杏耀总代理_聚合或环状二聚化:末端炔烃在HOPG表面的溶剂依赖性偶联反应

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聚合或环状二聚化:末端炔烃在HOPG表面的溶剂依赖性偶联反应

Scientific reports

引言

杏耀总代理_聚合或环状二聚化:末端炔烃在HOPG表面的溶剂依赖性偶联反应

       自洽反应场(SCRF)理论已经广泛研究了溶剂对有机化学反应的影响。另一方面,通过扫描隧道显微镜(STM)技术,溶剂也被确认为控制和调节2D表面分子自组装进程以及结构的重要因素,这使得超分子自组装在固/液界面更加多样,更易实现。本文利用溶剂诱导的超分子自组装,首次在高定向热裂解石墨(HOPG)表面上获得选择性表面Glaser偶联反应,并且在空气中高度稳定。这表明超分子化学的溶剂效应已从二维晶体工程扩展到表面反应。

成果简介

       表面反应是表面化学中最重要的研究方向之一。在这项工作中,作者首次研究了末端炔烃衍生物在高定向热裂解石墨(HOPG)表面上的偶联反应。使用扫描隧道显微镜(STM)技术,可以发现这种偶联反应依赖于单体在基底上的组装结构,而后者表现出明显的溶剂效应。所以本文的体系分别在1-苯基辛烷和1,2,4-三氯苯中进行聚合和环状二聚化反应。也就是说,溶剂效应可以从二维(2D)超分子自组装延伸到表面化学反应,并且已经在固/液界面成功实现了选择性偶联反应。

图文导读

图1:1-苯基辛烷(左)和1,2,4-三氯苯(TCB)(右)中DPIA的两种偶联模型。



图2:(a)单体DPIA在1-苯基辛烷/ HOPG界面处的自组装结构的STM图像。(b)a中组装结构的分子模型,绿色部分代表共吸附的1-苯基辛烷分子。(c)DPIA覆盖处理后自组装结构的STM图像。(d)c中观察到的结构的暂定分子模型。



图3:(a)TCB / HOPG界面处单体DPIA的自组装结构的STM图像。(b)对应于a中观察到的结构的分子模型,晶胞参数为:a1 = 2.0±0.1nm,b1 = 4.0±0.1nm,和α1=(78±1)°。(c)DPIA覆盖处理后自组装结构的STM图像。(d)c中观察到的结构的暂定分子模型,晶胞参数为:ac = 2.3±0.1nm,bc = 4.2±0.1nm,和αc=(71±2)°。


       Glaser偶联可以在合适的条件下引发,在本文中,末端炔烃衍生物的共价偶联在对HOPG表面进行DPIA覆盖处理后发生。因此,将产生新化合物,导致结构转化和新型2D超分子结构的形成。

 

       如图2(c)和3(c)所示,在1-苯基辛烷中DPIA的原始层状结构转化为延伸的锯齿形聚合物,而TCB中的密堆积结构已被环状二聚体取代(由蓝色虚线圆圈表示)。很明显,DPIA分子在1-苯基辛烷和TCB中分别经历了聚合和环状二聚化偶联过程(图1),这也通过衰减全反射(ATR)傅里叶变换红外(FT-IR)得到证实。如图4所示,当使用1-苯基辛烷作为溶剂时,在3294cm -1处出现IR光谱峰(蓝色曲线),其被认定为炔烃C≡H的典型拉伸振动。然而,在1,2,4-三氯苯/ HOPG界面合成的结构(绿色曲线)的情况下,不能发现这种光谱,也就是说,在最终产物合成的结构中几乎没有C≡H。因此可以证实TCB / HOPG表面上的产物几乎全是环状二聚体,但在1-苯基辛烷/ HOPG界面处的产物可能主要是线性聚合物。



图4:在1-苯基辛烷/ HOPG界面(蓝色曲线)和TCB / HOPG界面(绿色曲线)合成的产物的4000-600cm-1区域中的ATR-FTIR光谱。

 

       通常,化学反应来自分子之间的碰撞。与溶液相中的自由运动相比,吸附在固体表面上的分子通常受限于二维平面内。然而,这种表面限制可以促进一些独特的反应。对于本文的体系,在HOPG表面上确保了分子只能平移和旋转运动,反应性差,所以选择性偶联反应应该由单体前体的溶剂依赖性超分子自组装结构决定。在将含有Cu(OAc)2·H2O的吡啶溶液加入到石墨上的有序结构中时,末端炔基与铜离子配位形成金属-有机络合物,然后在吡啶的帮助下使络合物去质子化。结果,两个最接近的DPIA前体的两个末端炔基产生了具有C-C偶联的新的丁二炔单元。


CITATION

Zhang X, Liao L, Wang S, et al. Polymerization or cyclic dimerization: solvent dependent homo-coupling of terminal alkynes at HOPG surface[J]. Scientific reports, 2014, 4: 3899.


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