@phdthesis{Chen2006, author = {Chen, Zhijian}, title = {pi-Stacks Based on Self-Assembled Perylene Bisimides : Structural, Optical, and Electronic Properties}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-19940}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2006}, abstract = {As a traditional industrial pigment, perylene bisimide (PBI) dyes have found wide-spread applications. In addition, PBI dyes have been considered as versatile and promising functional materials for organic-based electronic and optic devices, such as transistors and solar cells. For these novel demands, the control of self-organization of this type of dye and the investigation of the relationship between the supramolecular structure and the relevant optical and electronic properties is of great importance. The objective of this thesis focuses on gaining a better understanding of structural and functional properties of pi-stacks based on self-assembling PBIs. Studies include the synthesis and characterization of new functional PBI dyes, their aggregation in solution, in liquid crystalline state and on surfaces, and their fluorescence and charge transport properties. An overview of the formation, thermodynamics and structures of pi-stacks of functional pi- conjugated molecules in solution and in liquid crystalline phases is given in Chapter 2. Chapters 3 and 4 deal with the pi-pi aggregates of new, highly fluorescent PBIs without core-substituents. In Chapter 3, the self-assembly of a PBI with tridodecylphenyl substituents at imide N atoms both in solution and condensed phase has been studied in great detail. In condensed state, the dye exhibits a hexagonal columnar liquid crystalline (LC) phase as confirmed by DSC, OPM and X-ray diffraction analysis. The columnar stacking of this dye has been further confirmed by atomic force microscopy (AFM) where single columns could be well resolved The charge transport properties this dye have been investigated by pulse radiolysis-time resolved microwave conductivity (PR-TRMC) measurements. To shed more light on the nature of the pi-pi interaction of the unsubstituted PBIs, solvent depend aggregation properties have been investigated in Chapter 4. The studies are further extended from core-unsubstituted PBIs to core-substituted ones (Chapter 5 and 6). In Chapter 5, a series of highly soluble and fluorescent core-twisted PBIs that bear the same trialkylphenyl groups at the imide positions but different bay-substituents and were synthesized. These compounds are characterized by distortions of the perylene planes with dihedral angles in the range of 15-37° according to crystallographic data and molecular modeling studies. In contrast to the extended oligomeric aggregates formed for planar unsubstituted PBIs, this family of dyes formed discrete pi-pi-stacked dimers in apolar methylcyclohexane as concentration-dependent UV/Vis measurements and VPO analysis revealed. The Gibbs free energy of dimerization can be correlated with the twist angles of the dyes linearly. In condensed state, several of these PBIs form luminescent rectangular or hexagonal columnar liquid crystalline phases with low isotropization temperatures. The core-twisting effect on semiconducting properties has been examined in Chapter 6. In this chapter, a comparative study of the electrochemical and the charge transport properties of a series of non-substituted and chlorine-functionalized PBIs was performed. While Chapters 3-6 focus on one-component dye systems, Chapter 7 explored the possibility of a supramolecular engineering of co-aggregates formed by hydrogen-bonded 2:1 and 1:1 complex of oligo(p-phenylene vinylene)s (OPVs) and PBIs. Covalently linked donor-acceptor dye arrays have been prepared for comparison. Concentration and temperature-dependent UV/Vis spectroscopy revealed all hydrogen-bonded and covalent systems form well-ordered J-type aggregates in methylcyclohexane. With these hydrogen-bonded OPV-PBI complexes, fibers containing p-type and n-type molecules can be prepared on the nano-scale (1-20 nm). For the 2:1 OPV-PBI hydrogenbonded arrays hierarchically assembled chiral superstructures consisting of left-handed helical pi-pi co-aggregates (CD spectroscopy) of the two dyes that further assemble into right-handed nanometer-scale supercoils in the solid state (AFM study) have been observed. All of these well-defined OPV-PBI assemblies presented here exhibit photoinduced electron transfer on sub-ps timescale, while the electron recombination differs for different systems.Thus, it was suggested that such assemblies of p- and n-type semiconductors might serve as valuable nanoscopic functional units for organic electronics.}, subject = {Perylenderivate}, language = {en} } @phdthesis{Osswald2007, author = {Osswald, Peter Uwe}, title = {Perylene Bisimide Atropisomers : Synthesis and Optical and Chiroptical Properties}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-23248}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2007}, abstract = {Zur Herstellung von atropo-enantiomeren Perylenbisimiden wurde die kovalente Verkn{\"u}pfung von Aryloxysubstituenten durch Makrocyclisierung eingesetzt. Die Darstellung makrocyclischer Perylenbisimide erfolgte ausgehend von einem vierfach (3-Hydroxyphenoxy)-funktionalisierten Perylenbisimid mit achiralen 2,6-Diisopropylphenylsubstituenten an den Imidpositionen durch Williamsonsche Ethersynthese. Die Synthese konnte f{\"u}r vier unterschiedliche Oligoethylenglykol-Kettenl{\"a}ngen realisiert werden, wobei f{\"u}r jede Br{\"u}ckenl{\"a}nge jeweils zwei regioisomere Makrocyclen, n{\"a}mlich das diagonal verbr{\"u}ckte (1,7- und 6,12-Verk{\"u}pfung) und das seitlich verbr{\"u}ckte Isomer (1,12- und 6,7- Verkn{\"u}pfung), isoliert werden konnten. Die strukturelle Zuordnung der isolierten Makrocyclen zu einem der beiden Regioisomeren gelang zweifelsfrei anhand von R{\"o}ntgenstrukturanalysen f{\"u}r zwei Makrocyclen und 1H NMR-Spektroskopie f{\"u}r alle Isomere. Der konformative Einfluß der Aryloxy-Substituenten auf die funktionenellen Eigenschaften dieser Farbstoffklasse konnte durch Vergleich der optischen und elektrochemischen Eigenschaften aller isolierter Makrocyclen mit einer offenkettigen Referenzverbindung abgeleitet werden. Hierbei zeigte sich, dass die Aryloxy-Substituenten dieser Farbstoffe in L{\"o}sung bevorzugt in einer horizontalen Konformation vorliegen. Durch l{\"o}sungsmittelabh{\"a}ngige Fluoreszenzmessungen konnte gezeigt werden, dass ein photoinduzierter Elektronentransferprozess f{\"u}r die Fluoreszenzl{\"o}sung elektronenreicher Aryloxy-Substituenten von Bedeutung ist. Die Trennung der Atropo-Diastereomere konnte f{\"u}r eine diagonal {\"u}berbr{\"u}ckte makrocyclische Verbindung mit chiralen 2-(R)-Octylamin Imidsubstituenten und Diethyleneglykol als Br{\"u}ckenkette mittels semi-preparativer HPLC an einer chiralen station{\"a}ren Phase realisiert werden. Die chiroptischen Eigenschaften der isolierten epimerenreinen Makrocyclen wurden mittels CD-Spektroskopie untersucht. Die Zuordnung der absoluten Stereochemie konnte anhand der erhaltenen CD-Spektren durch Anwendung der „Theorie der excitonischen Kopplung" abgeleitet und durch quantenchemische Berechnung der CD-Spektren best{\"a}tigt werden. Dieses Synthesekonzept wurde auf 1,7-diaryloxy-substituierten Perylenbisimide erweitert. Die Struktur der erhaltenen diagonal verbr{\"u}ckten monocyclischen Verbindung konnte erneut durch NMR-Spektroskopie und R{\"o}ntgenstrukturanalyse eindeutig bestimmt werden. Die Trennung der Atropo-Enantiomere gelang mittels semi-preparativer HPLC an einer chiralen station{\"a}ren Phase. Die Zuordnung der Stereochemie konnte anhand des Vergleichs der CD-Spektren mit den zuvor f{\"u}r epimerenreine Bismakrocyclen erhaltenen CD-Spektren realisiert werden. Anhand der R{\"o}ntgenstrukturanalysen sowohl der racemischen Mischung als auch eines Atropo-Enantiomers ließen sich bedeutende Informationen {\"u}ber die p-Dimerisierung von Perylenbisimiden ableiten. Die Abh{\"a}ngigkeit der Razemisierungsbarriere von der Gr{\"o}ße der Bay-Substituenten wurde f{\"u}r vier halogensubstituierte Derivate untersucht. Die dynamischen Eigenschaften wurden mittels temperaturabh{\"a}ngiger NMR-Spektroskopie und kinetischer Messungen mittels CD-Spektroskopie bestimmt. Unter Anwendung des „Apparent Overlap"-Konzeptes konnte eine {\"u}berzeugende lineare Beziehung zwischen der Gr{\"o}ße der Substituenten und der Inversionsbarriere hergestellt werden. Dar{\"u}ber hinaus war es m{\"o}glich die Atropo-Diastereomere bzw. Enantiomere der tetrachlor- und tetrabrom-substituierten Derivate zu trennen, wobei vor allem das 1,6,7,12-tetrabrom-substituierte Perylenbisimid stabile Enantiomere bei Raumtemperatur lieferte. Die abgeleitete Struktur-Eigenschaftsbeziehung sollte zuk{\"u}nftig die Herstellung von stabilen Enantiomeren durch geeignete Wahl der Substituenten in den Bay-Positionen erm{\"o}glichen. Um die Reversibilit{\"a}t der Selbstorganisation zur quantitativen Synthese makrocyclischer Perylenbisimide ausn{\"u}tzen zu k{\"o}nnen, wurde ein tetra(zinkporphyrin)-funktionalisiertes Perylenbisimid synthetisiert. Die Ausbildung des angestrebten 1:2-Sandwichkomplexes aus Tetra-Zinkporphyrin-Perylenbisimid und Diazabicyclo-[2.2.2]-undecan wurde mittels UV/Vis und 1H NMR Spektroskopie untersucht und die makrocyclische Struktur des Komplexes konnte mittels diffusionsabh{\"a}ngiger NMR Spektroskopie (DOSY NMR) eindeutig bewiesen werden. Weiterhin konnte mittels rasterkraftmikroskopischer (AFM) Untersuchungen gezeigt werden, dass diese funktionellen makrocyclischen Verbindungen sehr geordnet auf einer Graphitoberfl{\"a}che (HOPG) abgeschieden werden k{\"o}nnen. Die Ausrichtung eines amino-funktionalsierten p-konjugierten Polymers durch Zugabe des bichromphoren Tetra-Zinkporphyrin-Perlyenbisimids wurde mittels UV/Vis-Spektroskopie und AFM-Messungen untersucht. Die Oberfl{\"a}chenanalyse mittels AFM zeigte, dass die bichromophore Verbindung die linearen p-konjugierten Polymere {\"u}ber weite Teile der Oberfl{\"a}che auszurichten vermag, so dass eine definierte Anordnung von drei p-Systemen auf der Graphitoberfl{\"a}che erm{\"o}glicht wurde.}, language = {en} } @phdthesis{Schmidt2008, author = {Schmidt, R{\"u}diger}, title = {Perylene Bisimide and Acene Derivatives as Organic Semiconductors in OTFTs}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-29314}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2008}, abstract = {This thesis deals with the synthesis of improved organic semiconductors, the detailed investigation of the molecular properties and the solid state arrangements revealed by single crystal X-ray diffraction and finally the development of structureperformance dependencies by measuring of the charge carrier mobilities of the derivatives in thin film transistors. The two main-goals of this thesis were achieved. Well soluble acene derivatives for spin-coated TFTs were obtained, showing charge carrier mobilities in the range of polymer p-type materials. Novel core-fluorinated perylene bisimide dyes were synthesized particularly and the use of electron deficient substituents lead to PBIs with outstanding air-stable mobilities in thin film transistors prepared by vacuum deposition techniques. The relationship between performance, air stability and solid state packing was elucidated in detail by single crystal X-ray diffraction analysis.}, subject = {D{\"u}nnschichttransistor}, language = {en} } @phdthesis{Kaiser2009, author = {Kaiser, Theo E.}, title = {J-Aggregates of Tetraphenoxy-Substituted Perylene Bisimide Dyes}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-43544}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2009}, abstract = {In dieser Doktorarbeit wurde gezeigt, dass die sehr begehrte J-Aggregation funktionaler Perylenbisimid-Chromophore durch geeignetes Design der monomeren Bausteine erreicht werden kann. Hierzu war einerseits die Selbstanordnung durch ein Zusammenwirken von Wasserstoffbr{\"u}cken und Pi-Pi-Wechselwirkungen zu beg{\"u}nstigen, und andererseits eine Anordnung in kolumnaren Stapeln zu verhindern, was durch Kern-Verdrillung mittels sterisch anspruchsvollen Substituenten gelang. Desweiteren gaben Selbstanordnungsstudien neue Einblicke in den dynamischen Aggregationsprozess niedrigdimensionaler langgestreckter Aggregate mit stark exzitonisch gekoppelten Chromophoren. Die Beziehung zwischen bekannten Cyaninfarbstoffen, wie der von THIATS mit dem vorliegenden PBI 1a wurde durch Absorptions- und Fluoreszenzspektroskopie bei Tieftemperaturen von 5 K bis Raumtemperatur untersucht. Die vormals beispiellosen funktionalen Eigenschaften der PBI-Aggregate, welche aus der J-artigen exzitonischen Kopplung herr{\"u}hren, sind vielversprechend f{\"u}r die Anwendung in optoelektronischen Bauteilen und f{\"u}r die Photovoltaik.}, subject = {Perylenbisdicarboximide