Organische Mikro- und Nanodrähte auf Basis von Perylendiimiden

Diese Arbeit thematisiert die optimierte Darstellung von organischen Mikro- und Nanodrähten, Untersuchungen bezüglich deren molekularen Aufbaus und die anwendungsorientierte Charakterisierung der Eigenschaften. Mikro- und Nanodrähte haben in den letzten Jahren im Zuge der Miniaturisierung von Technologien an weitreichendem Interesse gewonnen. Solche eindimensionalen Strukturen, deren Durchmesser im Bereich weniger zehn Nanometer bis zu einigen wenigen Mikrometern liegt, sind Gegenstand intensiver Forschung. Neben anorganischen Ausgangssubstanzen zur Erzeugung von Mikro- und Nanodrähten haben organische Funktionsmaterialien aufgrund ihrer einfachen und kostengünstigen Verarbeitbarkeit sowie ihrer interessanten elektrischen und optischen Eigenschaften an Bedeutung gewonnen. Eine wichtige Materialklasse ist in diesem Zusammenhang die Verbindungsklasse der n-halbleitenden Perylentetracarbonsäurediimide (kurz Perylendiimide). Dem erfolgreichen Einsatz von eindimensionalen Strukturen als miniaturisierte Bausteine geht die optimierte und kontrollierte Herstellung voraus. Im Rahmen der Doktorarbeit wurde die neue Methode der Drahterzeugung „Trocknen unter Lösungsmittelatmosphäre“ entwickelt, welche auf Selbstassemblierung der Substanzmoleküle aus Lösung basiert und unter dem Einfluss von Lösungsmitteldampf direkt auf einem vorgegebenen Substrat stattfindet. Im Gegensatz zu literaturbekannten Methoden ist kein Transfer der Drähte aus einem Reaktionsgefäß nötig und damit verbundene Beschädigungen der Strukturen werden vermieden. Während herkömmliche Methoden in einer unkontrolliert großen Menge von ineinander verwundenen Drähten resultieren, erlaubt die substratbasierte Technik die Bildung voneinander separierter Einzelfasern und somit beispielsweise den Einsatz in Einzelstrukturbauteilen. Die erhaltenen Fasern sind morphologisch sehr gleichmäßig und weisen bei Längen von bis zu 5 mm bemerkenswert hohe Aspektverhältnisse von über 10000 auf. Darüber hinaus kann durch das direkte Drahtwachstum auf dem Substrat über den Einsatz von vorstrukturierten Oberflächen und Wachstumsmasken gerichtetes, lokal beschränktes Drahtwachstum erzielt werden und damit aktive Kontrolle auf Richtung und Wachstumsbereich der makroskopisch nicht handhabbaren Objekte ausgeübt werden. Um das Drahtwachstum auch hinsichtlich der Materialauswahl, d. h. der eingesetzten Ausgangsmaterialien zur Drahterzeugung und somit der resultierenden Eigenschaften der gebildeten Strukturen aktiv kontrollieren zu können, wird der Einfluss unterschiedlicher Parameter auf die Morphologie der Selbstassemblierungsprodukte am Beispiel unterschiedlicher Derivate betrachtet. So stellt sich zum einen die Art der eingesetzten Lösungsmittel in flüssiger und gasförmiger Phase beim Trocknen unter Lösungsmittelatmosphäre als wichtiger Faktor heraus. Beide Lösungsmittel dienen als Interaktionspartner für die Moleküle des funktionellen Drahtmaterials im Selbstassemblierungsprozess. Spezifische Wechselwirkungen zwischen Perylendiimid-Molekülen untereinander und mit Lösungsmittel-Molekülen bestimmen dabei die äußere Form der erhaltenen Strukturen. Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Molekülstruktur des verwendeten funktionellen Perylendiimids. Es wird der Einfluss einer Bay-Substitution bzw. einer unsymmetrischen Imid-Substitution auf die Morphologie der erhaltenen Strukturen herausgestellt. Für das detaillierte Verständnis des Zusammenhanges zwischen Molekülstruktur und nötigen Wachstumsbedingungen für die Bildung von eindimensionalen Strukturen zum einen, aber auch die resultierenden Eigenschaften der erhaltenen Aggregationsprodukte zum anderen, sind Informationen über den molekularen Aufbau von großer Bedeutung. Im Rahmen der Doktorarbeit konnte ein molekular hoch geordneter, kristalliner Aufbau der Drähte nachgewiesen werden. Durch Kombination unterschiedlicher Messmethoden ist es gelungen, die molekulare Anordnung in Strukturen aus einem Spirobifluoren-substituierten Derivat in Form einer verkippten Molekülstapelung entlang der Drahtlängsrichtung zu bestimmen. Um mögliche Anwendungsbereiche der erzeugten Drähte aufzuzeigen, wurden diese hinsichtlich ihrer elektrischen und optischen Eigenschaften analysiert. Neben dem potentiellen Einsatz im Bereich von Filteranwendungen und Sensoren, sind vor allem die halbleitenden und optisch wellenleitenden Eigenschaften hervorzuheben. Es konnten organische Transistoren auf der Basis von Einzeldrähten mit im Vergleich zu Dünnschichtbauteilen erhöhten Ladungsträgerbeweglichkeiten präpariert werden. Darüber hinaus wurden die erzeugten eindimensionalen Strukturen als aktive optische Wellenleiter charakterisiert. Die im Rahmen der Dissertation erarbeiteten Kenntnisse bezüglich der Bildung von eindimensionalen Strukturen durch Selbstassemblierung, des Drahtaufbaus und erster anwendungsorientierter Charakterisierung stellen eine Basis zur Weiterentwicklung solcher miniaturisierter Bausteine für unterschiedlichste Anwendungen dar. Die neu entwickelte Methode des Trocknens unter Lösungsmittelatmosphäre ist nicht auf den Einsatz von Perylendiimiden beschränkt, sondern kann auf andere Substanzklassen ausgeweitet werden. Dies eröffnet breite Möglichkeiten der Materialauswahl und somit der Einsatzmöglichkeiten der erhaltenen Strukturen.

Algorisme d'optimització global de les mesures de semblança quàntica molecular

Les Mesures de Semblança Quàntica Molecular (MSQM) requereixen la maximització del solapament de les densitats electròniques de les molècules que es comparen. En aquest treball es presenta un algorisme de maximització de les MSQM, que és global en el límit de densitats electròniques deformades a funcions deltes de Dirac. A partir d'aquest algorisme se'n deriva l'equivalent per a densitats no deformades

First-order molecular descriptors for molecular steric similarity

En aquest treball s'analitza la contribució estèrica de les molècules a les seves propietats químiques i físiques, mitjançant l'avaluació del seu volum i de la seva mesura de semblança, a partir d'ara definits com a descriptors moleculars de primer ordre. La difeèsncia entre aquests dos conceptes ha estat aclarida: mentre que el volum és la magnitud de l'espai que ocupa la molècula com a entitat global, la mesura de semblança ens dóna una idea de com està distribuïda la densitat electrònica al llarg d'aquest volum, i reflecteix més les diferències locals existents. L'ús de diverses aproximacions per a l'obtenció d'ambdós valors ha estat analitzat sobre diferents classes d'isòmers

Estudi Qsar d'una família de Quinolones utilitzant índex de semblança i índex topològics de semblança i índexs topològics de semblanç

En aquest treball es presenta un exemple d'aplicació de la semblança molecular quàntica en l'àmbit de la determinació de relacions entre l'estructura i les propietats o activitats biològiques de molècules. La família estudiada està formada per un conjunt de divuit quinolones de les quals es coneixen dues propietats relacionades amb l'activitat biològica: la concentració mínima inhibitòria de la reproducció en E. Coli i I'escissió de l'ADN per la girasa, també en E. Coli. L'estudi s'ha realitzat emprant dues metodologies diferents, fonamentades ambdues en el desenvolupament de la semblança molecular quàntica. Aquestes dues metodologies es basen, respectivament, en el càlcul i l'aplicació dels índexs de semblança i dels índexs topològics de semblança

Índexos de localització i deslocalització derivats de la densitat bielectrònica: anàlisi i aplicacions en estructura molecular, reactivitat química i aromaticitat

La present tesi doctoral s'emmarca dins el camp de la química teòrica i computacional. El primer objectiu, que va ser el de partida, consistia a veure si els índexos bielectrònics derivats de la teoria AIM podien ser útils per estudiar la reorganització electrònica al llarg d'una reacció. De forma paral·lela es va plantejar un objectiu metodològic, el càlcul dels índexos mencionats a altres nivells de teoria, com podia ser DFT o CI. CI. Aquests dos objectius varen portar a molts d'altres, tot i que els principals són: Objectiu 1. Estudi de la reorganització de parells d'electrons al llarg d'una reacció. Objectiu 2. Efecte de la solvatació sobre l'estructura de parells d'electrons d'una molècula. Objectiu 3. Càlcul dels índexos de localització i deslocalització als nivells de teoria del funcional de la densitat i post-Hartree-Fock. Objectiu 4. Caracterització de l'enllaç per pont d'hidrogen per mitjà de l'estructura dels parells d'electrons. Objectiu 5. L'índex de deslocalització: nou criteri electrònic d'aromaticitat.

Desenvolupament, implementació i aplicació de noves metodologies per a l'estudi de la reactivitat química i de les propietats òptiques no lineals

El coneixement de la superfície d'energia potencial (PES) ha estat essencial en el món de la química teòrica per tal de discutir tant la reactivitat química com l'estructura i l'espectroscòpia molecular. En el camp de la reactivitat química es hem proposat continuar amb el desenvolupament de nova metodologia dins el marc de la teoria del funcional de la densitat conceptual. En particular aquesta tesis es centrarà en els següents punts: a) El nombre i la naturalesa dels seus punts estacionaris del PES poden sofrir canvis radicals modificant el nivell de càlcul utilitzats, de tal manera que per estar segurs de la seva naturalesa cal anar a nivells de càlcul molt elevats. La duresa és una mesura de la resistència d'un sistema químic a canviar la seva configuració electrònica, i segons el principi de màxima duresa on hi hagi un mínim o un màxim d'energia trobarem un màxim o un mínim de duresa, respectivament. A l'escollir tot un conjunt de reaccions problemàtiques des del punt de vista de presència de punts estacionaris erronis, hem observat que els perfils de duresa són més independents de la base i del mètode utilitzats, a més a més sempre presenten el perfil correcte. b) Hem desenvolupat noves expressions basades en les integracions dels kernels de duresa per tal de determinar la duresa global d'una molècula de manera més precisa que la utilitzada habitualment que està basada en el càlcul numèric de la derivada segona de l'energia respecte al número d'electrons. c) Hem estudiat la validesa del principis de màxima duresa i de mínima polaritzabiliat en les vibracions asimètriques en sistemes aromàtics. Hem trobat que per aquests sistemes alguns modes vibracionals incompleixen aquests principis i hem analitzat la relació d'aquest l'incompliment amb l'efecte de l'acoblament pseudo-Jahn-Teller. A més a més, hem postulat tot un conjunt de regles molt senzilles que ens permetien deduir si una molècula compliria o no aquests principis sense la realització de cap càlcul previ. Tota aquesta informació ha estat essencial per poder determinar exactament quines són les causes del compliment o l'incompliment del MHP i MPP. d) Finalment, hem realitzat una expansió de l'energia funcional en termes del nombre d'electrons i de les coordenades normals dintre del conjunt canònic. En la comparació d'aquesta expansió amb l'expansió de l'energia del nombre d'electrons i del potencial extern hem pogut recuperar d'una altra forma diferent tot un conjunt de relacions ja conegudes entre alguns coneguts descriptors de reactivitat del funcional de la densitat i en poden establir tot un conjunt de noves relacions i de nous descriptors. Dins del marc de les propietats moleculars es proposa generalitzar i millorar la metodologia pel càlcul de la contribució vibracional (Pvib) a les propietats òptiques no lineals (NLO). Tot i que la Pvib no s'ha tingut en compte en la majoria dels estudis teòrics publicats de les propietats NLO, recentment s'ha comprovat que la Pvib de diversos polímers orgànics amb altes propietats òptiques no lineals és fins i tot més gran que la contribució electrònica. Per tant, tenir en compte la Pvib és essencial en el disseny dels nous materials òptics no lineals utilitzats en el camp de la informàtica, les telecomunicacions i la tecnologia làser. Les principals línies d'aquesta tesis sobre aquest tema són: a) Hem calculat per primera vegada els termes d'alt ordre de Pvib de diversos polímers orgànics amb l'objectiu d'avaluar la seva importància i la convergència de les sèries de Taylor que defineixen aquestes contribucions vibracionals. b) Hem avaluat les contribucions electròniques i vibracionals per una sèrie de molècules orgàniques representatives utilitzant diferents metodologies, per tal de poder de determinar quina és la manera més senzilla per poder calcular les propietats NLO amb una precisió semiquantitativa.

Generation of attosecond pulses in molecular nitrogen

We have generated attosecond pulse trains in an ensemble of randomly aligned nitrogen molecules. Measurements of the high-order harmonic relative phases and amplitudes allow us to reconstruct the temporal profile of the attosecond pulses. We show that in the considered spectral range, the latter is very similar to the pulse train generated in argon under the same conditions. We discuss the possible influence of the molecular structure in the generation process, and how it can induce subtle differences on the relative phases.

The equilibrium structure of monofluoroacetylene

The equilibrium rotational constants Be of HCCF and DCCF have been determined from the ground state rotational constants B0, by determining the αr constants for all five fundamentals from the high-resolution vibrational—rotation spectrum making appropriate corrections for the effects of Fermi resonance. By combination with results from the 13C isotopomers and the recent ab initio calculations by Botschwina (Chem. Phys. Lett., 209 (1993) 117), the equilibrium structure is deduced to be: re(CH) = 1.0555(15) Å, re(CC) = 1.1955(8) Å and re(CF) = 1.2781(8) Å.

Developments in near infrared spectroscopy

Vibrational spectroscopy at high excitation is an important research frontier for two reasons. Firstly, the near infrared is proving to be an important area for the analytical applications of spectroscopy, and we would therefore like to understand how the spectra we observe relate to the molecular structure of the absorbing species. Secondly, there is a fundamental interest in understanding molecular dynamics and energy flow within a polyatomic molecule at high excitation, because this is the boundary between spectroscopy and chemistry through which we try to understand the details of a chemical reaction. In this presentation I shall survey recent progress in this field.

Some transition metal complexes derived from mono- and di-ethynyl perfluorobenzenes

Transition metal alkynyl complexes containing perfluoroaryl groups have been prepared directly from trimethylsilyl-protected mono- and di-ethynyl perfluoroarenes by simple desilylation/metallation reaction sequences. Reactions between Me3SiC CC6F5 and RuCl(dppe)Cp'[Cp' = Cp, Cp*] in the presence of KF in MeOH give the monoruthenium complexes Ru(C CC6F5)(dppe)Cp'[Cp' = Cp (2); Cp* (3)], which are related to the known compound Ru(C CC6F5)(PPh3)(2)Cp (1). Treatment of Me3SiC CC6F5 with Pt-2(mu-dppm)(2)Cl-2 in the presence of NaOMe in MeOH gave the bis(alkynyl) complex Pt-2(mu-dppm)(2)(C CC6F5)(2) (4). The Pd(0)/Cu(I)-catalysed reactions between Au(C CC6F5)(PPh3) and Mo( CBr)(CO)(2) Tp* [Tp* = hydridotris(3.5-dimethylpyrazoyl)borate], Co-3(mu(3)-CBr)(mu-dppm)(CO)(7) or IC CFc [Fc = (eta(5)-C5H4)FeCp] afford Mo( CC CC6F5)(CO)(2)Tp* (5), Co-3(mu 3-CC CC6F5)(mu-dppm)(CO)(7) (6) and FcC CC CC6F5 (7), respectively. The diruthenium complexes 1,4-{Cp'(PP)RuC C}(2)C6F4 [(PP)Cp'=(PPh3)(2)Cp (8); (dppe)Cp (9); (dppe)Cp* (10)] are prepared from 1,4-(Me3SiC C)(2)C6F4 in a manner similar to that described for the monoruthenium complexes 1-3. The non-fluorinated complexes 1,4-{Cp'(PP)RuC C}(2)C6H4 [(PP)Cp' = (PPh3)(2)Cp (11); ( dppe) Cp (12); ( dppe) Cp* (13)], prepared for comparison, are obtained from 1,4-(Me3SiC C)(2)C6H4. Spectro-electrochemical studies of the ruthenium aryl and arylene alkynyl complexes 2-3 and 8-13, together with DFT-based computational studies on suitable model systems, indicate that perfluorination of the aromatic ring has little effect on the electronic structures of these compounds, and that the frontier orbitals have appreciable diethynylphenylene character. Molecular structure determinations are reported for the fluoroaromatic complexes 1, 2, 3, 6 and 10.

First structural analysis of a naphthalene-based poly(ether ketone): Crystal and molecular simulation from X-ray powder data and diffraction modeling

Polycondensation of 2,6-dihydroxynaphthalene with 4,4'-bis(4"-fluorobenzoyl)biphenyl affords a novel, semicrystalline poly(ether ketone) with a melting point of 406 degreesC and glass transition temperature (onset) of 168 degreesC. Molecular modeling and diffraction-simulation studies of this polymer, coupled with data from the single-crystal structure of an oligomer model, have enabled the crystal and molecular structure of the polymer to be determined from X-ray powder data. This structure-the first for any naphthalene-containing poly(ether ketone)-is fully ordered, in monoclinic space group P2(1)/b, with two chains per unit cell. Rietveld refinement against the experimental powder data gave a final agreement factor (R-wp) of 6.7%.

Oxorhenium(V) complexes with tetradentate NSNO pyridylthioazophenolates: syntheses, spectral and electrochemical studies

A family of oxorhenium (V) complexes of newly designed pyridylthioazophenolate ligands has been synthesized and isolated in pure form. The solid state structure of an organic compound (HL1) has been established by X-ray crystallography. The molecular structure observed in the solid state is that the two molecules of the ligand (HL1) in the asymmetric unit have similar geometries, except for the orientation of the pyridine ring. This series of organic moieties acts as tetradentate monobasic NSNO donor chelators in oxorhenium(V) complexes which has been characterized by elemental analyses, IR, H-1-NMR, UV-Vis. The complexes are 1: 1 electrolytes in nature in MeOH solution, the counter anion being ClO4). The electrochemical studies of the [(ReO)-O-V(L)Cl]ClO4 complexes in MeCN using TBAP as supporting electrolyte exhibit quasi-reversible voltammogram showing one-electron couple for [(ReO)-O-VI(L)Cl](2+)-[(ReO)-O-V(L)Cl](+) in the 1.11-1.29 V vs SCE range.

Antimalarial drugs based on artemisinin: DFT calculations on the principal reactions

Theoretical calculations have been carried out on the interactions of several endoperoxides which are potential antimalarials, including the clinically useful artemisinin, with two possible sources of iron in the parasite, namely the hexa-aquo ferrous ion [Fe(H2O)(6)](2+) and haeme. DFT calculations show that the reactions of all endoperoxides considered, with both sources of iron, initially generate a Fe-O bond followed by cleavage of the O-O bond to oxygen radical species. Subsequently, they can be transformed into carbon-centred radicals of greater stability. However, with [Fe(H2O)(6)](2+) as the iron source, the oxygen-centred radical species are more likely to react further akin to Fenton's reagent, whereby iron salts encourage hydrogen peroxide to act as an oxidizing agent, and that solvent plays a major role. In contrast, when reacting with haeme, the oxygen-centred radicals interconvert to more stable carbon-centred radicals, which can then alkylate haeme. Subsequent cleavage of the Fe-O bond leads to stable and inactive antimalarial products. These results indicate that the reactivity of the endoperoxides as antimalarials is greater with iron hexahydrates for radical-mediated damage as opposed to haeme, which leads to unreactive species. Since only nanomolar quantities of hydrated metal ions could catalyse the reactions leading to damage to the parasites, this could be an alternative or competitive reaction responsible for the antimalarial activity. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Synthesis, crystal structure and reactivity of copper(II) complexes of tetradentate N2S2 donor ligands

Two new hexa-coordinated mononuclear copper(II) complexes of two ligands L-1 and L-2 containing NSSN donor sets formulated as [Cu(L)(H2O)(2)](NO3)(2) [1a, L = 1,2-bis(2-pyridylmethylthio)ethane (L-1), 1b L = 1,3-bis(2-pyridyl-methylthio)propane (L-2)] were synthesized and characterized by physico-chemical and spectroscopic methods. In 1a the single crystal X-ray crystallography analysis showed a distorted octahedral geometry about copper(II) ion. The crystal packing evidences pairs of complexes arranged about a center of symmetry and connected through a H-bond occurring between aquo ligands and nitrate anions. On reaction with chloride and pseudohalides (N-3(-) and SCN-), in acetonitrile at ambient temperature. complexes 1 changed to monocationic penta-coordinated mononuclear copper(H) species formulated as [Cu(L)(Cl)]NO3 (2), [Cu(L)(N-3)]NO3 (3). and [Cu(L)(SCN)]NO3 (4). These copper(II) complexes have been isolated in pure form from the reaction mixtures and characterized by physico-chemical and spectroscopic tools. The solid-state structure of 2a, established by X-ray crystallography, shows a trigonal bipyramidal geometry about the metal ion with a trigonality index (tau) of 0.561. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Mechanistic insights into a gas–solid reaction in molecular crystals: the role of hydrogen bonding

Reactions in (molecular) organic crystalline solids have been shown to be important for exerting control that is unattainable over chemical transformations in solution. Such control has also been achieved for reactions within metal– organic cages. In these examples, the reactants are already in place within the crystals following the original crystal growth. The post-synthetic modification of metal–organic frameworks (MOFs and indeed reactions and catalysis within MOFs have been recently demonstrated; in these cases the reactants enter the crystals through permanent channels. Another growing area of interest within molecular solid-state chemistry is synthesis by mechanical co-grinding of solid reactants—often referred to as mechanochemistry. Finally, in a small number of reported examples, molecules also have been shown to enter nonporous crystals directly from the gas or vapor phase, but in only a few of these examples does a change in covalent bonding result, which indicates that a reaction occurs within the nonporous crystals. It is this latter type of highly uncommon reaction that is the focus of the present study.