Reductive Aromatization of 5,7,12,14 Pentacenetetrone and Precursor Synthesis for on Surface Synthesis of Nitrogen Functionalized Cycloarenes
Abstract
Die Entwicklung neuer Funktionsmaterialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften steht im Vordergrund. Polyaromatische Kohlenwasserstoffe (PAKs) bieten hierfür eine solide Basis und sind in organischen Leuchtdioden (OLEDs), organischen Solarzellen (OSCs) oder organischen Feldeffekttransistoren (OFETs) zu finden. Im Gegensatz zu Silizium basierten Halbleitern ist es bei PAKs möglich die Eigenschaften durch chemische Funktionalisierung auf molekularer Ebene anzupassen. Es stehen vor allem ein genau definierter HOMO-LUMO Abstand oder bei Fluoreszenzmaterialien eine schmalbandige Emission im Vordergrund.
Der erste Teil dieser Dissertation befasst sich mit der reduktiven Funktionalisierung von 5,7,12,14-Pentacentetraon. Pentacene und seine Derivate werden in der Halbleiterindustrie eingesetzt. Die meisten Methoden bei der Funktionalisierung von Pentacenon Derivaten beruhen auf der Entfernung der Sauerstoff Funktionalität. In dieser Arbeit werden sie aber beibehalten und nach Reduktion des Rückgrats mit funktionellen Gruppen versehen. Diese Ether, Silylether und Carbonsäure Ester Gruppen haben einen starken Einfluss auf die optischen und elektronischen Eigenschaften der Verbindungen. Wie Anfangs geplant, bietet die reduktive Funktionalisierung bei 5,7,12,14-Pentacentetraon keinen Zugang zu funktionalisierten Pentacenen sondern vielmehr zu asymmetrischen Produkten, bei denen eine Chinoneinheit reduziert wird aber die zweite unberührt bleibt. Es wurde auch eine Überreduktion hin zu vierfach substituiertem Dihydropentacen mit besonderen Eigenschaften beobachtet. Die Verbindungen wurden auf ihre optischen und elektronischen Eigenschaften mittels UV/Vis und PL-Spektroskopie und CV untersucht. Die experimentellen Eigenschaften wurden mit den theoretischen Eigenschaften, die mittels DFT-Rechnungen ermittelt wurden, verglichen.
Der zweite Teil der Arbeit beschreibt die Synthese von aromatischen Präkursor Molekülen, die in der oberflächengestützten Synthese stickstoffhaltiger Polyarenmakrocyclen und Graphen-nanobändern von unseren Kooperationspartnern, Prof Gottfried (Marburg) und seinen Mitarbeitern eingesetzt worden sind. Die Synthese und Charakterisierung von immer größeren aromatischen Systemen wird heute auf katalytisch aktiven Metalloberflächen im Ultrahochvakuum (UHV) durchgeführt. Dadurch kann das Problem der Unlöslichkeit und schwierigen Charakterisierung umgangen werden. Es wurden bereits einige Graphenderivate auf Oberflächen synthetisiert, die meist ausschließlich auf Kohlenstoff basierten. Hierbei können zwischen (cyclischen) Nanographenen und Graphen Nanobändern unterschieden werden. In dieser Arbeit wird vor Allem die Synthese stickstoffhaltiger Präkursoren beschrieben. Diese wurden anschließend von den Wissenschaftlern der Arbeitsgruppe Gottfried für Oberflächenreaktionen eingesetzt. Die hierbei entstandenen stickstoffdotierten Nanostrukturen werden ebenfalls kurz besprochen. Die entstandenen Strukturen wurden mit scanning tunneling microscopy (STM) und atomic force microscopy (AFM) visualisiert und die elektronischen Eigenschaften mit scanning tunneling spectroscopy (STS) untersucht.
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