硼摻雜多環芳香烴（B-doped PAHs）因參雜之中性硼原子的電子缺陷特性，通常具有較低的「最低未佔分子軌域」(LUMO)能量，使其在有機電子元件和有機發光材料中，特別是對於近紅外光區域的放光材料極具應用潛力。然而因為合成上的困難，所以這些B-doped PAHs尚未被充分研究。在發表的B-doped PAHs的環化的π延伸反應（Chem. Sci. 2024, 15, 16210–16215）之後，國立臺灣大學化學系方頡睿教授與其團隊，近日成功開發出高效的硼摻雜多環芳香烴（B-doped PAHs）之精確硼原子炔基化π延展反應，並刊登於國際期刊《化學通訊》(Chem. Commun., 2025, 61, 19832-19835, 內頁封面文章)。過往的B-doped PAHs硼原子炔基化途徑，大多透過添加有機鋰試劑，或「錫-硼交換」反應等已知方法。本研究則透過一種創新的「受阻路易斯酸鹼對」(Frustrated Lewis Pair, FLP)合成策略，開闢了一條更溫和、無錫、且直觀的B-doped PAHs硼原子炔基化途徑。
方頡睿教授的研究團隊使用B-doped PAHs(包括單硼及雙硼參雜衍生物)作為路易斯酸，立體障礙較大的2,2,6,6-Tetramethylpiperidine,(TMP)作為路易斯鹼，兩者形成FLP，並與不同末端炔烴進行反應。實驗證明，此FLP能活化所添加的末端炔烴，有效地將其去質子化，生成的炔基負離子隨即對硼原子進行親核攻擊，取代硼原子上的溴原子，從而以單一步驟、常溫條件下，產生了高產率的硼原子炔基化產物。此方法合成出多樣化的產物結構，包括單硼和雙硼系統。
除了合成方面，團隊也對此方法獲得之硼原子炔基化產物進行了全面的光電性質探究。在電子特性方面，雙硼結構的硼原子炔基化分子展現出優異的電子接受能力，其第一還原電位較其前驅物大幅正移。在光學特性上，隨著π系統的延伸，成功將最大放射波長延伸至近紅外光區域。結構分析證實，所得化合物維持了三配位的平面幾何，部分分子如在固態下成功形成連續的一維π堆疊結構，顯示出其在電子傳輸方面的潛力。
這項研究成果所獲得的硼原子炔基化B-doped PAHs具備較低的LUMO能量、理想的固態一維π堆疊特性以及長波長發射能力，此合成方法也為未來有機光電材料的設計與應用，提供了方便有效的平台。
|
