Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

סינתזה של אבן בניין תיול עבור התגבשויות של מסגרת מתכת Gyroidal-גופרית מוליכים למחצה

Published: April 9, 2018 doi: 10.3791/57455
Automatic Translation
1, 1, 1, 2
1School of Chemical Engineering and Light Industry, Guangdong University of Technology, 2Department of Chemistry, City University of Hong Kong

Summary

כאן, אנו מציגים אחד-סיר, המעבר-מתכת נטול סינתזה של תיולים ועורר thioesters הלידים ארומטי, נתרן thiomethoxide, ואחריו את הכנת גבישים יחיד של רשת מתכת-dithiolene באמצעות תיול מינים מקומיים בתוך מ thioester צייתן ויציבה יותר.

Abstract

אנו מציגים שיטה להכנת thioester מולקולות כמו בצורת רעולי פנים את linkers תיול וניצולם לגישה רשת מתכת-dithiolene מוליכים למחצה, נקבובי במדינה גבישי בודד מאוד מסודרת. בניגוד תיולים שעמד חופשי מאוד תגובתי, אשר נוטים מתפרקים ומסבכים התגבשויות של מסגרות פתוח מתכת-thiolate, thioester מגיבים בחיי עיר לספק המין תיול, המגישה כדי להמתיק את התגובה בין יחידות מרקפטן ומרכזי מתכת, וכדי לשפר את התגבשות כתוצאה מכך. באופן ספציפי, thioester היה מסונתז בשגרה סיר אחד: ברומיד ארומטי (hexabromotriphenylene) הגיבה עם עודף נתרן thiomethoxide בתנאים נמרצת תחילה ליצור תוצר ביניים thioether. Thioether היה demethylated ואז על ידי thiomethoxide עודף כדי לספק את אניון thiolate זה היה acylated כדי ליצור את המוצר thioester. Thioester היה נוח מטוהרת על-ידי גזים טורים רגיל, לאחר מכן להשתמש ישירות הסינתזה המסגרת, שבה NaOH, ethylenediamine לשרת revert ב באתרו את thioester מקשר תיול להרכבת Pb חד-גבישי (II)-רשת dithiolene. לעומת שיטות אחרות של סינתזה תיול (למשל., על ידי ביקוע thioether אלקיל באמצעות נתרן מתכת, נוזל אמוניה), כאן הסינתזה thioester משתמשת בתנאים פשוטים, ריאגנטים חסכוני. יתר על כן, המוצר thioester הוא יציב, יכול להיות נוח טיפל ומאוחסנים. חשוב יותר, לעומת הקושי כללי גישה מסגרות מתכת גבישי-thiolate פתוח, נדגים כי שימוש של thioester עבור בחיי עיר היווצרות מקשר תיול משפר באופן משמעותי את crystallinity של המדינה מוצק מוצר. בכוונתנו לעודד את מאמצי מחקר רחבה יותר על מסגרות מתכת-גופרית חשוב מבחינה טכנולוגית על ידי חשיפה פרוטוקול סינתטי של thioester, כמו גם את המסגרת גבישי אחיד.

Introduction

יש כיום עניין רב העסקת מתכת חזקה, polarizable-גופרית (למשל., מתכת-thiolate) קישורים עבור בניית לפתוח מסגרת חומרים עם electrocatalytic משופרת מאפיינים מוליך1,2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10. בנוסף קידום אינטראקציה אלקטרונית, תחבורה במצב מורחב, הקישורים מתכת-גופרית קוולנטיות ורכים גם להקנות יציבות יותר ליישומים בסביבה מימית. בין מאובזר גופרית אבני הבניין, סימטרי, multidentate אבני הבניין polycyclic ארומטיים כמו 2,3,6,7,10,11-triphenylene hexathiol (HTT)9,11,12,13 , 14 לא רק לספק π מאוד polarizable-אלקטרונים, אלא גם מציעים יתרונות ברורים ביחס סינתזה ועיצוב המסגרת. ראשית, הליבה triphenylene נוקשה וסימטריים, בשיתוף עם קבוצות dithiolene chelating HTT, משמש כדי לנעול יונים מתכתיים של מוטיבים קבועים מליטה, פישוט התחזית מבנית של רשת פוטנציאליים7, 15. יחד עם הגיאומטריה פתוח הנוקשה של מקשר גופרית, מסגרת מבנים עם תכונות משמעותית נקבוביות לעתים קרובות ניתן להשיג במצב מוצק.

אחד האתגרים הגדולים בהרכבת מאובזר תיול orangic המסגרת מתכת (MOF) חומרים מושרשת הסינתזה של מולקולות אורגניות מקשר. ב פרוטוקול קלאסית, הקבוצה תיול היה צריך להיגזר מן הקבוצה פנול באמצעות התארגנות מחודשת ניומן-Kwart O- aryl thiocarbamate קודמן16,17,18. גישה זו, עם זאת, כוללת צעדים מיכשור וציוד משוכלל מולקולה קודמן פנול, כמו גם סיבוכים פוטנציאליים של שינוי פאזה מוצקה בטמפרטורה גבוהה. דרך נוספת של עשיית תיולים מנצל dealkylation מוטעה של thioethers תחת התנאים הקשים של, לדוגמה, נתרן אמוניה נוזלית19,20,21,22, והוא לא תואם את carboxyl ואת פונקציות רבות אחרות, תורם לבניית רשת.

לשם השוואה, פרוטוקול המוצג כאן יש יתרונות מרובים: בטיחות, נוחות, משתלמת ותאימות עם קבוצות פונקציונליות אחרות (למשל., carbonitrile, pyridinyl). על ידי חימום נמרצות את הליד ארומטי בדרך כלל זול (למשל., hexabromotriphenylene), thiomethoxide אניון, אניון thiolate נוצר (באמצעות המוצר thioether מתיל ביניים) ולאחר מכן acylated לתת היציב ו אחיזה נוחה thioester המוצר-הכל בסיר אחד.

נתאר גם הליך של ניצול מולקולות thioester כמו הצורה רעולי פנים של linkers תיול לגישה רשת מתכת-dithiolene חד-גבישי, מוליכים למחצה, נקבובי. בניגוד תיולים שעמד חופשי מאוד תגובתי, אשר נוטים מתפרקים ומסבכים התגבשויות של מסגרות פתוח מתכת-thiolate, thioester יכול להיות בקלות ביקע (למשל., על ידי NaOH או ethylenediamine) בחיי עיר לספק תיול מינים, המגישה כדי להמתיק את התגובה בין היחידות מרקפטן המרכזים מתכת, וכתוצאה מכך לשפר את התגבשות.

פרוטוקול זה הכנת תיול/thioester לא כבר בשימוש נרחב על ידי קבוצות אחרות עבור השדה המתעוררים של מסגרות מתכת-גופרית, אף-על-פי dealkylations נוקלאופילית של אלקיל aryl thioethers על ידי אניונים thiolate כבר תועדו היטב על ידי אורגני כימאים23,24,25,26. מאת לראווה בשיטה זו סינטטי יעיל עבור thioesters ואת השימוש בהם להקלה על התגבשות רשתות מתכת-גופרית, אנחנו רוצים לקדם מאמצים נוספים כדי לגשר על הפער רוחני ומעשי בין כימיה אורגנית סינתטי, מצב מוצק כימיה, כדי לסייע התפתחות מהירה ובריאה של מסגרות נקבובי.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

אזהרה: נא עיין כל גליונות נתונים בטיחות חומרים רלוונטיים לפני השימוש. Thiomethoxide דיסולפידי ו נתרן מתיל חריפה מסריח, צריך להיות מטופל בשכונה fume. נתרן הוא מאוד תגובתי ודורש זהירות מיוחדת נגד אש פוטנציאליים וסכנות פיצוץ. בנוסף לשימוש ברדס fume, ציוד מגן אישי (בטיחות משקפיים, כפפות, חלוק המעבדה, באורך מלא מכנסיים ונעליים סגורות) צריך להיות עובדים כמו שצריך. חלקים של ההליכים הבאים לערב רגיל, טכניקות טיפול ללא אוויר.

1. הכנת נתרן Thiomethoxide (CH3SNa)

  1. להתחבר בקבוקון schlenk ב 200-mL סעפת גז ואקום. לפנות את הבקבוק, ואז מילוי עם N2 שלוש פעמים, כך הבקבוק מתמלא בלחץ2 N מעט חיובי.
    הערה: שיטה דומה של הכנת CH3SNa הוזכר בקצרה בספרות, אך אין הליכים מפורטים נמסרו27,28.
  2. להוציא גוש של נתרן מתכתי מן המאגר שמן נפט. השתמש מגבת נייר כדי לנגב את מזוט על פני השטח, והשתמש סכין כדי לגרד את השכבה תחמוצת על פני השטח. במהירות חתוך 6.7 גר' נתרן מתכתי (0.29 mol) לחתיכות קטנות (למשל., על גודל סויה) ולהעביר מיד את חתיכות קטנות הבקבוקון schlenk ב 200-mL תחת זרם מונה של N2. חותם את הבקבוק עם מחצה מיד.
    הערה: כדי לצמצם את החשיפה לאוויר, אחד יכול לגזור את הנתרן עם גיוון כמות של 6.7 גרם והתאם את הכמויות של דיסולפידי THF ו דימתיל לפי כמות נתרן משמש בפועל.
  3. להעביר 80 מ ל THF נטול מים, ומחניק הבקבוק דרך הצינורית תחת הגנה2 N מהקו schlenk. לסגת 14.0 מ של דימתיל דיסולפידי (שומות 0.158; נמחקו מראש עם N2) לתוך מזרק ולהזריק אותו הבקבוק dropwise תחת הגנה2 N.
    התראה: דימתיל דיסולפידי הוא מסריח, צריך להיות מטופל בשכונה fume.
  4. החלף מחצה פקק שברי זכוכית. מערבבים את תערובת התגובה בטמפרטורת החדר במשך 24 שעות ולאחר מכן ב 60 מעלות צלזיוס במשך 3 שעות.
    הערה: תערובת התגובה הפך צמיגה תוך ערבוב בטמפרטורת החדר; כאשר מחממים עד 60 ° צלזיוס, התערובת יכולה ויגבר יותר בקלות ובכך לזרז תגובת לקראת סיום.
  5. הטמפרטורה שמרו כ 60 מעלות צלזיוס, להשתמש זרם של N2 (0.2 L/דקה) לפוצץ את רוב הממס THF את דיסולפידי דימתיל עודף, עד להופעת מוצק יבש. השתמש השמנה קר (למשל., קרח יבש/אצטון) לאסוף את דיסולפידי THF ו דימתיל בזרימה החוצה.
  6. לפנות את שאר תערובת מוצקה עם שמן משאבת כבר בערך שעתיים להסיר את דיסולפידי THF ו דימתיל שיורית ולאחר מכן מילוי זה עם N2 כדי לקבל אור צהוב מוצק (19.8 g, 97%). לאחסן את המוצר מוצק CH3SNa באווירה חנקן בחושך.
    הערה: כדי להגן על המשאבה שמן ואקום, מלכודת קר אמור לשמש במהלך השאיבה.

2. הכנה של 2,3,6,7,10,11-hexakis (pentanoylthio) triphenylene (HVaTT) כמו מקשר תיול מוגן

  1. לטעון g 0.664 של CH3SNa (9.0 mmol) לתוך בקבוקון schlenk ב 50-mL תחת זרם מונה של N2 (כלומר., לעיל מחובר סעפת גז ואקום תחת הגנה2 N).
    הערה: CH3SNa רגיש אוויר ו בקלות סופגת את המים. כדי למזער חשיפה לאוויר, אחד יכול במהירות לשקול את כמות מסוימת, להוסיף את הבקבוק, ולאחר מכן התאם את כמות מגיבים אחרים, 2,3,6,7,10,11-hexabromotriphenylene (ואירוקוי), בהתאם.
    התראה: CH מוצק3SNa יש ריח חזק והוא צריך להיות מטופל בשכונה fume.
  2. להוסיף 0.216 גר' ואירוקוי (0.30 mmol) כדי. הבקבוק תחת זרם מונה של N2וחותם הבקבוק עם מחצה.
  3. להעביר 10 מ"ל של נטול מים, ומחניק 1, 3-דימתיל-2-imidazolidinone (DMEU) לתוך הבקבוק דרך הצינורית תחת הגנה2 N מהקו schlenk.
  4. החלף מחצה פקק זכוכית רגילה, ומערבבים את תערובת התגובה ולהשתמש אמבט מלח שתחמם אותו עד 240 מעלות צלזיוס במשך 48 שעות תחת N2.
  5. TLC ניטור של התקדמות התגובה: תחת N2, להשתמש טפי זכוכית כדי לסגת aliquot קטנה של תערובת התגובה (כ- 0.1 מ"ל) מיד ומזריקות אותו מדגם נוזלי מסודר של valeroyl כלוריד (כ- 0.1 מ"ל) בפלסטיק בקבוקון microcentrifuge ו- shake ואז עבור 1 דקות; התערובת צריכה מיד פונים עכורים בצבע אפור-לבן. הוסף 0.4 מ של מים יונים ו- 0.1 מ"ל של אתיל אצטט, לסגור את הפקק, לנער את זה במשך כמה שניות.
    הערה: אם התגובה הסתיימה כבר, לא יהיה דבר שמופיע בין השכבות של מים אתיל אצטט. אם לא, חומר לא מסיסים לבן יופיע בין שתי השכבות.
  6. Pipet החוצה את החלק העליון ולהשתמש בו עבור הבחינה הלוחות TLC. להשתמש האתר אתיל אצטט/נפט 1:4 כדי לפתח את הצלחת TLC. לתגובה המלאה, מולקולת המטרה מופיע בתור לקוח קבוע ספוט סביב Rf = 0.4 תחת מנורת UV.
  7. כבה את החימום, לקחת את הבקבוק התגובה מהאמבטיה מלח כדי לקרר אותו לטמפרטורת החדר, ולאחר מכן השתמש אמבטיית קרח כדי לקרר את הבקבוק עד 0 ° C.
  8. להזריק 1.5 מ של valeroyl כלוריד (12.6 mmol) לתוך הבקבוק dropwise (על פני תקופה של 2 דקות) בעזרת מזרק תחת N2. . תמשיך לערבב ב-0 מעלות צלזיוס במשך 2 ה הערה: הוספת valeroyl כלוריד לאט, בטמפרטורה נמוכה מסייעת להפחית את הדור של תוצרי לוואי.
  9. שופכים את התערובת לתוך 50 מ של מים קרים, תמצית באמצעות אתיל אצטט (3 30 מ"ל). ואז לשטוף את השכבה אורגני בשילוב עם מים (6 60 מ ל), יבש מעל MgSO נטול מים4, ולהסיר את שיכללו חומרים נדיפים מאת המאדה.
  10. לבודד את המוצר הגולמי שמנוני על ידי גזים עמודה באמצעות 1:10 אתיל אצטט/נפט אתר כמו eluent, המעניקה מוצר שומני אור צהוב לאחר אידוי רוטרי ממיסים. להשתמש האתר אתיל אצטט/נפט 1:4 לפתח את צלחת TLC, Rf = 0.4. בהמשך לטהר את המוצר שמנוני באמצעות השלב trituration להלן.
  11. הוסף 5 מ של methanolto מוצר שומני, sonicate עבור 2 דק לאסוף המוצק תפר חוט רקמה אופווייט תוצאות באמצעות שאיבה סינון (תשואה: 59%).

3. הכנת גבישים יחיד של החומר מסגרת HTT-Pb

  1. לערבב 11.4 מ"ג של PbOAc·3H2O (0.030 mmol) ב- 1.0 מ"ל של-אתילן diamine בבקבוקון לעשות פתרון ברור.
  2. לטעון 9.1 מ ג של HVaTT (0.010 mmol), 2.0 מ ל תמיסת NaOH מתנול מראש degassed (70 mmol/L), ו- 1.0 מ"ל של-אתילן diamine ב תוך מבחנה ריקה 10-mL, sonicate במשך 5 דקות.
  3. הוסף את הפתרון PbOAc לתערובת HVaTT sonicated. ואז הבועה תערובת התגובה עם N2 ב 1 דקות, לשים את המכסה בורג כדי לאטום את המבחנה.
  4. מחממים את המבחנה ב 90 מעלות צלזיוס בתנור במשך 48 שעות, ואחריו טבעי קירור לטמפרטורת החדר, במהלך אילו צהוב כתום, גבישים קובייתיים יחיד מתאימים עבור לימודי יחיד-קריסטל רנטגן עקיפה נוצרו (תשואה: 45%).
  5. שאיבה סינון את הקריסטלים, לשטוף במהירות עם MeOH. להעביר את הקריסטלים עם טפטפת זכוכית לתוך בקבוקון המכיל איירלס MeOH (5 מ"ל) עבור אחסון בטמפרטורת החדר.

4. אינטראקציה של Paraquat Diiodide עם קריסטלים HTT-Pb

  1. . תשתמש בכוס פסטר pipet כדי למשוך כמה גרגרי של הגביש יחיד HTT-Pb מן המלאי MeOH ושחרר אותו על גבי צלחת פטרי (קוטר 35 מ מ ועומק 10 מ מ). לספוג את הנוזלים מתנול על-ידי רקמות או נייר סינון (או לתת את MeOH לייבש באופן טבעי), ואז לזרוק אל הקריסטלים כמה טיפות תמיסה מימית של diiodide paraquat (0.1%, w/w).
  2. לצפות את הצבע שינוי של הקריסטלים לפי העין או תחת מיקרוסקופ.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

הספקטרום IR של מולקולת HVaTT (שנאספו על ידי שיטת צניפה KBr) כולל בליעה החזק ביותר ב- 1,700 ס מ-1, בהתאם קרבוניל מתיחה של הקבוצה הפונקציונלית thioester. הקשת 1H-NMR של HVaTT (400 מגה-הרץ, CDCl3) מגלה סינגלאט-אלפא 8.47 מתוך hydrogens ארומטי, יחד עם multiplets 4 מ הפרוטונים אליפטיות: אלפא 8.47 (s, 6 H, CHAr), 2.75-2.72 (t, J = 7.4, 12 שעות, CH2), 1.81-1.77 (ז, 12 שעות, CH2), 1.50-1.45 (dd, J = 7.4, 12 שעות, CH2), 1.00-0.97 (t, J = 7.3, 18 H, CH3). הספקטרום 13C-NMR של HVaTT (100 מגה-הרץ, CDCl3) כולל לשיא-אלפא 196.52 את קרבוניל, שלוש פסגות (אלפא 132.71, 132,35, 130.02) מן החלק triphenylene, ו 4 פסגות התכתבות עם השרשראות אליפטיות: אלפא 196.52, 132.71, 132.35 , 130.02, 77.35, 77.04, 76.72, 43.56, 27.66, 22.27 ו 13.83.

לגלים אינפרא של המוצר גבישי HTT-Pb (שנאספו על ידי שיטת צניפה KBr) מצביעה על העדר קרבוניל מתיחה (בסביבות 1,700 ס מ-1), את אליפטיות C-H (2800-3000 ס מ-1) מתיחה כפי שניתן לראות את מגיבים HVaTT. התבנית לפיזור קרני איקס (PXRD) אבקת המדגם HTT-Pb גבישי שהושג ובכך היא עקבית עם הסינגל מבנה גבישי דיווח29, המציין את הטוהר הגבישי של המוצר HTT-Pb. הקריסטלים יחיד של HTT-Pb מוצגים גם להיות קשובים מאוד diiodide paraquat במים. כלומר, לאחר יצירת קשר עם פתרון diiodide paraquat (למשל., 0.1% w/w), הקריסטלים הפך שחור בתוך אחד או שתי דקות, הצבעה על תשלום חזקה להעביר אינטראקציות בין המסגרת HTT-Pb אלקטרון-עשיר את מאוד האלקטרון לקויה paraquat חוות.

Figure 1
איור 1 : סינתזה של מולקולת HVaTT. סינתזה מתחיל hexabromotriphenylene ואירוקוי ו נתרן thiomethoxide, אשר מפיק את hexaanion HTT זה הוא אפוא הגיבו valeroyl כלוריד כדי ליצור את המוצר thioester, HVaTT. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 2
איור 2 : IR ספקטרום של מולקולה קודמן thioester של HVaTT (א) ודוגמה כמו תוצרת הקריסטלים HTT-Pb- לשכפל מהפניית 29, ברשות החברה המלכותית לכימיה.

Figure 3
איור 3: 1H-NMR הספקטרום של HVaTT. 400 מגה-הרץ, באמצעות CDCl3 כמו הממס.

Figure 4
איור 4 : 13 C-NMR הספקטרום של HVaTT. 100 מגה-הרץ, באמצעות CDCl3 כמו הממס.

Figure 5
איור 5 : דפוסי קרני רנטגן (Cu Kα, λ = 1.5418 Å) של HTT-Pb: (א) מחושב מתוך מבנה יחיד-קריסטל; (ב) וטרי צובר במדגם של קריסטלים. הותאם מהפניית 29, ברשות החברה המלכותית לכימיה.

Figure 6
איור 6 . לוח (א): קובייתיים יחיד קריסטל של HTT-Pb לפני ואחרי טיפול עם פתרון diiodide paraquat (PDI, 0.1% w/w). קצה האוקטהדרון נמצא על 0.4 מ מ. לוח (b): סקירה כללית של המדגם בצובר של הקריסטלים שטופלו PDI HTT-Pb.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

התגובה בין הקבוצה ברומו של אניון thiomethoxide ככל הנראה יוצר לראשונה את thioether מתיל, אשר היה אז demethylated על ידי thiomethoxide עודף כדי לספק את המוצר אניון thiolate. כדי להבטיח המרה מלאה אניון thiolate הרצוי (במיוחד עבור מצע polybromide כמו ואירוקוי), התנאים נמרצת של ממושך חימום (למשל, 240 מעלות מעל 48 שעות) עם עודף גדול של נתרן thiomethoxide (למשל, מעל ל-3 פעמים את השומות של קבוצות ברומו) חיוניים. הגנת חנקן נחוץ גם למניעת החמצון של המין thiolate של המגיבים של מוצרים. השלב acylation (למשל, הזרקת valeryl כלוריד לתוך תערובת התגובה מקורר על ידי אמבטיית קרח) לא רק מספק את thioester כמוצר בקלות isolatable ויציבה, אך מציע גם שירות מעקב אחר התקדמות התגובה. לדוגמה, aliquot קטנה של תערובת התגובה יכול להיות מסוגר (תחת הגנה2 N), מיד מוזרק פתרון כלוריד valeryl, אשר יכול לשמש עבור TLC ניטור של התקדמות התגובה.

שים לב כי האיכות של נתרן thiomethoxide הכימית (NaSMe) גם הוא קריטי עבור ביצוע של מולקולת HVaTT במסגרת ההליך לעיל. אף-על-פי הכימית NaSMe מסחרי הוכיח שוב ושוב אמין, דגימות NaSMe תכופה ניתן גם מבחינה כלכלית להכין בארגון בקנה מידה גרם (כפי שמתואר לפרוטוקול).

התגובה solvothermal עבור הכנת הקריסטלים יחיד של הרשת HTT-Pb, אשר כולל מסגרת anionic נוסחה [Pb3או0.5(HTT)]1.5 -, זה חיוני כדי להשתמש טופס אסתר, קרי, (2,3,6,7,10,11-hexakis pentanoylthio) triphenylene (HVaTT), כחומר מוצא. לדוגמה, אם היה תיול חינם של HTT והפתרון2 Pb(OAc) ישירות מעורבבים יחד, אבקת אמורפי נצפתה, כדי לזרז מיד, עם אין שיפור מובהק של crystallinity התבצע אפילו עם טיפול ממושך חימום תערובת התגובה. תחת התנאים התגובה, מגיבים HVaTT שעברו הידרוליזה בחיי עיר ליצירת המינים תיול HTT, וכך פעלו כגירסה רעולי פנים של תגובתי תיול ובעזרתו HTT. כתוצאה מכך, HVaTT מגישה ביעילות כדי להמתיק רשת היווצרות תהליך, קרי, מאטים את התגובה בין היחידות גופרית היונים Pb2 + , ומאפשר עבור יותר הורה מוצר גבישי ושיטותיה. היווצרות גבישים בודדים גדולים (צהוב כתום קובייתיים, כ- 0.3 מ מ) של HTT-Pb גם הביא ידי תכונות מבניות שלה. כלומר, הפרט Pb (II)-יחידות dithiolene HTT-Pb משולבים באמצעות אטום - אוקסו ממוצע3; לפיכך, יציב Pb3O הציר (לעומת חוב Pb-S יותר סורר) כמו החוליה החלשה ברשת תלת-ממד מציע הפיכות יותר להשגת המדינה גבישי בודד מאוד מסודרת. עם זאת, אנו מצפים כי crystallinity של רשתות מתכת-thiolate אחרים באופן כללי צריך גם ליהנות מן השימוש המוגן תיולים (כמו thioester HVaTT) לאספקת בחיי עיר מקשר תיול.

מלבד היתרונות של ריאגנטים בעלות נמוכה ובטוחה (למשל, בהשוואה עם נתרן באמוניה נוזלית), פרוטוקול זה מציע יותר תאימות עם קבוצות פונקציונליות אחרות חיוני לבניית מסגרת. לדוגמה, חקירה מתמשכת שלנו מדגים כי קבוצות carbonitrile ו- pyridinyl הן בדרך כלל סובלנית התנאים התגובה, מצויד thioester carbonitrile ו- N-heterocycles יכול להיות ביעילות שהוכנו על ידי פרוטוקול דומה. בתנאים אלקליין, קבוצות הן carbonitrile והן thioester יכול להיות בקלות hydrolysed לקבוצות carboxyl, תיול, בהתאמה, ובכך יוצר linkers קרבוקסילית מאובזר תיול שהוכחו חשוב לבנייה MOF 10,30,31,32,33,34. מולקולות N-heterocycle מצויד תיול, מצד שני, יכול ישירות לשמש לתיאום עם יוני מתכת לבנייה רשת, תחום מחקרי זה כולל גם רשומה lierature ציין, כמו גם לימודי אינטנסיבי שוטף2, 4.

התאימות עם אסתר וקבוצות carboxylate, עם זאת, נשאר בעייתי בזמנים. לדוגמה, קבוצות אסתר בדרך כלל הפכו carboxylates בתנאים אלה נוקלאופילי נמרצות (למשל, באמצעות dealkylation של קבוצת אסתר). הקבוצה carboxylate, עם מטען שלילי שלה, נוטה לעכב את אניון thiomethoxide בהתקפה שלו על האתר methylthio; יתר על כן, decarboxylation נצפית לעיתים קרובות בתנאים של חימום ממושך בשימוש בפרוטוקול. לכן באמת מוצדקת מחקר במאמצים לשפר מצב זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים אין לחשוף.

Acknowledgments

עבודה זו נתמכה על ידי הלאומי מדעי הטבע קרן של סין (21471037), קרנות מדעי הטבע גואנג-דונג חוקרים צעירים מכובד (15ZK0307), מדע, טכנולוגיה תכנון הפרוייקט של בפרובינצית גואנג-דונג (2017A050506051), ו מועצת מענקי המחקר של HKSAR [GRF 11303414].

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Bromine DAMAO CHEMICAL REAGENT FACTORY 7726-95-6 Highly toxic
Triphenylene   HWRK Chem HWG45510
Iron powder Sigma-Aldrich 12310
Nitrobenzene DAMAO CHEMICAL REAGENT FACTORY 2934
Diethyl ether  DAMAO CHEMICAL REAGENT FACTORY 48
Dichloromethane DAMAO CHEMICAL REAGENT FACTORY 3067
Sodium metal J&K WM-NMS-54-25X-50G Air sensitive
Tetrahydrofuran J&K 315353
Dimethyl disulfide INTERNATIONAL LABORATORY USA 726415
1,3-Dimethyl-2-imadazolidinone J&K 50483 Dried over 4Å sieves
Valeryl  chloride J&K 99590
Methanol Guangzhou Chemical Reagent Factory 2334
Sodium hydroxide Guangzhou Chemical Reagent Factory 1588
Ethylene diamine Riedel-de Haën 15070
Lead acetate trihydrate PEKING CHEMICAL WORKE 861218

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Zhao, Y., et al. A paramagnetic lamellar polymer with a high semiconductivity. Chem Commun. 0 (11), 1020-1021 (2001).
  2. Su, W., Hong, M., Weng, J., Cao, R., Lu, S. A semiconducting lamella polymer [{Ag(C5H4NS)}n] with a graphite-like array of silver(I) ions and its analogue with a layered structure. Angew Chem Int Ed. 39 (16), 2911-2914 (2000).
  3. Tang, X. -Y., Li, H. -X., Chen, J. -X., Ren, Z. -G., Lang, J. -P. Synthetic and structural chemistry of groups 11 and 12 metal complexes of the zwitterionic ammonium thiolate ligands. Coord Chem Rev. 252 (18-20), 2026-2049 (2008).
  4. Takaishi, S., et al. Electroconductive porous coordination polymer Cu[Cu(pdt)2] composed of donor and acceptor building units. Inorg Chem. 48 (19), 9048-9050 (2009).
  5. Kobayashi, Y., Jacobs, B., Allendorf, M. D., Long, J. R. Conductivity, Doping, and Redox Chemistry of a Microporous Dithiolene-Based Metal-Organic Framework. Chem Mater. 22 (14), 4120-4122 (2010).
  6. Low, K. -H., Roy, V. A. L., Chui, S. S. -Y., Chan, S. L. -F., Che, C. -M. Highly conducting two-dimensional copper(I) 4-hydroxythiophenolate network. Chem Commun. 46 (39), 7328-7330 (2010).
  7. Kambe, T., et al. π-Conjugated Nickel Bis(dithiolene) Complex Nanosheet. J Am Chem Soc. 135 (7), 2462-2465 (2013).
  8. Mensforth, E. J., Hill, M. R., Batten, S. R. Coordination polymers of sulphur-donor ligands. Inorg Chim Acta. 403, 9-24 (2013).
  9. Cui, J., Xu, Z. An electroactive porous network from covalent metal-dithiolene links. Chem Commun. 50 (30), 3986-3988 (2014).
  10. Sun, L., Miyakai, T., Seki, S., Dincă, M. Mn-2(2,5-disulfhydrylbenzene-1,4-dicarboxylate): A Microporous Metal-Organic Framework with Infinite (-Mn-S-)∞ Chains and High Intrinsic Charge Mobility. J Am Chem Soc. 135 (22), 8185-8188 (2013).
  11. Dong, R., et al. Large-Area, Free-Standing, Two-Dimensional Supramolecular Polymer Single-Layer Sheets for Highly Efficient Electrocatalytic Hydrogen Evolution. Angew Chem Int Ed. 54 (41), 12058-12063 (2015).
  12. Clough, A. J., Yoo, J. W., Mecklenburg, M. H., Marinescu, S. C. Two-Dimensional Metal-Organic Surfaces for Efficient Hydrogen Evolution from Water. J Am Chem Soc. 137 (1), 118-121 (2015).
  13. Xu, Z., Li, K., Fettinger, J. C., Li, J., King, M. M. A Semiconductive Coordination Network Based on 2,3,6,7,10,11-Hexakis(methylthio)triphenylene and BiCl3. Cryst Growth Des. 5 (2), 423-425 (2005).
  14. Sheberla, D., et al. High Electrical Conductivity in Ni3(2,3,6,7,10,11-hexaiminotriphenylene)2, a Semiconducting Metal-Organic Graphene Analogue. J Am Chem Soc. 136 (25), 8859-8862 (2014).
  15. Dirk, C. W., et al. Metal poly(benzodithiolenes). Macromolecules. 19 (2), 266-269 (1986).
  16. Edwards, J. D., Pianka, M. 1346. Isomerisation of 2-butyl-4,6-dinitrophenyl thiocarbamates. J. Chem. Soc. (0), 7338 (1965).
  17. Kwart, H., Evans, E. R. The Vapor Phase Rearrangement of Thioncarbonates and Thioncarbamates. J Org Chem. 31 (2), 410-413 (1966).
  18. Newman, M. S., Karnes, H. A. The Conversion of Phenols to Thiophenols via Dialkylthiocarbamates1. J Org Chem. 31 (12), 3980-3984 (1966).
  19. Wolman, Y. The Thiol Group (1974). , John Wiley & Sons, Ltd. 669-684 (2010).
  20. Harnisch, J. A., Angelici, R. J. Gold and platinum benzenehexathiolate complexes as large templates for the synthesis of 12-coordinate polyphosphine macrocycles. Inorg Chim Acta. 300, 273-279 (2000).
  21. Yip, H. K., Schier, A., Riede, J., Schmidbaur, H. Benzenehexathiol as a template rim for a golden wheel: synthesis and structure of [CSAu(PPh3)]6. J Chem Soc Dalton Trans. (15), 2333-2334 (1994).
  22. Sakamoto, R., et al. pi-Conjugated Trinuclear Group-9 Metalladithiolenes with a Triphenylene Backbone. Inorg Chem. 52 (13), 7411-7416 (2013).
  23. Testaferri, L., Tiecco, M., Tingoli, M., Chianelli, D., Montanucci, M. Simple Syntheses of Aryl Alkyl Thioethers and of Aromatic Thiols from Unactivated Aryl Halides and Efficient Methods for Selective Dealkylation of Aryl Alkyl Ethers and Thioethers. Synthesis. (9), 751-755 (1983).
  24. Testaferri, L., Tingoli, M., Tiecco, M. Reactions of polychlorobenzenes with alkanethiol anions in HMPA. A simple, high-yield synthesis of poly(alkylthio)benzenes. J Org Chem. 45 (22), 4376-4380 (1980).
  25. Tiecco, M. Selective dealkylations of aryl alkyl ethers, thioethers, and selenoethers. Synthesis. (10), 749-759 (1988).
  26. Tiecco, M., Tingoli, M., Testaferri, L., Chianelli, D., Maiolo, F. Selective dealkylation of bis[alkylthio]benzenes: elimination-substitution competition with methoxide and methanethiolate ions in hexamethylphosphoric triamide. Synthesis. (6), 478-480 (1982).
  27. Wark, T. A., Stephan, D. W. Early metal thiolato species as metalloligands in the formation of early/late heterobimetallic complexes: syntheses and molecular structures of Cp2Ti(SMe)2, Cp2V(SMe)2, (Cp2Ti(µ-SMe)2)2Ni and (Ni(µ-SMe)2)6. Organometallics. 8 (12), 2836-2843 (1989).
  28. Chakraborty, P. Sodium methanethiolate. e-EROS Encycl Reagents Org Synth. , 1-5 (2014).
  29. Huang, J., et al. A semiconducting gyroidal metal-sulfur framework for chemiresistive sensing. J Mater Chem A. 5 (31), 16139-16143 (2017).
  30. He, J., et al. Building thiol and metal-thiolate functions into coordination nets: Clues from a simple molecule. J Solid State Chem. 182 (7), 1821-1826 (2009).
  31. Yee, K. -K., et al. Effective Mercury Sorption by Thiol-Laced Metal-Organic Frameworks: in Strong Acid and the Vapor Phase. J Am Chem Soc. 135 (21), 7795-7798 (2013).
  32. Yee, K. -K., et al. Room-temperature acetylene hydration by a Hg(II)-laced metal-organic framework. Chem Commun. 51 (54), 10941-10944 (2015).
  33. Gui, B., et al. Tackling poison and leach: catalysis by dangling thiol-palladium functions within a porous metal-organic solid. Chem Commun. 51 (32), 6917-6920 (2015).
  34. He, J., Zeller, M., Hunter, A. D., Xu, Z. Functional shakeup of metal-organic frameworks: the rise of the sidekick. CrystEngComm. 17 (48), 9254-9263 (2015).

Tags

כימיה בעיה 134 תיול סינתזה חומרים נקבוביים מוליכים למחצה מסגרות מתכת-אורגנית מתכת תרכובות Dithiolene Gyroid
סינתזה של אבן בניין תיול עבור התגבשויות של מסגרת מתכת Gyroidal-גופרית מוליכים למחצה
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

He, Y., Huang, J., He, J., Xu, Z.… More

He, Y., Huang, J., He, J., Xu, Z. Synthesis of a Thiol Building Block for the Crystallization of a Semiconducting Gyroidal Metal-sulfur Framework. J. Vis. Exp. (134), e57455, doi:10.3791/57455 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter