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KOBRA - Dokumentenserver der Universität Kassel  → Fachbereiche  → FB 10 / Mathematik und Naturwissenschaften  → Institut für Chemie  → Arbeitsgruppe Makromolekulare Chemie und Molekulare Materialien  → Dissertationen 

Please use this identifier to cite or link to this item: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hebis:34-2007072619038

Titel: Synthese und Charakterisierung neuartiger, ambipolarer organischer Halbleiter, basierend auf Perylencarboximid-Systemen kombiniert mit funktionalisierten Spirobifluoreneinheiten
Autor(en): Onken, Kristian
Klassifikation (DDC): 540 - Chemie (Chemistry and allied sciences)
Issue Date: 26-Jul-2007
Zusammenfassung: Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Synthese und Charakterisierung von donor-funktionalisierten Spiro-Perylencarboximiden, welche für den Einsatz in optoelektronischen Bauelementen wie z.B. organischen Phototransistoren, Feldeffekttransistoren oder Solarzellen vorgesehen sind. Die donorfunktionalisierten Spiro-Perylencarboximide stellen kovalent gebundene Donor-Akzeptor-Verbindungen dar, die unter geeigneter Belichtung einen ladungsgetrennten Zustand bilden können. Die Verbindungen wurden aus unterschiedlichen Spiroamin- und Perylenanhydrid-Edukten synthetisiert, die im Baukastenprinzip zu den entsprechenden Zielverbindungen umgesetzt wurden. Mittels unterschiedlicher Charakterisierungsmethoden (z.B. DSC, TGA, CV, Absorptions- und Fluoreszenzmessungen) wurden die Eigenschaften der neuartigen Zielverbindungen untersucht. Im Rahmen der Arbeit wurden vier neue Spiroamin-Edukte erstmalig synthetisiert und charakterisiert. Sie wurden durch Reduktion aus den bisher noch nicht beschriebenen Nitroverbindungen bzw. mittels Pd-katalysierter Kreuzkupplung (Hartwig-Buchwald-Reaktion) aus einer halogenierten Spiroverbindung erhalten. Als Perylenanhydrid-Edukt wurde erstmals eine perfluorierte Perylenanhydrid-Imid-Verbindung hergestellt. Aus den Spiroamin- und Perylenanhydrid-Edukten wurden insgesamt neun neue, donorfunktionalisierte Spiro-Perylencarboximide synthetisiert. Zusätzlich wurden sechs neuartige Spiro-Perylencarboximide ohne Diphenylamin-Donor hergestellt, die als Vergleichsverbindungen dienten. Die donorfunktionalisierten Spiro-Perylencarboximide besitzen eine Absorption im UV- und sichtbaren Spektralbereich, wobei hohe Extinktionskoeffizienten erreicht werden. Die Verbindungen zeigen in verdünnter Lösung (sowohl in polaren als auch in unpolaren Lösungsmitteln) eine Fluoreszenzquantenausbeute unter 1 %, was auf einen effizienten Ladungstransfer zurückzuführen ist. Alle donorfunktionalisierten Spiro-Perylencarboximide zeigen in den CV-Messungen reversibles Verhalten. Mittels CV-Messungen und optischer Methode konnten die HOMO- und LUMO-Lagen der jeweiligen Molekülhälften berechnet und das Fluoreszenzverhalten der Verbindungen erklärt werden. Ebenso konnten die Auswirkungen von unterschiedlichen Substituenten auf die jeweiligen HOMO-/LUMO-Lagen näher untersucht werden. Die durchgeführten DSC- und TGA-Untersuchungen zeigen hohe morphologische und thermische Stabilität der Verbindungen, wobei Glasübergangstemperaturen > 211 °C, Schmelztemperaturen > 388 °C und Zersetzungstemperaturen > 453 °C gemessen wurden. Diese Werte sind höher als die bisher in der Literatur für ähnliche spiroverknüpfte Verbindungen berichteten. Als besonders interessant haben sich die unsymmetrischen donorfunktionalisierten Spiro-Perylencarboximide herausgestellt. Sie zeigen hohe Löslichkeit in gängigen Lösungsmitteln, sind bis zu einer Molmasse < 1227 g/mol aufdampfbar und bilden stabile, amorphe Schichten.The aim of the presented work was the synthesis and characterisation of donor-functionalised spiro-perylenecarboximides designed for applications in optoelectronic components like organic phototransistors, field-effect transistors or solar cells. Donorfunctionalised spiro-perylenecarboximides represents covalent linked donor-acceptor-compounds which can form a charge separated state under appropriate light exposure. The compounds were synthesised from different spiroamine- and peryleneanhydride starting materials which were transfered in a modular conception to the accordingly final compounds. By using different characterisation methods (e.g. DSC, TGA, CV, absorption and fluorescence measurements) the properties of the novel target compounds were investigated. Within this work four new spiroamine starting materials were synthesised and characterised for the first time. They were obtained by reduction from up to now not described nitro-compounds respectively by using Pd-catalysed cross-coupling (Hartwig-Buchwald-reaction) from a halogenated spirocompound. As peryleneanhydride starting material a perfluorinated peryleneanhydride-imide compound was made for the first time. From the spiroamine- and peryleneanhydride starting materials nine new donorfunctionalised spiro-perylenecarboximides were synthesised. Additionally six new spiro-perylene-carboximides without a diphenylamine-donor were synthesised for comparison. The donorfunctionalised spiro-perylenecarboximides exhibit absorption in the UV- and visible spectral range whereas high extinction coefficients were achieved. In high diluted solution the compounds show (in polar as well as in nonpolar solvents) a fluorescence quantum yield < 1 % which can be attributed to the efficient charge transfer. All donorfunctionalised spiro-perylenecarboximides show reversible behaviour in the CV-measurements. With the CV-measurements and optical methods it was possible to calculate the HOMO- and LUMO states of the separate molecular halves and to explain the fluorescence behaviour of the compounds. In the same way the effects of different substituents to the HOMO- and LUMO states could be examined. The DSC- and TGA-measurements show high morphological and thermal stability of the compounds whereas glass transition temperatures > 211 °C, melting temperatures > 388 °C and decomposition temperatures > 453 °C were measured. These values are higher as the hitherto in the literature for analogous spirolinked compounds described. The unsymmetrical donorfunctionalised spiro-perylenecarboximides are especially interesting. They show high solubility in common organic solvents, are sublimable up to molecular mass of 1227 g/mol and form stable amorphous layers.
URI: urn:nbn:de:hebis:34-2007072619038
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