南京大学化院燕红课题组近期报道了钯催化碳硼烷和炔烃的硼氢化反应，成功地实现了碳硼烷选择性功能化，并构建了聚集诱导发光的分子库。
聚集诱导发光（Aggregation-induced-emission, AIE）现象指的是分子在聚集态下光致发光远高于分散态下的光致发光现象，已经被广泛应用于各类发光材料的构筑中。至今为止，已经发现了许多以二维芳香环化合物为骨架的经典AIE分子，如四苯乙烯等。然而，合成这类的分子通常需要用到有毒的化学品、较为苛刻的条件和多个步骤，例如 McMurry 反应和Horner-Wadsworth-Emmons 反应。除此之外，基于二维芳香化合物的分子设计经常受到聚集诱导淬灭（Aggregation Caused Quenching, ACQ）的影响。因此，设计新的AIE分子体系并开发简便高效的合成路线具有重要的意义和挑战（图 1）。
图1. 经典的AIE分子、ACQ分子和新型基于三维碳硼烷笼的AIE分子
近日，燕红教授课题组报道了一种以三维巢式碳硼烷为硼源的Pd催化的炔烃硼氢化反应，构建了基于三维硼簇化合物的AIE分子库。该反应具有反应条件温和，反应速度快，产率高，底物适用性广，区域选择性好等一系列优点。
对于二苯乙炔类型的底物，无论苯环上带有吸电子取代基还是给电子取代基都可以以很高的收率得到B(11)位点的BC偶联产物。当Br原子位于苯环的邻位、间位、对位时，都能以很高的产率得到产物。值得注意的是，该反应对官能团的兼容性很强，且对含有活泼氢的底物也可以兼容，例如-SMe, -NR2, -CN, -NO2,-CHO, -CO2Me, -SO2Me, -OH 和-OCF3等官能团都适用于该反应，大大提高了反应的应用价值。对于烷基取代的乙炔，也可以获得良好的产率。将巢式碳硼烷的碳端取代基更换为甲基或者苯基，也能获得很高的产率（图2）。同时，该反应对有机光电材料中经常出现的骨架、杂环类二取代乙炔也有着很好的兼容性，和含噻吩、苯并噻吩、喹啉、呋喃、苯并呋喃、咔唑、苯基咔唑等基团的二取代乙炔反应都能有很好的产率。该反应对不对称二取代乙炔也有很好的位置选择性，并以很高的分离产率得到产物。增加乙炔原料用量和反应时间，能高产率得到B(2)位点和B(11)位点二取代产物。
图2. 反应底物筛选（部分）
随后，对几个典型的化合物进行了光物理性质的研究。研究表明三维碳硼烷笼能够削弱整个分子的共轭，因此表现出在溶液中几乎不发光，且在固态下发光增强的性质。对晶体结构的研究和理论计算同样佐证了这一观点。同时，碳硼烷CC键的振动可能对溶液中的发光淬灭造成了一定的影响。
图3 代表性化合物光物理性质研究
综上所述，燕红课题组开发了一种新型的Pd(II)催化的炔烃和巢式碳硼烷的硼氢化反应，从而可以快速构建基于三维硼簇化合物的AIE分子库。研究论文以Palladium-Catalyzed Hydroboration of Alkynes with Carboranes: Facile Construction of a Library of Boron Cluster-Based AIE-Active Luminogens为题于2022年6月5日在Angew. Chem. Int. Ed. 在线发表(DOI: 10.1002/anie. 202207125)。该工作不仅为构建基于硼原子团簇的光功能分子提供了一种有效的方法，而且在生物应用和其他相关领域具有很大的应用潜力。文章的第一作者为化院博士生孙方翔，本研究得到了国家自然科学基金委重点国际合作项目的支持。