• Facebook
  • LinkedIn
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • OM KEMIFOKUS
  • PARTNERLOGIN

KemiFOKUS

Fokus på kemi

  • Analytisk kemi
  • Arbejdsmiljø/Indeklima
  • Biokemi
  • Biologi
  • Bioteknologi
  • Branchenyt
  • Energi
  • Fødevarekemi
  • Historisk kemi
  • Kemiteknik
  • Kemometri
  • Klikkemi
  • Klima og miljø
  • Lovgivning og patenter
  • Medicinalkemi
  • Nanoteknologi
  • Organisk kemi
  • Artikler fra Dansk Kemi

Artikler fra Dansk KemiBranchenyt23. 08. 2022 | Heidi Thode

6,6,12-Grafyn – en ny kulstof-allotrop

Artikler fra Dansk KemiBranchenyt23. 08. 2022 | Heidi Thode

6,6,12-Grafyn er en endnu ikke-eksisterende kulstof-allotrop, der fås ved at indsætte ekstra kulstof-atomer imellem sekskanterne i grafen. Vi har fremstillet nogle små udsnit af denne allotrop ved trinvise alkyn-koblingsreaktioner. Disse molekyler er særdeles gode elektron-acceptorer, da der dannes aromatiske ringe ved reduktion. Måske er dette en egenskab, der kan overføres til 6,6,12-grafyn.

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 4, 2022 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder.

Læs originalartiklen her

Af Mogens Brøndsted Nielsen, Kemisk Institut, Københavns Universitet

Grafit og diamant er de hyppigst forekommende krystallinske former af kulstof. Sådanne forskellige former af det samme grundstof benævnes allotroper. I diamant er alle kulstof-atomerne sp3-hybridiserede, og hvert atom sidder bundet til fire andre i en tetraederisk geometri. Denne struktur gør diamant til et hårdt materiale. I grafit er alle kulstof-atomerne derimod sp2-hybridiserede, og hvert atom sidder bundet til tre andre. Atomerne er placeret i et plant, hexagonalt gitter, dvs. et gitter opbygget af sekskanter. Et sådant lag benævnes grafen. De enkelte grafen-lag kan let ”skrælles af”, og grafit er et blødt materiale.
Grafen er blevet kaldt et ”vidundermateriale” i computerindustrien på grund af dets mekaniske og elektrisk ledende egenskaber. Ved at indføre ekstra kulstof-atomer imellem grafens sekskanter opnås nye allotroper, som benævnes grafyner [1,2]. Beregninger antyder, at de elektroniske egenskaber af grafyner kunne være endnu bedre end grafens. Man kan indsætte ekstra kulstof-atomer på mange måder, og de forskellige varianter af grafyn har derfor hvert deres navn. En bestemt variant er identificeret som særlig interessant, nemlig 6,6,12-grafyn [3]. Den fås ved at indsætte både sp2– og sp-hybridiserede kulstof-atomer imellem sekskanterne som vist i figur 1. Det er imidlertid en kæmpe udfordring at fremstille selv små udsnit af denne grafyn-variant. Men vi har for nyligt taget de første skridt og fremstillet små modelsystemer og studeret disses egenskaber i opløsning [4]. Det overordnede mål er at etablere korrelationer imellem disses strukturer og egenskaber, som kan bruges til eksperimentelt at forudsige 6,6,12-grafyns egenskaber. 

Syntese af modelsystemer
Figur 1 viser nogle farvede udsnit af 6,6,12-grafyn, for hvilke vi designede modelsystemerne 1, 2 og 3 (figur 2). Syntesen af disse modelsystemer, som alle indeholder opløselighedsgørende tert-butyl-substituenter, skete ud fra mindre byggesten, der blev koblet sammen i trinvise Sonogashira og Glaser-Hay reaktioner. Sonogashira-koblingen er en palladium(0)-katalyseret kobling, der bruges til at koble et sp-hybridiseret kulstof-atom (fra en terminal alkyn) med et sp2-hybridiseret kulstof-atom (fra enten en alken eller en benzenring), hvorpå der oftest sidder et halogen-atom (Br eller I). Glaser-Hay reaktionen er en kobber(I)-katalyseret oxidativ kobling af to terminale alkyner til en buta-1,3-diyn. Luftens ilt kan bruges som oxidationsmiddel, og reaktionen udføres derved blot under kraftig omrøring i en åben kolbe. Ilt reduceres til vand i reaktionen. Vi fandt for nogle år siden ud af, at denne vanddannelse hæmmer reaktionen, hvorfor vi nu konsekvent tilsætter 4Å molecular sieves (et effektivt ”tørringsmiddel”) til reaktionsblandingen [5].
For at tillade trinvise koblinger beskyttes de terminale alkyner med trialkylsilyl-grupper, som først fjernes, når en kobling skal foretages. Her udnyttes, at trimethylsilyl-gruppen kan fjernes under mildere betingelser (kaliumcarbonat og methanol) end triisopropylsilyl-gruppen (der kræver en fluorid-kilde som for eksempel tetrabutylammoniumfluorid). Sådanne trinvise reaktioner er vist i figur 3 for de sidste trin i syntesen af forbindelsen 2 [4].

Elektroniske egenskaber
De tre modelsystemers UV-Vis absorptionsspektre er vist i figur 4. Det store konjugerede system 3 har en grøn farve i opløsning, og denne forbindelses længste bølgelængde-absorption er markant rødskiftet i forhold til de to mindre systemers. HOMO-LUMO energiforskellen er således mindst for dette system. Figur 4 viser også forbindelsernes cykliske voltammogrammer. De undergår alle en reversibel reduktion til en monoanion, og forbindelserne 2 og 3 undergår endvidere en reversibel reduktion til en dianion. Forbindelse 3 er den stærkeste elektron-acceptor af de tre; den undergår sin første reduktion ved et potential, der er 40 mV lavere (mindre negativt) end for 2, som reduceres ved et potential, der er 110 mV lavere end for 1. Vi tilskriver de lette reduktioner af 2 og 3 til dannelse af favorable Hückel-aromatiske ringe. Man kan eksempelvis for 3’s dianion tegne en resonansform med tre ringe hver indeholdende 14 pz-elektroner (for trippel-bindingerne kan kun det ene elektronpar bruges – her betegnet som værende i z-aksens retning). Dette antal p-elektroner opfylder netop Hückels 4n+2 p-elektron-regel for aromaticitet (med n = 3) for en konjugeret, plan, monocyklisk ring. Aromaticitetsgevinst underbygges af NICS (nucleus independent chemical shift) beregninger. For dianionen fås således negative NICS-værdier i hver rings centrum, hvilket er tegn på diatropiske ring-currents [4].

Hvad nu?
Som et nyt mål vil det være interessant at forlænge forbindelserne yderligere i både ”lodret” og ”vandret” retning. Et interessant spørgsmål er, hvornår der vil opnås ”mætning” i de elektroniske egenskaber. Dvs. hvor lille kan eksempelvis HOMO-LUMO-forskellen gøres? Viden herom kunne give en idé om 6,6,12-grafyns elektroniske båndgab og dermed dets ledende egenskaber. Vores elektrokemiske studier forudsiger, at 6,6,12-grafyn vil være en glimrende elektronacceptor, dvs. vil kunne fungere som et ”elektron-reservoir”. Men man kan måske også forestille sig, at dannelse af 14 pz aromatiske ringe spiller en vigtig rolle for den neutrale struktur af 6,6,12-grafyn, hvis der placeres uparrede elektroner langs periferien øverst og nederst som vist for et oligomer/polymer-fragment af 6,6,12-grafyn i figur 5. Forhåbentligt bliver vi klogere herpå i fremtiden, hvis vi kan få adgang til større og større udsnit.

Tak til
Ph.d. Martin Drøhse Kilde, som initierede projektet og udførte det beskrevne syntesearbejde samt optiske studie, ph.d. Cecilie Lindholm Andersen og lektor emeritus Ole Hammerich for det elektrokemiske studie, ph.d. Freja Eilsø Storm og prof. Kurt V. Mikkelsen for beregningsstudiet.

E-mail:
Mogens Brøndsted Nielsen: mbn@chem.ku.dk

Referencer
1. Y. Li, L. Xu, H. Liu, Y. Li, “Graphdiyne and graphyne: from theoretical predictions to practical construction”, Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 2572-2586.
2. A. Torres-Pinto, C.G. Silva, J.L. Faria, A.M.T. Silva, “Advances on Graphyne-Family Members for Superior Photocatalytic Behavior”, Adv. Sci. 2021, 8, 2003900.
3. D. Malko, C. Neiss, F. Viñes, A. Görling, “Competition for Graphene: Graphynes with Direction-Dependent Dirac Cones”, Phys. Rev. Lett. 2012, 108, 086804.
4. M.D. Kilde, A.H. Murray, C.L. Andersen, F.E. Storm, K. Schmidt, A. Kadziola, K.V. Mikkelsen, F. Hampel, O. Hammerich, R.R. Tykwinski, M. Brøndsted Nielsen, “Synthesis of radiaannulene oligomers to model the elusive carbon allotrope 6,6,12-graphyne”, Nat. Comm. 2019, 10, 3714.
5. M.H. Vilhelmsen, J. Jensen, C.G. Tortzen, M. Brøndsted Nielsen, “The Glaser-Hay Reaction: Optimization and Scope based on 13C-NMR Kinetics Experiments”, Eur. J. Org. Chem. 2013, 701-711.

Skrevet i: Artikler fra Dansk Kemi, Branchenyt

Seneste nyt fra redaktionen

Spiseolier – de onde, de gode og den virkelig gode

Artikler fra Dansk KemiFødevarekemiTop29. 09. 2026

Der er fokus på ultraforarbejdet mad. Måske skyldes megen af den dårligdom, forarbejdning nu får skyld for, snarere en ubemærket ændring i vores indtag af umættede planteolier – især i de industrialiserede lande. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 4, 2026 og kan læses uden

Gekkoen kan hele sit hjerte uden arvæv

AktueltBiologi29. 09. 2026

Et forskerhold fra Aarhus Universitet har kortlagt, hvordan gekkoer gendanner beskadiget hjertevæv. Det kan gøre gekkoen til et nyt vigtigt modeldyr i jagten på at forstå kroppens evne til at reparere sig selv. Hvorfor kan nogle dyr reparere beskadigede organer, mens menneskekroppen ofte må

Hydrogensulfid og biokul

AktueltKlima og miljø22. 09. 2026

Diverse jernforbindelser og aktivt kul har traditionelt været anvendt til at fjerne hydrogensulfid (H2S) fra biogas. Med opblomstringen af pyrolyse er et relativt nyt middel kommet på banen, nemlig biokul, som dog har været udforsket på laboratorieniveau i et årti. Dette lille studie viser, at

Fremtidens cement er levende

AktueltBioteknologiKemiteknikKlima og miljø22. 09. 2026

Ny forskning fra Aalborg Universitet peger på en fremtid, hvor cement kan reparere sig selv, lagre energi, optage CO2 og reagere på omgivelserne ved hjælp af mikroorganismer. Forestil dig en fremtid, hvor hullet i vejen forsvinder af sig selv. Hvor bygningen du arbejder i, også fungerer som et

En succesfuld LabDays Copenhagen 2026

AktueltBranchenyt14. 09. 2026

Traditionen tro blev LabDays Copenhagen 2026 gennemført i KB Hallen; det skete fra den 9. - 10. september – og messen var igen i år en stor succes. Messen havde små hundrede udstillere, som bød fagpublikummet velkommen med et større fagligt program. Over 2.600 fagfolk lagde vejen forbi; så det

Kemiens etik: Et overset felt med voksende betydning

AktueltArtikler fra Dansk Kemi07. 09. 2026

Kemisk forskning og teknologi påvirker i stigende grad sundhed, miljø og samfund. Derfor er der behov for større opmærksomhed på kemiens etiske dimensioner i både forskning, undervisning og faglige organisationer. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2026 og kan læses uden illustrationer,

Molekylær fødevarekemi former fremtidens mad

AktueltArtikler fra Dansk KemiFødevarekemi27. 08. 2026

Villumlegat til forsker Milena Corredig sætter fokus på struktur og funktionalitet i bæredygtige fødevarer. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Kimie Kongsøre, Institut for

Hvad bruger vi kalken til?

Artikler fra Dansk Kemi26. 08. 2026

Fra Aalborg Portlands hvide kridtgrave til de malede hvælv i Aarhus Domkirke: kalk er ikke kun geologi, men et materiale, der har båret dansk byggeri, industri, landbrug og kunsthistorie. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 4, 2026 og kan læses herunder uden illustrationer, strukturer eller

Kontrolleret osmose

Artikler fra Dansk Kemi26. 08. 2026

En metode til måling af blandingsenergi i ikke-ideale opløsninger. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 4, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Dennis Wowern Nielsen1 og Claus Helix-Nielsen21 Uafhængig forsker 2

Der er forskel på thioler og thioler

Artikler fra Dansk KemiHistorisk kemi26. 08. 2026

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 4, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) I den interessante artikel om polycykliske carbonhydrider i aprilnummeret af dette blad [1] omtaltes en femleddet ring med to svovlatomer under navnet

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis





Få fuld adgang til indlægning af egne pressemeddelelser...
Læs mere her

/Nyheder

  • Mikrolab – Frisenette A/S

    Mikrolab – Frisenette overtager aktiviteterne i MD Scientific

  • DENIOS ApS

    Vil du opvarme dine materialer effektivt?

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Reduktion af energiomkostninger og forlængelse af vakuumpumpens levetid i fødevarepakning

  • Holm & Halby

    VidensDag’26 hos Holm & Halby

  • Mikrolab – Frisenette A/S

    Tilbud på GreenTips pipettespidser fra nerbe plus

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Forudkonfigurerede R&D-pakker fra Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions til forenklet opsætning af undersøgelser

  • DENIOS ApS

    Hvilke risici skal du være opmærksom på ved tekniske gasser?

  • Busch Vakuumteknik A/S

    De 10 mest almindelige fejl ved brug af turbomolekylære vakuumpumper, og hvordan man undgår dem.

  • Holm & Halby

    Haier Biomedical går ind på markedet for rysteinkubatorer

  • Holm & Halby

    Ny generation af -86 °C frysere halverer næsten energiforbruget

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • Spiseolier – de onde, de gode og den virkelig gode

    29.09.2026

  • Gekkoen kan hele sit hjerte uden arvæv

    29.09.2026

  • Hydrogensulfid og biokul

    22.09.2026

  • Fremtidens cement er levende

    22.09.2026

  • En succesfuld LabDays Copenhagen 2026

    14.09.2026

  • Kemiens etik: Et overset felt med voksende betydning

    07.09.2026

  • Molekylær fødevarekemi former fremtidens mad

    27.08.2026

  • Hvad bruger vi kalken til?

    26.08.2026

  • Kontrolleret osmose

    26.08.2026

  • Der er forskel på thioler og thioler

    26.08.2026

  • Udnyttelse af biernes bakterier til udvikling af innovative plantebaserede fødevarer

    26.08.2026

  • GC-analyse af ”håbløse” matricer

    24.08.2026

  • Hvor kommer kalken fra?

    17.08.2026

  • Fra forskning til et mere sikkert kemisk arbejdsmiljø for brandfolk

    10.08.2026

  • Størrelse betyder noget

    03.08.2026

Alle nyheder ›

Læs Dansk Kemi online

Annoncering i Dansk Kemi

KONTAKT

TechMedia ApS
Gammel Strandvej 20, 1th
DK - 2990 Nivå
www.techmedia.dk
Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk

Privatlivspolitik
Cookiepolitik
Administrer samtykke
For at give dig de bedste oplevelser bruger vi teknologier som cookies til at gemme og/eller få adgang til enhedsoplysninger. Hvis du giver dit samtykke til disse teknologier, kan vi behandle data som f.eks. browsingadfærd eller unikke ID'er på dette websted. Hvis du ikke giver dit samtykke eller trækker dit samtykke tilbage, kan det have en negativ indvirkning på visse funktioner og egenskaber.
Funktionsdygtig Altid aktiv
Den tekniske lagring eller adgang er strengt nødvendig med det legitime formål at muliggøre brugen af en specifik tjeneste, som abonnenten eller brugeren udtrykkeligt har anmodet om, eller udelukkende med det formål at overføre en kommunikation via et elektronisk kommunikationsnet.
Præferencer
Den tekniske lagring eller adgang er nødvendig for det legitime formål at lagre præferencer, som abonnenten eller brugeren ikke har anmodet om.
Statistikker
Den tekniske lagring eller adgang, der udelukkende anvendes til statistiske formål. Den tekniske lagring eller adgang, der udelukkende anvendes til anonyme statistiske formål. Uden en stævning, frivillig overholdelse fra din internetudbyders side eller yderligere optegnelser fra en tredjepart kan oplysninger, der er gemt eller hentet til dette formål alene, normalt ikke bruges til at identificere dig.
Marketing
Den tekniske lagring eller adgang er nødvendig for at oprette brugerprofiler med henblik på at sende reklamer eller for at spore brugeren på et websted eller på tværs af flere websteder med henblik på lignende markedsføringsformål.
  • Vælg muligheder
  • Administrer tjenester
  • Administrer {vendor_count} leverandører
  • Læs mere om disse formål
Vælg fra liste
  • {title}
  • {title}
  • {title}