中央NT單元的性質接近于A單元,而NT兩邊的TT單元接近于D單元,再加上端基A單元,因此Y系列受體其實是一種類似ADADA結構的分子。
許秋推測,Y系列受體的這種ADADA分子結構,可能是導致其性能超越ITIC系列材料的一大原因。
當然,尋找性能提升的原因是之后的事情,現在還是要致力于材料的合成。
Y3-Y6的合成均需要六步反,其中前五步的合成步驟是完全一樣的,因此可以只投一鍋反應。
第一步,雙溴取代的,氮原子上帶有乙基己基側鏈的苯并三唑(NT)單元,通過硝基化反應,在苯環剩余的兩個反應位點上連接兩個硝基,得到得到雙溴、雙硝基取代的NT單元。
第二步,將雙溴、雙硝基取代的NT和單三甲基錫取代的TT單元反應,得到TT-NT-TT的結構,其中NT上連接有兩個硝基。
第三步,將TT-NT-TT分子中的硝基還原,并與相鄰的TT單元成環,形成環狀的仲胺(氨分子上的兩個氫原子均烴基取代而生成的化合物),得到連續的稠環結構,共軛長度為7,即七個五元、六元環以稠環形式連接。此時,產物中存在位于TT-NT之間的仲胺,上面還有一個殘留的氫原子,這是一個反應位點。
第四步,將第三步的反應物和溴代烷烴反應,用烷基取代仲胺上的氫原子,形成叔胺,實現在N原子上引入側鏈的目的,得到最終的中央DAD單元。
第五步,中央DAD單元的醛基化反應,在中央DAD單元的兩端連接兩個醛基。
第六步,經過醛基化的DAD單元與單元進行反應,得到Y3-Y6系列受體材料。
做好實驗前準備工作后,許秋進入先材五樓的化學實驗室,穿戴好防護裝置,開始實驗。
第一步反應,是在NT單元上面進行硝基化反應。
原料是雙溴取代的NT單元,硝酸以及三氟甲磺酸。
其中,三氟甲磺酸是新試劑。
它又稱三氟甲烷磺酸,易溶于水,低毒,用途廣泛,是最強的有機酸之一,具有強腐蝕性、吸濕性,廣泛用于醫藥、化工等行業。
從分子結構來講,三氟甲磺酸就是硫酸分子中的一個氫原子被三氟甲基取代的產物,酸性比100%濃度的硫酸還要強。
在很多場合三氟甲磺酸可以替代傳統的硫酸,鹽酸等傳統無機酸,起到優化改進工藝的作用。
考慮到NT單元比較便宜,而且這次最后要合成四種材料,對原料的需求比較多,再加上Y系列材料的光電性能,是已經經過模擬實驗室驗證過的,許秋也在模擬實驗室中預演過相關的合成實驗,因此他果斷進行大批量合成。
首先,從烘箱中取出一只洗凈烘干的兩口燒瓶。
然后,稱取反應物NT單體,10克,裝入反應瓶。
接著,吸取濃硝酸,35毫升,加入反應瓶。
最后,吸取三氟甲磺酸,5毫升,加入反應瓶。
在用一次性滴管添加三氟甲磺酸的時候,許秋發現這玩意也會像發煙硫酸、發煙硝酸一樣在空氣中發煙,大概是因為它繼承了硫酸的吸水性的緣故。
這步硝基化反應的難度并不大,因為對于雙溴取代的NT單元,這種反應位點比較少的材料來說,可能發生的副反應比較少。
但如果反應位點比較多的話,硝基化反應就有些難度了。
比如許秋之前在做3D-PDI的時候,有一次做硝基化反應,結果直接合成出來若干種產物,且完全無法分離提純,實驗直接失敗。
晚上,許秋處理好產物,用過柱子的方法進行提純,這一步的產率很高,達到了93%。