通过钾介导环化及后期噻蒽化(Thianthrenation) streamlined合成官能团化二苯并[a,e]戊搭烯(Dibenzo[a,e]pentalene, DBP)

《RSC Advances》：Streamlined synthesis of functionalized dibenzo[a,e]pentalenes through potassium-mediated cyclization and late-stage thianthrenation

　　

本文报道一种简便且可放大的二苯并[a,e]戊搭烯(DBP)骨架合成平台。通过对TIPS(三异丙基硅基)保护的苯乙炔进行钾介导环化，研究人员能够获得数十克级(>25 g)的5,10-TIPS保护DBP关键中间体，并可进行进一步的复杂性提升转化。对戊搭烯(pentalene)核进行卤代脱硅(halodesilylation)，以及对稠合苯环进行芳基噻蒽化(aryl thianthrenation)，可实现高度模块化的合成路径，通向复杂的DBP基结构。

研究背景与意义

二苯并[a,e]戊搭烯(Dibenzo[a,e]pentalene, DBP)因其在有机材料科学中的潜在应用——包括单分子电子学、共价有机框架(COFs)、纳米环(nanohoops)及有机光电器件——而备受关注。现有合成策略主要包括二酮还原脱水法、过渡金属催化邻位取代芳基乙炔均/交叉环化法、Sondheimer–Wong二炔卤化法及碱金属介导芳基乙炔环化法。然而，已有方法普遍存在以下缺陷：(a) 关键二卤代DBP中间体产率低、难以实现数十克级制备；(b) 5,10-位取代模式在骨架组装后受限或缺乏合适官能团进行后续衍生化；(c) 对DBP稠合苯环的后期官能化手段匮乏（常规亲电取代如溴化、甲酰化及Friedel–Crafts酰基/烷基化均失败）。因此，开发兼具克级规模骨架构建能力与多位点模块化后期官能化能力的合成平台具有重要学术与实用价值。本研究发表于《RSC Advances》。

主要关键技术方法

研究人员选用Saito等人报道的碱金属介导邻位硅基保护苯乙炔还原环化反应为一锅法构筑DBP骨架，筛选钾金属与TIPS保护基以获得最佳产率及>25 g规模中间体；开发以N-卤代丁二酰亚胺(NXS)替代单质卤素的卤代脱硅(halodesilylation)条件（碘代采用自由基/光引发，溴代采用强酸介质）制备5,10-二溴/二碘DBP；以Ritter等人协议优化DBP芳环的芳基噻蒽化(aryl thianthrenation)引入噻蒽鎓盐(thianthrenium salt, TT⁺-salt)，并通过添加内碱(卢剔啶, lutidine)避免TIPS脱落；最后对所得二卤DBP及TT⁺-DBP分别进行钯催化Sonogashira、Heck、Suzuki偶联及Buchwald–Hartwig胺化/Miyaura硼酸化等交叉偶联反应验证平台普适性。

研究结果

Introduction

研究人员综述四种经典DBP合成路径并指出其局限，选定碱金属介导环化为平台基础，因其可一步形成两个环与三根键（具高B?ttcher评分），且生成的5,10-三烷基硅基DBP可通过卤代脱硅转化为高价值二卤代DBP中间体，进而结合后期苯环噻蒽化实现全骨架多样化修饰。

Results and discussion

研究人员优化钾介导环化条件（金属钾/THF或类似醚类溶剂/TIPS保护基），成功以>25 g规模制备5,10-双(三异丙基硅基)-DBP（化合物11），证实该步涉及形式上Birch还原或碱金属诱导自由基转化，单步大幅提升分子复杂度。针对TIPS空间位阻导致的难脱硅问题，筛选发现N-碘代丁二酰亚胺(NIS)在自由基或光引发下及N-溴代丁二酰亚胺(NBS)在三氟乙酸(TFA)等强酸中可有效实现碘代（化合物13）与溴代（化合物12）脱硅，克级产率>90%，操作简便。获得二卤DBP（12, 13）后，研究人员进行多类Pd催化交叉偶联：Sonogashira偶联引入芳基/硅基乙炔制得单重态裂分(singlet-fission)发色团模型（如14, 16–21），其中化合物14合成由6步缩为3步，总产率由16%提升至62%；Heck偶联得聚烯型DBP（22, 23）；Suzuki偶联得芳基化DBP（24–27），含非对称单取代产物；Buchwald–Hartwig及亲核芳香取代引入C–N/C–S键得叔胺（28）及芳基硫醚（29–31）。为拓展苯环修饰，研究人员尝试并确立DBP首例芳基噻蒽化：以TT⁺-盐形成条件（噻蒽二氧化物/三氟甲磺酸/TFA/卢剔啶）对含5,10-TIPS或5,10-卤素的DBP处理，TIPS存在下得单噻蒽化产物（34，NMR产率最高52%），卤代DBP噻蒽化具完全区域选择性；TIPS保护对避免偶联中TT⁺与卤素竞争至关重要。TT⁺-DBP（34）可顺利经Suzuki、Sonogashira、Heck及Miyaura硼酸化（得芳基硼酸酯39）进行苯环多样化修饰。噻蒽化亦耐受少量（<10%）区域异构体混合物。综上，平台实现戊搭烯核5,10-位（通过二卤中间体）与稠合苯环（通过噻蒽化）的双维后期官能化。

Conclusions

研究人员总结：本研究描述了一种广泛取代DBP衍生物的综合合成平台。通过还原自由基环化反应从简单原料快速实现多十克级DBP骨架构建。5,10-位TIPS基团作为卤代脱硅前体，使用常规试剂（自由基/光化学/酸性条件）实现脱硅，两步骤序列获系列5,10-官能化DBP。最终，稠合苯环的芳基噻蒽化使平台能产出复杂甚至三取代DBP衍生物。

Author contributions / Conflicts of interest / Data availability

合成由Marcell M. Bogner, Bence Sóvári, Péter P. Kalapos, Péter J. Mayer, Márton Heged?s及Attila Kunfi完成；NMR表征由Gábor Turczel完成；晶体结构由Anna J. Kiss-Szemán及Veronika Harmat解析；课题由Gábor London提出；手稿由Marcell M. Bogner, Bence Sóvári及Gábor London撰写。作者声明无利益冲突。CCDC 2503542（化合物11）及2503560（化合物12）含补充晶体学数据；实验细节及表征数据见DOI: 10.1039/d6ra03886g。