有机化学老反应,材料领域开新花

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有机化学老反应,材料领域开新花

2024-07-17 12:54:40| 来源: 网络整理| 查看: 265

有机化学老反应,材料领域开新花

傅克烷基化(Friedel-Crafts alkylation)反应是经典有机化学教材中不可或缺的反应:卤代烃在无水三氯化铝或其他路易斯酸存在下,在芳环上发生亲电取代反应,生成烷基芳烃。傅克烷基化反应有个显著的特点,由于烷基取代氢原子后会提高芳香环上的电子密度,使其更容易发生取代反应,因而容易生成多取代产物。这意味着,如果在反应中使用二取代卤代烃,就能得到一个高度支化的聚合物。这是不难预期的,但是这样的反应值得被关注吗?

2017年,华中科技大学的谭必恩教授带领的团队在Science Advances 上给出了一个明确的答案——值得关注!基于傅克烷基化,他们将简单的化合物转变为稳定的层状微孔聚合物 [1]。

图1. 基于傅克烷基化制备层状微孔聚合物。图片来源:Sci. Adv. [1]

简单如苯和二氯甲烷在氯化铝作用下即可高产率的获得聚合物。令人惊讶的是,TEM和AFM表征都表明得到的产物竟然具有层状结构,其比表面积为575 m2/g。通过改变芳香化合物以及卤代烃的化学结构,以及调节催化剂的用量,可以比较系统地调节产物的比表面积和吸附能力。使用1,3,5-三苯基苯和二氯甲烷得到的产物比表面积达到3002 m2/g。这些多孔材料对二氧化碳和氢气也都有不俗的吸附能力,并且由于聚合物是完全通过碳碳单键和苯环连接得到的,具有非常高的稳定性。

图2. 剥离后的AFM表明聚合物具有层状结构。图片来源:Sci. Adv. [1]

来自韩国和卡塔尔的一个研究团队注意到这类材料的另一个优势:由于聚合物骨架中包含柔性的烷基链,因此具有较高的柔性,可以用于高容量甲烷存储,相关成果发表在近期的Nature Energy 上 [2]。值得一提的是,可能由于合成是在室温下进行的,这里得到的多孔聚合物材料的比表面积相当低,以COP-148为例,只有2.5 m2/g,但它们在甲烷存储容量测试时却依然表现优异。

图3. 苯和1,2-二氯乙烷在氯化铝作用下室温反应得到多孔聚合物COP-150和COP-148。图片来源:Nat. Energy [1]

对于甲烷存储而言,过去研究的焦点被放在MOF等具有刚性骨架的材料上。这带来的问题是,在较低的压力( 评论:



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