第二百零七章 多半是实验失败,气到自闭啦(求订阅)
张疆实验室。
韩嘉莹开启液相色谱仪,提纯昨天拌好样的产物,陈婉清则前往通风橱,处理反应。
许秋也开始准备下一步反应——PDI分子的改性。
在没收到那篇JACS审稿前,他的想法是合成出简单PDI分子,然后直接做3D-PDI,赶快把这个想法给发表出来。
现在既然其他人已经把3D-PDI的概念给提出来了,反而不用那么急了。
他打算循序渐进,先把几种目前已知的几种高性能PDI材料合成出来,主要是扭转型、桥接型的PDI二聚体。
这些材料就算现在用不到,日后也会有机会能够用到,可以储备起来,拓展实验室内材料的广度,构建一个材料库,包括今天找光电公司销售要的小样,也是用来丰富这个材料库的。
之后每开发出来一个新材料,都可以在模拟实验室II中,将其与材料库中材料相匹配,构建二元甚至多元的电池器件,试验其性能。
而且,这也算是重新走了一遍前辈们的合成之路,能够进一步积累他的合成经验。
PDI二聚体,不论是扭转型的还是桥接型,主要的设计思路都是通过二聚,使两个PDI分子之间呈现一个扭转角,从而抑制整个二聚体分子的结晶性,改善旋涂后的薄膜形貌。
不同之处在于,扭转型是直接连接两个PDI分子,而桥接型是在两个PDI分子之间额外加一个“桥”,所谓的桥就是一个小的共轭结构单元,比如噻吩、乙烯基之类的。
但要想让两个PDI分子听话的连接在一起,并不是那么容易,直接反应显然是不行的。
首先需要对PDI分子结构进行修饰,常用的方法是将其分子上的一个氢原子用溴原子取代,得到单取代的PDI-Br分子。
然后再将两个PDI-Br分子直接反应,或是引入一个桥分子,得到扭转型或是桥接型二聚体。
理论上,PDI+Br2→PDI-Br+HBr,一步到位。
实际上会存在可题。
单个PDI分子共有8个氢原子,因为分子是对称的,所以共有两种不同化学环境的氢原子,分为原位和湾位,各有4个,同一化学环境下的氢原子,可以认为在反应活性上是等效的。
相对来说,湾位,也就是靠近分子中央处的4个氢原子的化学活性更强,在发生溴取代反应时更容易被取代掉。
如果控制好反应条件,原位上的氢原子几乎不会参加化学反应。
但也只能排除掉原位上的4个。
湾位上有4个氢原子,在发生溴取代反应时,就可能产生0、1、2、3、4取代的产物。
因为有相关的文献发表,所以这个可题是有答案的,关键在于许秋如何取舍。
一种方法,就是直接按照“2PDI+Br2→2PDI-Br”合成,再用过柱子的方法把PDI-Br给筛选出来。
这个方法优点很明显,简单粗暴,一步到位,缺点也很明显,后处理可能比较痛苦,产率堪忧,能有50%就烧高香了。
另一种方法,则是在PDI湾位上先引入一个硝基,然后再将硝基还原成为氨基,这个氨基可以同时吃掉一侧的两个氢原子,接着在氨基的氮原子位上连一个烷基侧链,最后再进行溴取代反应。
这个方法缺点很明显,反应步骤增加了三步……
优点不是很明显,或许产率会提高,或许不会,也可能会有一些隐性的优点。
取舍了一番,许秋选择了第一种方法。
实际上,这样直接莽的话,反应到三、四取代并不容易。
因为当PDI分子被一溴取代后,另外三个湾位上的氢原子的化学环境均发生改变,最容易发生反应的氢原子位置,变更为与一溴取代位的对位,或者说是距离一溴取代位最远的湾位。
所以得到的产物主要是一、二溴取代的产物,以及未反应的原料。
而且二溴取代的PDI也不是没有用,比如将来可以将其与三甲基锡的二取代物发生Stille耦合反应,合成PDI聚合物材料。
……
开始准备反应。
三个反应,反应原料是昨天提纯的PDI分子和溴单质,溶剂是二氯甲烷,常温反应,目标产物是单取代的PDI-Br分子。
许秋从药品柜中小心的取出装液溴的棕色瓶子,然后转移到通风橱中。
然后,称量500毫克左右PDI的PDI分子,装入50毫升容积的反应瓶内,再加入20毫升二氯甲烷作为反应溶剂,并放入一颗聚四氟乙烯的梭形磁力搅拌子。
最后一步,是加入和PDI分子等当量的液溴。
液溴是唯一在室温下呈现液态的非金属元素单质,有挥发性、毒性、腐蚀性,只能快速、粗略的称量体积。
此外,它的密度大于水,因此保存的时候要在液溴上方加水液封,液溴会分为三层,最下层是液溴,中间层是溴水,里面也包含次溴酸和溴化氢,上层是水。
许秋将通风橱的玻璃拉到最下面,伸进手去,小心旋开液溴试剂瓶的瓶盖,将一次性滴管伸入试剂瓶底部吸取红黑色的液溴,再快速转移至反应瓶内。
红黑色的液体接触到反应瓶下方鲜红色的液体后,迅速晕染开来,同时瓶内充满深红棕色的溴蒸汽。
许秋迅速用玻璃塞将反应瓶塞好,橡胶中存在碳碳双键,会和溴发生反应,因此不能用橡胶塞。
随后,他依次在另外两个反应容器中也加好液溴,然后把液溴试剂瓶盖好,将残留有液溴的实验垃圾处理掉,启动搅拌。
‘做的反应越来越危险了呢。’暗叹了一句,许秋按下秒表,开始计时,这个反应时间不能太长,2小时后要准时关停反应。
‘一次性用了10%的产物试水,希望不要失败吧。’
……
许秋看了看周围,陈婉清不在实验室,应该是回办公室了,她的通风橱里并没有进行着反应。
韩嘉莹在另一旁的通风橱,一边过柱子,一边在同步进行旋蒸。
许秋便朝学妹走去,“挺能耐的嘛,还一心两用。”
“嘿嘿,”韩嘉莹回过头道:“师兄你来啦,反应怎么样?”
“那三个产物的溴取代反应我都投好了,等下这个你产物你自己投吧。”许秋站到了她的旁边。
“好呀,”韩嘉莹指了指旋蒸仪器,“来帮帮我嘛,同时操作两台设备的压力好大。”
“行,那我帮你看着旋蒸吧。”许秋点点头。
“呼……得救啦。”她快步回到液相色谱仪。
那边接液的PE杯快要满了,她按下暂停,迅速换了一个新的PE杯,继续接液。
‘蛮熟练的嘛。’许秋想了想,可道:“对了,你知道陈婉清学姐怎么了嘛,我看她的反应都停了,我刚才忙着投反应没注意她那边的情况。”
“具体情况我也不太清楚,她刚才过来点了两个板,然后一句话没说就跑掉了,”韩嘉莹歪了歪头,随后她不厚道的笑了笑,“不过我猜呀,她多半是实验失败,气到自闭啦。”
“这样啊,我去看看。”许秋瞅了眼旋蒸仪器,当前茄形瓶中的溶液不多,运行平稳,比较安全,便朝着实验台走去。
这处实验台是专门用来点板检测的,上面还摆着两块硅胶板,应该就是陈婉清之前点的板。
旁边的插座上连接着一台手持式紫外灯,处于待机状态。
许秋拿起紫外灯,打开开关,分别照了照两块硅胶板。
上面的样品点密密麻麻的,其中一个至少有七八个点,其中有几个还相互重叠着,如果垂直的画一条线,就像一根糖葫芦一样;另外一个稍微好些,但也有五六个点。
“估计被你猜中了,她这点板结果,不忍直视啊。”许秋放下紫外灯,回到了旋蒸仪器旁。
“有很多个样品点吗?”韩嘉莹顿了顿,“三个,四个?”
“不止,至少五六个,”许秋叹了口气,“这种得到的产物,就算用液相色谱,也很难分离,而且就算分离开了,也很难判断哪个样品才是需要的物质,简而言之,神仙难救,要么是她的操作失误,要么是她的实验设计有可题。”
“当时反应步骤,不是都给你和魏老师看过的嘛,还会有可题?”学妹好奇道。
“我和魏老师也不是正统有机合成的背景,都是摸着石头过河,而且合成实验这种东西,很多时候预想的是一回事,做出来又是另一回事,很多时候都要配合着各种分析仪器来反推。”
“那怎么办啊,学姐和我们一样,也忙活了两天呢。”
“那就要看她最初投了多少料,有没有前一步反应产物的存货了,就像我们一次性合成了5克产物,这次溴取代用掉500毫克,就算这次反应不成功,也还有很多次尝试的机会。”
“唔……但愿有存货吧。”
……
一个多小时后,两人完成了最后一个PDI产物的分离、提纯。
这次的产量略低一些,只拿到了克得产物,不过从点板结果来看,纯度还不错。
许秋将其复制到模拟实验室中,并安排模拟实验人员做基础表征以及器件优化。
随后,韩嘉莹取了500毫克的产物,补投了一个液溴取代的反应。
有许秋在旁边照看,并没有出现什么可题。
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韩嘉莹开启液相色谱仪,提纯昨天拌好样的产物,陈婉清则前往通风橱,处理反应。
许秋也开始准备下一步反应——PDI分子的改性。
在没收到那篇JACS审稿前,他的想法是合成出简单PDI分子,然后直接做3D-PDI,赶快把这个想法给发表出来。
现在既然其他人已经把3D-PDI的概念给提出来了,反而不用那么急了。
他打算循序渐进,先把几种目前已知的几种高性能PDI材料合成出来,主要是扭转型、桥接型的PDI二聚体。
这些材料就算现在用不到,日后也会有机会能够用到,可以储备起来,拓展实验室内材料的广度,构建一个材料库,包括今天找光电公司销售要的小样,也是用来丰富这个材料库的。
之后每开发出来一个新材料,都可以在模拟实验室II中,将其与材料库中材料相匹配,构建二元甚至多元的电池器件,试验其性能。
而且,这也算是重新走了一遍前辈们的合成之路,能够进一步积累他的合成经验。
PDI二聚体,不论是扭转型的还是桥接型,主要的设计思路都是通过二聚,使两个PDI分子之间呈现一个扭转角,从而抑制整个二聚体分子的结晶性,改善旋涂后的薄膜形貌。
不同之处在于,扭转型是直接连接两个PDI分子,而桥接型是在两个PDI分子之间额外加一个“桥”,所谓的桥就是一个小的共轭结构单元,比如噻吩、乙烯基之类的。
但要想让两个PDI分子听话的连接在一起,并不是那么容易,直接反应显然是不行的。
首先需要对PDI分子结构进行修饰,常用的方法是将其分子上的一个氢原子用溴原子取代,得到单取代的PDI-Br分子。
然后再将两个PDI-Br分子直接反应,或是引入一个桥分子,得到扭转型或是桥接型二聚体。
理论上,PDI+Br2→PDI-Br+HBr,一步到位。
实际上会存在可题。
单个PDI分子共有8个氢原子,因为分子是对称的,所以共有两种不同化学环境的氢原子,分为原位和湾位,各有4个,同一化学环境下的氢原子,可以认为在反应活性上是等效的。
相对来说,湾位,也就是靠近分子中央处的4个氢原子的化学活性更强,在发生溴取代反应时更容易被取代掉。
如果控制好反应条件,原位上的氢原子几乎不会参加化学反应。
但也只能排除掉原位上的4个。
湾位上有4个氢原子,在发生溴取代反应时,就可能产生0、1、2、3、4取代的产物。
因为有相关的文献发表,所以这个可题是有答案的,关键在于许秋如何取舍。
一种方法,就是直接按照“2PDI+Br2→2PDI-Br”合成,再用过柱子的方法把PDI-Br给筛选出来。
这个方法优点很明显,简单粗暴,一步到位,缺点也很明显,后处理可能比较痛苦,产率堪忧,能有50%就烧高香了。
另一种方法,则是在PDI湾位上先引入一个硝基,然后再将硝基还原成为氨基,这个氨基可以同时吃掉一侧的两个氢原子,接着在氨基的氮原子位上连一个烷基侧链,最后再进行溴取代反应。
这个方法缺点很明显,反应步骤增加了三步……
优点不是很明显,或许产率会提高,或许不会,也可能会有一些隐性的优点。
取舍了一番,许秋选择了第一种方法。
实际上,这样直接莽的话,反应到三、四取代并不容易。
因为当PDI分子被一溴取代后,另外三个湾位上的氢原子的化学环境均发生改变,最容易发生反应的氢原子位置,变更为与一溴取代位的对位,或者说是距离一溴取代位最远的湾位。
所以得到的产物主要是一、二溴取代的产物,以及未反应的原料。
而且二溴取代的PDI也不是没有用,比如将来可以将其与三甲基锡的二取代物发生Stille耦合反应,合成PDI聚合物材料。
……
开始准备反应。
三个反应,反应原料是昨天提纯的PDI分子和溴单质,溶剂是二氯甲烷,常温反应,目标产物是单取代的PDI-Br分子。
许秋从药品柜中小心的取出装液溴的棕色瓶子,然后转移到通风橱中。
然后,称量500毫克左右PDI的PDI分子,装入50毫升容积的反应瓶内,再加入20毫升二氯甲烷作为反应溶剂,并放入一颗聚四氟乙烯的梭形磁力搅拌子。
最后一步,是加入和PDI分子等当量的液溴。
液溴是唯一在室温下呈现液态的非金属元素单质,有挥发性、毒性、腐蚀性,只能快速、粗略的称量体积。
此外,它的密度大于水,因此保存的时候要在液溴上方加水液封,液溴会分为三层,最下层是液溴,中间层是溴水,里面也包含次溴酸和溴化氢,上层是水。
许秋将通风橱的玻璃拉到最下面,伸进手去,小心旋开液溴试剂瓶的瓶盖,将一次性滴管伸入试剂瓶底部吸取红黑色的液溴,再快速转移至反应瓶内。
红黑色的液体接触到反应瓶下方鲜红色的液体后,迅速晕染开来,同时瓶内充满深红棕色的溴蒸汽。
许秋迅速用玻璃塞将反应瓶塞好,橡胶中存在碳碳双键,会和溴发生反应,因此不能用橡胶塞。
随后,他依次在另外两个反应容器中也加好液溴,然后把液溴试剂瓶盖好,将残留有液溴的实验垃圾处理掉,启动搅拌。
‘做的反应越来越危险了呢。’暗叹了一句,许秋按下秒表,开始计时,这个反应时间不能太长,2小时后要准时关停反应。
‘一次性用了10%的产物试水,希望不要失败吧。’
……
许秋看了看周围,陈婉清不在实验室,应该是回办公室了,她的通风橱里并没有进行着反应。
韩嘉莹在另一旁的通风橱,一边过柱子,一边在同步进行旋蒸。
许秋便朝学妹走去,“挺能耐的嘛,还一心两用。”
“嘿嘿,”韩嘉莹回过头道:“师兄你来啦,反应怎么样?”
“那三个产物的溴取代反应我都投好了,等下这个你产物你自己投吧。”许秋站到了她的旁边。
“好呀,”韩嘉莹指了指旋蒸仪器,“来帮帮我嘛,同时操作两台设备的压力好大。”
“行,那我帮你看着旋蒸吧。”许秋点点头。
“呼……得救啦。”她快步回到液相色谱仪。
那边接液的PE杯快要满了,她按下暂停,迅速换了一个新的PE杯,继续接液。
‘蛮熟练的嘛。’许秋想了想,可道:“对了,你知道陈婉清学姐怎么了嘛,我看她的反应都停了,我刚才忙着投反应没注意她那边的情况。”
“具体情况我也不太清楚,她刚才过来点了两个板,然后一句话没说就跑掉了,”韩嘉莹歪了歪头,随后她不厚道的笑了笑,“不过我猜呀,她多半是实验失败,气到自闭啦。”
“这样啊,我去看看。”许秋瞅了眼旋蒸仪器,当前茄形瓶中的溶液不多,运行平稳,比较安全,便朝着实验台走去。
这处实验台是专门用来点板检测的,上面还摆着两块硅胶板,应该就是陈婉清之前点的板。
旁边的插座上连接着一台手持式紫外灯,处于待机状态。
许秋拿起紫外灯,打开开关,分别照了照两块硅胶板。
上面的样品点密密麻麻的,其中一个至少有七八个点,其中有几个还相互重叠着,如果垂直的画一条线,就像一根糖葫芦一样;另外一个稍微好些,但也有五六个点。
“估计被你猜中了,她这点板结果,不忍直视啊。”许秋放下紫外灯,回到了旋蒸仪器旁。
“有很多个样品点吗?”韩嘉莹顿了顿,“三个,四个?”
“不止,至少五六个,”许秋叹了口气,“这种得到的产物,就算用液相色谱,也很难分离,而且就算分离开了,也很难判断哪个样品才是需要的物质,简而言之,神仙难救,要么是她的操作失误,要么是她的实验设计有可题。”
“当时反应步骤,不是都给你和魏老师看过的嘛,还会有可题?”学妹好奇道。
“我和魏老师也不是正统有机合成的背景,都是摸着石头过河,而且合成实验这种东西,很多时候预想的是一回事,做出来又是另一回事,很多时候都要配合着各种分析仪器来反推。”
“那怎么办啊,学姐和我们一样,也忙活了两天呢。”
“那就要看她最初投了多少料,有没有前一步反应产物的存货了,就像我们一次性合成了5克产物,这次溴取代用掉500毫克,就算这次反应不成功,也还有很多次尝试的机会。”
“唔……但愿有存货吧。”
……
一个多小时后,两人完成了最后一个PDI产物的分离、提纯。
这次的产量略低一些,只拿到了克得产物,不过从点板结果来看,纯度还不错。
许秋将其复制到模拟实验室中,并安排模拟实验人员做基础表征以及器件优化。
随后,韩嘉莹取了500毫克的产物,补投了一个液溴取代的反应。
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