作者:陸天堯(中央研究院化學研究所)

首先感謝張昭鼎教授紀念基金會及清華大學化學系的抬愛,邀我擔任第四屆張昭鼎教授紀念講座,極感榮幸。

昭鼎兄是一位可敬的朋友,也是我多年來學習的典範。猶記七十年代中,在香港中文大學開始我的教學與研究生涯,就拜讀過昭鼎兄在國際重要期刊發表的論文,以當年客觀的環境,能有此重要成果,殊屬不易,這足以說明昭鼎兄對於學術研究的執著與認真的態度。八十年代中,昭鼎兄嫂乘赴德返台之際,訪問了香港中文大學,讓我親睹了其風采。在港時,與昭鼎兄嫂共赴落馬洲(香港與大陸的邊界),眺望深圳,當時所見一片農村景象,與台灣的農村並無二致,如今事過境遷,深圳巳是大陸的重要工商業的城市了。還記得昭鼎兄談及他回到台灣,為台灣的科技發展而打拚,觸動了我心靈的深處,這或許是我於一九八八年由香港回台的一劑催化劑。回台後,蒙昭鼎兄多方協助適應,銘記於心。

適逢昭鼎嫂從新竹師範大學榮休,藉本文除了紀念昭鼎兄,並祝昭鼎嫂含貽弄孫之際,生活愉快。

昭鼎兄的研究領域極廣,由無機化學逐漸材料化學的研究,均有涉獵。或多或少也許是受到昭鼎兄的影響,長年以來,我們從一個傳統的合成化學的研究者,到目前從事光電有機材料,以至高分子化學的研究。本文以我們最近從事的二個工作為例,談及從合成化學的觀點來探討光電材料。

多年來,我們實驗室發展出來一系列的硫縮醛的新型有機反應,1997年,我們發現炔丙基硫縮醛與有機銅試劑進行反應,出乎我們預料地,親核試劑R- 並不進攻炔基的碳原子,而是與硫縮醛的硫原子結合,生成硫取代之丙二烯金屬中間體(或炔丙基金屬中間體),這有機金屬中間體可與各種不同的親電試劑進行反應,生成含硫取代的丙二烯或者丙炔之衍生物,這一初步意外的成果,促使我們從事一系列的反應,當親電試劑為醛基時,反應的產物並不是我們預期的丙二烯基醇的衍生物,我們得到的是環化三取代夫喃的產物,這時含硫的取代基已不再存在於這夫喃的產物。雖然文獻上有不少多取代夫喃的合成方法,我們這一途徑提供了特定的方法,調整夫喃環上的取代基團,其中2,5-的取代基可以是芳香環,而,第三位的取代基可以是烷基,這時候我們所得到的是共軛的三聯含夫喃的芳香環。我們知道,聯芳香環寡聚物,往往對於一些有機溶劑的溶解度欠佳,引入長鏈的烷基,可以增加其溶解度,我們的含夫喃的三聯芳香環,正好符合了這一要求,因此以這為起點,我們合成了一系列的含夫喃環的共軛寡聚物。

當親電試劑是雙醛時,利用我們的夫喃環化反應,我們可以一步地合成到五聯芳香環,其中含有二個夫喃環,上面各有一個丁基,這一結果,令人鼓舞,我們考慮如果這一五聯芳香環的二端,可以是醛基時,繼續以及這夫喃環化反應,我們每次就可以延伸四個芳香環,如是重復,可以得到奈米長度的寡聯芳香環。迄今為止,我們已合成到長約6nm之十七個聯芳香環,其中含有八個夫喃環,且有頗不錯的溶解度。利用Heck反應或Sonogashira反應,我們還可以在這芳香環的鏈中間,引入雙鍵或三鍵,這一策略,使得我們可以很容易得到奈米長度的共軛小分子。

這些含夫喃環的寡聯芳香環化合物的熱穩性頗高,在攝氏350度下並不分解,而且在氮氣下,具光穩定性,以太陽燈照射五小時,除了薄膜的型態,略有變化外,化合物之本身,由光譜鑑定,並無分解的跡象。基於這一點,我們又發現這些寡聯衍生物,由於其前沿分子軌域與三芳香基胺之衍生物a-NPD相若,可當作電致發光之元件中之電洞傳輸物質,我們知道a-NPD是目前最具潛力之電洞傳輸物質,我們的含夫喃之衍生物,在這光電元件中所呈現之性質,較之a-NPD還要好。目前為止,亮度可達十八萬燭光,這是首次發現非胺類含夫喃環衍生物用於發光二極體中之電洞傳輸層之工作。

我們第二項最近的工作包括嘗試合成雙股高分子。要利用合成方法來得到人造的雙股高分子絕非易事,其中牽涉到的困難包括可聚合之基團為何?連接這二可聚合基團為何?聚合後之立體化學的問題,等等都是亟待解決的問題。

三年前,我們發現norbornene之衍生物經由Grubbs觸媒的催化,所得到的聚合物為syndiotactic,當單體上掛有有一些二極性的基團時,我們發現這些掛著的極性基團,聚合後,基本上都是朝著同一個大方向的,這一初步的結果,顯示了這類的高分子具有一定的剛性,再者聚合反應的立體化學選擇性亦相當不錯,提供了合成雙股高分子之必要條件。可預計的是如果我們利用以上的策略來合成雙股高分子,所得的產物對一些有機溶劑的溶解度可能有限,為了証明這些高分子的結構,我們將用到電子顯微鏡的技術,為了使得影像清晰可讀,我們設計在單體中,引入了有機金屬衍生物,如此聚合後,金屬排列的情形,或野i以提供有用的訊息。在我們的初步的工作中,我們的確看到了一條條的金屬,連在一起,就目前的結果來看,我們極有可能得到了合成雙股高分子,進一步的証實工作則正在進行中。

我們利用二個最近的工作為例,說明了由合成化學的觀點,來從事材料化學的研究,如前所述,昭鼎兄由無機化學進軍材料,而我們則由有機而材料,多少是受到昭鼎兄的影響,以此表示對昭鼎兄之懷念,或許有另一層的意義。