Jump to content

Сопряженный микропористый полимер

Сопряженные микропористые полимеры ( CMP ) представляют собой подкласс пористых материалов , которые связаны с такими структурами, как цеолиты , металлоорганические каркасы и ковалентные органические каркасы , но по своей природе являются аморфными , а не кристаллическими . CMP также являются подклассом сопряженных полимеров и обладают многими из тех же свойств, таких как проводимость, механическая жесткость и нерастворимость. CMP создаются путем соединения строительных блоков π-сопряженным образом и обладают трехмерными сетями. [ 1 ] Конъюгация распространяется через систему CMP и придает им проводящие свойства. Строительные блоки CMP привлекательны тем, что блоки обладают широким разнообразием π-единиц, которые можно использовать, и позволяют настраивать и оптимизировать скелет, а затем и свойства CMP. Большинство строительных блоков содержат жесткие компоненты, такие как алкины , которые вызывают микропористость . [ 1 ] CMP находят применение в хранении газа, гетерогенном катализе , излучении света, сборе света и хранении электроэнергии. [ 2 ]

CMP, показывающий жесткие алкины и ароматические кольца

Проектирование и синтез

[ редактировать ]

Строительные блоки, составляющие сеть ХМП, должны содержать ароматическую систему и иметь как минимум две реакционноспособные группы. Для создания пористой структуры CMP перекрестное соединение строительных блоков с различной геометрией для создания трехмерной полимерной необходимо основной цепи, в то время как реакции самоконденсации происходят при гомосочетании строительных блоков с аналогичной геометрией. [ 2 ] Геометрия строительных блоков основана на их точечной группе . C 2 , C 3 , C 4 , C 6 представляют собой геометрические формы строительных блоков CMP.

Муфта Сузуки

[ редактировать ]

С 1979 года сочетание Сузуки является эффективным методом образования арил-арильных связей. [ 3 ] Условия реакции сочетания Сузуки для образования бифенильной повторяющейся единицы для ХМП включают катализируемое палладием кросс-сочетание борорганического реагента с органическим галогенидом или сульфонатом в присутствии некоторого основания. Преимущество использования этого метода для синтеза ХМП заключается в том, что условия реакции мягкие, имеется коммерческая доступность борорганических реагентов и высокая толерантность реакции к функциональным группам . Этот метод лучше всего использовать для крупномасштабного синтеза ХМП. [ 4 ] Недостатком сочетания Сузуки является то, что реакция чувствительна к кислороду, что часто приводит к образованию побочных продуктов, а также к необходимости дегазации реакции. [ 2 ]

Муфта Соногашира

[ редактировать ]

Кросс-сочетание Соногашира арилгалогенидов и алкинловых групп происходит с палладий-медным сокатализатором в присутствии основания. В реакции сочетания используется сокатализатор палладий-медь из-за достигаемой улучшенной реакционной способности. [ 5 ] Реакции сочетания Соногаширы выгодны тем, что реакция имеет техническую простоту, а также совместимость функциональных групп. CMP легко образуются с помощью этого метода из-за легкости вращения алкинов в плоских мономерах для достижения трехмерной сети. [ 6 ] Прочность этих плоских мономеров можно регулировать, чтобы контролировать диаметр пор CMP. [ 7 ] Растворители в реакции сочетания Соногаширы также могут играть роль в образовании ХМП. Растворителями, которые лучше всего облегчают синтез ХМП, являются диметилформамид , 1,4-диоксан и тетрагидрофуран . [ 2 ] Эти растворители помогают нейтрализовать образование галогеноводорода, образующегося в качестве побочного продукта. Недостатком использования терминальных алкинов в качестве мономера является то, что концевые алкины легко подвергаются гомосочетанию в присутствии кислорода, поэтому реакцию необходимо проводить без присутствия кислорода и воды. [ 8 ]

Муфта Ямамото

[ редактировать ]

При соединении Ямамото углерод-углеродные связи арилгалогенидных соединений образуются при посредничестве катализатора на основе переходного металла, чаще всего бис(циклооктадиен)никеля(0) , часто обозначаемого как Ni(cod) 2 . Преимущество сочетания Ямамото заключается в том, что требуется только один мономер, функционализированный галогеном, что приводит к разнообразию видов мономеров, а также к простой процедуре реакции. В то время как большинство исследований в области ХМП сосредоточено на контроле размера пор и площади поверхности, отсутствие гибкости мономеров, используемых в муфтах Ямамото, уступает место свободным объемам и пористости в ХМП. [ 9 ] Лишь недавно появились сообщения о контролируемом размере пор и площади поверхности CMP с помощью соединения Ямамото. [ 2 ] Ifzan и соавт. также недавно сообщили о контрпредпозиционно замещенном [6]CMP с использованием реакции сочетания Ямамото. [ 10 ]

Основная реакция Шиффа

[ редактировать ]

Большинство подходов, используемых в настоящее время для синтеза ХМП, необходимо осуществлять в безводных и бескислородных средах из-за присутствия металлических катализаторов. Из-за использования металлических катализаторов в полимерах неизбежно присутствуют следы металлов. [ 11 ] Реакции, такие как реакция основания Шиффа, привлекли большое внимание, поскольку в реакциях не используются металлы. В основании Шиффа мономеры на основе аминов и мономеры, содержащие альдегиды , вступают в реакцию с образованием повторяющейся единицы для CMP. Основание Шиффа является предпочтительным методом, не содержащим металлов, из-за дешевых мономеров промышленного масштаба, содержащих множество альдегидных функциональных групп. Еще одним преимуществом основания Шиффа является то, что при создании ХМП образуется азот, что может быть полезно для многих применений. [ 12 ]

Цианоциклотримеризация

[ редактировать ]

Реакции цианоциклотримеризации протекают в ионотермических условиях, при этом ХМП получают в расплавленном хлориде цинка при высоких температурах. [ 13 ] Строительные единицы могут производить кольца C 3 N 3 . Эти кольца затем соединяются с треугольной плоскостью как второстепенная строительная единица. Циклотримеризация часто используется для связывания тетраэдрических мономеров с образованием CMP. ХМП, синтезированные методом цианоциклотримеризации, характеризуются узким распределением микропор по размерам, высокими энтальпиями H 2 адсорбции и быстрой селективной адсорбцией газа. [ 14 ]

Характеристики

[ редактировать ]

Некоторые физические свойства ХМП можно объяснить их расширенным сопряжением или микропористостью.

Электрические свойства

[ редактировать ]

Подобно проводящим металлам, сопряженные полимеры имеют электронные зоны . Электроны сопряженной системы занимают валентную зону , и удаление электронов из этой зоны или добавление электронов в зону проводимости с более высокой энергией может привести к проводимости. [ 15 ] Сопряженные материалы во многих случаях могут поглощать видимый свет из-за своей делокализованной π-системы. Эти свойства привели к его применению в органической электронике и органической фотонике . [ 16 ]

Физические свойства

[ редактировать ]

CMP демонстрируют высокий уровень настройки площади поверхности и размера пор. Мономеры могут быть разработаны с более длинными жесткими фрагментами для увеличения площади поверхности. Серии от CMP-1,4 до CMP-5 демонстрируют резкое увеличение площади поверхности с 500 м2. 2 /г до 1000 м 2 /г. Увеличение площади поверхности может значительно улучшить их способность наполняться различными органическими и неорганическими соединениями для различных применений. Увеличенная площадь поверхности также может улучшить возможности сорбции газа.

Серия расширенных CMP-линкеров
Series of extended linker CMPs

Основным недостатком CMP является присущая им нерастворимость. Эта нерастворимость обусловлена ​​длинными жесткими фрагментами мономеров. Было предпринято несколько попыток повысить растворимость путем добавления солюбилизирующих боковых цепей, но это все еще остается препятствием для широкого применения.

Приложения

[ редактировать ]

CMP были исследованы для нескольких применений с момента их открытия. Площадь поверхности в КТМ может превышать 1000 м2. 2 /г во многих случаях, хотя и связаны с пористыми ароматическими каркасами, [ 17 ] у которых отсутствует расширенное сопряжение, могут иметь гораздо большую площадь поверхности - более 5500 м . 2 /г. Пористость этих материалов позволила оценить их как сорбенты . Недавние работы были сосредоточены на их потенциале с точки зрения катализа . [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] например, в форме «металлоорганических ХМП», [ 21 ] а также для легкого сбора урожая, [ 22 ] и суперконденсаторы [ 23 ] воспользовавшись их высококонъюгированной природой. Еще одним преимуществом, заявленным для материалов CMP, является возможность создания их производных с использованием широкого спектра функциональных групп. [ 19 ] [ 24 ]

CMP несколько раз применялись в различных областях, где используются преимущества как их электронных свойств, так и пористой природы. Поры могут быть заполнены неорганическими материалами, такими как TiO 2 , для применения в фотогальванике. [ 25 ] Их можно переработать и использовать в качестве электронных соединений. Они обеспечивают вход и выход из пор, что можно использовать для поверхностных электрохимических применений.

  1. ^ Jump up to: а б Сюй Ю, Цзинь С, Сюй Х, Нагай А, Цзян Д (октябрь 2013 г.). «Сопряженные микропористые полимеры: дизайн, синтез и применение». Chem Soc Rev. 42 (20): 8012–31. дои : 10.1039/c3cs60160a . ПМИД   23846024 .
  2. ^ Jump up to: а б с д и Лю, К.; Тан З.; У М.; Чжоу З. (2014). «Проектирование, получение и применение сопряженных микропористых полимеров». Полимер Интернэшнл . 63 (3): 381–392. дои : 10.1002/pi.4640 .
  3. ^ Мияура, Н. ; Ямада К.; Сузуки А. (1979). «Новое стереоспецифическое кросс-сочетание катализируемой палладием реакцией 1-алкенилборанов с 1-алкенил- или 1-алкинилгалогенидами». Тетраэдр Летт . 20 (36): 3437. doi : 10.1016/s0040-4039(01)95429-2 . hdl : 2115/44006 .
  4. ^ Чен, Л.; Хонсё Ю.; Секи С.; Цзян Д. (2010). «Светособирающие сопряженные микропористые полимеры: быстрый и высокоэффективный поток световой энергии с пористым полифениленовым каркасом в качестве антенны». J Am Chem Soc . 132 (19): 6742–8. дои : 10.1021/ja100327h . ПМИД   20218681 .
  5. ^ Дусе Х., Йерсо Х.К. (2007). «Каталитические системы на основе палладия для синтеза сопряженных енинов реакциями Соногашира и связанным с ними алкинилированием». Энджью. хим. Межд. Эд. англ . 46 (6): 834–71. дои : 10.1002/anie.200602761 . ПМИД   17335070 .
  6. ^ Купер А.И. (2009). «Сопряженные микропористые полимеры». Продвинутые материалы . 21 (12): 1291–1295. дои : 10.1002/adma.200801971 . ISSN   0935-9648 .
  7. ^ Цзян, JX.; Су Ф.; Тревин А.; Деревянный компакт-диск.; Ню Х.; Джонс Дж.; и др. (2009). «Микропористые сети поли(три(4-этинилфенил)амина): синтез, свойства и атомистическое моделирование». Макромолекулы . 42 (7): 2658–2666. Бибкод : 2009МаМол..42.2658J . дои : 10.1021/ma802625d .
  8. ^ Котора, М. (2002). Справочник по палладийорганической химии для органического синтеза . Нью-Йорк: Wiley Interscience. п. 973. ИСБН  978-0-471-31506-3 .
  9. ^ Ронкали, Дж.; Лериш, П.; Кравино, А. (2007). «От одномерных к трехмерным органическим полупроводникам: в поисках органического кремния?». Продвинутые материалы . 19 (16): 2045–2060. дои : 10.1002/adma.200700135 . ISSN   0935-9648 .
  10. ^ Аршад, Ифзан; Саид, Аамер; Чаннар, Перваиз Али; Шехзади, Саеда Алия; Ирфан, Рана Мухаммад (5 сентября 2019 г.). «Синтез контрпозиционно замещенного циклогекса-мета-фенилена: готовый к использованию предшественник материалов на основе циклогекса-мета-фенилена» . Синлетт . 30 (16): 1886–1890. дои : 10.1055/s-0039-1690676 . ISSN   0936-5214 .
  11. ^ Холст, Джеймс Р.; Штёкель, Эв; Адамс, Дэйв Дж.; Купер, Эндрю И. (2010). «Сети с большой площадью поверхности из тетраэдрических мономеров: соединение, катализируемое металлами, термическая полимеризация и химия «щелчка». Макромолекулы . 43 (20): 8531–8538. Бибкод : 2010MaMol..43.8531H . дои : 10.1021/ma101677t . ISSN   0024-9297 .
  12. ^ Каур Н., Делькрос Дж.Г., Имран Дж., Халед А., Чехтан М., Чаммер Н., Мартин Б., Фэнстиел О. (март 2008 г.). «Сравнение хлорамбуцил- и ксилолсодержащих полиаминов приводит к улучшению лигандов для доступа к транспортной системе полиаминов». Дж. Мед. Хим . 51 (5): 1393–401. дои : 10.1021/jm070794t . ПМИД   18281932 .
  13. ^ Кун П., Антониетти М., Томас А. (2008). «Пористые ковалентные каркасы на основе триазина, полученные методом ионотермического синтеза». Энджью. хим. Межд. Эд. англ . 47 (18): 3450–3. дои : 10.1002/anie.200705710 . ПМИД   18330878 .
  14. ^ Маккеун, Нил Б.; Ганем, Бадер; Мсаиб, Кадхум Дж.; Бадд, Питер М.; Таттершалл, Карин Э.; Махмуд, Халид; Тан, Сирена; Книга, Дэвид; Лангми, Генриетта В.; Уолтон, Аллан (2006). «На пути к материалам для хранения водорода на основе полимеров: создание ультрамикропористых полостей в полимерах с внутренней микропористостью» . Angewandte Chemie, международное издание . 45 (11): 1804–1807. дои : 10.1002/anie.200504241 . ISSN   1433-7851 . ПМИД   16470904 .
  15. ^ Инзельт, Дьёрдь (2008). Проводящие полимеры: новая эра в электрохимии . Монографии по электрохимии. Берлин, Гейдельберг: Springer. дои : 10.1007/978-3-540-75930-0 . ISBN  9783540759300 .
  16. ^ Лю, Цинцюань; Чжэ Тан; Минда Ву; Чжихуа Чжоу (2014). «Проектирование, получение и применение сопряженных микропористых полимеров». Полимер Интернэшнл . 63 (3): 381–392. дои : 10.1002/pi.4640 .
  17. ^ Бен, Т.; Рен, Х; Ма, SQ; Цао, ДП; Лан, Дж. Х.; Цзин, XF; Ван, туалет; Сюй, Дж; Дэн, Ф; Симмонс, Дж. М.; Цю, С.Л.; Чжу, GS (2009). «Целевой синтез пористой ароматической структуры с высокой стабильностью и исключительно большой площадью поверхности». Энджью. хим. Межд. Эд . 48 (50): 9457–9460. дои : 10.1002/anie.200904637 . ПМИД   19921728 .
  18. ^ Чжан, К.; Д. Копецкий; П. Сибергер; М. Антониетти; Ф. Вилела (2013). «Контроль площади поверхности и фотокаталитическая активность сопряженных микропористых поли(бензотиадиазольных) сетей». Angewandte Chemie, международное издание . 52 (5): 1432–1436. дои : 10.1002/anie.201207163 . ПМИД   23345129 .
  19. ^ Jump up to: а б Ураками, Хиромицу; К. Чжан; Ф. Вилела (2013). «Модификация конъюгированного микропористого полибензотиадиазола для генерации фотосенсибилизированного синглетного кислорода в воде». Химические коммуникации . 49 (23): 2353–2355. дои : 10.1039/C3CC38956A . ПМИД   23407715 . S2CID   23552285 .
  20. ^ Се, ЗГ; Ван, К; деКраффт, Кентукки; Лин, ВБ (2011). «Высокостабильные и пористые сшитые полимеры для эффективного фотокатализа». Дж. Ам. хим. Соц . 133 (7): 2056–2059. дои : 10.1021/ja109166b . ПМИД   21275413 .
  21. ^ Цзян, Дж.-Х.; К. Ван; А. Лейборн; Т. Хаселл; Р. Клоуз; Ю.З. Химяк; Дж. Л. Сяо; С. Дж. Хиггинс; диджей Адамс; А. И. Купер (2011). «Металлорганические сопряженные микропористые полимеры». Энджью. хим. Межд. Эд . 50 (5): 1072–1075. дои : 10.1002/anie.201005864 . ПМИД   21268197 .
  22. ^ Чен, Л.; Ю. Хонсё; С. Секи; Д.Л. Цзян (2010). «Светособирающие сопряженные микропористые полимеры: быстрый и высокоэффективный поток световой энергии с пористым полифениленовым каркасом в качестве антенны». Дж. Ам. хим. Соц . 132 (19): 6742–6748. дои : 10.1021/ja100327h . ПМИД   20218681 .
  23. ^ Ян, К.; Ю. Сюй; Цз. Го; Д.Л. Цзян (2011). «Сверхемкостное хранение энергии и источник электроэнергии с использованием аза-сопряженного π-микропористого каркаса». Энджью. хим. Межд. Эд . 50 (37): 8753–8757. дои : 10.1002/anie.201103493 . ПМИД   21842523 .
  24. ^ Доусон, Р.; А. Лейборн; Р. Клоуз; Ю.З. Химяк; диджей Адамс; А. И. Купер (2009). «Функционализированные сопряженные микропористые полимеры». Макромолекулы . 42 (22): 8809–8816. Бибкод : 2009МаМол..42.8809D . дои : 10.1021/ma901801s .
  25. ^ Букль, Иоганн; Равираджан, Пунниамурти; Нельсон, Дженни (2007). «Гибридные тонкие пленки полимера и оксида металла для фотоэлектрических применений». Химия материалов . 17 (30): 3141–3153. дои : 10.1039/b706547g .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 74d5771a5c4da724f1eef1210b0b24a3__1714358700
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/74/a3/74d5771a5c4da724f1eef1210b0b24a3.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Conjugated microporous polymer - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)