Studies into the Synthesis of Graphene Nano Ribbons and Vitamin B6 Mimic Catalysts

Abstract

This M. Sc. Thesis discusses two different topics that could bring added value to various industries. First, the synthesis of polyacenes analogous to graphene like nanoribbons having higher solubility in organic solvents than the usual graphene was investigated. The working hypothesis to be tested was whether polyacenes could be prepared using the domino/cascade HDDA reaction starting with a polydiyne precursor. If these polyacenes are successfully made, they can be applied in various fields such as electronics, catalysis, sensors or field effect transistors (FETs). Secondly, the synthesis of a vitamin B6 mimic catalyst that can be also used for catalysis in a reaction flaks of reactions normally occurring in biology through similar mechanisms was studied. Efforts toward the development of pyridoxal mimic catalysts using various reagents are described herein. In Chapter Ⅰ, we summarize the properties of graphene like nanoribbons (GNRs) and the previously known methods to synthesize GNRs. Also, the concept of Hexadehydro Diels-Alder reaction (HDDA) is introduced in relation with the purpose of our project. The domino/cascade HDDA was studied by the Hoye group, but has not yet been applied to the preparation of polyacene-type GNRs. Efforts were made to simplify the preparation of the monomers, and the thermally initiated domino/cascade HDDA was attempted. Analyses of the reaction outcome were performed by 1H, 13C NMR, UV-Vis Spectroscopy, FT-IR and DSC (Differential Scanning Calorimetry). In Chapter Ⅱ, the synthesis of a vitamin B6 mimicking catalyst was studied. For better understanding, the roles of vitamin B6 in biology and prior efforts to prepare functional analogues are described. First, CAACs (Cyclic Alkyl Amino Carbenes) were isolated inside the glove box. Conversion of these CAACs to the target CAAC∙CHO using five different formylating reagents were tried. The reaction outcomes were followed by 1H and 13C NMR.;본 연구에서는 다양한 산업에서 응용될 수 있는 두 가지 다른 주제에 대해 다루었다. 먼저 기존의 그래핀에 비해서 유기 용매에 더 높은 용해도를 나타내는 그래핀 나노 리본 유사 폴리아센의 합성을 연구하였다. 이 가설은 polydiyne 전구체를 이용한 도미노/순차적 HDDA반응을 통해 폴리아센이 만들어질 수 있는가 확인하기 위함이다. 폴리아센은 성공적으로 만들어졌다는 가정 하에 전자기기, 촉매, 센서 혹은 장효과 트랜지스터(FETs) 등에 사용될 수 있다. 두번째로, 생체 내에서 일어나는 중요한 반응의 촉매로 사용되는 비타민 B6와 유사한 촉매가 연구되었다. 본문 내에 다양한 반응물을 사용하여 pyridoxal 유사 촉매를 합성하기 위한 연구 과정이 기술 되어있다. 제 1장에서는 그래핀 나노 리본(GNRs)의 특성과 GNRs이 이전에 합성되었던 방법에 대해 소개하였다. 또한 본 연구의 목표와 관련하여 Hexadehydro Diels-Alder(HDDA) 반응의 개념을 설명하였다. 기존에 Hoye 그룹에 의하여 연구된 도미노/순차적 HDDA 반응은 폴리아센 타입 GNRs을 합성하는데 적용된 사례가 없었다. 단량체를 보다 더 용이하게 만들기 위한 노력이 이루어졌고 열 반응에 의한 도미노/순차적 HDDA 반응이 시도되었다. 반응의 결과는 1H, 13C NMR, UV-Vis 분광법, FT-IR 그리고 시차주사열량분석법(Differential Scanning Calorimetry)에 의한 분석이 이루어졌다. 제 2장에서는 비타민 B6 유사 촉매의 합성이 연구되었다. 본 연구의 이해를 높이기 위해 체내에서 비타민 B6의 역할과 그 기능적으로 유사한 촉매들을 합성하기 위한 기존의 연구에 대해 설명하였다. 먼저 CAACs (Cyclic Alkyl Amino Carbenes)는 글러브 박스 내에서 분리되었다. 이 CAACs를 목표하는 CAAC∙CHO로 전환하기 위하여 다섯가지 다른 formylation reagents들을 사용한 연구가 진행되었다. 연구 결과는 1H NMR과 13C NMR에 의한 분석이 이루어졌다.