Selbstorganisierende Oligo- und Polythiopene ohne ß-Substituenten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Oligothiophene besitzen ein großes Potential für optische und elektronische Anwendungen. Insbesondere sind dabei möglichst lange Oligomere ohne Substituenten in ß-Position interessant, da sie durch die Coplanarität der Thiopheneinheiten eine optimale und möglichst ausgedehnte Konjugation der -Elektronen ermöglichen (geringe Bandlücke). Gleichzeitig muss für den Einsatz dieser Oligomere als Materialien eine effektive Synthesestrategie zur Verfügung stehen, die es erlaubt, genügend Material in großer Reinheit darzustellen. Darüber hinaus ist für eine technische Anwendung die Prozessierung der Oligothiophene aus Lösung gegenüber der Abscheidung aus der Gasphase bevorzugt. Dies erfordert wiederum die Einführung von löslichkeitsvermittelnden Substituenten in -und / oder -Position in der Peripherie der linearen Oligomere. Im durchgeführten Projekt wurde eine allgemeine Synthesestrategie entwickelt, die die beiden klassischen Ansätze der Oligothiophensynthese kombiniert: Ringschtussreaktionen mit metallkatalysierten Kupplungen. Dieser synthetische Ansatz führt zu gut löslichen Zwischenprodukten, die erst im letzten Schritt durch die Ringschlussreaktion eines 1,4- Diketons die zum Teil schwerlöslichen Endoligomeren liefert. Da die Diketoneinheit geschützt ist, sind die Vorstufen z.B. durch Lithiierung auch noch weiteren Funktionalisierungen zugänglich. Die gute Löslichkeit der Zwischenprodukte erlaubt deren effektive Reinigung und erhöht zudem die Ausbeuten. Dadurch konnten Oligothiophene mit bis zu elf Thiopheneinheiten in signifikanten Mengen und großer Reinheit dargestellt werden. Die so synthetisierten (längeren) Oligomere lagern sich in Lösung zu Aggregaten zusammen, was sich in einem deutlich verschobenen Absorptionsspektrum gegenüber den molekular gelösten Spezies bemerkbar macht. Dabei zeigt sich eine starke Abhängigkeit der Verschiebung des Absorptionsmaximums von der Art des Substituenten (linear bzw. verzweigt, H- bzw. J-Aggregate). Die Aggregatbildung kann über Temperatur, Zeit und Lösungsmittelgüte gesteuert werden. Untersuchungen der Aggregatmorphologie mittels AFM verdeutlichen ebenfalls den Einfluss der Verzweigung der Substituenten auf die Form der Aggregate: lineare Substituenten führen zu vorzugsweise wurmförmigen Aggregaten, während verzweigte Reste sich in kugelförmigen Aggregaten bemerkbar machen. Diese Zusammenhänge zwischen molekularen und mesoskopischen Strukturen sind besonders interessant im Hinblick auf den Einsatz dieser Materialien z.B. für elektronische oder optische Anwendungen mit Strukturen im Nanometerbereich hergestellt mittels Selbstorganisationsprozessen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- "Neue Synthesestrategie zu a- und a,co-substituierten Oligo-und Polythiophenen und deren Selbstorganisation ", Doktorarbeit, Universität Ulm (Ulm), 2006.
S. Ellinger
- "The Synthesis and Self-Organization of a, a>Substituted Oligothiophenes With Long BranchedAlkyl Substituents", Chem. Mater. 2007,19(5), 1070-1075.
S. Ellinger, U. Ziener, U. Thewalt, K. Landfester, M. Möller
