電化學(xué)合成半導(dǎo)體材料，新型環(huán)保的可持續(xù)有機(jī)合成

1839年法國的貝克萊爾發(fā)現(xiàn)有機(jī)半導(dǎo)體和電解質(zhì)接觸形成的結(jié)，在光照下會產(chǎn)生一個(gè)電壓，這就是后來人們熟知的光生伏特效應(yīng)，這是被發(fā)現(xiàn)的有機(jī)半導(dǎo)體的第二個(gè)特征。而有機(jī)太陽能電池在能源領(lǐng)域的應(yīng)用，將是有機(jī)半導(dǎo)體材料的最有意義的應(yīng)用。

有機(jī)太陽能電池在電子領(lǐng)域有多種應(yīng)用，特別是在可穿戴設(shè)備等新型電子設(shè)備的開發(fā)中。通常情況下，這些電池都是由有機(jī)半導(dǎo)體分子組成的，它們輕巧又堅(jiān)固。因此，尋找這些半導(dǎo)體分子的新型發(fā)展策略一直是全球許多科學(xué)家的目標(biāo)。但通常，合成這些分子需要使用昂貴的稀有金屬催化劑。這不僅導(dǎo)致了高昂的制造成本，而且金屬催化劑被污染的可能性也使這一過程充滿挑戰(zhàn)。

為此，在《Angewandte Chemie》國際版上發(fā)表的一項(xiàng)新研究中，岡山大學(xué)的一個(gè)研究小組，包括Seiji Suga教授和Koichi Mitsudo副教授在內(nèi)，開發(fā)了一種新的反應(yīng)體系來合成有機(jī)半導(dǎo)體合成中的關(guān)鍵組分—噻吩烯衍生物。科學(xué)家們將重點(diǎn)放在了通過有機(jī)電解構(gòu)建碳硫(C-S)鍵上，這是一種環(huán)保型反應(yīng)。Suga教授解釋說："我們專注于C-S鍵，因?yàn)镃-S鍵在醫(yī)藥和材料科學(xué)領(lǐng)域非常豐富且意義重大，例如在某些抗抑郁和抗真菌藥物中。

傳統(tǒng)上，C-S鍵是通過一種叫做 "過渡金屬催化交聯(lián) "的方法構(gòu)建的，這種方法需要使用稀有金屬催化劑。這使得該反應(yīng)成本很高，因此，不可行。在這項(xiàng)研究中，科學(xué)家們專注于一種不同的方法，稱為 "電化學(xué)碳-雜原子鍵形成"，這是一種需要溫和條件的環(huán)保反應(yīng)。雖然過去已經(jīng)報(bào)道了幾種新型的電化學(xué)碳-雜原子偶聯(lián)反應(yīng)，但直到現(xiàn)在，這些反應(yīng)從未被用于合成噻吩烯。Suga教授說："在過去的幾年里，我們對開發(fā)新的噻吩合成方法很感興趣，烯類衍生物在有機(jī)電化學(xué)中有著良好的記錄，是有機(jī)材料的有吸引力的候選者。"

在確立了研究基礎(chǔ)后，科學(xué)家們又深入研究，尋找新型的噻吩合成電化學(xué)方法。他們發(fā)現(xiàn)，在有 "溴 "離子存在的情況下，所需的C-S鍵形成會順利發(fā)生，而 "溴 "離子是反應(yīng)的有力促進(jìn)劑。利用這一策略，科學(xué)家們成功地合成了被稱為 "π-expanded thienoacene derivatives "類型的噻吩烯衍生物。有趣的是，這項(xiàng)研究是第一個(gè)報(bào)道成功形成C-S鍵合成噻吩衍生物的研究。Suga教授解釋說："我們的研究是第一個(gè)報(bào)道電氧化脫氫反應(yīng)產(chǎn)生噻吩烯的C-S鍵。我們發(fā)現(xiàn)，溴離子作為鹵素介質(zhì)催化促進(jìn)反應(yīng)，對反應(yīng)至關(guān)重要。"

這項(xiàng)研究給人們帶來了希望，在未來，有機(jī)半導(dǎo)體分子可以用一種低成本的技術(shù)來生產(chǎn)，而不需要使用昂貴的金屬催化劑。Suga教授總結(jié)道："這項(xiàng)研究的關(guān)鍵在于'電化學(xué)合成'的方法，它是一種清潔的可再生能源。" 岡山大學(xué)的科學(xué)家們希望通過這些研究成果，實(shí)現(xiàn)對環(huán)境影響最小的可持續(xù)有機(jī)合成。因此，這項(xiàng)研究也是實(shí)現(xiàn)聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的重要一步，從而促進(jìn)人類的美好未來。

論文標(biāo)題為《Electrochemical Synthesis of Thienoacene Derivatives: TransitionMetalFree Dehydrogenative CS Coupling Promoted by a Halogen Mediator》。