Projektowanie i synteza małych cząsteczek jest kluczowe dla rozwoju szeregu dziedzin naukowych, w tym farmaceutyków, pestycydów, barwników organicznych i wielu innych 1. Reakcje Dielsa-Aldera (DA) i dehydro-Dielsa-Aldera (DDA) są szczególnie potężnymi narzędziami w syntezie małych związków cyklicznych i aromatycznych 2-4. Dodatkowo, termiczne reakcje dehydrogenacyjne DA styrenu dienu z dienofilami alkinowymi stanowią potencjalnie korzystną drogę do syntezy związków aromatycznych poprzez początkowe tworzenie cykloloadduktów, które mogą dalej aromatyzować w warunkach utleniania 5. Dzięki zastosowaniu termicznej wewnątrzcząsteczkowej reakcji dehydrogenacyjnej DA styrenu dienu z alkinami, problemy zwykle związane z wykorzystaniem styrenu jako dienu, takie jak niepożądana [2 + 2] cykloaddycja 5,6 i reakcje polimeryzacji 7 oraz słaba regioselektywność, są łagodzone i można wytwarzać związki naftalenu.
Termiczna wewnątrzcząsteczkowa reakcja dehydrogenacyjna DA styrenów z alkinami nie jest pozbawiona znacznych problemów. Po pierwsze, większość reakcji cierpi z powodu niskiej wydajności, długich czasów reakcji i wysokich temperatur reakcji 8-11. Ponadto wiele reakcji nie sprzyja wyłącznemu tworzeniu się produktu naftalenowego; Zarówno naftalen, jak i dihydronaftalen są wytwarzane, często jako nierozłączne mieszaniny w chromatografii kolumnowej 11,12. Wiązania prekursora styrenu są również ograniczone do heteroatomów i/lub ugrupowań karbonylowych. Podano tylko jeden przykład dla uwięzi całkowicie zawierającej węgiel, wymagającej warunków 250 °C czystych przez 48 godzin w celu uzyskania powstania naftalenu 10.
Oprócz ograniczonej różnorodności w zakresie wiązań materiałów wyjściowych, jednym z najpoważniejszych ograniczeń tej metodologii jest brak funkcjonalności tolerowanej w konwencjonalnych warunkach termicznych. Koniec alkinowy materiału wyjściowego jest albo niepodstawiony, albo dołączony do grupy fenylowej lub trimetylosililoowej (TMS) 8-13. W jednym przypadku wykazano, że ester na końcu alkinowym ulega reakcji dehydrogenacyjnej DA, ale w wyniku czego powstaje mieszanina produktów naftalenu i dihydronaftalenu 11. Późniejsza propozycja sugeruje, że grupa TMS dołączona do końca alkinowego jest niezbędna do osiągnięcia wyłącznego tworzenia naftalenu w wysokich wydajnościach 10. Niedobór różnorodnej funkcjonalności zgłaszany w termicznych reakcjach dehydrogenacyjnych DA poważnie ogranicza potencjał tej reakcji w kierunku tworzenia unikalnych struktur naftalenu.
Pragnienie różnorodności struktur naftalenowych wynika z ich funkcji jako małych cząsteczek budulcowych w kilku dziedzinach nauki, zwłaszcza organicznych barwników fluorescencyjnych 14,15. Doskonała rozdzielczość przestrzenna i czasy reakcji małych barwników organicznych do monitorowania zdarzeń w czasie rzeczywistym 16 doprowadziły do opracowania setek dostępnych na rynku związków fluorescencyjnych. Wiele z tych barwników to naftaleny o dyskretnych właściwościach fotofizycznych i chemicznych 15. Wybór barwników fluorescencyjnych o określonych właściwościach do monitorowania poszczególnych funkcji jest wyzwaniem, co prowadzi do rosnącego zapotrzebowania na nowe klasy fluoroforów o bardziej zróżnicowanych właściwościach fotofizycznych. W tym celu termiczna wewnątrzcząsteczkowa reakcja dehydrogenacyjna DA styrenów z alkinami, która pozwala na dywersyfikację unikalnego rusztowania naftalenowego, byłaby potencjalnie korzystna przy zastosowaniu do opracowania nowych barwników fluorescencyjnych zawierających naftalen.
Jako alternatywa dla konwencjonalnego ogrzewania, chemia wspomagana mikrofalami jest korzystna, ponieważ oferuje bardziej równomierne ogrzewanie próbki chemicznej, co prowadzi do wyższych wydajności chemicznej, szybszych szybkości reakcji, łagodniejszych warunków reakcji i często innej selektywności produktów 17. Zastosowanie mikrofalowych w porównaniu z konwencjonalnymi warunkami ogrzewania w wewnątrzcząsteczkowej reakcji dehydrogenacyjnej DA styrenów służy wyeliminowaniu wielu problemów związanych z tą metodologią poprzez skrócenie czasu reakcji z dni do minut, zwiększenie wcześniej słabych wydajności, obniżenie temperatur reakcji i zapewnienie bardziej selektywnego tworzenia pożądanego produktu naftalenowego. Warunki reakcji wspomaganej mikrofalami mogą również z większym prawdopodobieństwem ułatwić włączenie do produktów naftalenowych większej różnorodności funkcji, które wcześniej były nieosiągalne. Opisano tylko jeden wcześniejszy przykład wykorzystania warunków wspomaganych mikrofalami w reakcji dehydrogenacyjnej DA, w której 90% wydajność zarówno naftalenu, jak i dihydronaftalenu uzyskano w ciągu zaledwie 15 minut w temperaturze 170 °C 12.
Tutaj opisano wspomaganą mikrofalami wewnątrzcząsteczkową dehydrogenacyjną reakcję DA pochodnych styrenylu, która prowadzi do wyłącznego tworzenia funkcjonalizowanych i różnorodnych produktów naftalenowych w ciągu zaledwie 30 minut i z wysoką do ilościowej wydajnością 18. Użyteczność tego protokołu została dodatkowo wykazana przez jednoetapową konwersję produktu naftalenowego w nowy rozpuszczalnochromowy barwnik fluorescencyjny o właściwościach fotofizycznych, które rywalizują z popularnym na rynku barwnikiem Prodan 19.