Emission wavelength tuning of a novel meso-tetrazole BODIPY ligand and theoretical investigation on the spin gap energies of the corresponding luminescent Fe(II)-SCO-complex

Abstract

The coupling of spin-crossover and photoluminescence (SCO-PL) for synergistic effects in Fe(II)-complexes is rather challenging and a scarcely investigated research field. Nonetheless, such materials are of great interest when it comes to molecular electronics and switches, information storage and spin transition devices. The fluorophore BODIPY (4,4-difluoro-4-bora-3a,4a-diaza-s-indacene), a well-known and thoroughly investigated organic dye, exhibits strong UV/Vis-absorption, sharp emission peaks and high quantum yields, therefore, it is a promising candidate as a fluorescent moiety in a SCO-PL-complex system. By functionalizing this compound, the properties can be directed according to the desired application. A meso-tetrazole BODIPY ligand was designed by the Weinberger group to promote investigation on synergistic effects. To demonstrate the versatility of the novel ligand, a selection of post-functionalization methods was created, applied and the resulting photophysical characteristics studied. The synthesized compounds show emission wavelength maxima ranging from 500-570 nm, batho- and hypsochromic shifts compared to the unfunctionalized ligand, which are promising properties to achieve the desired SCO-PL synergy.Additionally, a theoretical investigation on the influencing factors on the spin gap energy of luminescent Fe(II)-SCO-complexes was conducted. A clear dependency on the surrounding of the complex was found, accompanied by a rotational angle torsion of the tetrazolic ligands in small model complexes.

Das Kombinieren von Spin-Crossover und Photolumineszenz (SCO-PL), um einen synergistischen Effekt für Fe(II)-Komplexe zu kreieren ist ziemlich komplex und ein relativ gering untersuchtes Forschungsgebiet. Nichtsdestotrotz sind solche Materialien von großem Interesse in Bezug auf eine Verwendung als molekulare Elektroniken und Schaltungen, Informationsspeicher und für Bauteile, die auf dem Spin-Crossover Phänomen basieren. Der Fluorophor BODIPY (4,4-difluoro-4-bora-3a,4a-diaza-s-indacene), ein bekannter und eingehend beforschter organischer Farbstoff, weist starke UV/Vis-Absorption, scharfe Emissionspeaks und hohe Fluoreszenzausbeuten auf. Aus diesem Grund ist er ein vielversprechender Kandidat für eine fluoreszente Komponente in einem SCO-PL-Komplexsystem. Durch Funktionalisierung dieser Verbindung, können die Eigenschaften gemäß ihrer gewünschten Anwendung modelliert werden. Ein meso-tetrazol BODIPY Ligand wurde von der Arbeitsgruppe Weinberger designed, um Forschung zu synergistischen Effekten zu betreiben. Um die Versatilität dieses neuen Liganden zu zeigen, wurde eine Auswahl verschiedenster Postfunktionalisierungen getroffen, angewendet und die daraus resultierenden fotophysikalischen Eigenschaften untersucht. Die synthetisierten Verbindungen zeigen Emissionswellenlängenmaxima in einem Bereich von 500-570 nm, batho- und hypsochrome Verschiebung im Vergleich zu der unfunktionalisierten Verbindung, was vielversprechende Eigenschaften sind, um die gewünschte Synergie zwischen SCO und PL zu erreichen.Zusätzlich wurde eine theoretische Untersuchung zu den Spin-Gap Energien beeinflussenden Faktoren des lumineszenten Fe(II)-SCO-Komplexes durchgeführt. Eine klare Abhängigkeit von der den Komplex umschließenden Umgebung wurde gefunden, sowie von dem Rotationswinkel der tetrazolischen Liganden in einem kleinen Modellkomplex.