張疆實驗室。
韓嘉瑩開啟液相色譜儀,提純昨天拌好樣的產物,陳婉清則前往通風櫥,處理反應。
許秋也開始準備下一步反應——PDI分子的改性。
在沒收到那篇JACS審稿前,他的想法是合成出簡單PDI分子,然後直接做3DPDI,趕快把這個想法給發表出來。
現在既然其他人已經把3DPDI的概念給提出來了,反而不用那麼急了。
他打算循序漸進,先把幾種目前已知的幾種高性能PDI材料合成出來,主要是扭轉型、橋接型的PDI二聚體。
這些材料就算現在用不到,日後也會有機會能夠用到,可以儲備起來,拓展實驗室內材料的廣度,構建一個材料庫,包括今天找光電公司銷售要的小樣,也是用來豐富這個材料庫的。
之後每開發出來一個新材料,都可以在模擬實驗室II中,將其與材料庫中材料相匹配,構建二元甚至多元的電池器件,試驗其性能。
而且,這也算是重新走了一遍前輩們的合成之路,能夠進一步積累他的合成經驗。
PDI二聚體,不論是扭轉型的還是橋接型,主要的設計思路都是通過二聚,使兩個PDI分子之間呈現一個扭轉角,從而抑製整個二聚體分子的結晶性,改善旋塗後的薄膜形貌。
不同之處在於,扭轉型是直接連接兩個PDI分子,而橋接型是在兩個PDI分子之間額外加一個“橋”,所謂的橋就是一個小的共軛結構單元,比如噻吩、乙烯基之類的。
但要想讓兩個PDI分子聽話的連接在一起,並不是那麼容易,直接反應顯然是不行的。
首先需要對PDI分子結構進行修飾,常用的方法是將其分子上的一個氫原子用溴原子取代,得到單取代的PDIBr分子。
然後再將兩個PDIBr分子直接反應,或是引入一個橋分子,得到扭轉型或是橋接型二聚體。
理論上,PDI+Br2→PDIBr+HBr?一步到位。
實際上會存在問題。
單個PDI分子共有8個氫原子?因為分子是對稱的,所以共有兩種不同化學環境的氫原子?分為原位和灣位?各有4個,同一化學環境下的氫原子?可以認為在反應活性上是等效的。
相對來說,灣位?也就是靠近分子中央處的4個氫原子的化學活性更強?在發生溴取代反應時更容易被取代掉。
如果控製好反應條件,原位上的氫原子幾乎不會參加化學反應。
但也隻能排除掉原位上的4個。
灣位上有4個氫原子,在發生溴取代反應時,就可能產生0、1、2、3、4取代的產物。
因為有相關的文獻發表?所以這個問題是有答案的?關鍵在於許秋如何取舍。
一種方法,就是直接按照“2PDI+Br2→2PDIBr”合成,再用過柱子的方法把PDIBr給篩選出來。
這個方法優點很明顯,簡單粗暴,一步到位?缺點也很明顯,後處理可能比較痛苦?產率堪憂,能有50%就燒高香了。
另一種方法?則是在PDI灣位上先引入一個硝基,然後再將硝基還原成為氨基?這個氨基可以同時吃掉一側的兩個氫原子?接著在氨基的氮原子位上連一個烷基側鏈?最後再進行溴取代反應。
這個方法缺點很明顯,反應步驟增加了三步……
優點不是很明顯,或許產率會提高,或許不會,也可能會有一些隱性的優點。
取舍了一番,許秋選擇了第一種方法。
實際上,這樣直接莽的話,反應到三、四取代並不容易。
因為當PDI分子被一溴取代後,另外三個灣位上的氫原子的化學環境均發生改變,最容易發生反應的氫原子位置,變更為與一溴取代位的對位,或者說是距離一溴取代位最遠的灣位。
所以得到的產物主要是一、二溴取代的產物,以及未反應的原料。
而且二溴取代的PDI也不是沒有用,比如將來可以將其與三甲基錫的二取代物發生Stille耦合反應,合成PDI聚合物材料。
……
開始準備反應。
三個反應,反應原料是昨天提純的PDI分子和溴單質,溶劑是二氯甲烷,常溫反應,目標產物是單取代的PDIBr分子。
許秋從藥品櫃中小心的取出裝液溴的棕色瓶子,然後轉移到通風櫥中。
然後,稱量500毫克左右PDI的PDI分子,裝入50毫升容積的反應瓶內,再加入20毫升二氯甲烷作為反應溶劑,並放入一顆聚四氟乙烯的梭形磁力攪拌子。
最後一步,是加入和PDI分子等當量的液溴。
液溴是唯一在室溫下呈現液態的非金屬元素單質,有揮發性、毒性、腐蝕性,隻能快速、粗略的稱量體積。