Strategien zur Synthese von [alpha],[omega]-Bis(4-aminophenyl)-substituierten Oligothiophenen sowie Thiophen-Ringfragmentierungsprodukten als potentielle Materialien für Organic Electronics

Abstract

Organische Elektronik ist ein in den letzten Jahren stark aufstrebendes Teilgebiet der Elektronik und beruht auf dem Einsatz leitfähiger organischer Moleküle (org. Halbleiter) in diversen elektronischen Bauteilen. Die Applikation von Organo-Elektronik ermöglicht die Konstruktion sehr dünner, leichter Devices, welche sich durch niedrige Herstellungskosten, hohe Energieeffizienz und die Möglichkeit zur Herstellung flexibler Displays auszeichnen.<br />Aufgrund der Vorteile dieser Technologie sind international intensive Forschungsaktivitäten in diesem Bereich im Gange, um Defizite wie geringe Lebensdauer und Empfindlichkeit der Materialien zu verbessern.<br />Das Ziel im Zuge der Diplomarbeit ist, einen Einstieg in das aufstrebende Forschungsgebiet der "small molecule organic electronics" zu schaffen.<br />Im ersten Teil der Arbeit wird ein fundierter synthetischer Zugang zu alpha,omega-Bis(4-amino-phenyl)oligothiophenen vorgestellt.<br />Schlüsselschritte der Synthese basieren auf homogener palladiumkatalysierter Suzuki-Kreuzkupplung unter Verwendung von NHC-Carbenliganden.<br />Ausgehend von diesem allgemeinen Protokoll erfolgte die Variation des Grundsystems (R=H) hinsichtlich elektronischer Eigenschaften, im Speziellen durch Einführung von Substituenten mit positivem induktivem wie auch positivem mesomerem Effekt. Durch die Einführung von kondensierten Triarylaminstrukturen konnten Effekte einer Rigiditätserhöhung sowie der Planarisierung des Systems untersucht werden. Die Einflüsse der Modifikationen hinsichtlich elektronischer sowie struktureller Elemente auf Lumineszenzcharakteristika werden diskutiert.<br />Zusätzlich zum synthetischen Teil wurden quantenchemische Berechnungen zur Simulation von Fluoreszenzspektren durchgeführt. Anhand dieser Ergebnisse soll die Möglichkeit der Abschätzung von Bandenlagen durch theoretische Befunde aufgezeigt werden.<br />Der zweite Teil der Arbeit gilt der Modifikation des vorgestellten Grundgerüstes. Im Detail wurde die Möglichkeit untersucht die Thiopheneinheit durch deren ringgeöffnete Spezies zu ersetzen. Diese sogenannten EnIn-Systeme stellen eine völlig neue Klasse an potentiellen organo-elektronischen Substanzen dar.<br />Aus synthetischer Sicht erfolgt eine Organo-lithium-induzierte Fragmentierungsreaktion eines geeignet substituierten Thiophenderivats zur Darstellung des EnIn-Grundgerüstes. Die anschließende Anbindung des Triarylamin-Systems erfolgt via Sila-Sonogashira Kupplung.<br />

In recent years Organic Electronics began to emerge as a rapidly developing branch in the field of electronics and is based on the application of conductive organic molecules (organic semiconductors) in various electronic devices. The use of organo-electronics allows access to extremely thin, lightweight devices, which are characterized by low manufacturing costs, high energy efficiency and the ability to produce flexible displays.<br />Due to the various advantages of this technology, intense research activities are in progress to improve deficits such as short lifetimes and high sensitivities of the materials. The goal in the course of this diploma thesis is to provide access to the emerging research area of "small organic electronics".<br />In the first part of the work a reliable synthetic approach towards alpha,omega-bis(4-aminophenyl)-oligothiophenes is presented. Key steps of the synthetic pathway are based on homogeneous palladium-catalyzed Suzuki cross-coupling reactions applying NHC-carbene ligands.<br />Starting from the general protocol variations of the initial structure (R=H) with respect to electronic and structural properties of residue R were performed. In particular the impact of introducing substituents possessing positive inductive as well as positive mesomeric effects and the application of condensed triarylamine-systems in order to rigidify and planarize the system were investigated. The influences of the modifications regarding electronic and structural properties on luminescence characteristics are discussed.<br />In addition to the synthetic part, methods of computational chemistry were evaluated to simulate fluorescence spectra were performed. The results demonstrate the possibility of predicting emission maxima in adequate accuracy.<br />In the second part of the work a modification of the oligothiophene unit is presented. The possibility of replacing the thiophene structures by thiophene-ring-fragmented moieties was studied in detail. The resulting so-called Ene-Yne-systems represent an entirely new class of potential organo-electronic compounds.<br />An established synthetic access to defined Ene-Yne-structures is provided by organo-lithium induced fragmentation reaction of suitable substituted thiophene derivatives. The sub-sequent connection of the triarylamine moiety is realized via sila-Sonogashira cross-coupling reaction.<br />