Mechanistic Insights into Regioselectivity and Its Evolution in On-Surface Polymerization

化学 区域选择性 聚合 曲面(拓扑) 计算化学 有机化学 聚合物 催化作用 几何学 数学
作者
Longzhu Zhang,Zi-Cong Wang,Ruoning Li,Jichen Dong,Zhi-Hao Li,Anjing Zhao,Guan Luo,Ting Chen,Dong Wang,Li-Jun Wan
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.5c03595
摘要

Surface-catalyzed polymerization is crucial in both chemical science and industrial manufacturing, yet achieving regioselective radical polymerization on the surface remains challenging. Here, we demonstrate the regioselective Ullmann polymerization of nonsymmetrical 2,8-dibromoquinoline (DBQ) on an Au(111) surface. By combining scanning tunneling microscopy, density functional theory calculations, and kinetic modeling, we reveal the regioselectivity and its evolution with surface temperature at the molecular level. At 348–368 K, DBQ monomers primarily form covalent dimers through energetically favored head-to-head (HtH) coupling. As the temperature increases to 390–473 K, oligomers and long polymer chains are formed, with less favored head-to-tail (HtT) linkages emerging and eventually dominating over HtH linkages. Such regioselectivity evolution from HtH to HtT is suggested to be related to a sequential monomer addition mode and a shift in the distribution of reactive sites at the end and tail of the polymer chains during polymerization. This result provides molecular-level mechanistic insights into the regiochemistry of surface-catalyzed polymerization.
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