Intramolekularer Charge Transfer in funktionellen organischen Materialien

Abstract

In den letzten Jahren wurden funktionelle organische Moleküle hinsichtlich ihrer Verwendung in vielfältigen technologischen Anwendungen ausgiebig erforscht. Aromatische push-pull Moleküle, die aus einer elektronenreichen Donor- und einer elektronenarmen Akzeptor-Untereinheit aufgebaut sind, die durch ein konjugierte π-System miteinander verbunden werden, haben sich hierfür als besonders geeignet erwiesen. Im Speziellen deren Einsatz in Organischen Leuchtdioden, in der Organischen Photovoltaik, als Farbstoffe, oder als nichtlineare optische Materialien sind bereits weit entwickelt. Die molekularen Eigenschaften dieser organischen Moleküle werden durch deren elektronische Struktur bestimmt, die wiederum durch die Wechselwirkung zwischen der Donor- und der Akzeptor-Einheit geprägt wird. Daher ist es von enormer Bedeutung diese Wechselwirkung zu kontrollieren, um neue maßgeschneiderte Materialien zu entwerfen. In dieser Arbeit werden neue Strategien entwickelt, um die Wechselwirkung zwischen den elektronenziehenden und den elektronenschiebenden molekularen Untereinheiten zu kontrollieren. Dabei werden drei unterschiedliche Ansätze verfolgt: i) Modifizierung der Stärke der Elektronendonoren durch die Planarisierung von Triarylaminen und die Unterbrechung des konjugierten π-Systems durch das Einführen sterisch anspruchsvoller Gruppen; ii) Anwendung von 1,2,3-Triazolen als funktioneller Verbindung zwischen Donor- und Akzeptoreinheit, um die elektronische Interaktion der beiden Gruppen zu kontrollieren; iii) Untersuchung von En-In Verbindungen, die sich durch Ringfragmentierung aus Thiophenen herstellen lassen, hinsichtlich ihrer Einsetzbarkeit als molekularer Baustein und der Möglichkeit durch gezielte chemische Modifizierung dieses Bausteins die π-Konjugation zu beeinflussen.

Organic push-pull materials consisting of an electron donating and an electron withdrawing subunit within one π-conjugated molecule have been investigated extensively during the last decades due to a wide range of technologically relevant applications. Among those the most important are organic light emitting diodes, imaging, organic photovoltaics, dyes and nonlinear optical materials for two-photon absorption or second harmonic generation to name a few. The molecular properties of these materials are determined by their electronic structure, which is in turn dominated by the donor-acceptor interaction by means of intramolecular charge transfer (ICT). Therefore, controlling ICT is among the most important challenges in the development of new functional bipolar materials. In this thesis new strategies to control the delicate interaction between electron donating and electron withdrawing groups in bipolar organic materials are developed. In particular three different approaches are pursued: i) modification of the donor unit to modulate the donor strength by planarization of triarylamines and disruption of the conjugated system by introduction of strategic sterically demanding groups; ii) application of a Click-derived 1,2,3-triazole bridge, as functional linker between the donor and acceptor unit in order to control the electronic interaction of both groups; iii) investigation of ene-yne compounds, derived from thiophene ring fragmentation, as tunable building blocks to realize conjugation control by chemical modification of the methylthio-substituted ene-yne fragment.