Нагоя, Япония – Группа химиков JST-ЭРАТО Итами Молекулярный Наноуглеродный Проект и Институт Поддающихся трансформации Биомолекул (ITbM) Нагойского университета и их коллеги разработала простой и сильный метод, чтобы синтезировать нанографены. Этот новый подход, недавно описанный в журнале Science, как ожидают, приведет к значительному прогрессу в органическом синтезе, материаловедении и каталитической химии.Нанографены, одномерные полосы шириной в миллимикрон графена, являются молекулами, состоявшими из единиц бензола.
Нанографены вызывают интерес как влиятельного кандидата на материалы следующего поколения, включая оптикоэлектронные материалы, из-за их уникальных электрических особенностей. Эти свойства нанографенов зависят, главным образом, от их ширины, длины и структур края.
Таким образом эффективные методы получить доступ к нанографенам, которыми структурно управляют, очень желательны.Идеальным синтезом нанографенов был бы ‘LEGO подобное ‘ собрание единиц бензола, чтобы определить точное число и форму молекулы. Однако этот прямой подход в настоящее время не возможен.
Команда развивала альтернативный метод, который прост и управляет нанографеновой структурой, поскольку это формируется в трех ключевых шагах.Во-первых, простые производные бензола собраны линейно посредством реакции перекрестной связи. Затем эти цепи бензола связаны друг с другом катализатором палладия, который приводит к молекуле с тремя бензольными кольцами, связанными в плоской, подобной треугольнику форме.
Этот процесс повторяет полностью цепь, эффективно застегивая кольца вместе.Инновациями, которые развивала команда, был новый способ достигнуть среднего шага, который формирует подобную треугольнику единицу с тремя кольцами, которая формирует ядро для дальнейших реакций произвести нанографеновую молекулу.
Классическая техника, чтобы соединить единицы бензола использует арилзамещенные галиды в качестве реактивов реакции. Арилзамещенные галиды – ароматические соединения, в которых один или несколько водородных атомов, соединенных с ароматическим кольцом, заменены атомами галогена, такими как фтор (F), хлор (Статья), бром (бром) или йод (I). Это позволяет бензолу соединяться в единственном пункте посредством процесса, названного димеризацией, которая была обнаружена Фрицем Уллманом и Джин Билеки в 1901. Однако реакция Уллмана не производит нанографенов, используя составной фенилен в качестве стартового материала.
Команда обнаружила, что использование катализатора палладия позволило связи между единицами бензола на два пункта, обеспечив подобную треугольнику структуру трех бензольных колец. triphenylene половина сформирована в центре каждой группы колец.«Это открытие было довольно случайно», говорит Обозначенный Адъюнкт-профессор Кей Мураками, химик в Нагойском университете и одном из лидеров этого исследования. «Мы думаем, что эта реакция – ключ этого нового подхода для нанографенового синтеза».Команда тогда использовала процесс, названный реакцией Шолля повторить этот процесс и успешно синтезировать нанографеновую молекулу.
Реакция продолжается подобным образом к бензольным кольцам, застегиваемым с triphenylene половиной, действующей как ядро.«Одна из самых трудных частей этого исследования получала научное доказательство, чтобы доказать структуры triphenylene производной и нанографеновых молекул», говорит Йошито Кога, аспирант, который, главным образом, провел эксперименты. «Так как никто в нашей группе никогда не обращался с triphenylenes и нанографенами прежде, я проводил исследование через способ ‘метода проб и ошибок’. Я был чрезвычайно взволнован, когда я увидел сигнал масс-спектрометрии в первый раз желаемой молекулы показать массу молекулы через MALDI (Матрица Помогла Лазерной Десорбции/Ионизации), который указал, что мы на самом деле преуспели в том, чтобы делать нанографен способом, которым управляют».
Команда уже преуспела в том, чтобы синтезировать различные triphenylene производные, такие как молекулы включая 10 бензольных колец, нафталин (сплавленная пара бензольных колец), атомы азота и атомы серы. Эти беспрецедентные triphenylene производные могли потенциально использоваться в солнечных батареях.
«Подход для создания функциональных молекул от простых единиц бензола будет применим к синтезу не только нанографен, но также и к различным другим наноуглеродным материалам», говорит Мураками.«Нанографены обязаны быть полезными как будущие материалы», говорит профессор Кеничиро Итэми, директор JST-ЭРАТО Итэми Молекулярный Наноуглеродный Проект. «Мы надеемся, что наше открытие приведет к ускорению прикладного исследования и прогресса область нанографеновой науки».