第二百零七章 多半是實驗失敗,氣到自閉啦
更新時間:2020-11-20 作者:肥美的韭菜
我有科研輔助系統 第二百零七章 多半是實驗失敗,氣到自閉啦
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，然后直接做3DPDI，趕快把這個想法給發表出來。 現在既然其他人已經把3DPDI的概念給提出來了，反而不用那么急了。 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，日后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。 之后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，改善旋涂后的薄膜形貌。 不同之處在于，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，并不是那么容易，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PDIBr分子。 然后再將兩個PDIBr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，PDIBr2→PDIBrHBr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于許秋如何取舍。 一種方法，就是直接按照“2PDIBr2→2PDIBr”合成，再用過柱子的方法把PDIBr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，后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，然后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后再進行溴取代反應。 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。 取舍了一番，許秋選擇了第一種方法。 實際上，這樣直接莽的話，反應到三、四取代并不容易。 因為當PDI分子被一溴取代后，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PDIBr分子。 許秋從藥品柜中小心的取出裝液溴的棕色瓶子，然后轉移到通風櫥中。 然后，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，并放入一顆聚四氟乙烯的梭形磁力攪拌子。 最后一步，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，它的密度大于水，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，里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后，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。 隨后，他依次在另外兩個反應容器中也加好液溴，然后把液溴試劑瓶蓋好，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小時后要準時關停反應。 ‘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，她的通風櫥里并沒有進行著反應。 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，反應怎么樣？” “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，同時操作兩臺設備的壓力好大。” “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么了嘛，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，然后一句話沒說就跑掉了，”韓嘉瑩歪了歪頭，隨后她不厚道的笑了笑，“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，便朝著實驗臺走去。 這處實驗臺是專門用來點板檢測的，上面還擺著兩塊硅膠板，應該就是陳婉清之前點的板。 旁邊的插座上連接著一臺手持式紫外燈，處于待機狀態。 許秋拿起紫外燈，打開開關，分別照了照兩塊硅膠板。 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，要么是她的操作失誤，要么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。” “那怎么辦啊，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……但愿有存貨吧。” 一個多小時后，兩人完成了最后一個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。 許秋將其復制到模擬實驗室中，并安排模擬實驗人員做基礎表征以及器件優化。 隨后，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，并沒有出現什么問題。 請：m.laidudu 我有科研輔助系統 第二百零七章 多半是實驗失敗,氣到自閉啦
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，然后直接做3DPDI，趕快把這個想法給發表出來。 現在既然其他人已經把3DPDI的概念給提出來了，反而不用那么急了。 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，日后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。 之后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，改善旋涂后的薄膜形貌。 不同之處在于，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，并不是那么容易，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PDIBr分子。 然后再將兩個PDIBr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，PDIBr2→PDIBrHBr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于許秋如何取舍。 一種方法，就是直接按照“2PDIBr2→2PDIBr”合成，再用過柱子的方法把PDIBr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，后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，然后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后再進行溴取代反應。 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。 取舍了一番，許秋選擇了第一種方法。 實際上，這樣直接莽的話，反應到三、四取代并不容易。 因為當PDI分子被一溴取代后，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PDIBr分子。 許秋從藥品柜中小心的取出裝液溴的棕色瓶子，然后轉移到通風櫥中。 然后，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，并放入一顆聚四氟乙烯的梭形磁力攪拌子。 最后一步，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，它的密度大于水，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，里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后，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。 隨后，他依次在另外兩個反應容器中也加好液溴，然后把液溴試劑瓶蓋好，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小時后要準時關停反應。 ‘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，她的通風櫥里并沒有進行著反應。 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，反應怎么樣？” “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，同時操作兩臺設備的壓力好大。” “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么了嘛，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，然后一句話沒說就跑掉了，”韓嘉瑩歪了歪頭，隨后她不厚道的笑了笑，“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，便朝著實驗臺走去。 這處實驗臺是專門用來點板檢測的，上面還擺著兩塊硅膠板，應該就是陳婉清之前點的板。 旁邊的插座上連接著一臺手持式紫外燈，處于待機狀態。 許秋拿起紫外燈，打開開關，分別照了照兩塊硅膠板。 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，要么是她的操作失誤，要么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。” “那怎么辦啊，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……但愿有存貨吧。” 一個多小時后，兩人完成了最后一個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。 許秋將其復制到模擬實驗室中，并安排模擬實驗人員做基礎表征以及器件優化。 隨后，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，并沒有出現什么問題。 請：m.laidudu 我有科研輔助系統 第二百零七章 多半是實驗失敗,氣到自閉啦
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