Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Пентацен
Скелетная формула пентацена
Модель заполнения пространства молекулы пентацена
Имена
Предпочтительное название IUPAC
Пентацен
Другие имена
2,3: 6,7-Дибензантрацен
Бензо [b] нафтацен
Дибенз [b, i] антрацен
NSC 90784
лин-Дибензантрацен
лин-Нафтоантрацен
Идентификаторы
3D модель ( JSmol )
1912418
ЧЭБИ
ChemSpider
ECHA InfoCard100.004.722 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
  • 205-193-7
733903
UNII
Характеристики
C 22 H 14
Молярная масса278,354  г · моль -1
ВнешностьТемно-синий порошок
Плотность1,3 г см −3
Температура плавления> 300 ° C (572 ° F, 573 K) сублимируется при 372 ° C
Точка кипения 40–43 ° C (104–109 ° F, 313–316 K) при 0,15 торр
-205,4 × 10 −6 см 3  моль −1
Структура
Триклиник
П-1
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
проверитьY проверить  ( что есть   ?)проверитьY☒N
Ссылки на инфобоксы

Пентацен представляет собой полициклический ароматический углеводород, состоящий из пяти линейно конденсированных бензольных колец. Это сильно сопряженное соединение представляет собой органический полупроводник . Соединение генерирует экситоны при поглощении ультрафиолетового ( УФ ) или видимого света ; это делает его очень чувствительным к окислению. По этой причине это соединение, представляющее собой фиолетовый порошок, медленно разлагается под воздействием воздуха и света.

Структурно пентацен представляет собой один из линейных аценов , предыдущий - тетрацен (четыре конденсированных бензольных кольца), а следующий - гексацен (шесть конденсированных бензольных колец). В августе 2009 года группа исследователей из IBM опубликовала экспериментальные результаты визуализации одиночной молекулы пентацена с помощью атомно-силового микроскопа . [1] [2] В июле 2011 года они использовали модификацию сканирующей туннельной микроскопии для экспериментального определения формы самых высоких и самых низких незанятых молекулярных орбиталей . [3] [4]

В 2012 г. п- терфенил, активированный пентаценом, показал свою эффективность в качестве усилительной среды для мазера при комнатной температуре . [5]

Синтез [ править ]

Изображение молекул пентацена на никеле с помощью сканирующей туннельной микроскопии . [6]
Пентаценовый порошок

Пентацен был впервые синтезирован в 1912 году британскими химиками Уильямом Хобсоном Миллсом и Милдред Мэй Гостлинг . [7] [8] Классическим методом синтеза пентацена является реакция Эльбса . [9] [10]

Пентацены также можно получить экструзией небольшого летучего компонента ( монооксида углерода ) из подходящего предшественника при 150 ° C. [11]

Сам предшественник получают в три этапа из двух молекул α, α, α ', α'-тетрабром- о- ксилола с 7- трет- бутоксибицикло [2.2.1] гепта-2,5-диеном при первом нагревании с иодид натрия в диметилформамиде для прохождения серии реакций отщепления и реакций Дильса-Альдера с образованием кольцевой системы, затем гидролиз трет- бутоксигруппы до спирта с последующим ее окислением до кетона . [11]

Сообщается, что продукт имеет некоторую растворимость в хлороформе и поэтому его можно наносить центрифугированием . Пентацен растворим в горячих хлорированных бензолах, таких как 1,2,4-трихлорбензол , из которых его можно перекристаллизовать с образованием тромбоцитов.

Производные пентацена [ править ]

Производные мономерного пентацена [ править ]

6,13-Замещенные пентацены доступны через пентаценхинон путем реакции с арильным или алкинилнуклеофилом (например, реагентами Гриньяра или литийорганическими реагентами) с последующей восстановительной ароматизацией. [12] [13] [14] Другой метод основан на гомологизации диинов переходными металлами (через цирконциклопентадиены) [15] [16] [17] [18] [19] Функционализация пентацена позволила контролировать твердое тело. государственная упаковка этого хромофора. [20] [21] Выбор заместителей (как размер, так и расположение замещения в пентацене) влияет на твердотельную упаковку и может использоваться для контроля того, принимает ли соединение 1-мерный или 2-мерный кофациальный пи-стэкинг в твердом состоянии, поскольку в отличие от набивки «в елочку», наблюдаемой для пентацена.

Хотя структура пентацена напоминает структуру других ароматических соединений, таких как антрацен , его ароматические свойства плохо определены; как таковой пентацен и его производные являются предметом многочисленных исследований.

Таутомерное химическое равновесие существует между 6-метиленом-6,13-dihydropentacene и 6-methylpentacene.

6-метилпентаценовое равновесие

Это равновесие полностью в пользу метиленового соединения. Только при нагревании раствора соединения до 200 ° C образуется небольшое количество пентацена, о чем свидетельствует появление красно-фиолетовой окраски. Согласно одному из исследований [22] механизм реакции для этого равновесия не основан на внутримолекулярной 1,5-гидридный сдвиг , а на бимолекулярноге свободных радикалов миграции водорода. Напротив, изотолуолы с таким же центральным химическим мотивом легко ароматизируются.

Пентацен реагирует с элементарной серой в 1,2,4-трихлорбензоле с образованием соединения гексатиапентацена . [23] Рентгеновская кристаллография показывает, что все длины связей углерод-сера примерно равны (170 мкм ); из этого следует, что резонансные структуры B и C с полным разделением зарядов более значимы, чем структура A.

Гексатиапентацен

В кристаллической фазе молекулы демонстрируют ароматические стэкинг-взаимодействия , в результате чего расстояние между некоторыми атомами серы на соседних молекулах может стать меньше (337 пм), чем сумма двух радиусов Ван-дер-Ваальса (180 пм).

Как и родственный тетратиафульвален , это соединение изучается в области органических полупроводников .

Ацены могут выглядеть как плоские и жесткие молекулы, но на самом деле они могут быть очень искажены. Пентацен изображен ниже: [24]

Скрученные тузы

имеет изгиб от конца к концу 144 ° и стерически стабилизирован шестью фенильными группами. Соединение может быть разделено на два его энантиомера с необычно высоким сообщенным оптическим вращением 7400 °, хотя рацемизация происходит с химическим периодом полураспада 9 часов.

Олигомеры и полимеры пентацена [ править ]

Олигомеры и полимеры на основе пентацена были исследованы как синтетически, так и в настройках приложений устройства. [25] [26] Полимерные светоизлучающие диоды ( PLED ) были сконструированы с использованием сопряженных сополимеров ( 1a – b ), содержащих флуорен и пентацен. [27] Несколько других сопряженных полимеров пентацена ( 2a – b и 3 ) были реализованы на основе реакций сочетания Соногашира и Сузуки с дибромпентаценовым мономером. [28] [29] Несопряженные полимеры на основе пентацена были синтезированы путем этерификации мономера пентацендиола бис-хлорангидридами с образованием полимеров 4a-b . [30] [31]


Для образования конъюгированных олигомеров пентацена 5a-c использовались различные синтетические стратегии, включая процедуру образования связи «один горшок-четыре», которая обеспечила обрабатываемый в растворе димер конъюгированного пентацена ( 5c ), который демонстрировал усиление фотопроводимости> 10, [32] помещая его характеристики в пределах того же порядка величины, что и термически напыленные пленки нефункционализированного пентацена, которые показали усиление фотопроводимости> 16 при использовании аналогичных методов измерения. [33] Сообщалось о модульном методе синтеза конъюгированных ди-, три- и тетрамеров пентацена ( 6–8 ), который основан на реакциях гомо- и кросс-сочетания устойчивых промежуточных продуктов дегидропентацена. [34] Неконъюгированные олигомеры9–10 на основе пентацена были синтезированы [30] [31], включая дендримеры 9–10, содержащие до 9 фрагментов пентацена на молекулу с молярной поглощающей способностью для наиболее интенсивного поглощения> 2 000 000 М -1 • см -1 . Было показано, что дендримеры 11–12 обладают улучшенными характеристиками в устройствах по сравнению с аналогичными полимерами на основе пентацена 4a – b в контексте фотодетекторов. [35]

Материаловедение [ править ]

Пентацены были исследованы как потенциальные дихроичные красители . Показанный ниже пентаценохинон является флуоресцентным, и при смешивании со смесью жидких кристаллов E7 достигается дихроичное отношение 8. [36] [37] Более длинные ацены лучше выстраиваются в нематической жидкокристаллической фазе.

Флуоресцентные аценехиноны

В сочетании с бакминстерфуллереном пентацен используется при разработке прототипов органических фотоэлектрических элементов. [38] [39] Органические фотоэлектрические элементы дешевле и гибче традиционных неорганических элементов, которые потенциально могут открыть двери для солнечных элементов на новых рынках. [40]

Пентацен - популярный выбор для исследований органических тонкопленочных транзисторов и OFET , поскольку он является одной из наиболее тщательно изученных сопряженных органических молекул с высоким потенциалом применения благодаря подвижности дырок в OFET до 5,5 см 2 / (В · с) , что превосходит аморфный кремний. [41] [42] [43]

Пентацен, как и другие органические проводники, подвержен быстрому окислению на воздухе, что исключает коммерческое использование. Если пентацен предварительно окислен, пентацен-хинон является потенциальным изолятором затвора, тогда подвижность может приблизиться к подвижности рубрена - наиболее подвижного органического полупроводника, а именно 40 см 2 / (В · с). Этот метод окисления пентацена сродни окислению кремния, используемому в кремниевой электронике. [42]

См. Также [ править ]

  • Перфторпентацен

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Потрясающее изображение одной молекулы" . BBC News . 2009-08-28 . Проверено 28 августа 2009 .
  2. ^ Gross, L .; Mohn, F; Молл, N; Liljeroth, P; Мейер, G (2009). «Химическая структура молекулы, разрешенная с помощью атомно-силовой микроскопии». Наука . 325 (5944): 1110–1114. Bibcode : 2009Sci ... 325.1110G . DOI : 10.1126 / science.1176210 . PMID 19713523 . S2CID 9346745 .  
  3. ↑ Krieger, K. (23 августа 2011 г.). «Наиболее подробно изображены молекулы» . Наука сейчас . Проверено 29 июня 2017 года .
  4. ^ Gross, L .; Moll, N .; Mohn, F .; Куриони, А .; Мейер, G .; Hanke, F .; Перссон, М. (2011). «Молекулярно-орбитальная визуализация с высоким разрешением с использованием наконечника СТМ p- волны». Phys. Rev. Lett. 107 (8): 86101–86104. Bibcode : 2011PhRvL.107h6101G . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.107.086101 . PMID 21929180 .  
  5. ^ Brumfiel, G. (2012). «Микроволновый лазер выполняет 60-летнюю перспективу». Природа . DOI : 10.1038 / nature.2012.11199 . S2CID 124247048 . 
  6. ^ Dinca, LE; Де Марчи, Ф .; MacLeod, JM; Lipton-Duffin, J .; Gatti, R .; Сумасшедший.; Перепичка, д.ф . ; Rosei, F. (2015). «Пентацен на Ni (111): молекулярная упаковка при комнатной температуре и преобразование в графен, активируемое температурой». Наноразмер . 7 (7): 3263–3269. Bibcode : 2015Nanos ... 7.3263D . DOI : 10.1039 / C4NR07057G . PMID 25619890 . 
  7. ^ Миллс, Уильям Хобсон ; Миллс, Милдред (1912). «CCXXX. - Синтетическое производство производных динафтантрацена» . J. Chem. Soc., Trans. 101 : 2194–2208. DOI : 10.1039 / CT9120102194 .
  8. ^ Chung, Hyunjoong; Диао, Инь (2016). «Полиморфизм как новая стратегия проектирования высокопроизводительной органической электроники». J. Mater. Chem. C . 4 (18): 3915–3933. DOI : 10.1039 / C5TC04390E . С момента своего синтеза в 1912 году до классификации по крайней мере четырех различных полиморфов в 2003 году пентацен превратился в эталонный органический полупроводник благодаря своим превосходным характеристикам тонкопленочного транзистора.
  9. ^ Эльбс, Карл (1886). "Beiträge zur Kenntniss aromatischer Ketone. Erste Mittheilung" . J. Prakt. Chem. (на немецком). 33 (1): 180–188. DOI : 10.1002 / prac.18860330119 .
  10. ^ Брейтмайер, Эберхард; Юнг, Гюнтер (2005). «12.5.3 Эльбс-Реакция» . Organische Chemie: Grundlagen, Stoffklassen, Reaktionen, Konzepte, Molekülstrukturen (на немецком языке) (5-е изд.). Штутгарт: Георг Тиме Верлаг . п. 183. ISBN. 9783135415055.
  11. ^ а б Чен, Кью-Ю; Се, Син-Хунг; Ву, Чун-Чжи; Хван, Цзюнн-Джи; Чоу, Тахсин Дж. (2007). «Новый тип растворимого прекурсора пентацена для органических тонкопленочных транзисторов» (PDF) . Chem. Commun. 2007 (10): 1065–1067. DOI : 10.1039 / b616511g . PMID 17325807 .  
  12. ^ Аллен, CFH; Белл, Алан (1942). «Действие реагентов Гриньяра на некоторые пентаценхиноны, 6,13-дифенилпентацен». Журнал Американского химического общества . 64 (6): 1253–1260. DOI : 10.1021 / ja01258a005 .
  13. ^ Молдинг, DR; Робертс, Бернард Г. (1969). «Электронное поглощение и флуоресценция фенилэтинил-замещенных аценов». Журнал органической химии . 34 (6): 1734–1736. DOI : 10.1021 / jo01258a045 .
  14. ^ Ли, Ши; Чжоу, Лишань; Накадзима, Киёхико; Канно, Кен-Ичиро; Такахаши, Тамоцу (2010). «Синтез 1,2,3,4,8,9,10,11-октазамещенных производных пентаценхинона и их превращение в замещенные пентацены». Химия: Азиатский журнал . 5 (7): 1620–6. DOI : 10.1002 / asia.200900754 . PMID 20455241 . 
  15. ^ Такахаши, Тамоцу; Китамура, Масанори; Шэнь, Баоцзянь; Накадзима, Киёхико (2000). «Простой метод синтеза сильно алкилзамещенных производных нафтацена и пентацена путем гомологации». Журнал Американского химического общества . 122 (51): 12876–12877. DOI : 10.1021 / ja003130g .
  16. ^ Такахаши, Тамоцу; Ли, Ши; Хуанг, Вэньин; Конг, Фаньчжи; Накадзима, Киёхико; Шэнь, Баоцзянь; Охе, Такахиро; Канно, Кен-Ичиро (2006). «Метод гомологации для получения замещенных пентаценов и нафтаценов». Журнал органической химии . 71 (21): 7967–77. DOI : 10.1021 / jo060923y . PMID 17025283 . 
  17. ^ Такахаши, Тамоцу; Ли, Янчжун; Ху, Цзинхань; Конг, Фаньчжи; Накадзима, Киёхико; Чжоу, Лишань; Канно, Кен-Ичиро (2007). «Cu (I) -опосредованная реакция циклоприсоединения цирконциклопентадиенов к фумаронитрилу и применение для синтеза моноцианозамещенных пентаценов». Буквы тетраэдра . 48 (38): 6726–6730. DOI : 10.1016 / j.tetlet.2007.07.075 .
  18. ^ Стоун, Мэтью Т .; Андерсон, Гарри Л. (2007). «Трехстадийный синтез пентаценов с замещенными концевыми группами». Журнал органической химии . 72 (25): 9776–8. DOI : 10.1021 / jo7017284 . PMID 17999529 . 
  19. ^ Ли, Ши; Ли, Чжипин; Накадзима, Киёхико; Канно, Кен-Ичиро; Такахаши, Тамоцу (2009). "Метод двойной гомологации замещенных растворимых пентаценов и димеризация пентаценов". Химия: Азиатский журнал . 4 (2): 294–301. DOI : 10.1002 / asia.200800312 . PMID 19072938 . 
  20. ^ Энтони, JE; Брукс, JS; Eaton, DL; Паркин, SR (2001). «Функционализированный пентацен: улучшенные электронные свойства благодаря контролю порядка твердого тела». Журнал Американского химического общества . 123 (38): 9482–9483. DOI : 10.1021 / ja0162459 . PMID 11562247 . 
  21. ^ Энтони, JE; Eaton, DL; Паркин, SR (2002). «Дорожная карта для стабильных, растворимых, легко кристаллизующихся производных пентацена». Органические буквы . 4 (1): 15–18. DOI : 10.1021 / ol0167356 . PMID 11772079 . 
  22. ^ Нортон, Джозеф Э .; Northrop, BH; Nuckolls, C; Houk, KN (2006). «Почему 6-метилпентацен деконъюгирует, но избегает термически допустимого мономолекулярного механизма». Органические буквы . 8 (21): 4915–8. DOI : 10.1021 / ol062012g . PMID 17020335 . 
  23. ^ Бризено, Алехандро Л .; Мяо, Q; Линг, ММ; Риз, К; Meng, H; Бао, Z; Wudl, F (2006). «Гексатиапентацен: структура, молекулярная упаковка и тонкопленочные транзисторы». Журнал Американского химического общества . 128 (49): 15576–7. DOI : 10.1021 / ja066088j . PMID 17147352 . .
  24. ^ Лу, июнь; Хо, DM; Фогелаар, штат Нью-Джерси; Крамл, СМ; Бернхард, S; Бирн, N; Kim, LR; Паскаль-младший, РА (2006). «Синтез, структура и разрешение исключительно скрученных пентаценов». Журнал Американского химического общества . 128 (51): 17043–50. DOI : 10.1021 / ja065935f . PMID 17177456 . 
  25. ^ Lehnherr, D .; Тыквински, Р.Р. (2010). «Олигомеры и полимеры на основе строительных блоков пентацена» . Материалы . 3 (4): 2772–2800. Bibcode : 2010Mate .... 3.2772L . DOI : 10,3390 / ma3042772 . PMC 5445842 . 
  26. ^ Lehnherr, D .; Тыквински, Р.Р. (2011). «Конъюгированные олигомеры и полимеры на основе антрацена, тетрацена, пентацена, нафтодитиофена и антрадитиофеновых строительных блоков». Австралийский химический журнал . 64 (7): 919–929. DOI : 10,1071 / CH11169 .
  27. ^ Tokito, S .; Weinfurtner, K.-H .; Fujikawa, H .; Tsutsui, T .; Тага, Ю. (2001). Кафафи, Закья Х (ред.). «Ацен-содержащие полифлуорены для красного, зеленого и синего излучения в органических светодиодах». Proc. SPIE – Int. Опт. Soc. Англ . Органические светоизлучающие материалы и устройства IV. 4105 : 69–74. Bibcode : 2001SPIE.4105 ... 69T . DOI : 10.1117 / 12.416877 . S2CID 96976350 . 
  28. ^ Окамото, Т .; Бао, З. (2007). «Синтез растворимых пентаценсодержащих сопряженных сополимеров». Журнал Американского химического общества . 129 (34): 10308–10309. DOI : 10.1021 / ja0725403 . PMID 17685520 . 
  29. ^ Окамото, Т .; Окамото, Т .; Jiang, Y .; Qu, F .; Mayer, AC; Parmer, JE; McGehee, MD; Бао, З. (2008). «Синтез и характеристика сополимеров пентацен– и антрадитиофен – флуорен, сопряженных с реакциями Сузуки». Макромолекулы . 41 (19): 6977–6980. Bibcode : 2008MaMol..41.6977O . DOI : 10.1021 / ma800931a .
  30. ^ a b Lehnherr, D .; Тыквински, Р.Р. (2007). «Олигомеры и полимеры пентацена: функционализация пентацена для получения моно-, ди-, три- и полимерных материалов». Органические буквы . 9 (22): 4583–4586. DOI : 10.1021 / ol702094d . PMID 17918951 . 
  31. ^ a b Ленхерр, Дэн; Макдональд, Роберт; Фергюсон, Майкл Дж .; Тыквински, Рик Р. (2008). «Синтез растворимых олиго- и полимерных материалов на основе пентацена». Тетраэдр . 64 (50): 11449–11461. DOI : 10.1016 / j.tet.2008.09.041 . ISSN 0040-4020 . 
  32. ^ Lehnherr, D .; Gao, J .; Hegmann, FA; Тыквински, Р.Р. (2008). «Синтез и электронные свойства сопряженных димеров пентацена». Органические буквы . 10 (21): 4779–4782. DOI : 10.1021 / ol801886h . PMID 18823120 . 
  33. ^ Gao, J .; Хегманн, Ф. А (2008). «Объемное усиление фотопроводимости в тонких пленках пентацена». Письма по прикладной физике . 93 (22): 223306. Bibcode : 2008ApPhL..93v3306G . DOI : 10.1063 / 1.3043431 .
  34. ^ Lehnherr, D .; Мюррей, AH; McDonald, R .; Тыквински, Р.Р. (2010). «Модульный синтетический подход к конъюгированным пентаценам ди-, три- и тетрамеры». Angewandte Chemie International Edition . 49 (35): 6190–6194. DOI : 10.1002 / anie.201000555 . PMID 20645363 . 
  35. ^ Lehnherr, D .; Gao, J .; Hegmann, FA; Тыквински, Р.Р. (2009). «Дендримеры на основе пентацена: синтез и измерения фотопроводимости тонких пленок разветвленных олигомеров пентацена». Журнал органической химии . 74 (14): 5017–5024. DOI : 10.1021 / jo9007089 . PMID 19489566 . 
  36. ^ Чен, Чжихуа; Swager, TM (2007). «Синтез и характеристика флуоресцентных аценехинонов в качестве красителей для жидкокристаллических дисплеев гостя-хозяина». Органические буквы . 9 (6): 997–1000. DOI : 10.1021 / ol062999m . PMID 17298074 . 
  37. ^ при синтезе этого соединения исходный материал обрабатывают 1,4-нафтохиноном и DPT . DTP превращает оксо-норборнадиен в промежуточный фуран . Второй этап - окисление ППТС.
  38. ^ Диссанаяке, DM Nanditha M. (2007). "Фотоэлектрическое устройство с наноимпринтом большой площади с гетеропереходом пентацен-C [sub 60]" (PDF) . Письма по прикладной физике . 90 (25): 253502. Bibcode : 2007ApPhL..90y3502D . DOI : 10.1063 / 1.2749863 .
  39. ^ Эффективно органический: исследователи используют пентацен для разработки солнечной энергии следующего поколения. Ссылка на sciencedaily.com
  40. ^ «Эффективно органический: исследователи используют пентацен для разработки солнечной энергии следующего поколения» . ScienceDaily . Проверено 14 ноября 2017 .
  41. ^ Норберт Кох (2007). «Органические электронные устройства и их функциональные интерфейсы». ХимФисХим . 8 (10): 1438–55. DOI : 10.1002 / cphc.200700177 . PMID 17539032 . 
  42. ^ a b Тацуо Хасэгава и Джун Такея (2009). «Органические полевые транзисторы на монокристаллах» . Sci. Technol. Adv. Mater . 10 (2): 024314. Bibcode : 2009STAdM..10b4314H . DOI : 10.1088 / 1468-6996 / 10/2/024314 . PMC 5090444 . PMID 27877287 .  
  43. ^ Ёсиро Ямасита (2009). «Органические полупроводники для органических полевых транзисторов» . Sci. Technol. Adv. Mater . 10 (2): 024313. Bibcode : 2009STAdM..10b4313Y . DOI : 10.1088 / 1468-6996 / 10/2/024313 . PMC 5090443 . PMID 27877286 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • факты о пентацене , полученные 17 апреля 2006 г.
  • Органические транзисторы улучшаются с возрастом , New Scientist, 2 декабря 2007 г.
  • Pentacene Imaged , изображения IBM Pentacene, первая молекула, детально отображенная 29 августа 2009 г.