Aufschluss über die wichtige Rolle der intermolekularen Wasserstoffbrückenbindung bei der Trennung und Reinigung strukturell ähnlicher Verbindungen

Kohlenteer, einst als Abfall betrachtet, ist zu einer riesigen Fundgrube geworden, da Hunderte von Verbindungen daraus isoliert werden können. Die meisten dieser Verbindungen sind in der Regel aromatische Kohlenwasserstoffe, polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe und heterocyclische Verbindungen.

Carbazol und Anthracen, zwei aromatische Kohlenwasserstoffkomponenten, die in Kohlenteer enthalten sind, werden als wesentliche organische Zwischenprodukte verwendet, um verschiedene Carbazolderivate und Anthrachinone zu synthetisieren. Die effektive Trennung von Carbazol und Anthracen nutzt ihre unterschiedliche Löslichkeit in Lösungsmitteln aus. In diesem Prozess sind Lösungsmittelscreening und Leistungsoptimierung unerlässlich, und ihre Optimierung folgt hauptsächlich dem Prinzip von Versuch und Irrtum. Daher ist es notwendig, eine vielseitige Detektionstechnik einzusetzen, um diesen Trennungsprozess auf molekularer Ebene zu verstehen.

N,N-Dimethylformamid (DMF) wurde aufgrund der hohen Löslichkeit von Carbazol in DMF als effizientes Lösungsmittel für die Trennung von Carbazol und Anthracen entwickelt; Darüber hinaus haben Forscher herausgefunden, dass die Trennung von Carbazol und Anthracen von einer intermolekularen Wasserstoffbindung zwischen Carbazol und DMF profitieren kann. Es gab jedoch keine detaillierte Untersuchung zum Wechselwirkungsmechanismus zwischen Carbazol/Anthracen und einem wasserstoffbrückenfähigen Lösungsmittel. Es ist wichtig, eine vielseitige Detektionstechnik zur Analyse der Wechselwirkung von Wasserstoffbrückenbindungen zu verwenden und somit den Wechselwirkungsmechanismus zwischen Carbazol/Anthracen und DMF über Wasserstoffbrückenbindungen auf molekularer Ebene zu erklären.

Kürzlich untersuchte die Gruppe von Yan Qiao, Professor am State Key Laboratory of Coal Conversion, Institute of Coal Chemistry, CAS, den intermolekularen Wechselwirkungsmechanismus zwischen DMF und Carbazol/Anthracen durch verschiedene fortschrittliche Flüssigzustands-NMR-Techniken. Sie beobachteten, dass sich die chemische NH-Verschiebung von Carbazol in 1H-NMR-Titrations- und VT-NMR-Experimenten signifikant veränderte, was auf starke intermolekulare Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Carbazol und DMF hinweist, was durch die Abnahme der molekularen Selbstdiffusionskoeffizienten (D) beider Carbazole weiter gestützt wurde und DMF gemäß Messungen der diffusionsgeordneten Spektroskopie (DOSY).

Darüber hinaus zeigte das Nuclear Overhauser Effect Spectroscopy (NOESY)-Experiment, dass der Abstand zwischen dem aldehydischen Wasserstoff von DMF und dem NH von Carbazol kleiner als 5 Å war. Dementsprechend wurde eine intermolekulare Wasserstoffbrücke zwischen Carbazol und DMF in Form von C=O···HN vorgeschlagen.

„Dem Lösungsmittel-Screening mangelt es immer noch an theoretischer Anleitung, da die meisten Arbeiten auf der Grundlage von ‚Gleiches löst sich auf‘ und es fehlt an direkten spektroskopischen Beweisen“, sagte Qiao, „Unsere Forschung hilft Forschern, den Wechselwirkungsmechanismus zwischen Carbazol/Anthracen und DMF in diesem Prozess zu verstehen auf molekularer und sogar atomarer Ebene. Es wird auch die weitere Verbreitung alternativer Lösungsmittelmedien und die Optimierung von Trennverfahren anleiten und eine wichtige Rolle bei der Förderung der Entwicklung der Kohlenteer-Trennindustrie spielen.“

Diese Forschung wird in der Zeitschrift veröffentlicht Industrielle Chemie & Materialien.