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,然后直接做3D-PDI,趕快把這個想法給發表出來。
現在既然其他人已經把3D-PDI的概念給提出來了,反而不用那么急了。
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,日后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。
之后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,從而抑制整個二聚體分子的結晶性,改善旋涂后的薄膜形貌。
不同之處在于,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,并不是那么容易,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PDI-Br分子。
然后再將兩個PDI-Br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→PDI-Br+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。
如果控制好反應條件,原位上的氫原子幾乎不會參加化學反應。
但也只能排除掉原位上的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,關鍵在于許秋如何取舍。
一種方法,就是直接按照“2PDI+Br2→2PDI-Br”合成,再用過柱子的方法把PDI-Br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,后處理可能比較痛苦,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,然后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,最后再進行溴取代反應。
這個方法缺點很明顯,反應步驟增加了三步……