Группа из Университета Нагоя в Японии успешно выполнила сложную реакцию для создания оснований, из которых состоят полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), используемые в органических светодиодах, транзисторах и технологиях солнечных батарей. Их метод позволяет создавать эти сложные молекулы, ценные за их уникальные электронные, оптические и медицинские свойства, новым, более чистым и эффективным способом. Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.
«Лучше всего то, что в технике используются простые и распространённые исходные материалы. Она использует нефunctionalized aromatics, такие как бензол и толуол, которые дёшевы, широко доступны и структурно просты», — говорит Хидео Ито из Высшей школы наук. «Превращая эти инертные соединения в сложные молекулы путём прямого образования углерод-углеродных (C-C) связей, мы можем повысить эффективность и снизить стоимость этих важных компонентов».
Их исследование дополняет работы по объединению ароматических колец
Ароматические кольца обычно используются для создания сложных молекул из-за их стабильности, а также потому, что добавление и слияние боковых групп к ним может изменять растворимость и реактивность. Исследование команды расширяет результаты работы других групп, поскольку им удалось соединить два ароматических кольца, что позволило создать гораздо более сложные молекулярные структуры.
Несмотря на важность полученных результатов, Ито говорит, что готовность его группы к экспериментам сыграла большую роль в открытии метода. «Многие исследователи пытались провести эту реакцию, но терпели неудачу в растворе, и, насколько я понимаю, никто не пробовал её в твёрдом состоянии», — сказал он. «К счастью, мой студент Ёсифуми Тояма, основываясь на своём любопытстве, попробовал провести реакцию с помощью шаровой мельницы, металлического лития и фторобензола и был поражён, обнаружив, что реакция сработала».
Реакция классифицируется как «образование C–C-связи путём ароматического электрофильного замещения (SNAr)-типа, восстановительное арилирование по Бирчу через механохимическую анионную активацию нефunctionalized ПАУ». Метод включает в себя измельчение материалов без использования растворителей для генерации высокой энергии и облегчения переноса электронов, восстановление по типу Бирча (восстановление ароматических соединений щелочным металлом) и реакцию, подобную SNAr.
«Литий использовался в качестве металла для восстановления ароматического ПАУ, создавая высокореактивную форму молекулы», — объяснил Ито. «Восстановленный ПАУ становится нуклеофилом, то есть имеет избыток электронов, тогда как фтор в составе флуороарена имеет недостаток электронов. Флуороарен притягивает электроны, что приводит к замене фтора в флуороарене на ПАУ, образуя новую углерод-углеродную связь между ароматическими кольцами».
Соединяя ароматические кольца, их метод образует биарилы, важные компоненты фармацевтических препаратов; органических электронных материалов, таких как OLED и солнечные элементы; а также красителей и пигментов. Новая техника обещает сделать создание этих компонентов гораздо более эффективным.
Предоставлено Университетом Нагоя.