3-(4-siyanofenil)tiyeno[3,2-b]tiyofen Turevlerinin Sentezi Ve Onlarin Elektronik Ve Optoelektronik Uygulamalari

Abstract

İlk elektrolüminesans (EL) olayı 1936 yılında Destriau ve arkadaşlarınin elektrik akımıni inorganik maddeye uygulamasiyla olusan thermal olmayan ışık olarak gözlenmiştir. Izolatöre dağılmış iki elektrot arasında paketlenmiş olan ZnS fosfor tozundan yüksek alan elektrolüminesans elde ettiler. General Electric şirketi inorganik yarı iletken GaAsP’e dayalı ışık yayan cihazı ticaretleştiren ilk firmadır. İlk LED’ler yarı iletken malzemelerin enerji band aralıklarına göre sadece kırmızı ışık yayabilmektedirler. Yeni malzemelerin gelişimi turuncu, sarı ve yeşil gibi diğer renkleri, hemde kızılötesi erişilebilir maddeleri saglamistir. Yüksek çözünürlük ve ekran kare hizini sağlayan daha karmaşık ve daha yüksek performanslı devre için gelecek talep, hala gelişmiş yük taşıyıcı mobilitesine sahip organik yarı iletkenler gerektirmektedir. OLED’lerin performansını optimize etmek için, aktif bileşenler olarak incelenen birçok konjuge organik maddeler bulunmaktadır. Küçük organik yarı iletken moleküller, moleküller arası etkili yük transferini kolaylaştıran düzlemsel konformasyonda π-konjuge aromatik halkalar ile birlikte istifleme göstermektedir. Onların eşsiz özelliklere sahip olmalari nedeniyle, alan-etkili transistör, güneş hücreleri, ışık yayan diyotlar, elektrokromik, fotokromık cihazları, sensörler, lazer gibi uygulamalarda aktif maddeler olarak kullanılmaktadırlar. Ayrıca, düşük molekül ağırlıkları nedeniyle vakum biriktirme yoluyla ince filmler olarak elektrolüminesans cihazların yapımı için çok uygun maddelerdir. Buna rağmen, katı halde çok ciddi bir porblem olan “aggregation-caused quenching” (istiflenme ile sonümlenme, ACQ) olarak adlandırılan bir olay yaşanmaktadır. Bu nedenle, OLED performansını en uygun hale getirmek için bu etkiyi en aza indirmek gerekmektedir. Bu çalışmanın amacı, optoelektronik uygulamaları araştırmak için düzenli π-elektron alıcı ve verici gruplardan oluşan düşük band aralığına sahip konjuge organik molekülleri sentezlemektir. Birlesik tiyofen halkası, mesela, tiyenotiyofen, elektron açısından zengin olmasindan dolayı elektron verici grup olarak davranmaktadır. Buna ek olarak, elektronca zengin yapılarından dolayı elektron donör gruplar olarak trifenilamin (TPA) ve tetrafeniletilenin (TPE) yanı sıra, tiyenotiyofen yapısınin C-3 konumunda substitue olan elektron çekici nitril grubunu iceren para-CN-C6H5 bulunmaktadır. Ayrıca, tetrafeniletilen “aggregation-caused quenching” (ACQ)’in aksine “aggregation induced emission (istiflenmeyle ışıma, AIE)” olayını için incelenmekte ve OLED malzemeler geliştirmek için kullanılmaktadir. Başka bir deyişle, tiyenotiyefon iceren π-elektron alıcı ve TPA veya TPE elektron verici donor-akseptor organik moleküller olarak davrandıklarından elektronik ve optoelektronik uygulamaları için uygun malzemelerin sentezinde öncülük edeceklerdir. Bu bağlamda, TT’nin C-3 konumunda para CNPh tasiyan, CNPhTT, maddenin sentezi grubumuz tarafından geliştirilen PPA monoketon halka kapama yoluyla yapılmıştır. Daha sonra, TPA ve TPE boronat kompleksleri sırasıyla sentezlendi. Daha sonra, sonuç organik maddeler metal katalizatorlü Suzuki çapraz keletlenme reaksiyonu ile sentezlenmiştir. Bu bağlamda, tieno [3,2-b] tiofen, nitril grubu (CNPhTT) çekirdek birimi ile ikame olan fenil kısmı C-3 ‘(PhTT), grubumuz tarafından geliştirilen PPA monoketan halka kapama yoluyla sentezlendi. Daha sonra, TPA ve DYP karşılık gelen boronat kompleksi sırasıyla sentezlendi. Daha sonra, nihai organik maddeler, metal katalizli Suzuki çapraz birleştirme reaksiyonları ile sentezlenmiştir.

In 1936, the phenomenon of electroluminescence (EL), that is a non-thermal generation of light coming up from application of electric current on a inorganic substrate, was first observed by Destriau et al. They observed high field electroluminescence from a ZnS phosphor powder dispersed in an isolator and sandwiched between two electrodes. General Electric was the first company that commerciallized light-emitting device which it was based on the inorganic semiconductor GaAsP. Early LED’s were able to emit only red light as energy gap of those semiconducting materials were in that region of light. The evolution of further materials allowed access to other colours such as orange, yellow and green, as well as infrared accessible compounds. Future demand for more complex and higher performing circuitry, enabling high-resolution, video-rate displays still requires organic semiconductors with enhanced charge carrier mobility. There are many organic conjugated materials that are investigated as an active components in order to optimize the performance of OLED’s. Among them small organic semiconducting molecules are exhibited to pack closely together with their π-conjugated aromatic rings linked in a planar conformation, allowing efficient intermolecular charge transfer. Owing to the fact that they have unique properties, they are used as active materials in applications, like field-effect transistors, solar cells, light emitting diodes, electrochromic windows, photochromic devices, sensors, lasers. Moreover, they are very convenient in terms of building up electroluminescent devices due to their low molecular weight, allowing them to be vaccum deposited as thin films. However, they are suffering from a phenomenon that is called “aggregation-caused quenching” (ACQ), that becomes a very serious problem in solid state. Hence, it is required to minimize this effect in order to optimize OLED’s performance. A large number of oligomers and polymers are synthesized by using different metal-catalyzed cross-coupling reactions like Suzuki, Stille, Sonogashira, and Kumada-type reactions. These methods have been used to synthesize organic semiconductor materials possesing critical properties such as having appropriate electronic band gap, high charge carrier mobility, low cost starting materials and convenient manufacture of thin films. High fluorescence emitting efficieny in solid state is fundamental aspect for organic light emitting diodes but in the field-effect transistors, low electronic band gap and high charge mobility are crucial. The purpose of this work is synthesizing low band gap conjugated organic molecules which consist of regular π-electron acceptor and donor groups in order to investigate their optoelectronic applications. Owing to the fact that fused thiophene ring like thienothiophene is electron rich group, therefore it can be served as an electron donor group. In addition, it has phenyl moiety (PhTT) at C-3, substitued by withdrawing group, nitrile, on the contrary triphenylamine (TPA) and tetraphenylethylene (TPE) act as an electron donor groups because of their electron rich structures. Additionally, tetraphenylethylene has been investigated for aggregation induced emission (AIE) phenomenon that is oppsite of aggregation-caused quenching (ACQ) effect and used to develop OLED materials. In another words, thienothiopehene based π-electron acceptor and π-electron donor TPA or TPE, act as donor-acceptor organic molecules leads to synthesis of suitable materials for electronic and optoelectronic applications. In this respect, thieno[3,2-b]thiophene, having—phenyl moiety (PhTT) at C-3, substitued with nitrile group (CNPhTT) core unit was synthesized by monoketone ring closure route with PPA that was developed by our group. Afterwards, corresponding boronate complex of TPA and TPE were synthesized respectively. Then, final organic materials were synthesized by metal-catalyzed Suzuki cross-coupling reactions.