Fluolab【Angew. Chem.】 新型NIR-II 荧光分子的合成方法，电荷转移相互作用驱动的 C-C 偶联
简介
本文介绍了一种通过电荷转移相互作用驱动的 C (sp 2)-C (sp 2/sp) 偶联反应，用于合成一系列结构多样的新型 NIR-II 荧光分子。该方法利用电子供体-受体 (EDA) 复合物降低反应活化能，促进 C-C 键的形成。
摘要
本文报道了一种通过电荷转移相互作用驱动的 C (sp 2)-C (sp 2/sp) 偶联反应。由于强的分子间非共价相互作用，形成了关键的 EDA 复合物，降低了活化能 (9.17 kcal/mol)，使 C-C 键的形成成为反应的限速步骤。通过调整反应条件，可选择性地获得单取代或双取代产物。该方法成功用于合成基于苯并[1,2-c : 4,5-c']双 ([1,2,5]噻二唑) (BBTD) 的一系列结构新颖的 NIR-II 荧光分子。
研究结果与讨论
C-C 偶联反应通过混合电子丰富的芳香化合物和强电子缺陷的底物进行，形成 EDA 复合物。通过 1 H NMR、13 C NMR 和 HRMS 表征所有产物的结构，并通过吸收光谱、单晶 X 射线衍射等手段证实了 EDA 复合物的形成。
反应优化
选取 Julolidine 和 4,7-二溴-5,6-二硝基-2,1,3-苯并噻二唑作为模型底物，筛选最优反应条件。结果表明，乙腈是最有效的溶剂，Na 2 CO 3 是最优碱，并且光照和氧气对反应无显著影响。
底物范围
研究了该偶联反应的底物范围，结果表明各种芳香化合物和卤代芳香化合物均能顺利反应生成单取代产物。在使用 Cs 2 CO 3 作为碱时，生成双取代产物。EDA 复合物的形成对于反应具有重要作用。
机理探讨
通过紫外/可见吸收光谱、单晶 X 射线衍射、1 H NMR 以及对照实验等手段，确认了 EDA 复合物的形成及其在反应中的关键作用。动力学研究表明，反应为二级反应，并通过 H/D 和 12 C/13 C KIE 研究，证实了 C-C 键的形成是限速步骤。高水平理论计算进一步支持了提出的反应机理。
合成应用
最终，该偶联反应被用于合成 NIR-II 荧光分子。通过该方法，不仅方便地获得了对称结构的 NIR-II 分子，还合成了非对称结构的 NIR-II 分子，并通过改变供体基团精确调节其光物理性质。这些新型 NIR-II 分子在生物成像领域具有重要意义。
| Entry | _λ_abs[a] (nm) | ϵ[b] (×104 L mol−1 cm−1) | _λ_em[c] (nm) | QY[d] (%) | Stokes shift (nm) |
|---|---|---|---|---|---|
| S0 | 806 | 1.67 | 1109 | 0.24 | 303 |
| S1 | 758 | 0.94 | 1100 | 0.16 | 342 |
| S2 | 770 | 1.08 | 1090 | 0.41 | 320 |
| As1 | 770 | 1.23 | 1062 | 0.76 | 292 |
| As2 | 758 | 1.53 | 1042 | 0.74 | 284 |
| As3 | 752 | 1.42 | 1038 | 1.61 | 286 |
| As4 | 746 | 0.96 | 1023 | 0.82 | 277 |
结论
本文报道了一种简单有效的 C (sp 2)-C (sp 2/sp) 偶联反应，该反应由电荷转移相互作用驱动，通过形成 EDA 复合物显著降低反应活化能，促进 C-C 键的形成。该方法成功用于合成一系列结构新颖的 NIR-II 荧光分子，为 BBTD 基新型功能材料的合成提供了便捷策略，在有机合成化学中具有重要应用潜力。
参考文献
Li, J.; Liu, X.; Peng, L.; Niu, L.; Wang, W.; Cui, G.; Yang, Q. Synthesis of NIR‐II Fluorophores by a C(Sp2 )−C(Sp2 /Sp) Coupling Reaction Driven by Charge‐Transfer Interaction. Angew Chem Int Ed 2025, e202501566. https://doi.org/10.1002/anie.202501566.