第二百零七章 多半是實驗失敗,氣到自閉啦(求訂閱)

  張疆實驗室。

  韓嘉瑩開啟液相色譜儀,提純昨天拌好樣的產物,陳婉清則前往通風櫥,處理反應。

  許秋也開始準備下一步反應——PDI分子的改性。

  在沒收到那篇JACS審稿前,他的想法是合成出簡單PDI分子,然後直接做3D-PDI,趕快把這個想法給發表出來。

  現在既然其他人已經把3D-PDI的概念給提出來了,反而不用那麼急了。

  他打算循序漸進,先把幾種目前已知的幾種高性能PDI材料合成出來,主要是扭轉型、橋接型的PDI二聚體。

  這些材料就算現在用不到,日後也會有機會能夠用到,可以儲備起來,拓展實驗室內材料的廣度,構建一個材料庫,包括今天找光電公司銷售要的小樣,也是用來豐富這個材料庫的。

  之後每開發出來一個新材料,都可以在模擬實驗室II中,將其與材料庫中材料相匹配,構建二元甚至多元的電池器件,試驗其性能。

  而且,這也算是重新走了一遍前輩們的合成之路,能夠進一步積累他的合成經驗。

  PDI二聚體,不論是扭轉型的還是橋接型,主要的設計思路都是通過二聚,使兩個PDI分子之間呈現一個扭轉角,從而抑制整個二聚體分子的結晶性,改善旋塗後的薄膜形貌。

  不同之處在於,扭轉型是直接連接兩個PDI分子,而橋接型是在兩個PDI分子之間額外加一個「橋」,所謂的橋就是一個小的共軛結構單元,比如噻吩、乙烯基之類的。

  但要想讓兩個PDI分子聽話的連接在一起,並不是那麼容易,直接反應顯然是不行的。

  首先需要對PDI分子結構進行修飾,常用的方法是將其分子上的一個氫原子用溴原子取代,得到單取代的PDI-Br分子。

  然後再將兩個PDI-Br分子直接反應,或是引入一個橋分子,得到扭轉型或是橋接型二聚體。

  理論上,PDI+Br2→PDI-Br+HBr? 一步到位。

  實際上會存在問題。

  單個PDI分子共有8個氫原子? 因為分子是對稱的,所以共有兩種不同化學環境的氫原子? 分為原位和灣位? 各有4個,同一化學環境下的氫原子? 可以認為在反應活性上是等效的。

  相對來說,灣位? 也就是靠近分子中央處的4個氫原子的化學活性更強? 在發生溴取代反應時更容易被取代掉。

  如果控制好反應條件,原位上的氫原子幾乎不會參加化學反應。

  但也只能排除掉原位上的4個。

  灣位上有4個氫原子,在發生溴取代反應時,就可能產生0、1、2、3、4取代的產物。

  因為有相關的文獻發表? 所以這個問題是有答案的? 關鍵在於許秋如何取捨。

  一種方法,就是直接按照「2PDI+Br2→2PDI-Br」合成,再用過柱子的方法把PDI-Br給篩選出來。

  這個方法優點很明顯,簡單粗暴,一步到位? 缺點也很明顯,後處理可能比較痛苦? 產率堪憂,能有50%就燒高香了。

  另一種方法? 則是在PDI灣位上先引入一個硝基,然後再將硝基還原成為氨基? 這個氨基可以同時吃掉一側的兩個氫原子? 接著在氨基的氮原子位上連一個烷基側鏈? 最後再進行溴取代反應。

  這個方法缺點很明顯,反應步驟增加了三步……

  優點不是很明顯,或許產率會提高,或許不會,也可能會有一些隱性的優點。

  取捨了一番,許秋選擇了第一種方法。

  實際上,這樣直接莽的話,反應到三、四取代並不容易。

  因為當PDI分子被一溴取代後,另外三個灣位上的氫原子的化學環境均發生改變,最容易發生反應的氫原子位置,變更為與一溴取代位的對位,或者說是距離一溴取代位最遠的灣位。

  所以得到的產物主要是一、二溴取代的產物,以及未反應的原料。

  而且二溴取代的PDI也不是沒有用,比如將來可以將其與三甲基錫的二取代物發生Stille耦合反應,合成PDI聚合物材料。

  ……

  開始準備反應。

  三個反應,反應原料是昨天提純的PDI分子和溴單質,溶劑是二氯甲烷,常溫反應,目標產物是單取代的PDI-Br分子。

  許秋從藥品櫃中小心的取出裝液溴的棕色瓶子,然後轉移到通風櫥中。

  然後,稱量500毫克左右PDI的PDI分子,裝入50毫升容積的反應瓶內,再加入20毫升二氯甲烷作為反應溶劑,並放入一顆聚四氟乙烯的梭形磁力攪拌子。

  最後一步,是加入和PDI分子等當量的液溴。

  液溴是唯一在室溫下呈現液態的非金屬元素單質,有揮發性、毒性、腐蝕性,只能快速、粗略的稱量體積。

  此外,它的密度大於水,因此保存的時候要在液溴上方加水液封,液溴會分為三層,最下層是液溴,中間層是溴水,裡面也包含次溴酸和溴化氫,上層是水。

  許秋將通風櫥的玻璃拉到最下面,伸進手去,小心旋開液溴試劑瓶的瓶蓋,將一次性滴管伸入試劑瓶底部吸取紅黑色的液溴,再快速轉移至反應瓶內。

  紅黑色的液體接觸到反應瓶下方鮮紅色的液體後,迅速暈染開來,同時瓶內充滿深紅棕色的溴蒸汽。

  許秋迅速用玻璃塞將反應瓶塞好,橡膠中存在碳碳雙鍵,會和溴發生反應,因此不能用橡膠塞。

  隨後,他依次在另外兩個反應容器中也加好液溴,然後把液溴試劑瓶蓋好,將殘留有液溴的實驗垃圾處理掉,啟動攪拌。

  『做的反應越來越危險了呢。』暗嘆了一句,許秋按下秒表,開始計時,這個反應時間不能太長,2小時後要準時關停反應。

  『一次性用了10%的產物試水,希望不要失敗吧。』

  ……

  許秋看了看周圍,陳婉清不在實驗室,應該是回辦公室了,她的通風櫥里並沒有進行著反應。

  韓嘉瑩在另一旁的通風櫥,一邊過柱子,一邊在同步進行旋蒸。

  許秋便朝學妹走去,「挺能耐的嘛,還一心兩用。」

  「嘿嘿,」韓嘉瑩回過頭道:「師兄你來啦,反應怎麼樣?」

  「那三個產物的溴取代反應我都投好了,等下這個你產物你自己投吧。」許秋站到了她的旁邊。

  「好呀,」韓嘉瑩指了指旋蒸儀器,「來幫幫我嘛,同時操作兩台設備的壓力好大。」

  「行,那我幫你看著旋蒸吧。」許秋點點頭。

  「呼……得救啦。」她快步回到液相色譜儀。

  那邊接液的PE杯快要滿了,她按下暫停,迅速換了一個新的PE杯,繼續接液。

  『蠻熟練的嘛。』許秋想了想,問道:「對了,你知道陳婉清學姐怎麼了嘛,我看她的反應都停了,我剛才忙著投反應沒注意她那邊的情況。」

  「具體情況我也不太清楚,她剛才過來點了兩個板,然後一句話沒說就跑掉了,」韓嘉瑩歪了歪頭,隨後她不厚道的笑了笑,「不過我猜呀,她多半是實驗失敗,氣到自閉啦。」

  「這樣啊,我去看看。」許秋瞅了眼旋蒸儀器,當前茄形瓶中的溶液不多,運行平穩,比較安全,便朝著實驗台走去。

  這處實驗台是專門用來點板檢測的,上面還擺著兩塊矽膠板,應該就是陳婉清之前點的板。

  旁邊的插座上連接著一台手持式紫外燈,處於待機狀態。

  許秋拿起紫外燈,打開開關,分別照了照兩塊矽膠板。

  上面的樣品點密密麻麻的,其中一個至少有七八個點,其中有幾個還相互重疊著,如果垂直的畫一條線,就像一根糖葫蘆一樣;另外一個稍微好些,但也有五六個點。

  「估計被你猜中了,她這點板結果,不忍直視啊。」許秋放下紫外燈,回到了旋蒸儀器旁。

  「有很多個樣品點嗎?」韓嘉瑩頓了頓,「三個,四個?」

  「不止,至少五六個,」許秋嘆了口氣,「這種得到的產物,就算用液相色譜,也很難分離,而且就算分離開了,也很難判斷哪個樣品才是需要的物質,簡而言之,神仙難救,要麼是她的操作失誤,要麼是她的實驗設計有問題。」

  「當時反應步驟,不是都給你和魏老師看過的嘛,還會有問題?」學妹好奇道。

  「我和魏老師也不是正統有機合成的背景,都是摸著石頭過河,而且合成實驗這種東西,很多時候預想的是一回事,做出來又是另一回事,很多時候都要配合著各種分析儀器來反推。」

  「那怎麼辦啊,學姐和我們一樣,也忙活了兩天呢。」

  「那就要看她最初投了多少料,有沒有前一步反應產物的存貨了,就像我們一次性合成了5克產物,這次溴取代用掉500毫克,就算這次反應不成功,也還有很多次嘗試的機會。」

  「唔……但願有存貨吧。」

  ……

  一個多小時後,兩人完成了最後一個PDI產物的分離、提純。

  這次的產量略低一些,只拿到了4.2克得產物,不過從點板結果來看,純度還不錯。

  許秋將其複製到模擬實驗室中,並安排模擬實驗人員做基礎表徵以及器件優化。

  隨後,韓嘉瑩取了500毫克的產物,補投了一個液溴取代的反應。

  有許秋在旁邊照看,並沒有出現什麼問題。