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新型环保电化学反应可合成有用的半导体材料

作者:admin 发布时间:2020-06-16

有机太阳能电池在电子领域有多种应用,特别是在可穿戴设备等新型电子设备的开发中。通常情况下,这些电池都是由有机半导体分子组成的,它们轻巧又坚固。因此,寻找这些半导体分子的新型发展策略一直是全球许多科学家的目标。但通常,合成这些分子需要使用昂贵的稀有金属催化剂。这不仅导致了高昂的制造成本,而且金属催化剂被污染的可能性也使这一过程充满挑战。

为此,在《Angewandte Chemie》国际版上发表的一项新研究中,冈山大学的一个研究小组,包括Seiji Suga教授和Koichi Mitsudo副教授在内,开发了一种新的反应体系来合成有机半导体合成中的关键组分—噻吩烯衍生物。科学家们将重点放在了通过有机电解构建碳硫(C-S)键上,这是一种环保型反应。Suga教授解释说:我们专注于C-S键,因为C-S键在医药和材料科学领域非常丰富且意义重大,例如在某些抗抑郁和抗真菌药物中。

传统上,C-S键是通过一种叫做 过渡金属催化交联 的方法构建的,这种方法需要使用稀有金属催化剂。这使得该反应成本很高,因此,不可行。在这项研究中,科学家们专注于一种不同的方法,称为 电化学碳-杂原子键形成,这是一种需要温和条件的环保反应。虽然过去已经报道了几种新型的电化学碳-杂原子偶联反应,但直到现在,这些反应从未被用于合成噻吩烯。Suga教授说:在过去的几年里,我们对开发新的噻吩合成方法很感兴趣,烯类衍生物在有机电化学中有着良好的记录,是有机材料的有吸引力的候选者。

在确立了研究基础后,科学家们又深入研究,寻找新型的噻吩合成电化学方法。他们发现,在有 溴 离子存在的情况下,所需的C-S键形成会顺利发生,而 溴 离子是反应的有力促进剂。利用这一策略,科学家们成功地合成了被称为 π-expanded thienoacene derivatives 类型的噻吩烯衍生物。有趣的是,这项研究是第一个报道成功形成C-S键合成噻吩衍生物的研究。Suga教授解释说:我们的研究是第一个报道电氧化脱氢反应产生噻吩烯的C-S键。我们发现,溴离子作为卤素介质催化促进反应,对反应至关重要。

这项研究给人们带来了希望,在未来,有机半导体分子可以用一种低成本的技术来生产,而不需要使用昂贵的金属催化剂。Suga教授总结道:这项研究的关键在于'电化学合成'的方法,它是一种清洁的可再生能源。 冈山大学的科学家们希望通过这些研究成果,实现对环境影响最小的可持续有机合成。因此,这项研究也是实现联合国可持续发展目标的重要一步,从而促进人类的美好未来。

论文标题为《Electrochemical Synthesis of Thienoacene Derivatives: TransitionMetalFree Dehydrogenative CS Coupling Promoted by a Halogen Mediator》。