許秋對引入氰基這個基團很感興趣,之前有調研過氰化物相關的知識,此時剛好用上。
“無機的氰化物,比如氰化鈉、氰化鉀這類的無機鹽,確實毒性非常高,一點點劑量就會嗝屁的那種。
不過要上氰基的話,用的是有機氰化物,相對來說毒性沒那么高,比如常用的乙腈溶劑只是中等毒類。
而氰化物中毒的原理,是游離的氰離子可以抑制體內細胞多種酶的活性,使細胞缺氧窒息死亡,有機氰化物在體內解離成為氰離子的量并不大。
雖說如此,如果直接接觸、大量吸入有機氰化物蒸汽,還是有很大危險性的,包括想引入氟原子,也要涉及到氟試劑的使用。
總之,我只是提個建議,具體怎么做還要學姐看你自己的想法。”
“好,我再考慮考慮,”陳婉清點點頭,“今天先按照現有設計的C4分子合成吧。”
A502實驗室。
工作效率降低的DEBUFF已經消失,許秋干勁滿滿,準備著玻璃儀器、磁性攪拌子等必要設備。
他選擇的兩條改進路徑,分別是稠環化,以及引入雜原子——硒。
對于剛合成出的3DPDI分子來說,中間的核單元與周圍PDI分子是通過“一根”碳碳單鍵相連接的。
碳碳單鍵可以旋轉,因此分子結構的不固定,形成多種分子構象,這會破壞整個分子的共軛結構,不利于分子內的電荷輸運。
而稠環化,就是將核單元與周圍PDI分子通過“兩根”碳碳單鍵相連接,就可以穩固分子構象,提高分子的共軛性。
就比如兩個人手拉手,只是單手拉著,那么活動起來非常方便,可以解鎖很多姿勢;
但如果雙手都拉上,兩個人的姿勢就被限制住,想玩出什么花樣來就很困難了。
稠環化的這個思路,本質上還是在模仿富勒烯C60這樣的球體結構。
C60的整個分子都是稠環結構,在球體表面共軛體系是連為一體的,電荷輸運的能力非常強。
另外一個引入硒原子的方法,是許秋根據現有文獻找到的思路,算是在舊瓶裝新酒。
在有機光伏材料中,引入硫、硒、氟等元素,可能會提高材料的光電性能,這里想引入氟原子比較難,他最終選擇了硒。
至于光電性能提升的具體原理是什么,現在學術界也沒有一個統一的說法。
很多問題在現階段都是沒有答案的,但不妨礙人們去應用它們。
開始實驗。
第一個反應是PDI3B5的光環化反應。
所用的原料是PDI3B5,碘單質作為催化劑,溶劑是甲苯,條件是常溫、光照,反應時間為24小時。
首先重蒸甲苯,然后在反應瓶中加入剩余的幾十毫克PDI3B5材料。
小分子的反應,對溶劑加入量的要求不高,許秋便在反應瓶中加入了15毫升重蒸過的甲苯,溶解原料。
接著,加入1毫克的單質碘。
最后,將裝置至于高壓汞燈的照射下,大街上的路燈很多就是高壓汞燈,具有低成本、光效高、壽命長、省電等優點。
這個反應,應該是許秋做合成實驗以來,最簡單的一次反應了,幾乎沒花費什么功夫,就完成了,也沒什么危險性。
唯一的缺點就是反應時間略長了一點,要等一整天。
第二個反應是PDI3B6的硒化反應,分為兩步進行,第一步在PDI分子灣位引入一個硝基,第二步用硒原子取代硝基。
第一步的反應,原料是PDI3B6和濃硝酸,溶劑是二氯甲烷,條件是常溫,反應時間8小時。
這次倒是不用重蒸溶劑,直接在反應瓶中加入稱量好的PDI3B6材料,以及10毫升的二氯甲烷。
然后,將3毫升的發煙硝酸溶于5毫升的二氯甲烷,所謂的發煙硝酸,就是硝酸濃度在9097.5的液體,因為溶解了部分二氧化氮而呈紅褐色,腐蝕性極強,可用作火箭燃料。
因為發煙硝酸的高危險性,在取用的時候,許秋特意多戴了一層手套,把通風櫥的玻璃拉到最下面,這才擰開試劑瓶的瓶蓋。
即使這樣,還是有一絲絲酸的味道泄露了出來。
配好的發煙硝酸溶解后,許秋將溶液緩慢滴入反應瓶中,一滴一滴的滴加,沒有全部加完,只加了0.3毫升。
最后,加入一粒磁力攪拌子,常溫下攪拌。
兩個反應投好,只用了不到一個小時的時間。
反應路線是許秋自己設計的,反應條件則是根據文獻資料總結出來的。
雖然大多數有機反應,都在教材上有較為通用的反應條件,但對特定的、專業性比較強的分子,比如PDI的合成反應,文獻的指導意義非常重大。
如果沒有文獻參考,光摸索條件可能都得摸索個三五天,甚至一兩周。
不過,他的分子結構畢竟和文獻中只是相似,而不是完全一樣。
因此許秋對于最終能否得到想要的結果,心里也沒底。
至于動用系統的力量,比如模擬實驗室I,也不是很有合適。
目前他有了模擬實驗室II,模擬實驗室I已經很少啟用了。
后者的主要優勢是可以加速,而像這種反應時間24小時的,強行花費2400積分加速去驗證可行性性價比太低;
如果反應時間比較短,也沒有加速的必要,因為投反應也是有固定的時間成本呢,還不如在現實中投。
模擬實驗室I目前剩下的唯一優勢,可能是不需要消耗材料,可以節省實驗費用。
但PDI這類材料很便宜,可以隨便造。
省錢什么的,不存在的。
投完兩個反應后,許秋在實驗室晃悠了一會兒,見學姐和學妹她們兩個都沒有需要他幫助的樣子,便返回辦公室。
時間一晃,來到了晚上。
因為有學姐這個大燈泡,許秋和韓嘉瑩在辦公室中沒有太過放肆,空余時間大多在認認真真的撰寫綜述。
目前,許秋的進度很快,已經完成了第二部分他負責的PDI內容,正在和學姐負責的ADA部分進行整合。
學妹的話,據她說還差一點點,也不知道真假。
第二個反應的第一步硝基化反應時間已到。
許秋前往實驗室進行反應后處理。
看到點板結果后,他傻眼了。
一、二、三…個樣品點。
“臥槽。”
“師兄,怎么啦?”
“實驗失敗了。”
“需要我幫忙嘛?”
“不用,你繼續過柱子吧。”
“好呢。”
許秋很淡定,他知道實驗失敗才是科研的主旋律。
只是此般味道,他好久沒有嘗到過了,還真是有些懷念呢。
‘既然事實已經發生,當務之急是找到實驗失敗的原因,然后對實驗路線或是方法進行改進。’
‘那么,問題出在哪里呢?’
許秋縮了縮鼻子,聞到了空氣中似有若無的溶劑味道。
這是有機實驗室特有的味道,因為保存著大量開過封的溶劑,哪怕瓶蓋處有墊片,少量的溶劑也會從縫隙處逸散出來。
因此實驗室的通風非常有必要,不然長期待在這樣的環境中,慢性中毒是免不了的。
哪怕戴著防毒面具,溶劑蒸汽還是可以通過皮膚表面滲入人體內部。
實驗室并不是一個適合思考的地方,許秋和學妹打了聲招呼,返回辦公室。
陳婉清正戴著耳機追劇,她抬頭看了看許秋,又低下頭,重新把目光鎖定在電腦屏幕上。
許秋洗了下手,回到自己桌位上,打開電腦,查看自己反應的合成路線,開始分析:
用發煙硝酸進行硝基化取代,條件已經非常猛烈了,按理說PDI分子應該抵御不住硝酸分子的進攻,很容易得到三硝基取代的產物。
每個PDI分子有兩個灣位的反應位點,因為是在同一側,只能上一個硝基,就算…
不對,不是兩個反應位點,而是三個,因為中央苯環和旁邊PDI分子是單鍵相連的,也就是說另一側還有一個額外的灣位反應位點。
三個反應位點,外側的反應位點被取代的機會很高,內側因為空間位阻的存在,反應活性不高,但也不低,也就是可能形成三、四、五、六取代物。
原來是這樣,這么多可能的產物,難怪點板會出現一排樣品點。
如何怎么改進呢?
要么改變硝基化反應,用其他基團進行取代,要么調弱硝基化反應的條件,使中央高位阻區域反應活性降低,要么讓每個PDI分子的反應位點縮減為兩個。
第三種選擇,似乎…剛好和光環化反應契合。
如果先進行光環化,讓分子中心位置變為稠環連接,再進行硝基化,就不用擔心內側的反應位點了,因為它已經消失了。
哎,就是可惜了這一鍋反應原料了。
找到原因后,許秋返回實驗室。
先是將失敗得反應處理掉,然后查看另外一鍋,碘催化的光環化反應。
他點板看了看,原料點已經比較淺了,雖然也有兩三個淺淺的樣品點,但主要產物點的顏色比較深,意味著當前產率差不多已經超過50了。
大概率是成功了,許秋心中大定。
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