Controlled fluorination of a-C:F:H films by PECVD of ethylene-hexafluorobenzene mixtures

Highly fluorinated plasma polymers are chemically inert,acid resistant and have low friction coefficients, thereby being useful in chemical laboratories and for tribological applications. Here we report the plasma polymerization of ethylene-hexafluorobenzene mixtures by PECVD. The principal parameter of interest is the proportion of C(6)F(6) in the feed, R(F). Films were analyzed using near-normal and grazing-angle Infrared Reflection Absorption Spectroscopy (IRRAS), the latter being particularly useful for detecting modes not usually observed at near-normal incidence. The presence of CH and CF(x) (x=1 to 2) groups was thus confirmed in films deposited with R(F)>= 40%. Depending on R(F) IRRAS also revealed the presence of -CH(x) (x=1 to 3) -C=C, -C=O and phenyl rings. Deconvolution of C is spectra obtained by X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) confirmed the presence of CH, CF and CF(2) groups in films deposited with R(F)>= 40%. Atomic ratios of F:C calculated from the XPS spectral data show that the degree of fluorination rises with increasing RF Some unbound fluorine is present in the films. Post-deposition reactions account for the presence of oxygen (similar to 5%) in the films. Surface energies, determined from contact angle measurements, fall with increasing R(F). (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Accurate rotational constant and bond lengths of hexafluorobenzene by femtosecond rotational Raman coherence spectroscopy and ab initio calculations

The gas-phase rotational motion of hexafluorobenzene has been measured in real time using femtosecond (fs) time-resolved rotational Raman coherence spectroscopy (RR-RCS) at T = 100 and 295 K. This four-wave mixing method allows to probe the rotation of non-polar gas-phase molecules with fs time resolution over times up to ∼5 ns. The ground state rotational constant of hexafluorobenzene is determined as B 0 = 1029.740(28) MHz (2σ uncertainty) from RR-RCS transients measured in a pulsed seeded supersonic jet, where essentially only the v = 0 state is populated. Using this B 0 value, RR-RCS measurements in a room temperature gas cell give the rotational constants B v of the five lowest-lying thermally populated vibrationally excited states ν7/8, ν9, ν11/12, ν13, and ν14/15. Their B v constants differ from B 0 by between −1.02 MHz and +2.23 MHz. Combining the B 0 with the results of all-electron coupled-cluster CCSD(T) calculations of Demaison et al. [Mol. Phys.111, 1539 (2013)] and of our own allow to determine the C-C and C-F semi-experimental equilibrium bond lengths r e(C-C) = 1.3866(3) Å and r e(C-F) = 1.3244(4) Å. These agree with the CCSD(T)/wCVQZ r e bond lengths calculated by Demaison et al. within ±0.0005 Å. We also calculate the semi-experimental thermally averaged bond lengths r g(C-C)=1.3907(3) Å and r g(C-F)=1.3250(4) Å. These are at least ten times more accurate than two sets of experimental gas-phase electron diffraction r g bond lengths measured in the 1960s.

Revestimentos hidrofóbicos

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia de Materiais

The Effects of Pi-Pi Stacking on the Controlled Radical Polymerization of Vinyl Aromatics

The atom transfer radical polymerization (ATRP) of styrene (St) was conducted in the presence of varying equivalence (eq) of hexafluorobenzene (HFB) and octafluorotoluene (OFT) to probe the effects of pi-pi stacking on the rate of the polymerization and on the tacticity of the resulting polystyrene (PSt). The extent of the pi-pi stacking interaction between HFB/OFT and the terminal polystyrenic phenyl group was also investigated as a function of solvent, both non-aromatic solvents (THF and hexanes) and aromatic solvents (benzene and toluene). In all cases the presence of HFB or OFT resulted in a decrease in monomer conversion indicating a reduction in the rate of the polymerization with greater retardation of the rate with increase eq of HFB or OFT (0.5 eq to 1 eq HFB/OFT compared to St). Additionally, when aromatic solvents were used instead of non-aromatic solvents the effect of the HFB/OFT on the rate was minimized, consistent with the aromatic solvent competitively interacting with the HFB/OFT. The effects of temperature and ligand strength on the ATRP of St in the presence of HFB were also probed. It was found that when using N,N,N’,N’,N’’-pentamethyldiethylenetriamine (PMDETA) as the ligand the effects of HFB at 38o were the same as at 86oC. When tris[2-(dimethylamino)ethyl]-amine (Me6TREN) was used as the ligand at 38o there was a decrease in monomer conversion similar to the analogous PMDETA reaction. When the polymerization was conducted at 86oC there was no effect on the monomer conversion with HFB present compared to when HFB was absent. To investigate the pi-pi stacking effect even further, the reverse pi-pi stacking system was observed by conducting the ATRP of pentafluorostyrene (PFSt) in the presence of varying eq of benzene and toluene, which in both cases resulted in an increase in monomer conversion compared to when benzene or toluene were absent; in summary the rate of the ATRP of PFSt increases when benzene or toluene waas present in the reaction. The pi-pi stacking interaction between the HFB/OFT and the dormant alkyl bromide of the polymer chain was verified by 1H-NMR with 1-bromoethylbenzene as the alkyl bromide. Also verified by 1H-NMR was the interaction between HFB/OFT and St and the interaction between PFSt and benzene. In all 1H-NMR spectra a perturbation in the aromatic and/or vinyl peaks was observed when the pi-pi stacking agent was present compared to when it was absent. The tacticity of the PSt formed in the presence of 1 eq of HFB was compared to the PSt formed in the absence of HFB by observing the C1 signal in their 13C-NMR spectra, but no change in shape or chemical shift of the signal was observed indicating that there was no change in tacticity.

Síntese de compostos multiporfirínicos covalentes

Nesta tese descreve-se a síntese de compostos multiporfirínicos covalentes bem como a avaliação da potencial utilização destes compostos como quimiossensores de iões metálicos e para a construção de estruturas supramoleculares com fulerenos. No capítulo 1 desta tese é feita uma introdução à química, propriedades e aplicações das porfirinas e sistemas multiporfirínicos. Relativamente aos sistemas multiporfirínicos é feita uma revisão bibliográfica acerca das estratégias de síntese e abordagem geral à química supramolecular de sistemas porfirina-fulereno. No capítulo 2 são apresentados os resultados referentes à síntese e caracterização dos vários sistemas multiporfirínicos desenvolvidos neste trabalho. De um modo geral, a síntese desses compostos envolveu reações de substituição aromática nucleofílica. Para esse efeito foi necessário preparar porfirinas de partida contendo grupos nucleofílicos nas posições meso (-C6H4OH e -C6H4NH2). Os sistemas multiporfirínicos foram obtidos por reações entre as porfirinas de partida e hexafluorobenzeno ou 5,10,15,20tetraquis(pentafluorofenil)porfirina. Descreve-se também a síntese de uma díade porfirina-C60 e de uma pentíade contendo quatro unidades de porfirina e uma de C60, envolvendo reações de cicloadição 1,3-dipolar e de substituição aromática nucleofílica. Os estudos efetuados ao nível da aplicação de alguns dos novos sistemas multiporfirínicos sintetizados e de um dos seus precursores, a 5-[4(pentafluorofeniloxi)fenil]-10,15,20-trifenilporfirina, como sensores de iões metálicos encontram-se descritos no capítulo 3. Neste capítulo, a título introdutório, é feita uma breve abordagem aos quimiossensores colorimétricos e de fluorescência, apresentando também alguns exemplos de porfirinas como quimiossensores de iões metálicos já descritos na literatura científica. A caracterização fotofísica dos compostos em estudo também é descrita neste capítulo. Os compostos estudados mostraram capacidade de interagir com vários iões metálicos, verificando-se um aumento da seletividade para o ião Hg2+ com o aumento do número de unidades porfirínicas constituintes dos sistemas multiporfirínicos. Os resultados referentes aos estudos de complexação de alguns dos sistemas multiporfirínicos sintetizados com fulerenos encontram-se descritos no capítulo 4. Neste capítulo descreve-se também a caracterização fotofísica dos compostos em estudo. Os estudos realizados com os sistemas multiporfirínicos mostraram uma fraca interação com os fulerenos C60 e C70. No entanto, os valores das constantes de afinidade obtidos com 1-metil-2-(4piridil)[60]fulero[c]pirrolidina mostraram que os sistemas multiporfirínicos apresentam capacidade para formar complexos com este derivado de C60 por coordenação axial e por interações π-π. No capítulo 5 é discutido o trabalho que envolveu o desenvolvimento de novos métodos na síntese de derivados tetrapirrólicos do tipo pirrolo[3,4-b]porfirinas contendo um grupo NH livre no anel exocíclico. A estratégia de síntese requereu a preparação de uma clorina fundida com um anel pirrolina seguida da redução do anel pirrolina. Deste modo obteve-se uma nova clorina fundida com um anel pirrolidina contendo um grupo NH livre. Esta nova clorina foi usada na preparação de uma díade clorina-porfirina por reação de N-arilação com 5,10,15,20-tetraquis(pentafluorofenil)porfirina. A estrutura cristalina da nova díade foi resolvida por difração de raios-X de cristal único. A estrutura dos compostos sintetizados foi estabelecida recorrendo a diversas técnicas espectroscópicas nomeadamente ressonância magnética nuclear (RMN de 1H, 13C e 19F), espectrometria de massa e espectrofotometria de UVvis. No último capítulo desta tese descrevem-se, pormenorizadamente, todas as experiências efetuadas, incluindo os métodos de síntese, purificação e caracterização estrutural dos diversos compostos sintetizados bem como as medições espectrofotométricas e espectrofluorimétricas.