Dr. Lingkui Meng, Dr. Yasutomo Segawa, Profesor Kenichiro Itami del Proyecto JST-ERATO Itami Molecular Nanocarbon, Instituto de Biomoléculas Transformativas ITbM de la Universidad de Nagoya y el Consorcio de Investigación Integrada en Ciencias Químicas, y sus colegas han informadoen el Journal of the American Chemical Society, sobre el desarrollo de un método simple y efectivo para la síntesis de HAP fusionados con tiofeno.
Los HAP fusionados con tiofeno son moléculas orgánicas compuestas de múltiples anillos aromáticos que incluyen tiofeno. El tiofeno es un anillo aromático de cinco miembros que contiene cuatro átomos de carbono y un átomo de azufre. Los HAP fusionados con tiofeno son uno de los semiconductores orgánicos más comunes yse utilizan en diversos materiales electrónicos, como en transistores, células solares orgánicas de película delgada, diodos electroluminiscentes orgánicos y dispositivos electrónicos. Más recientemente, han encontrado uso en dispositivos portátiles debido a su ligereza y flexibilidad.
reacciones de tienanulación anulación de tiofeno, una transformación que produce nuevos anillos de tiofeno por ciclación, conduce a varios HAP fusionados con tiofeno. La mayoría de los métodos convencionales de anulación requieren la introducción de dos grupos funcionales adyacentes entre sí para formar dos sitios reactivos en los HAPantes de que pueda tener lugar la ciclación. Por lo tanto, se requieren múltiples pasos para la preparación de los sustratos. Como consecuencia, es deseable un método más simple para acceder a los HAP fusionados con tiofeno.
Un equipo dirigido por Yasutomo Segawa, un líder del grupo del proyecto JST-ERATO, y Kenichiro Itami, el director del proyecto JST-ERATO y el director del centro de ITbM, han logrado desarrollar un método simple y efectivo para la formaciónde varios HAP fusionados con tiofeno. Han logrado comenzar con HAP que tienen un solo grupo funcional, lo que ahorra el esfuerzo de instalar otro grupo funcional, y han realizado las reacciones de tienanulación utilizando azufre elemental, un reactivo de bajo costo fácilmente disponible.puede llevarse a cabo en una escala multigram y puede llevarse a cabo en una secuencia de reacción de dos pasos en una sola olla a partir de una HAP no funcionalizada. Este nuevo enfoque también puede generar múltiples restos de tiofeno en una sola reacción. Por lo tanto, este método tiene la ventaja deofreciendo una reducción significativa en el número de pasos requeridos y en los costos de reactivos para la síntesis de PAH fusionada con tiofeno en comparación con los métodos convencionales.
Los investigadores han demostrado que al calentar y agitar la solución de dimetilformamida de PAH sustituidos con el grupo ariletinilo y azufre elemental en el aire, pudieron obtener los correspondientes PAH fusionados con tiofeno. El grupo ariletinilo consiste en un alquino un resto con untriple enlace carbono-carbono unido a un anillo aromático. La reacción procede a través de una división del enlace carbono-hidrógeno CH en la posición próxima al grupo ariletinilo llamado posición orto en los HAP, en presencia de azufre.el enlace orto-CH en el PAH se puede escindir en las condiciones de reacción, la funcionalización previa instalación de un grupo funcional se vuelve innecesaria.
Los PAH sustituidos con ariletinilo son fácilmente accesibles mediante el acoplamiento Sonogashira, que es una reacción de acoplamiento cruzado para formar enlaces carbono-carbono entre un alquino y un compuesto aromático sustituido con halógeno. La síntesis de PAH fusionados con tiofeno también se puede llevar a caboen un recipiente, en el que los HAP se someten a un acoplamiento Sonogashira para formar HAP sustituidos con ariletinilo, seguido de un tratamiento directo del alquino con azufre elemental para inducir la tienanulación.
"En realidad, descubrimos esta reacción por casualidad cuando estábamos probando diferentes reacciones químicas para sintetizar una nueva molécula para el proyecto Itami ERATO", dice Yasutomo Segawa, uno de los líderes de este estudio ". Al principio, la mayoría de los miembros, incluido yo mismo, sentimosque la reacción puede haber sido informada porque es una reacción muy simple. Por lo tanto, la parte más difícil de esta investigación fue aclarar la novedad de esta reacción. Nos esforzamos mucho para investigar informes anteriores, incluidos los libros de textodesde hace más de 50 años, así como varias fuentes de Internet, para asegurarnos de que nuestras condiciones de reacción no se hayan revelado antes ", continúa.
El equipo logró sintetizar más de 20 HAP fusionados con tiofeno. También revelaron que múltiples formaciones de anillos de tiofeno de HAP sustituidos con múltiples grupos ariletinilo podrían realizarse de una vez. Múltiples HAP fusionadas con tiofeno se generaron a partir de tres vecesy tienanulaciones de cinco veces, que generaron triple tia [5] heliceno que contiene tres tiofenos y pentatienocorannuleno que contiene cinco tiofenos, respectivamente. El pentatienocorannuleno fue una molécula sin precedentes que fue sintetizada por primera vez por el nuevo método del grupo.
"Estuve extremadamente feliz cuando pude obtener el triple tia [5] heliceno en forma de hélice y el pentatienocorannuleno en forma de sombrero, porque siempre he tenido el objetivo de sintetizar nuevas moléculas emocionantes desde que me uní al grupo del profesor Itami", dice LingkuiMeng, un investigador postdoctoral que realizó principalmente los experimentos: "Tuvimos algunos problemas para purificar los compuestos, pero quedamos encantados cuando obtuvimos las estructuras cristalinas de los compuestos de tiofeno, lo que demostró que las reacciones deseadas habían tenido lugar".
"La mejor parte de esta investigación para mí es descubrir que nuestra estrategia de funcionalización de CH en HAP podría aplicarse para sintetizar moléculas estructuralmente hermosas con altas funcionalidades", dice Segawa. "La síntesis exitosa de una molécula semiconductora orgánica de alto rendimiento conocida, 2,6-bis 4- n -octilfenil - ditieno [3,2-b: 2 ', 3′-d] tiofeno, desde un sustrato relativamente barato abre puertas para acceder a compuestos útiles de tiofeno de manera rápida y rentable ".
"Esperamos que los avances continuos en nuestro método puedan conducir al desarrollo de nuevos dispositivos electrónicos orgánicos, incluidos semiconductores y materiales luminiscentes", dicen Segawa e Itami. "Estamos considerando las posibilidades de hacer que esta reacción sea aplicable para hacer útil el tiofeno-HAP fusionados, lo que conduciría al rápido descubrimiento y optimización de moléculas clave que avanzarían en el campo de la ciencia de los materiales ".
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Materiales proporcionado por Instituto de Bio-Moléculas Transformativas WPI-ITbM, Universidad de Nagoya . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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