222 实验失败才是科研的主旋律(求订阅)
许秋对引入氰基这个基团很感兴趣,之前有调研过氰化物相关的知识,此时刚好用上。
“无机的氰化物,比如氰化钠、氰化钾这类的无机盐,确实毒性非常高,一点点剂量就会嗝屁的那种。
不过要上氰基的话,用的是有机氰化物,相对来说毒性没那么高,比如常用的乙腈溶剂只是中等毒类。
而氰化物中毒的原理,是游离的氰离子可以抑制体内细胞多种酶的活性,使细胞缺氧窒息死亡,有机氰化物在体内解离成为氰离子的量并不大。
虽说如此,如果直接接触、大量吸入有机氰化物蒸汽,还是有很大危险性的,包括想引入氟原子,也要涉及到氟试剂的使用。
总之,我只是提个建议,具体怎么做还要学姐看你自己的想法。”
“好,我再考虑考虑,”陈婉清点点头,“今天先按照现有设计的C4分子合成吧。”
A502实验室。
工作效率降低的DEBUFF已经消失,许秋干劲满满,准备着玻璃仪器、磁性搅拌子等必要设备。
他选择的两条改进路径,分别是稠环化,以及引入杂原子——硒。
对于刚合成出的3D-PDI分子来说,中间的核单元与周围PDI分子是通过“一根”碳碳单键相连接的。
碳碳单键可以旋转,因此分子结构的不固定,形成多种分子构象,这会破坏整个分子的共轭结构,不利于分子内的电荷输运。
而稠环化,就是将核单元与周围PDI分子通过“两根”碳碳单键相连接,就可以稳固分子构象,提高分子的共轭性。
就比如两个人手拉手,只是单手拉着,那么活动起来非常方便,可以解锁很多姿势;
但如果双手都拉上,两个人的姿势就被限制住,想玩出什么花样来就很困难了。
稠环化的这个思路,本质上还是在模仿富勒烯C-60这样的球体结构。
C-60的整个分子都是稠环结构,在球体表面共轭体系是连为一体的,电荷输运的能力非常强。
另外一个引入硒原子的方法,是许秋根据现有文献找到的思路,算是在旧瓶装新酒。
在有机光伏材料中,引入硫、硒、氟等元素,可能会提高材料的光电性能,这里想引入氟原子比较难,他最终选择了硒。
至于光电性能提升的具体原理是什么,现在学术界也没有一个统一的说法。
很多问题在现阶段都是没有答案的,但不妨碍人们去应用它们。
……
开始实验。
第一个反应是PDI3-B-5的光环化反应。
所用的原料是PDI3-B-5,碘单质作为催化剂,溶剂是甲苯,条件是常温、光照,反应时间为24小时。
首先重蒸甲苯,然后在反应瓶中加入剩余的几十毫克PDI3-B-5材料。
小分子的反应,对溶剂加入量的要求不高,许秋便在反应瓶中加入了15毫升重蒸过的甲苯,溶解原料。
接着,加入1毫克的单质碘。
最后,将装置至于高压汞灯的照射下,大街上的路灯很多就是高压汞灯,具有低成本、光效高、寿命长、省电等优点。
这个反应,应该是许秋做合成实验以来,最简单的一次反应了,几乎没花费什么功夫,就完成了,也没什么危险性。
唯一的缺点就是反应时间略长了一点,要等一整天。
第二个反应是PDI3-B-6的硒化反应,分为两步进行,第一步在PDI分子湾位引入一个硝基,第二步用硒原子取代硝基。
第一步的反应,原料是PDI3-B-6和浓硝酸,溶剂是二氯甲烷,条件是常温,反应时间8小时。
这次倒是不用重蒸溶剂,直接在反应瓶中加入称量好的PDI3-B-6材料,以及10毫升的二氯甲烷。
然后,将3毫升的发烟硝酸溶于5毫升的二氯甲烷,所谓的发烟硝酸,就是硝酸浓度在90%-%的液体,因为溶解了部分二氧化氮而呈红褐色,腐蚀性极强,可用作火箭燃料。
因为发烟硝酸的高危险性,在取用的时候,许秋特意多戴了一层手套,把通风橱的玻璃拉到最下面,这才拧开试剂瓶的瓶盖。
即使这样,还是有一丝丝酸的味道泄露了出来。
配好的发烟硝酸溶解后,许秋将溶液缓慢滴入反应瓶中,一滴一滴的滴加,没有全部加完,只加了毫升。
最后,加入一粒磁力搅拌子,常温下搅拌。
两个反应投好,只用了不到一个小时的时间。
反应路线是许秋自己设计的,反应条件则是根据文献资料总结出来的。
虽然大多数有机反应,都在教材上有较为通用的反应条件,但对特定的、专业性比较强的分子,比如PDI的合成反应,文献的指导意义非常重大。
如果没有文献参考,光摸索条件可能都得摸索个三五天,甚至一两周。
不过,他的分子结构毕竟和文献中只是相似,而不是完全一样。
因此许秋对于最终能否得到想要的结果,心里也没底。
至于动用系统的力量,比如模拟实验室I,也不是很有合适。
目前他有了模拟实验室II,模拟实验室I已经很少启用了。
后者的主要优势是可以加速,而像这种反应时间24小时的,强行花费2400积分加速去验证可行性性价比太低;
如果反应时间比较短,也没有加速的必要,因为投反应也是有固定的时间成本呢,还不如在现实中投。
模拟实验室I目前剩下的唯一优势,可能是不需要消耗材料,可以节省实验费用。
但PDI这类材料很便宜,可以随便造。
省钱什么的,不存在的。
投完两个反应后,许秋在实验室晃悠了一会儿,见学姐和学妹她们两个都没有需要他帮助的样子,便返回办公室。
……
时间一晃,来到了晚上。
因为有学姐这个大灯泡,许秋和韩嘉莹在办公室中没有太过放肆,空余时间大多在认认真真的撰写综述。
目前,许秋的进度很快,已经完成了第二部分他负责的PDI内容,正在和学姐负责的A-D-A部分进行整合。
学妹的话,据她说还差一点点,也不知道真假。
第二个反应的第一步硝基化反应时间已到。
许秋前往实验室进行反应后处理。
看到点板结果后,他傻眼了。
一、二、三……个样品点。
“卧槽。”
“师兄,怎么啦?”
“实验失败了。”
“需要我帮忙嘛?”
“不用,你继续过柱子吧。”
“好呢。”
许秋很淡定,他知道实验失败才是科研的主旋律。
只是此般味道,他好久没有尝到过了,还真是有些怀念呢。
‘既然事实已经发生,当务之急是找到实验失败的原因,然后对实验路线或是方法进行改进。’
‘那么,问题出在哪里呢?’
许秋缩了缩鼻子,闻到了空气中似有若无的溶剂味道。
这是有机实验室特有的味道,因为保存着大量开过封的溶剂,哪怕瓶盖处有垫片,少量的溶剂也会从缝隙处逸散出来。
因此实验室的通风非常有必要,不然长期待在这样的环境中,慢性中毒是免不了的。
哪怕戴着防毒面具,溶剂蒸汽还是可以通过皮肤表面渗入人体内部。
实验室并不是一个适合思考的地方,许秋和学妹打了声招呼,返回办公室。
陈婉清正戴着耳机追剧,她抬头看了看许秋,又低下头,重新把目光锁定在电脑屏幕上。
许秋洗了下手,回到自己桌位上,打开电脑,查看自己反应的合成路线,开始分析:
用发烟硝酸进行硝基化取代,条件已经非常猛烈了,按理说PDI分子应该抵御不住硝酸分子的进攻,很容易得到三硝基取代的产物。
每个PDI分子有两个湾位的反应位点,因为是在同一侧,只能上一个硝基,就算……
不对,不是两个反应位点,而是三个,因为中央苯环和旁边PDI分子是单键相连的,也就是说另一侧还有一个额外的湾位反应位点。
三个反应位点,外侧的反应位点被取代的机会很高,内侧因为空间位阻的存在,反应活性不高,但也不低,也就是可能形成三、四、五、六取代物。
原来是这样,这么多可能的产物,难怪点板会出现一排样品点。
如何怎么改进呢?
要么改变硝基化反应,用其他基团进行取代,要么调弱硝基化反应的条件,使中央高位阻区域反应活性降低,要么让每个PDI分子的反应位点缩减为两个。
第三种选择,似乎……刚好和光环化反应契合。
如果先进行光环化,让分子中心位置变为稠环连接,再进行硝基化,就不用担心内侧的反应位点了,因为它已经消失了。
哎,就是可惜了这一锅反应原料了。
找到原因后,许秋返回实验室。
先是将失败得反应处理掉,然后查看另外一锅,碘催化的光环化反应。
他点板看了看,原料点已经比较浅了,虽然也有两三个浅浅的样品点,但主要产物点的颜色比较深,意味着当前产率差不多已经超过50%了。
大概率是成功了,许秋心中大定。
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“无机的氰化物,比如氰化钠、氰化钾这类的无机盐,确实毒性非常高,一点点剂量就会嗝屁的那种。
不过要上氰基的话,用的是有机氰化物,相对来说毒性没那么高,比如常用的乙腈溶剂只是中等毒类。
而氰化物中毒的原理,是游离的氰离子可以抑制体内细胞多种酶的活性,使细胞缺氧窒息死亡,有机氰化物在体内解离成为氰离子的量并不大。
虽说如此,如果直接接触、大量吸入有机氰化物蒸汽,还是有很大危险性的,包括想引入氟原子,也要涉及到氟试剂的使用。
总之,我只是提个建议,具体怎么做还要学姐看你自己的想法。”
“好,我再考虑考虑,”陈婉清点点头,“今天先按照现有设计的C4分子合成吧。”
A502实验室。
工作效率降低的DEBUFF已经消失,许秋干劲满满,准备着玻璃仪器、磁性搅拌子等必要设备。
他选择的两条改进路径,分别是稠环化,以及引入杂原子——硒。
对于刚合成出的3D-PDI分子来说,中间的核单元与周围PDI分子是通过“一根”碳碳单键相连接的。
碳碳单键可以旋转,因此分子结构的不固定,形成多种分子构象,这会破坏整个分子的共轭结构,不利于分子内的电荷输运。
而稠环化,就是将核单元与周围PDI分子通过“两根”碳碳单键相连接,就可以稳固分子构象,提高分子的共轭性。
就比如两个人手拉手,只是单手拉着,那么活动起来非常方便,可以解锁很多姿势;
但如果双手都拉上,两个人的姿势就被限制住,想玩出什么花样来就很困难了。
稠环化的这个思路,本质上还是在模仿富勒烯C-60这样的球体结构。
C-60的整个分子都是稠环结构,在球体表面共轭体系是连为一体的,电荷输运的能力非常强。
另外一个引入硒原子的方法,是许秋根据现有文献找到的思路,算是在旧瓶装新酒。
在有机光伏材料中,引入硫、硒、氟等元素,可能会提高材料的光电性能,这里想引入氟原子比较难,他最终选择了硒。
至于光电性能提升的具体原理是什么,现在学术界也没有一个统一的说法。
很多问题在现阶段都是没有答案的,但不妨碍人们去应用它们。
……
开始实验。
第一个反应是PDI3-B-5的光环化反应。
所用的原料是PDI3-B-5,碘单质作为催化剂,溶剂是甲苯,条件是常温、光照,反应时间为24小时。
首先重蒸甲苯,然后在反应瓶中加入剩余的几十毫克PDI3-B-5材料。
小分子的反应,对溶剂加入量的要求不高,许秋便在反应瓶中加入了15毫升重蒸过的甲苯,溶解原料。
接着,加入1毫克的单质碘。
最后,将装置至于高压汞灯的照射下,大街上的路灯很多就是高压汞灯,具有低成本、光效高、寿命长、省电等优点。
这个反应,应该是许秋做合成实验以来,最简单的一次反应了,几乎没花费什么功夫,就完成了,也没什么危险性。
唯一的缺点就是反应时间略长了一点,要等一整天。
第二个反应是PDI3-B-6的硒化反应,分为两步进行,第一步在PDI分子湾位引入一个硝基,第二步用硒原子取代硝基。
第一步的反应,原料是PDI3-B-6和浓硝酸,溶剂是二氯甲烷,条件是常温,反应时间8小时。
这次倒是不用重蒸溶剂,直接在反应瓶中加入称量好的PDI3-B-6材料,以及10毫升的二氯甲烷。
然后,将3毫升的发烟硝酸溶于5毫升的二氯甲烷,所谓的发烟硝酸,就是硝酸浓度在90%-%的液体,因为溶解了部分二氧化氮而呈红褐色,腐蚀性极强,可用作火箭燃料。
因为发烟硝酸的高危险性,在取用的时候,许秋特意多戴了一层手套,把通风橱的玻璃拉到最下面,这才拧开试剂瓶的瓶盖。
即使这样,还是有一丝丝酸的味道泄露了出来。
配好的发烟硝酸溶解后,许秋将溶液缓慢滴入反应瓶中,一滴一滴的滴加,没有全部加完,只加了毫升。
最后,加入一粒磁力搅拌子,常温下搅拌。
两个反应投好,只用了不到一个小时的时间。
反应路线是许秋自己设计的,反应条件则是根据文献资料总结出来的。
虽然大多数有机反应,都在教材上有较为通用的反应条件,但对特定的、专业性比较强的分子,比如PDI的合成反应,文献的指导意义非常重大。
如果没有文献参考,光摸索条件可能都得摸索个三五天,甚至一两周。
不过,他的分子结构毕竟和文献中只是相似,而不是完全一样。
因此许秋对于最终能否得到想要的结果,心里也没底。
至于动用系统的力量,比如模拟实验室I,也不是很有合适。
目前他有了模拟实验室II,模拟实验室I已经很少启用了。
后者的主要优势是可以加速,而像这种反应时间24小时的,强行花费2400积分加速去验证可行性性价比太低;
如果反应时间比较短,也没有加速的必要,因为投反应也是有固定的时间成本呢,还不如在现实中投。
模拟实验室I目前剩下的唯一优势,可能是不需要消耗材料,可以节省实验费用。
但PDI这类材料很便宜,可以随便造。
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投完两个反应后,许秋在实验室晃悠了一会儿,见学姐和学妹她们两个都没有需要他帮助的样子,便返回办公室。
……
时间一晃,来到了晚上。
因为有学姐这个大灯泡,许秋和韩嘉莹在办公室中没有太过放肆,空余时间大多在认认真真的撰写综述。
目前,许秋的进度很快,已经完成了第二部分他负责的PDI内容,正在和学姐负责的A-D-A部分进行整合。
学妹的话,据她说还差一点点,也不知道真假。
第二个反应的第一步硝基化反应时间已到。
许秋前往实验室进行反应后处理。
看到点板结果后,他傻眼了。
一、二、三……个样品点。
“卧槽。”
“师兄,怎么啦?”
“实验失败了。”
“需要我帮忙嘛?”
“不用,你继续过柱子吧。”
“好呢。”
许秋很淡定,他知道实验失败才是科研的主旋律。
只是此般味道,他好久没有尝到过了,还真是有些怀念呢。
‘既然事实已经发生,当务之急是找到实验失败的原因,然后对实验路线或是方法进行改进。’
‘那么,问题出在哪里呢?’
许秋缩了缩鼻子,闻到了空气中似有若无的溶剂味道。
这是有机实验室特有的味道,因为保存着大量开过封的溶剂,哪怕瓶盖处有垫片,少量的溶剂也会从缝隙处逸散出来。
因此实验室的通风非常有必要,不然长期待在这样的环境中,慢性中毒是免不了的。
哪怕戴着防毒面具,溶剂蒸汽还是可以通过皮肤表面渗入人体内部。
实验室并不是一个适合思考的地方,许秋和学妹打了声招呼,返回办公室。
陈婉清正戴着耳机追剧,她抬头看了看许秋,又低下头,重新把目光锁定在电脑屏幕上。
许秋洗了下手,回到自己桌位上,打开电脑,查看自己反应的合成路线,开始分析:
用发烟硝酸进行硝基化取代,条件已经非常猛烈了,按理说PDI分子应该抵御不住硝酸分子的进攻,很容易得到三硝基取代的产物。
每个PDI分子有两个湾位的反应位点,因为是在同一侧,只能上一个硝基,就算……
不对,不是两个反应位点,而是三个,因为中央苯环和旁边PDI分子是单键相连的,也就是说另一侧还有一个额外的湾位反应位点。
三个反应位点,外侧的反应位点被取代的机会很高,内侧因为空间位阻的存在,反应活性不高,但也不低,也就是可能形成三、四、五、六取代物。
原来是这样,这么多可能的产物,难怪点板会出现一排样品点。
如何怎么改进呢?
要么改变硝基化反应,用其他基团进行取代,要么调弱硝基化反应的条件,使中央高位阻区域反应活性降低,要么让每个PDI分子的反应位点缩减为两个。
第三种选择,似乎……刚好和光环化反应契合。
如果先进行光环化,让分子中心位置变为稠环连接,再进行硝基化,就不用担心内侧的反应位点了,因为它已经消失了。
哎,就是可惜了这一锅反应原料了。
找到原因后,许秋返回实验室。
先是将失败得反应处理掉,然后查看另外一锅,碘催化的光环化反应。
他点板看了看,原料点已经比较浅了,虽然也有两三个浅浅的样品点,但主要产物点的颜色比较深,意味着当前产率差不多已经超过50%了。
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