金属基板を使用して、グラフェンのディールスアルダー反応に対する反応性を高める

ジエンとシクロヘキセンを形成するジエンとジエノフィルを含む古典的な環状付加反応であるDiels-Alder（DA）反応は、最も汎用性の高い有機反応の1つです。理論は、化学的反応性が低いため、生意学的に好ましくないDA反応を実現したグラフェンで予測しています。Niのような金属は、電荷移動を通じてDA反応に対するグラフェンの反応性を高めることができると仮定しました。結果は、実際に、金属基質がジエン、2,3-ジメトキシブタジエン（DMBD）、およびジエノファイル、マレイカ無水（MAH）とのDA反応におけるグラフェンの反応性を高めることを示しました。Cu、および両方とも、シリコンウェーハでサポートされているグラフェンよりも反応性が高くなっています。速度定数は、シリコンウェーハよりもNIで支持されているグラフェンでは2倍高いと推定されました。計算結果は、Ni> Cuの実験的に得られた速度傾向をサポートします。どちらも、サポートされていないグラフェンよりも大きいと予測されています。この研究は、基質の選択を通じて、原始的なグラフェンの化学反応性を高めるための新しい手段を開きます。

The Diels-Alder (DA) reaction, a classic cycloaddition reaction involving a diene and a dienophile to form a cyclohexene, is among the most versatile organic reactions. Theories have predicted thermodynamically unfavorable DA reactions on pristine graphene owing to its low chemical reactivity. We hypothesized that metals like Ni could enhance the reactivity of graphene towards DA reactions through charge transfer. The results indeed showed that metal substrates enhanced the reactivity of graphene in the DA reactions with a diene, 2,3-dimethoxy butadiene (DMBD), and a dienophile, maleic anhydride (MAH), with the activity enhancement in the order of Ni > Cu, and both are more reactive than graphene supported on silicon wafer. The rate constants were estimated to be two times higher for graphene supported on Ni than on silicon wafer. The computational results support the experimentally obtained rate trend of Ni > Cu, both predicted to be greater than unsupported graphene, which is explained by the enhanced graphene-substrate interaction reflected in charge transfer effects with the strongly interacting Ni. This study opens up a new avenue for enhancing the chemical reactivity of pristine graphene through substrate selection.