Synthesis and Properties of Carbazole Main Chain Copolymers with Oxadiazole Pendant toward Bipolar Polymer Host: Tuning the HOMO/LUMO Level and Triplet Energy

Three new carbazole copolymers, poly(9-(2,5-diarene-[1,3,4]oxadiazole)-carbazole-alt-9-(2-ethylhexyl)-carbazole-3,6-diyl)s (P1), poly(9-(2,5-diarene-[1,3,4]oxadiazole)-2, 7-carbazole-alt-9-(2-ethylhexyl)-3, 6-carbazole-diyl)s (P2), and poly(9-(2,5-diarene-[1,3,4]oxadiazole)-carbazole-alt-9-(2-ethylhexyl)-carbazole-2,7-diyl)s (P3), were synthesized by the Suzuki coupling reaction

Electron-accepting conjugated materials based on 2-Vinyl-4,5- dicyanoimidazoles for application in organic electronics

We report the Heck coupling of 2-vinyl-4,5-dicyanoimidazole (vinazene) with selected di- and trihalo aromatics in an effort to prepare linear and branched electron-accepting conjugated materials for application in organic electronics. By selecting the suitable halo-aromatic moiety, it is possible to tune the HOMO - LUMO energy levels, absorption, and emission properties for a specific application. In this regard, materials with strong photoluminescence from blue → green → red are reported that may have potential application in organic light-emitting diodes (OLEDs). Furthermore, derivatives with strong absorption in the visible spectrum, coupled with favorable HOMO-LUMO levels, have been used to prepare promising organic photovoltaic devices (OPVs) when combined with commercially available semiconducting donor polymers.

Solution processable low bandgap diketopyrrolopyrrole (DPP) based derivatives : novel acceptors for organic solar cells

Novel low bandgap solution processable diketopyrrolopyrrole (DPP) based derivatives functionalized with electron withdrawing end capping groups (trifluoromethylphenyl and trifluorophenyl) were synthesized, and their photophysical, electrochemical and photovoltaic properties were investigated. These compounds showed optical bandgaps ranging from 1.81 to 1.94 eV and intense absorption bands that cover a wide range from 300 to 700 nm, attributed to charge transfer transition between electron rich phenylene-thienylene moieties and the electron withdrawing diketopyrrolopyrrole core. All of the compounds were found to be fluorescent in solution with an emission wavelength ranging from 600 to 800 nm. Cyclic voltammetry indicated reversible oxidation and reduction processes with tuning of HOMO-LUMO energy levels. Bulk heterojunction (BHJ) solar cells using poly(3-hexylthiophene) (P3HT) as the electron donor with these new acceptors were used for fabrication. The best power conversion efficiencies (PCE) using 1:2 donor-acceptor by weight mixture were 1% under simulated AM 1.5 solar irradiation of 100 mW cm-2. These findings suggested that a DPP core functionalized with electron accepting end-capping groups were a promising new class of solution processable low bandgap n-type organic semiconductors for organic solar cell applications.

Synthesis of heterosulfamates. Search for structure-taste relationships

Thirty one new sodium heterosulfamates, RNHSO3Na, where the R portion contains mainly thiazole, benzothiazole, thiadiazole and pyridine ring structures, have been synthesized and their taste portfolios have been assessed. A database of 132 heterosulfamates ( both open-chain and cyclic) has been formed by combining these new compounds with an existing set of 101 heterosulfamates which were previously synthesized and for which taste data are available. Simple descriptors have been obtained using (i) measurements with Corey-Pauling-Koltun (CPK) space- filling models giving x, y and z dimensions and a volume VCPK, (ii) calculated first order molecular connectivities ((1)chi(v)) and (iii) the calculated Spartan program parameters to obtain HOMO, LUMO energies, the solvation energy E-solv and V-SPART AN. The techniques of linear (LDA) and quadratic (QDA) discriminant analysis and Tree analysis have then been employed to develop structure-taste relationships (SARs) that classify the sweet (S) and non-sweet (N) compounds into separate categories. In the LDA analysis 70% of the compounds were correctly classified ( this compares with 65% when the smaller data set of 101 compounds was used) and in the QDA analysis 68% were correctly classified ( compared to 80% previously). TheTree analysis correctly classified 81% ( compared to 86% previously). An alternative Tree analysis derived using the Cerius2 program and a set of physicochemical descriptors correctly classified only 54% of the compounds.

2,3-Divinyl- und 2-Aryl-3-vinylindole als Bausteine zu Carbazolen und Versuche zur photochemischen und Ultraschall-induzierten 1,6-Elektrocyclisierung

Es wurden neue funktionalisierte Carbazole und anellierte Benzo[a]carbazole als potentielle pharmakologische Therapeutika durch 1,6-pi-Elektrocyclisierung auf photo-chemischem, thermischem und sonochemischem Weg synthetisiert und die Synthesemethoden der 1,6-pi-Elektrocyclisierung sowie der 2,3-Divinylindole und der 2-Aryl-3-vinylindole als entsprechende Ausgangsprodukte validiert und evaluiert. Es gelang weder das nach den Woodward-Hoffmann-Regeln erwartete primäre Cyclisierungsprodukt mit Indolochinodimethanstruktur noch die Existenz des in einer photochemischen Abfangreaktion daraus resultierenden Cycloprodukts NMR-spektroskopisch nachzuweisen, um den stereochemischen Verlauf der Cyclisierung vorherzusagen. Ergebnisse der quantenchemischen Berechnungen der Eduktmoleküle (AO-Koeffizienten der MO's, HOMO/LUMO-Energien) sowie der Übergangszustandsgeometrien der Cyclisierungen decken sich mit den experimentellen Daten. Divinyl- und 2-Aryl-3-vinylindole sind als Systeme mit Hexatriensymmetrie aufzufassen, deren Cyclisierungsverhalten sich mit den Woodward-Hoffmann-Regeln beschreiben läßt. Im Vergleich der verschiedenen 1,6-pi-Elektrocyclisierungsmethoden zeigte sich, daß die photochemische Variante eine elegante Synthesemethode darstellt, um funktionalisierte Carbazole und Benzo[a]carbazole mit unterschiedlichen pharmakologischen Aktivitäten unter schonenden Reaktionsbedingungen mit den vergleichbar höchsten Ausbeuten zu erhalten. Demgegenüber lieferten die Ultraschallreaktionen keine nachweisbaren Cyclisierungsprodukte. Die thermische Cyclisierung führte zur Gruppe der 1,2-Dihydrocarbazole. Sie bildeten sich in einer Folgereaktion durch [1,5s]-H-Verschiebung aus dem primär entstandenen Woodward-Hoffmann-Cyclisierungsprodukt. In abschließenden DNA-Bindestudien mit verschiedenen Testsystemen zeigte keine der synthetisierten Testsubstanzen DNA-Bindungsaktivität.

Stuffed fullerenelike boron carbide nanoclusters

Viable stuffed fullerenelike boron carbide nanoclusters, C50B34, C48B36-2, and their isomers based on an icosahedral B-84 fragment of elemental beta-rhombohedral boron have been investigated using density functional theory calculations. The structure and the stability of these clusters are rationalized using the polyhedral skeletal electron counting and ring-cap orbital overlap compatibility rules. The curvature of the fullerene was found to play a vital role in achieving the most stable isomer C50B34(3B). The large highest occupied molecular orbital-lowest unoccupied molecular orbital (HOMO-LUMO) gaps, three dimensional aromaticity, and electron detachment energies support their high stability. Further, the IR and Raman active modes were recognized.

Study on the structure and vibrational spectra of efavirenz conformers using DFT: Comparison to experimental data

Efavirenz, (S)-6-chloro-4-(cyclopropylethynyl)-1,4-dihydro-4-(trifluoromethyl)-2H-3 ,1-benzoxazin-2-one, is an anti HIV agent belonging to the class of the non-nucleoside inhibitors of the HIV-1 virus reverse transcriptase. A systematic quantum chemical study of the possible conformations, their relative stabilities and vibrational spectra of efavirenz has been reported. Structural and spectral characteristics of efavirenz have been studied by vibrational spectroscopy and quantum chemical methods. Density functional theory (DFT) calculations for potential energy curve, optimized geometries and vibrational spectra have been carried out using 6-311++G(d,p) basis sets and B3LYP functionals. Based on these results, we have discussed the correlation between the vibrational modes and the crystalline structure of the most stable form of efavirenz. A complete analysis of the experimental infrared and Raman spectra has been reported on the basis of wavenumber of the vibrational bands and potential energy distribution. The infrared and the Raman spectra of the molecule based on OFT calculations show reasonable agreement with the experimental results. The calculated HOMO and LUMO energies shows that charge transfer occur within the molecule. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Study of molecular structure and vibrational spectra of poly (beta,-1-malic acid) PMLA] using DFT approach

Poly (beta-L-malic acid) (PMLA) is a biodegradable polymer and it has various important applications in the biomedical field. In the present work the structural and spectral characteristics of PMLA have been studied by methods of infrared. Raman spectroscopy and quantum chemistry. Electrostatic potential surface, optimized geometry, harmonic vibrational frequencies, infrared intensities and activities of Raman scattering were calculated by density functional theory (DFT) using oligomeric approach employing B3LYP with complete relaxation in the potential energy surface using 6-311++G (d, p) basis set. Based on results, we have discussed the correlation between the vibrational modes and the structure of the PMLA. A complete analysis of the experimental infrared and Raman spectra has been reported on the basis of wavenumber of the vibrational bands and potential energy distribution. The calculated HOMO and LUMO energies shows that charge transfer occur within the molecule. The calculated infrared and the Raman spectra of the polymer based on DFT calculations show reasonable agreement with the experimental results. (c) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Vibrational spectroscopy and density functional theory analysis of 3-O-caffeoylquinic acid

Density functional theory (DFT) calculations are being performed to investigate the geometric, vibrational, and electronic properties of the chlorogenic acid isomer 3-CQA (1R,3R,4S,5R)-3-{(2E)-3-(3,4-dihydroxyphenyl)prop-2-enoyl]oxy}-1,4, 5-trihydroxycyclohexanecarboxylic acid), a major phenolic compound in coffee. DFT calculations with the 6-311G(d,p) basis set produce very good results. The electrostatic potential mapped onto an isodensity surface has been obtained. A natural bond orbital analysis (NBO) has been performed in order to study intramolecular bonding, interactions among bonds, and delocalization of unpaired electrons. HOMO-LUMO studies give insights into the interaction of the molecule with other species. The calculated HOMO and LUMO energies indicate that a charge transfer occurs within the molecule. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Structural, thermal and quantum chemical studies of p-coumaric and caffeic acids

Two hydroxycinnamic acids viz., p-coumaric, and caffeic acids have been extracted and purified from Parthenium hysterophorus, subsequently characterized by elemental analysis, FT-IR, NMR, single crystal X-ray crystallography. The optimized structures of these acids were calculated in terms of density functional theory by Gaussian 09. The validation of experimental and theoretically obtained data for structural parameters such as bond lengths and bond angles has have been carried out to analyze the statistical significance by curve fitting analysis and the values of correlation coefficient found to be 0.985, 0.992, and 0.984, 0.975 in p-coumaric, and caffeic acids, respectively. The calculated HOMO and LUMO energies show the eventual charge transfer interaction within the molecule. Thermal studies were also carried out by thermogravimetry (TG), differential thermogravimetric analysis (DTA), and derivative thermogravimetry (DTG). (C) 2014 Elsevier B.V. All rights reserved.

The properties and possible transformation path for C12B24N24

The structure and frequencies of C12B24N24 have been calculated by means of an ab initio method. By comparing the average bond energies with C-60, the calculated results predict that the cage C12B24N24 is a stable molecule. The calculated results indicate that the cage molecule C12B24N24 has a relative large HOMO-LUMO energy gap and a low rigidity The structures and stability of six possible isomers of C2B4N4 are used to suggest a possible transformation path from the pentagon CB2N2 to the C12B24N24 materials. (C) 2001 John Wiley & Sons, Inc.

Dry Excess Electrons in Room-Temperature Ionic Liquids

In this article, we describe general trends to be expected at short times when an excess electron is generated or injected in different room-temperature ionic liquids (RTILs). Perhaps surprisingly, the excess electron does not localize systematically on the positively charged cations. Rather, the excess charge localization pattern is determined by the cation and anion HOMO/LUMO gaps and, more importantly, by their relative LUMO alignments. As revealed by experiments, the short-time (ps/ns) transient UV spectrum of excess electrons in RTILs is often characterized by two bands, a broad band at low energies (above 1000 nm) and another weaker band at higher energies (around 400 nm). Our calculations show that the dry or presolvated electron spectrum (fs) also has two similar features. The broad band at low energies is due to transitions between electronic states with similar character on ions of the same class but in different locations of the liquid. The lower-intensity band at higher energies is due to transitions in which the electron is promoted to electronic states of different character, in some cases on counterions. Depending on the chemical nature of the RTIL, and especially on the anions, excess electrons can localize on cations or anions. Our findings hint at possible design strategies for controlling electron localization, where electron transfer or transport across species can be facilitated or blocked depending on the alignment of the electronic levels of the individual species.

Thermal, spectroscopic and DFT studies of solid benzamide

Thermogravimetry (TG), differential thermal analysis (DTA), differential scanning calorimetry (DSC), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and DFT theoretical calculations were used to study benzamide. The TG-DTA and DSC curves provided information concerning the melting point, evaporation and thermal stability of the compound. Using the FTIR technique it was possible to confirm the evaporation of the compound with no degradation. Density functional theory (DFT) at the 6-311++G (3df, 3dp) level, provided information regarding the energies involved in HOMO-LUMO transitions and the chemical stability of the compound.

Thiophene-containing organic semiconducting heteroacenes for electronic applications

Diese Studie verfolgt das Konzept der "Oligomer-Ansatz", die von Müllen angesprochen wurde et.al. vor etwa 10 Jahren. Der Schwerpunkt dieser Arbeit war die Synthese, Charakterisierung und Anwendung von halbleitenden konjugierten heteroacenes für organische Elektronik.rnZur weiteren Entwicklung der Familie von schwefelhaltigen Pentacene, zwei Moleküle (Benzo [1,2 - b :4,5-b '] bis [b] benzodithiophene und dithieno-[2,3-d: 2', 3'-d ']-benzo-[1,2-b :4,5-b'] dithiophene)rnfacilely wurden synthetisiert und charakterisiert durch eine Kombination verschiedener Methoden. Die beiden neue Moleküle weisen hervorragende ökologische Stabilität und angewendet OFETs Geräte als p-Kanal-Material. Die Vorversuche gaben Ladungsträgerbeweglichkeiten von 0,1 cm2 V-1 s-1 undrn1,6 cm2 V-1 s-1 bzw. aus den beiden Molekülen.rnAusgelöst durch die Frage "je länger desto besser?", Eine Reihe von neuen heteroheptacenes wurden synthetisiert und intensiv im Hinblick auf ihre feste Struktur, Selbst-assenbly auf der studierte Oberfläche, opto-elektro-Eigenschaften und Eigenschaften des Orbits Grenze. Einer derrnheteroheptacene Moleküle wurden als die aktiven Kanäle in OFET Geräten angewendet. Jedoch in Trotz der mehr verlängert Konjugationslänge die Geräte auf der Basis zeigten heptacenes viel schlimmer Ladungsträgerbeweglichkeiten als die heteropentacenes. Viele Faktoren können Festlegung der endgültigen Leistung der Produkte und der chemischen Struktur ist nur einer von ihnen.rnIn dieser Hinsicht scheint es, dass es auch sinnvoll, den Einfluss der Heteroatome Studie und Alkylsubstitution auf der soliden und elektronischen Strukturen. Daher mehr heteroheptacenes wurden synthetisiert. Abwechslungsreiches in der Anzahl und Art der heteroatomare Brücke,rndiese Oligoazene ausgestellt dramatisch anders feste Struktur und opto-elektronischernEigenschaften. Darüber hinaus wurde eine kombinierte DFT Berechnung der Molekülorbitale dieser heptacenes darauf hingewiesen, dass die Einführung von Stickstoff Brücken wird die π-Orbitale zu destabilisieren, während stabilisieren den Schwefel Brücken sowohl HOMO und LUMO Energien. Dies ist wichtig, wenn man will hoch π verlängert Oligoazene synthetisieren und dabei eine angemessene Stabilität.

Theoretical study of correlated systems using hybrid functionals

Diese Arbeit unterstreicht das Potential von Hybridfunktionalen (B3LYP) für die Untersuchung einer großen Bandbreite von Systemen. Durch die Einbeziehung der exakten Hartree-Fock Austauschenergie kann B3LYP für molekulare und kristalline Systeme eingesetzt werden. Zum Beispiel können stark korrelierte Systeme mit B3LYP erfolgreich erforscht werden. Die elektronische Struktur von PAHs wurde mit B3LYP Hybriddichtefunktionalen untersucht. Mit der ∆SCF-Methode wurden Elektronenbindungsenergien bestimmt, welche die mit UPS gewonnenen experimentellen Resultate bestätigen und ergänzen. Symmetrieeigenschaften der molekularen Orbitale wurden analysiert, um eine Zuordnung und Einschätzung der zugehörigen Signalstärke zu ermöglichen. Während σ-artige Orbitale nur schwer durch UPS-Messungen an dünnen Filmen detektiert werden können, bieten Rechnungen eine detaillierte Einsicht in die verborgenen Teile der Spektren.rnWeiterhin wurden π−π-Komplexe untersucht, welche von verschiedenen Donor- und Akzeptor-Molekülen gebildet werden. Die Moleküle basieren auf polyzyklischen, aromatischen Kohlenwasserstoffen. Für Ladungstransferkomplexe finden DFT Rechnungen ein Minimum in der Oberfläche der potentiellen Energie. Diese attraktive Wechselwirkung wird durch Coulombanziehung verursacht. Allerdings ist die Coulombanziehung nicht die stärkste Wechselwirkung in Ladungstransferkomplexen. Die Einbeziehung von van der Waals-Korrekturen verbessert den intermolekularen Abstand und die Bindungsenergie.rnEine Verkleinerung der intermolekularen Abstände führt zu einer großen Verschiebung der HOMO- und LUMO-Energie.rnAus der Klasse der kristallinen korrelierten Systeme wurden Rb4O6 und FeSe untersucht. Im Falle von Rb4O6 führen Ladungsordnung und Korrelationen zu einem isolierenden Grundzustand. Das hypothetische druckabhängige Phasendiagramm wurde untersucht. Eine Erhöhung des Drucks führt zu einer vergrößerten Bandlücke. Bei etwa 75 GPa wird die Bandbreite W größer als der Bandabstand U und das System nimmt einen homogen gemischt valenten Zustand mit teilweise besetzten π−π-Orbitalen an. Für Drücke ab 160 GPa wird W sehr viel größer als U und das System wird metallisch.rnIm Fall von FeSe finden wir eine korrelierte und isolierende Phase bei hohen Drücken, während das System bei niedrigen Drücken supraleitendes Verhalten zeigt. Die Berechnungen der Elektronenstruktur mit dem Hybridfunktional B3LYP führt zum korrekten halbleitenden Grundzustand in der NiAs- und MnP-Struktur von FeSe. Die Rolle der Korrelationen, der Stöchiometrie und der Nähe zum Magnetismus wird besprochen. Im Speziellen wird gezeigt, dass die Phase mit NiAs-Struktur starke lokale Korrelationen aufweist, was zu einem halbleitenden Zustand in einem weiten Druckbereich führt.