炔基化。将反应液在65摄氏度下加热三天，反应瓶顶部连接冷凝管。

定期检查反应以控制温度、搅拌和溶剂体积。通过核磁共振氢谱（1H NMR）监测反应：3.48 ppm 处的信号应消失，并转移至 7.27 ppm，表明乙炔基咔啉已消耗完毕，并生成了三唑结构单元。

反应结束后，在减压条件下除去四氢呋喃，并加入20 ml水稀释。将混合物转移至分液漏斗中，用20 ml二氯甲烷洗涤烧瓶。用二氯甲烷萃取混合物三次后，合并所有有机相于圆底烧瓶中，并在旋转蒸发仪中浓缩。

使用硅胶柱层析纯化粗产物，以正己烷-乙酸乙酯为洗脱剂，得到保留因子为0.59的淡黄色固体，产量应为27 mg，对应75%的产率。按照现有方法，可简便地以很高产率制备Carnoline和2,15-二甲基六螺烯。两条反应路径均以2,7-二甲基萘作为起始原料。

根据当前的合成路线，最终化合物由上述分子经过六步反应制备而成，实现了从发散式到收敛式合成的转变。最终组装依赖于著名的铜催化叠氮-炔环加成策略，即“点击反应”。通过该方法，可在合理的时间内以良好的产率制备出能够与富勒烯形成超分子相互作用的复杂有机分子。

观看本视频后，您应能充分理解如何将传统有机化学中已知的反应成功应用于构建具有有趣性质的复杂非平面多环芳烃分子的多步合成路线。