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稠环共轭芳香烃低聚物

延展的苯并四芬类稠环共轭芳香烃寡聚物(BTp)具有类似于石墨烯纳米带和碳纳米管的平面全共轭结构。这类化合物具有突出的电子迁移率和良好的稳定性,然而,由于其溶解度较低,在合成过程中常常发生副反应,自下而上地高效制备该类分子是一项极具挑战性的工作。


近日,美国德克萨斯A&M大学方磊教授(点击查看介绍)团队和浙江大学李寒莹教授(点击查看介绍)团队合作,通过巧妙的合成路线和方法设计,制备了一系列精确具有奇数个稠环的BTp寡聚物。这类寡聚物在分子骨架两端的苯环上引入支化烷氧基链,在不影响分子间排列的情况下有效提高了在有机溶剂中的溶解度。合成中作者利用高效的Suzuki反应、优化的Miyaura反应以及热力学控制的烯烃复分解环化反应解决了合成该类分子副反应严重及产率低等问题。他们利用这种方法实现了含有多达13个全共轭稠环的BTp-13分子的首次合成,总产率高达20.6%。在此基础上,作者还对该系列BTp的光学性质、有效共轭长度进行了研究。

图1. 高效热力学控制的烯烃复分解环化反应构建分别含有5、7、9、11和13个稠环的BTp寡聚物。


作者利用掠入式X射线散射技术(GIWAXS)探究了BTp系列化合物在固相成膜时的结晶动力学及分子排列与分子尺寸之间的关联。较大的分子因具有强π-π堆积作用而产生较强的分子间作用力,却由于尺寸大而呈现出较低的分子流动性。为了得到较好的薄膜结晶,这两个相互矛盾的因素决定了最佳的分子尺寸必须兼顾结晶所需的分子间作用力和分子流动性。在常温下,结晶性最好的样品为含有7个稠环的BTp-7,而在250摄氏度高温退火以后,结晶程度最高的化合物为含有11个稠环的更大的BTp-11。

图2. 掠入式X射线散射技术对BTp分子结晶动力学和排列取向的研究。


该工作为稠环共轭化合物的大规模精确合成提供了高效的新方法。并对该类材料以结晶形态为主的应用,如场效应晶体管、非线性光学器件等提供重要的支持。这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition上。


该论文作者为:Jongbok Lee, Huanbin Li, Alexander J Kalin, Tianyu Yuan, Chenxu Wang, Troy Olson, Hanying Li, Lei Fang

原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Extended Ladder-Type Benzo[k]tetraphene-Derived Oligomers

Angew. Chem. Int. Ed., 2017, DOI: 10.1002/anie.201707595


导师介绍

李寒莹

http://www.x-mol.com/university/faculty/21760

方磊

http://www.x-mol.com/university/faculty/981


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