TY  - THES
A1  - Bold, Kevin
T1  - Macrocyclic Oligothiophene Bridged Perylene Bisimide Donor−Acceptor Dyads
T1  - Makrozyklische Oligothiophen-überbrückte Perylenbisimid Donor-Akzeptor Dioden
N2  - A series of donor-acceptor macrocyclic architectures comprising oligothiophene strands that connect the imide positions of a perylene bisimide have been synthesized via a platinum-mediated cross-coupling strategy. The target structures were characterized by steady-state UV/Vis absorption, fluorescence and transient absorption spectroscopy, as well as cyclic and differential pulse voltammetry. Crystal structure analysis of the macrocycles revealed insights into the bridge arrangements. The properties of the macrocyclic bridges were compared to linear oligothiophene reference compounds which itself exhibited an unusual electrochemical effect.
N2  - In der vorliegenden Dissertation wurde eine Reihe von Donor-Akzeptor Makrozyklen bestehend aus Oligothiophensträngen, welche die Imid-Positionen eines Perylenbisimids kovalent verbinden, in einer Platin-vermittelten Kreuzkupplungsreaktion synthetisiert. Die Zielstrukturen wurden anschließend mittels UV/Vis-, Fluoreszenz-und transienter Absorptionsspektroskopie, sowie zyklischer- bzw. Differential-Puls-Voltammetry charakterisiert. Ferner gewährten Kristallstrukturen von drei der insgesamt fünf Makrozyklen strukturelle Einblicke in die Oligothiophen-Brückengeometrie. Die photophysikalischen und elektrochemischen Eigenschaften der makrozyklischen Brücken wurden mit solchen linearer Oligothiophen-Referenzsystemen verglichen, welche selber ein ungewöhnliches Phänomen in der Elektrochemie aufwiesen.
KW  - Perylenbisdicarboximide
KW  - Makrocyclische Verbindungen
KW  - Thiophen
KW  - Farbstoff
KW  - donor-acceptor dyads
KW  - macrocycles
KW  - electron transfer
KW  - perylene bisimide
KW  - oligothiophenes
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-271926
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kriegisch, Volker
T1  - Electron transfer processes between organic redox centres and electrodes via active bridges in self-assembled monolayers
T1  - Elektronentransferprozesse zwischen organischen Redoxzentren und Elektroden mittels „aktiver“ Brückeneinheiten in selbstorganisierenden Monolagen
N2  - Cyclovoltammetrische Messungen der Ferrocenalkylthiole 1 – 3 belegen, dass homogene, gemischte Monolagen aus redoxaktiven Verbindungen und redoxinaktiven Alkylthiolen gebildet werden. Die von Creager et al. bestimmten ET Raten der Ferrocenalkylthiole 1 – 3 konnten hierbei verifiziert werden. Wie erwartet erfolgt eine Abnahme der ET Geschwindigkeit bei einer Kettenverlängerung des Alkylspacers von 2 nach 3. Eine unterschiedliche Konnektivität zwischen Redoxzentrum und Alkylspacer, z. B. die Einführung einer Carbonyl-Funktion im Falle von 1, unter Beibehaltung der Kettenlänge zeigt keinen bemerkbaren Einfluß auf den ET. Trotzt vergleichbaren Abstands der aromatischen Ferrocenthiole 4 und 5 zu der C8-Alkyl-Verbindung 2 zwischen Redoxzentrum und Elektrode, weisen diese aufgrund ihrer starken Konjugation sehr hohe ET Geschwindigkeiten auf. Die elektronischen Kopplungsfaktoren selbst deuten auf einen nichtadiabtischen ET zwischen Redoxzentrum und Elektrode hin. Wie erwartet kommt es zu einem Anwachsen der Kopplungsfaktoren bei sich verkürzender Kettenlänge oder bei Einführung konjugierter Spacersysteme. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass Erfahrungen hinsichtlich der Präparation der Monolagen gesammelt, die gemessenen ET Raten für der literaturbekannten Verbindungen 1 – 3 bestätigt und diese Informationen auf die konjugierten Verbindungen 4 und 5 angewandt werden konnten. Im zweiten Teil wurden die Triarylamin- (29, 32) und Phenothiazinalkylthiole (35) bezüglich ihres ET Verhaltens in gemischten Monolagen untersucht. Mittels Cyclovoltammetrie konnte gezeigt werden, daß einheitlich geformte, verdünnte Monolagen vorliegen. Die ET Raten der Triarylamin- (29, 32) und Phenithiazinalkylthiole (35) sind jedoch um den Faktor 10 bis 100 höher als vergleichbare Ferrocenalkylthiole gleicher Kettenlänge [1, 2], wohingegen für Monolagen, welche [Ru(bpy)2(pp)]+-Alkythiole enthalten, äquivalente Werte gefunden wurden [3]. Die ET Geschwindigkeit wird von zwei Parametern beeinflusst: dem elektronischen Kopplungsmatrixelement und der Regorganisationsenergie  [4]. Die ET Geschwindigkeit in Donor-substituierten Alkylthiolen wird hauptsächlich durch  beeinflusst und sogar kleine Änderungen dieser zeigen eine große Auswirkung auf die zu untersuchenden Prozesse. Aus diesem Grund wird eine Zunahme der ET Geschwindigkeit von Ferrocen (hohe Reorganisationsenergie) über die Phenothiazinverbindung 35 und [Ru(bpy)2(pp)]+ zu den Triarylaminchromophoren 29 und 32 (niedrige Reorganisationsenergie) beobachtet. Weiterhin spielt, im Gegensatz zu Beobachtung von Creager et al. an äquivalenten Ferrocenverbingungen, die Anbindung des Redoxzentrums an den Alkylspacer eine bedeutende Rolle. Im Falle der elektronenreichen Ether-verbrückten Verbindung 29 wird der ET nicht alleine durch , sondern ebenso durch mesomere Effekte bestimmt. Bei 29 kommt es durch Lokalisation der positiven Ladung nahe der Ether Funktion formal zu einer Kettenverkürzung um eine „Methyleneinheit“, welche schließlich in höheren ET Geschwindigkeiten resultiert. Im dritten Teil dieser Dissertation wurde ein Serie „molekularer Drähte“ bestehend aus Methoxy- oder Chlorid-substituierten Triarylamin- und Phenothiazinverbindungen mit unterschiedlichen Brückeneinheiten und Brückenlängen zwischen Redoxzentrum und Ankerfunktion dargestellt und im Hinblick auf ihr ET Verhalten untersucht. Durch cyclovoltammetrische und UV/Vis-spektroskopische Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass sowohl die Oxidationspotentiale als auch die energetischen Zustände der Chromophore recht gut durch Einführung unterschiedlicher Redoxzentren und Brückeneinheiten beeinflusst werden können. Trotz erfolgreicher Kontrolle der Dichte der Chromophoreinheiten in den gemischten Monolagen konnte nur für die Verbindungen 49, 52 und 87 mit Nitril-substituierten Brückeneinheiten verlässliche ET Geschwindigkeiten erhalten werden. Bei diesen Chromphoren ist ein Absinken der ET Geschwindigkeit bei zunehmender Dichte der redoxaktiven Moleküle in den gemischten Monolagen zu beobachten, welche auf eine Änderung der Adsorptionsgeometrie hindeutet. Bei zunehmender Packungsdichte der Chromophore führt dies zu einer aufrechteren Stellung der redoxaktiven Spezies. Für alle anderen Verbindungen konnten keine Werte aufgrund der zu schnellen ET Geschwindigkeiten ermittelt werden. Konformelle, wie auch die sehr geringe Abstandsabhängigkeit des ET, resultieren in hohen ET Geschwindigkeiten oder auch ungünstige HOMO-LUMO Energien bezüglich des Donors, der Brücke und der Elektrode sind Gründe für dieses Verhalten. Die Tatsache, dass Verbindung 49 und 52 beinahe die gleichen Geschwindigkeitskonstanten des ETs unabhängig von der Anzahl der Brückeneinheiten (n = 2, n = 3) besitzen, deutet darauf hin, dass ein Hopping-Prozess stattfindet, bei welchem eine geringere Längenabhängigkeit des ETs als bei eine Superexchange-Mechanismus zu erwarten ist.
N2  - In this work the influence of “active” bridge units on the electron transfer (ET) mechanism within organic donor-bridge-electrode arrays in self-assembled monolayers (SAMs) was studied by spectroscopic and electrochemical methods. In the first part of this work ferrocenealkanethiols 1 – 3 and the ferrocenearylthiols 4, 5 were investigated to get experience in the monolayer preparation for measuring ET rates. Cyclic voltammetry of the monolayers indicates that homogeneously mixed monolayers containing redox active molecules and dummy molecules were formed. For the known ferrocenealkanethiols 1 – 3 the ET rates could be confirmed compared to the ones measured by Creager et al. [206]. As expected the ET rate decreases by increasing chain length of the alkane spacer from 2 to 3. Changing the bonding between the redox centre and the alkane spacer with the same bridge lenght, e. g. by using a carboxy-group in case of 1, does not influence the ET behaviour very strong. The aromatic ferrocenethiols 4 and 5 show very high ET rates due to the strong conjugated system although the distance between the redox centre and the electrode is comparable to the C8-alkyl compound 2. The electronic coupling factors all indicate a nonadiabatic ET between the redox centre and the electrode. As expected the electronic coupling factors increase with decreasing spacer length or with an enlarged conjugated system. To sum up, experience in monolayer preparation could be obtained, the measured ET rates for well known ferrocenealkane-compounds 1 - 3 could be verified and the information could be transferred to the conjugated systems 4 and 5. In the second part the triarylamine- 29, 32 and the phenothiazinealkanethiol 35 have been examined relative to their ET behaviour in mixed monolayers. The cyclic voltammograms of the diluted monolayers indicate that homogeneously formed monolayers are present. The ET rates of triarylamine- 29, 32 and phenothiazinealkanethiols 35 are 10 to 100 times higher than compared to ferrocenealkanethiols with equal chain length[183, 206], whereas in a [Ru(bpy)2(pp)]+-containing monolayer the same value was observed [177]. Almost two parameters influence the ET rate constant: the electronic coupling matrix element and the reorganisation energy  [209]. The ET rate in donor substituted alkanethiols is mainly influenced by the reorganisation energy  [177] and even small changes have a dramatic effect on the observed processes, therefore an increasing ET rate from the ferrocene (high reorganisation energy) over the phenothiazine 35 and the [Ru(bpy)2(pp)]+ to the triarylamine chromophores 29 and 32 (low reorganisation energy) is observed. Furthermore the bonding between the redox centres and the alkane spacer plays an important role on the ET rate in case of the triarylamines 29 and 32 opposite to the assumption made by Creager et al. that the connection does not play any role. For the electron rich ether connected compound 29 the ET is not only dominated by the reorganisation energy but also by mesomeric effects where the positive charge of the electron rich derivative 29 is more located at the ether function so that the chain is formally shortend by one atom resulting in higher ET rates than compared to 32. In the third part of the thesis a series of “molecular wires” consisting of methoxy- or chloro-substituted triarylamines and phenothiazines with different bridge units and bridge length between the redox centre and the anchor thiol function have been prepared in order to investigate their ET-behaviour. Cyclic voltammetry and UV/vis-spectroscopy show that the oxidation potential and the energetic states could be controlled very well by introducing different redox centres and bridge units resulting in a decreasing oxidation potential of the redox centres and a bathochromic shift of the absorption bands in the UV/vis-spectra. Also the densitiy of the chromophores in mixed monolayers could be controlled very well for only three compounds (49, 52 and 87) with nitrile-substituted bridges reliable ET rates could be obtained. In these chromophores the ET rate decreases by increasing the density of the redox active molecules in the mixed monolayers indicating that the adsorption geometry changes with coverage with the chromophores tilting to a more upright orientation as the surface becomes more crowded. For all other compounds the measurements were limited by the fast ET rates. Conformational, as well as a very weak distance dependence of the ET resulting in very high ET rates [172] or unfavourable HOMO-LUMO energies of the donor, bridge and the electrode are reasons for this behaviour. The fact that compound 49 shows almost the same rate constant independent of the length (n = 2 or n = 3) may indicate that a hopping process is operating for which a much weaker length dependence is expected than in the case of a superexchange.
KW  - Monoschicht
KW  - Selbstorganisation
KW  - Triarylamine
KW  - Gold
KW  - Elektronentransfer
KW  - Chromophor
KW  - selbst organisierende Monolagen (SAM)
KW  - Gold
KW  - Elektronentransfer
KW  - Triarylamin
KW  - Chromophore
KW  - self-assembled monolayer (SAM)
KW  - gold
KW  - electron transfer
KW  - triarylamine
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-15892
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schelter, Jürgen
T1  - Elektronentransferprozesse in gemischtvalenten Systemen, Redoxkaskaden und Polymeren auf Basis von Triarylaminredoxzentren
T1  - Electron transfer processes in mixed valence compounds, redox cascades and polymers based on triarylamine redox centres
N2  - Im Rahmen dieser Arbeit wurden Elektronentransferprozesse in Systemen, die auf Triphenylaminredoxzentren basieren, mit Hilfe spektroskopischer und elektrochemischer sowie spektroelektrochemischer Methoden studiert. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wurden Bistriarylaminsysteme analog zu N,N,N’,N’-Tetra(4-methoxyphenyl)-1,4-phenylendiamin (1) untersucht, deren Radikalkationen eine für gemischtvalente Systeme typische breite und insbesondere bei 1 stark asymmetrische IVCT-Absorptionsbande zeigen. Die Analyse dieser Banden nach Hush sowie einem modifizierten Modell, das der Vibronic coupling-Theorie angelehnt ist, deutet auf die Abnahme der elektronischen Kopplung mit zunehmender Vergrößerung des zentralen Phenylenspacers durch Naphthalin- (2) bzw. Anthracenspacer (3) und damit größerer sterischer Hinderung hin. Gleichzeitig nimmt aber mit der Vergrößerung des -Systems des Spacers auch die Reorganisationsenergie  ab. Insgesamt verhalten sich alle drei Verbindungen sehr ähnlich, was insbesondere das Verhältnis von Absorptionsmaximum der IVCT-Bande zum zweifachen Wert der elektronischen Kopplung betrifft. Legt man vor allem das modifizierte Vibronic coupling-Modell zugrunde, so liegt dieses Verhältnis bei 1+, 2+ und 3+ sehr nahe bei 1, so daß alle drei Systeme sehr nahe am Übergang von Robin-Day-Klasse II zu Klasse III liegen. Weiterhin wurden über einen 1,4-Diethinylphenyl-Spacer verbrückte Bistriarylaminsysteme untersucht, bei denen durch Variation der Spacereinheit (1,4-Diethinylphenyl (5), 1,4-Diethinylnaphthalin (6), 1,4-Diethinyl-2,5-dimethoxyphenyl (10)) die Energie eines Brückenzustandes im Vergleich zu Zuständen, bei denen das Radikal an einem Triarylaminzentrum lokalisiert ist, schrittweise abgesenkt wird. Die auftretenden Elektronentransferprozesse können mit Hilfe eines Dreiniveaumodells mit zwei voneinander unabhängigen Elektronentransferkoordinaten beschrieben werden. Es zeigt sich, daß bei elektronenarmen Spacern, wie z.B. bei 5+, der Elektronentransfer nach einem Superexchange-Mechanismus erfolgt. Bei der Verwendung einer elektronenreichen Dimethoxy-substituierten Brücke wie in 10+ kann der Elektronentransfer neben dem Superexchange- auch nach einem Hopping-Mechanismus erfolgen. Bei Verbindungen, die einen 9,10-Diethinylanthracenspacer (8+ und 9+) enthalten, liegt der Brückenzustand energetisch sogar deutlich tiefer als der Zustand mit einem oxidierten Triphenylaminredoxzentrum. Im zweiten Abschnitt wurden gerichtete Elektronentransferprozesse an Redoxkaskaden und Dendrimeren, die auf Triarylaminredoxzentren basieren, studiert. Die Möglichkeit, die Redoxpotentiale von Triphenylaminzentren durch Substituenten zu beeinflussen, erlaubt die Synthese von Kaskaden mit einem vorgegebenen Redoxgradienten. Innerhalb einer Kaskade, die ein Acridin-Fluorophor, ein 4-Chlor-substituiertes sowie ein 4-Methoxy-substituiertes Triphenylaminredoxzentrum enthält (18), kann nach Anregung des Acridin-Chromophors in polaren Lösungsmitteln ein ladungsgetrennter Zustand erreicht werden, worauf sowohl statische und zeitaufgelöste Fluoreszenzmessungen als auch transientenspektroskopische Untersuchungen hinweisen. Die Lebensdauer kann durch Verlängerung der Redoxkaskade durch ein weiteres Aminzentrum deutlich vergrößert werden. In unpolaren Lösungsmitteln erfolgt dagegen keine Ladungstrennung über die gesamte Kaskade. Ebenso tritt bei 20 (Kaskade aus Acridin, 4 Methoxy-substituiertem Triphenylamin und 4-Chlor-substituiertem Aminzentrum), wo der Redoxgradient entgegen zu 18 gerichtet ist, kein Ladungstransfer auf. Im dritten Teil dieser Arbeit wurden Verbindungen untersucht, die neben 1,4 Phenylendiamineinheiten in para-Position unsubstituierte Triphenylamine enthalten und sich elektrochemisch polymerisieren lassen. Die Eigenschaften der dotierten redoxaktiven Polymere werden durch die enthaltenen p-Phenylendiamin- und Benzidin-Substrukturen dominiert, wofür hauptsächlich die geringe Wechselwirkung der einzelne Redoxzentren untereinander verantwortlich ist. Impedanzspektroskopische Untersuchungen zeigen eine Zunahme der Leitfähigkeit der dotierten Polymerfilme, wobei der Ladungstransfer vermutlich durch Hopping zwischen den p-Phenylendiamin- und Benzidinuntereinheiten erfolgt.
N2  - In this work electron transfer processes in systems containing triphenylamine redox centres were studied by spectroscopic and electrochemical as well as spectroelectrochemical methods. In the first part of this work bistriarylamine systems in analogy to N,N,N’,N’-tetra(4-methoxyphenyl)-1,4-phenylenediamine (1) were investigated. The radical cations of the studied compounds show broad and especially in the case of 1 highly asymmetric intervalence charge transfer absorptions that are typical for the mixed valence systems. The analysis of these IVCT bands according to Hush and a modified model related to the vibronic coupling theory shows that by substitution of the central phenylene spacer with naphthalene (2) or anthracene (3) respectively steric hindrance is increased. At the same time the Marcus reorganisational energy  decreases by increasing the size of the spacer’s -system. In general all three studied systems show very similar behaviour which can be seen from the relation of the energy of the IVCT band maximum to twice the value of the electronic coupling element. Especially within the modified vibronic coupling model this relation is very close to 1 for 1+, 2+ and 3+ which suggests that all three systems lie very near the Robin-Day class II to III borderline. Furthermore bistriarylamine systems connected via a 1,4-diethinylphenylene spacer have been investigated. Variation of the central spacer unit (1,4-diethynylphenylene (5), 1,4-diethynylnaphthalene (6) 1,4-diethynyl-2,5-dimethoxyphenylene (10)) allows for the stepwise decrease of the energy of a bridge oxidised state relative to the energy of states where the radical cation is localised at a triarylamine redox centre. The implied electron transfer processes could be described by a three state model with two independent electron transfer coordinates. In the case of electron deficient spacers like in 5+ electron transfer proceeds via a superexchange mechanism. With electron rich dimethoxy substituted bridges (10+) electron transfer occurs via superechange as well as by a hopping mechanism. In systems containing a 9,10-diethynylanthracene spacer the bridge oxidised state is energetically favoured over the states with an oxidised triphenylamine redox centre. In the second part directed electron transfer processes were studied in redox cascades and dendrimers based on triarylamine redox centres. The possibility to modify the redox potential of triphenylamine centres with substituents allows for the synthesis of cascades containing a specific redox potential gradient. Within a cascade which constitutes of an acridine fluorophor, a 4-chloro substituted triphenylamine as well as a 4-methoxy substituted triphenylamine redox centre (18) it is possible to obtain a charge separated state after excitation of the acridine chromophor in polar solvents as has been shown by time dependent fluorescence measurements as well as transient absorption investigations. The lifetime of the charge separated state can be increased dramatically by enlargement of the redox cascade with a further triphenylamine redox centre. In contrast no charge separation over the whole cascade could be observed in non-polar solvents. Also no charge separation occurs in 20 (a cascade containing acridine, a 4-methoxy substituted triphenylamine and a 4-chloro substituted amine redox centre) because here the redox potential gradient is directed contrary to 18. In the third part of this work electrochemically polymerisable systems containing 1,4-phenylenediamine units and unsubstituted and triphenylamines were studied. The properties of the doped redox active polymers are dominated by the p-phenylenediamine and benzidine substructures, a fact that can be explained mainly by the very weak interaction of the single redox centres. Electrochemical impedance measurements show an increase of the conductance of the doped polymer films. Charge transfer probably proceeds via hopping between the p-phenylenediamine and benzidine units.
KW  - Elektronentransfer
KW  - Triarylamine
KW  - Intervalenzverbindungen
KW  - Polymere
KW  - electron transfer
KW  - triarylamines
KW  - mixed valence compunds
KW  - polymers
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-8379
ER  -