Perylene-Dye-Puzzle – Synthesis and Characterization of Perylene Chromophores with Longitudinally Extended π-System

Perylen-Farbstoff-Puzzle – Synthese und Charakterisierung von Perylen-Chromophoren mit longitudinal verlängertem π-System

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:29-opus4-178345
  • The main task of this thesis was the design and synthesis of novel π-extended perylene chromophores and the investigation of their physico-chemical characteristics. For this purposes, three puzzle pieces, namely a perylene basis, a bridging unit and another perylene moiety or an external aromatic, were connected in a linear manner. Variation of the individual parts allowed for facile access towards a library of unprecedented perylene dyes with extraordinary opto-electronic properties. With the objective to improve an already-known synthetic pathway towards a bis-benzimidazole bridged perylene-perylene homodimer[1], a bay-substituted perylene monoimide monoanhydride (PMI), containing a largeThe main task of this thesis was the design and synthesis of novel π-extended perylene chromophores and the investigation of their physico-chemical characteristics. For this purposes, three puzzle pieces, namely a perylene basis, a bridging unit and another perylene moiety or an external aromatic, were connected in a linear manner. Variation of the individual parts allowed for facile access towards a library of unprecedented perylene dyes with extraordinary opto-electronic properties. With the objective to improve an already-known synthetic pathway towards a bis-benzimidazole bridged perylene-perylene homodimer[1], a bay-substituted perylene monoimide monoanhydride (PMI), containing a large swallow-tail substituent in its imide-position, was chosen as starting-material. The application of PMI enhanced the yield of the reaction, and thereby enabled a facile purification method to obtain the regioisomerically pure anti- and syn-isomers of the homodimers. Besides this synthesis, further anhydride-amine condensations between two PMI moieties and a variety of small aromatic molecules were successfully performed, leading to a great amount of regioisomerically pure perylene-homodimers with different sized π-systems. Based on these achievements, it was feasible to precisely analyze the opto-electronic differences of the anti- and syn-structures on the one hand and the optical properties of perylene chromophores with varying sizes on the other hand. However, PMI was not only connected to another PMI in order to obtain homodimeric structures, it was also used for the construction of a novel perylene precursor, that offered the possibility to build up perylene heterodimers in a chemoselective manner. For this purpose, a mono(benzimidazole)-group was connected to PMI in a first step. The resulting linearly elongated perylene was then further condensed with naphthalene anhydride as well as with several o-diketones. Two classes of heterodimers with interesting opto-electronic properties were realized by this step-by-step synthetic pathway, that are benz-(bisimidazole)-bridged and imidazo-quinoxaline-bridged perylene heterodimers. Even the synthesis of a huge helical structure was enabled by the novel perylene precursor. Further fine-tuning of the properties of some bis(benzimidazole)- or imidazo-quinoxaline-bridged homo- and heterodimers was achieved via modifications of their imidazole-connections.show moreshow less
  • Die Hauptaufgabe der vorliegenden Arbeit bestand im Design und der Synthese von neuartigen Perylen-Farbstoffen mit verlängerten π-Systemen, sowie in der Untersuchung ihrer opto-elektronischen Eigenschaften. Zu diesem Zweck wurden drei Puzzleteile, nämlich eine Perylenbasis, eine Brückeneinheit und eine weitere Peryleneinheit oder ein anderer Aromat, linear verbunden. Die Variation der einzelnen Teile ermöglichte einen einfachen Zugang zu einer ganzen Bibliothek beispielloser Perylenfarbstoffe mit außergewöhnlichen optoelektronischen Eigenschaften. Mit dem Ziel, einen bereits bekannten Syntheseweg zu einem Bisbenzimidazol-verbrückten Perylen-Perylen-Homodimer[1] zu verbessern, wurde einDie Hauptaufgabe der vorliegenden Arbeit bestand im Design und der Synthese von neuartigen Perylen-Farbstoffen mit verlängerten π-Systemen, sowie in der Untersuchung ihrer opto-elektronischen Eigenschaften. Zu diesem Zweck wurden drei Puzzleteile, nämlich eine Perylenbasis, eine Brückeneinheit und eine weitere Peryleneinheit oder ein anderer Aromat, linear verbunden. Die Variation der einzelnen Teile ermöglichte einen einfachen Zugang zu einer ganzen Bibliothek beispielloser Perylenfarbstoffe mit außergewöhnlichen optoelektronischen Eigenschaften. Mit dem Ziel, einen bereits bekannten Syntheseweg zu einem Bisbenzimidazol-verbrückten Perylen-Perylen-Homodimer[1] zu verbessern, wurde ein bay-substituiertes Perylenmonoimid-Monoanhydrid (PMI), das einen großen Schwalbenschwanz-Substituenten in seiner Imid-Position enthält, als Ausgangsmaterial gewählt. Die Anwendung von PMI erhöhte die Ausbeute der Reaktion und ermöglichte dadurch ein einfaches Reinigungsverfahren, um die regioisomerenreinen anti- und syn-Isomere der Homodimere zu erhalten. Neben dieser Synthese wurden weitere Anhydrid-Amin-Kondensationen zwischen zwei PMI-Einheiten und einer Vielzahl kleiner aromatischer Moleküle erfolgreich durchgeführt, was zu zahlreichen regioisomerenreinen Perylen-Homodimeren mit unterschiedlich großen π-Systemen führte. Basierend auf diesen Errungenschaften war es möglich, einerseits die optoelektronischen Unterschiede der anti- und syn-Strukturen und andererseits die optischen Eigenschaften von Perylen-Farbstoffen mit unterschiedlichen Größen genau zu analysieren. PMI wurde jedoch nicht nur mit einem anderen PMI verbunden, um homodimere Strukturen zu erhalten, sondern es wurde auch zum Aufbau eines neuen Perylenvorläufers verwendet, der die Möglichkeit bot, Perylen-Heterodimere auf chemoselektive Weise aufzubauen. Zu diesem Zweck wurde in einem ersten Schritt eine Mono(benzimidazol)-Gruppe mit PMI verbunden. Das resultierende linear verlängerte Perylen wurde dann mit Naphthalinanhydrid sowie mit mehreren o-Diketonen weiter kondensiert. Durch diesen schrittweisen Syntheseweg wurden zwei Klassen von Heterodimeren mit interessanten optoelektronischen Eigenschaften realisiert: Benz(bisimidazol)-verbrückte und Imidazo-Chinoxalin-verbrückte Perylen-Heterodimere. Sogar die Synthese einer ausgedehnten helikalen Struktur wurde durch den neuen Perylenvorläufer ermöglicht.show moreshow less

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Metadaten
Author:Michaela Dobeneck
Persistent identifiers - URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus4-178345
Referee:Andreas Hirsch
Advisor:Andreas Hirsch
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of publication:2021
Date of online publication (Embargo Date):2021/12/05
Publishing Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Granting institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Naturwissenschaftliche Fakultät
Acceptance date of the thesis:2021/12/01
Release Date:2021/12/13
Tag:Perylene
Length/size:1-283
Institutes:Naturwissenschaftliche Fakultät
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 54 Chemie / 547 Organische Chemie
open_access (DINI-Set):open_access
Licence (German):Keine Creative Commons Lizenz - es gilt der Veröffentlichungsvertrag und das deutsche Urheberrecht
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