Syntese av en Thiol byggestein for krystallisering av en Semiconducting Gyroidal Metal-svovel-ramme
Summary
Her presenterer vi en one-pot, overgang-metall-free syntese av thiols og thioesters fra aromatiske halides og natrium thiomethoxide, etterfulgt av utarbeidelse av enkelt krystaller av et metall-dithiolene nettverk med thiol arter generert i situ fra den mer stabil og tett thioester.
Abstract
Vi presenterer en metode for å forberede thioester molekyler som maskert form av thiol linkers og utnyttelse for tilgang til en semiconducting og porøs metall-dithiolene nettverk i svært organisert enkelt Krystalinsk staten. I motsetning til de svært reaktive stående thiols, som pleier å oppløse og komplisere krystallisering av metall-thiolate åpne rammer, thioester reagerer i situ for å gi thiol arter, serverer å redusere reaksjonen på mercaptan enheter og metall sentrene, og forbedre krystallisering følgelig. Spesielt thioester ble syntetisert i en one-pot-prosedyre: en aromatiske bromide (hexabromotriphenylene) reagert med overflødig natrium thiomethoxide under energisk forhold til først thioether mellomliggende produktet. Thioether ble deretter demethylated av den overskytende thiomethoxide å gi den thiolate anion som var acylated til thioester produktet. Thioester var praktisk renset av artikkelen Ture, og deretter brukes direkte i rammeverket syntese, der NaOH og ethylenediamine tjene til å gå tilbake i situ thioester å thiol linker for montering av single-krystallinsk Pb (II)-dithiolene nettverk. Sammenlignet med andre metoder for thiol syntese (f.eks., av cleaving alkyl thioether med natrium metall og flytende ammoniakk), thioester syntese her bruker enkle betingelser og økonomisk reagenser. Videre thioester produktet er stabilt og kan enkelt håndteres og lagres. Enda viktigere, i motsetning til generisk vanskeligheter med tilgang til krystallinsk metall-thiolate åpne rammer, viser vi at med thioester in situ dannelsen av thiol linker forbedrer crystallinity av det SSD produkt. Vi ønsker å oppmuntre bredere forskningsinnsats på de teknologisk viktig metall-svovel rammene ved å avsløre syntetiske protokollen for thioester samt krystallinsk rammen solid.
Introduction
Det er nå stor interesse for å ansette sterk, polarizable metall-svovel (f.eks., metall-thiolate) linker for å konstruere åpne ramme materiale med forbedret electrocatalytic og ledende egenskaper1,2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10. i tillegg til fremme elektronisk samhandling og transport i utvidet tilstand, myk og kovalente metall-svovel koblingene også formidle bedre stabilitet for programmer i vandig miljøer. Blant svovel utstyrte byggesteiner, symmetrisk, multidentate Polysykliske aromatiske byggeklosser som 2,3,6,7,10,11-triphenylene, hexathiol (HTT),9,,11,,12,,13 , 14 ikke bare levere svært polarizable π-elektroner, men tilbyr også forskjellige fordeler når det gjelder rammeverk design og syntese. Først tjener stive og symmetrisk triphenylene kjernen, sammen med chelaterande dithiolene grupper av HTT, til å låse i metall ioner i vanlige bånd motiver, forenkle strukturelle prediksjon av potensielle nettverk7, 15. sammen med den stive og åpne geometrien av svovel linker, framework strukturer med betydelig porøsitet funksjoner kan ofte oppnås i til solid state.
En hovedutfordring i sammenstillingen thiol utstyrt metall orangic rammeverk (MOF) materialer er forankret i syntesen av organisk koblingsfunksjonalitet molekyler. I en klassisk protokoll måtte gruppen thiol være avledet fra gruppen fenol bruker Newman-Kwart omorganisering av O– aryl thiocarbamate forløper16,17,18. Denne tilnærmingen innebærer imidlertid omfattende preparative trinnene for fenol Forløperen molekylet, samt mulige komplikasjoner av en høy temperatur solid fase transformasjon. En annen måte å thiols benytter reductive dealkylation av thioethers under harde forhold av, for eksempel natrium metall i flytende ammoniakk19,20,21,22, og ikke kompatibel med carboxyl og mange andre donor funksjoner for nettverk konstruksjon.
Sammenligning av protokollen presenteres her har flere fordeler: sikkerhet, brukervennlighet, kostnadseffektivitet og kompatibilitet med andre funksjonelle grupper (f.eks., carbonitrile og pyridinyl). Av kraftig oppvarming vanligvis billig aromatiske metallhalid (f.eks., hexabromotriphenylene) og thiomethoxide anion, thiolate anion ble generert (via methyl thioether mellomliggende product) og deretter acylated å gi stabile og lett å håndtere thioester produkt-alt i en pott.
Vi vil også beskriver en prosedyre for å utnytte thioester molekyler som den maskerte thiol linkers for tilgang til en én-krystallinske semiconducting og porøs metall-dithiolene nettverk. I motsetning til de svært reaktive stående thiols, som pleier å oppløse og komplisere krystallisering av metall-thiolate åpne rammer, thioester kan være lett kløyvde (f.eks., NaOH eller ethylenediamine) i situ å gi den thiol arter, serverer å redusere reaksjonen mercaptan enhetene og metall sentrene, og dermed forbedre krystallisering.
Denne protokollen forberede thiol/thioester har ikke vært mye brukt av andre grupper for det nye feltet metall-svovel rammeverk, selv om nukleofil dealkylations av alkyl aryl thioethers av thiolate anioner allerede er godt dokumentert av organisk kjemikere23,24,25,26. Ved utstillingsvindu denne effektiv syntetisk metoden for thioesters og deres bruk for å tilrettelegge krystallisering av metall-svovel nettverk, vi ønsker å fremme ytterligere innsats for å bygge bro intellektuelle og praktisk skillet mellom syntetisk organisk kjemi og robust begrunne kjemi, for å hjelpe rask og sunn utvikling av porøse rammer.
Protocol
Representative Results
Discussion
Reaksjonen gruppen bromo og thiomethoxide anion angivelig produsert først metyl-thioether, som ble deretter demethylated av den overskytende thiomethoxide å levere thiolate anion produktet. For å sikre full konvertering til ønsket thiolate anion (spesielt for en polybromide substrat som HBT), energisk betingelsene for langvarig oppvarming (f.eks, 240 ° C over 48 timer) med en stor overskudd av natrium thiomethoxide (f.eks, over tre ganger muldvarpene av bromo grupper) er avgjørende. Nitrogen besky…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble støttet av National Natural Science Foundation i Kina (21471037), Guangdong naturvitenskap midler for fremragende unge forskere (15ZK0307), vitenskap og teknologi planlegging prosjektet av Guangdongprovinsen (2017A050506051), og Forskning tilskudd Rådet for HKSAR [GRF 11303414].
Materials
| 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 |
Riferimenti
- Zhao, Y., et al. A paramagnetic lamellar polymer with a high semiconductivity. Chem Commun. (11), 1020-1021 (2001).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Kambe, T., et al. π-Conjugated Nickel Bis(dithiolene) Complex Nanosheet. J Am Chem Soc. 135 (7), 2462-2465 (2013).
- Mensforth, E. J., Hill, M. R., Batten, S. R. Coordination polymers of sulphur-donor ligands. Inorg Chim Acta. 403, 9-24 (2013).
- Cui, J., Xu, Z. An electroactive porous network from covalent metal-dithiolene links. Chem Commun. 50 (30), 3986-3988 (2014).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Dirk, C. W., et al. Metal poly(benzodithiolenes). Macromolecules. 19 (2), 266-269 (1986).
- Edwards, J. D., Pianka, M. 1346. Isomerisation of 2-butyl-4,6-dinitrophenyl thiocarbamates. J. Chem. Soc. , 7338 (1965).
- Kwart, H., Evans, E. R. The Vapor Phase Rearrangement of Thioncarbonates and Thioncarbamates. J Org Chem. 31 (2), 410-413 (1966).
- Newman, M. S., Karnes, H. A. The Conversion of Phenols to Thiophenols via Dialkylthiocarbamates1. J Org Chem. 31 (12), 3980-3984 (1966).
- Wolman, Y. . The Thiol Group (1974). , 669-684 (2010).
- 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).
- 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).
- Sakamoto, R., et al. pi-Conjugated Trinuclear Group-9 Metalladithiolenes with a Triphenylene Backbone. Inorg Chem. 52 (13), 7411-7416 (2013).
- 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).
- 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).
- Tiecco, M. Selective dealkylations of aryl alkyl ethers, thioethers, and selenoethers. Synthesis. (10), 749-759 (1988).
- 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).
- 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).
- Chakraborty, P. Sodium methanethiolate. e-EROS Encycl Reagents Org Synth. , 1-5 (2014).
- Huang, J., et al. A semiconducting gyroidal metal-sulfur framework for chemiresistive sensing. J Mater Chem A. 5 (31), 16139-16143 (2017).
- 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).
- 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).
- Yee, K. -. K., et al. Room-temperature acetylene hydration by a Hg(II)-laced metal-organic framework. Chem Commun. 51 (54), 10941-10944 (2015).
- 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).
- 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).
