пентацен
![]() | |
![]() | |
Имена | |
---|---|
Предпочтительное название ИЮПАК пентацен | |
Другие имена 2,3:6,7-Дибензантрацен Бензо[b]нафтацен Дибенз[b,i]антрацен НСК 90784 лин-дибензантрацен лин-нафтоантрацен | |
Идентификаторы | |
3D model ( JSmol ) | |
1912418 | |
ЧЭБИ | |
ХимическийПаук | |
Информационная карта ECHA | 100.004.722 |
Номер ЕС |
|
733903 | |
ПабХим CID | |
НЕКОТОРЫЙ | |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
Характеристики | |
С 22 Ч 14 | |
Молярная масса | 278.354 g·mol −1 |
Появление | Темно-синий порошок |
Плотность | 1,3 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 К) при 0,15 торр. |
-205.4 × 10 −6 см 3 моль −1 | |
Структура | |
Триклиника | |
С-1 | |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). |
Пентацен ( C 22 H 14 ) — полициклический ароматический углеводород, состоящий из пяти линейно-конденсированных бензолов ( C 6 H 6 ) кольца . Это высокосопряженное 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.
По структуре пентацен является одним 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 высших занятых и нижних незанятых молекулярных орбиталей . [3] [4]
легированный пентаценом, В 2012 году было показано, что п -терфенил, эффективен в качестве усиливающей среды для мазера , работающего при комнатной температуре . [5]
Синтез
[ редактировать ]

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

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

Сам прекурсор получают в три стадии из двух молекул α,α,α',α'-тетрабром -о -ксилола с 7- трет -бутоксибицикло[2.2.1]гепта-2,5-диеном путем предварительного нагревания с Йодид натрия в диметилформамиде подвергается серии реакций отщепления и реакции Дильса-Альдера с образованием кольцевой системы, затем гидролизу трет -бутоксигруппы до спирта и последующему ее окислению до кетона . [11]

Сообщается, что продукт обладает некоторой растворимостью в хлороформе и, следовательно, пригоден для нанесения методом центрифугирования . Пентацен растворим в горячих хлорированных бензолах, таких как 1,2,4-трихлорбензол , из которого его можно перекристаллизовать с образованием тромбоцитов.
Производные пентацена
[ редактировать ]Мономерные производные пентацена
[ редактировать ]6,13-Замещенные пентацены доступны через пентаценхинон по реакции с арильным или алкинильным нуклеофилом (например, реактивы Гриньяра или литийорганические реагенты) с последующей восстановительной ароматизацией. [12] [13] [14] Другой метод основан на гомологизации диинов переходными металлами (через цирконациклопентадиены). [15] [16] [17] [18] [19] Функционализация пентацена позволила контролировать твердотельную упаковку этого хромофора. [20] [21] Выбор заместителей (как размера, так и местоположения замещения в пентацене) влияет на упаковку в твердом состоянии и может использоваться для контроля того, принимает ли соединение 1-мерную или 2-мерную кофациальную пи-стэкинг в твердом состоянии, как в отличие от упаковки «елочкой», 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 и химическое равновесие существует между 6-метилен-6,13-дигидропентаценом 6-метилпентаценом.
Это равновесие полностью в пользу метиленового соединения. Лишь при нагревании раствора соединения до 200 °С выделяется небольшое количество пентацена, о чем свидетельствует появление красно-фиолетовой окраски. По данным одного исследования [22] механизм реакции этого равновесия основан не на внутримолекулярном 1,5-гидридном сдвиге , а на бимолекулярной свободнорадикальной миграции водорода. Напротив, изотолуолы с тем же центральным химическим мотивом легко ароматизируются.
Пентацен реагирует с элементарной серой в 1,2,4-трихлорбензоле с образованием соединения гексатиапентацена . [23] Рентгеновская кристаллография углерод-сера показывает, что все длины связей примерно равны (170 мкм ); отсюда следует, что резонансные структуры Б и С с полным разделением зарядов более значимы, чем структура А.
В кристаллической фазе молекулы проявляют ароматические стекинг-взаимодействия , в результате чего расстояние между некоторыми атомами серы в 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 сильно искажены. Пентацен изображен ниже: [24]
имеет сквозное скручивание на 144° и стерически стабилизирован шестью фенильными группами. Соединение можно разделить на два энантиомера с необычно высоким оптическим вращением, составляющим 7400°, хотя рацемизация происходит с химическим периодом полураспада 9 часов.
Олигомеры и полимеры пентацена
[ редактировать ]Олигомеры и полимеры на основе пентацена исследовались как синтетически, так и в условиях применения в устройствах. [25] [26] Полимерные светоизлучающие диоды ( PLED ) были созданы с использованием сопряженных сополимеров ( 1a–b ), содержащих флуорен и пентацен. [27] Несколько других сопряженных пентаценовых полимеров ( 2a–b и 3 ) были реализованы на основе реакций сочетания Соногаширы и Сузуки дибромпентаценового мономера. [28] [29] Несопряженные полимеры на основе пентацена синтезированы этерификацией мономера пентацендиола хлорангидридами бискислот с образованием полимеров 4a–b . [30] [31]
использовались различные синтетические стратегии, Для образования конъюгированных олигомеров пентацена 5a–c включая процедуру образования «один горшок – четыре связи», которая позволила получить перерабатываемый в растворе сопряженный димер пентацена ( 5c ), который демонстрировал коэффициент фотопроводимости >10, [32] помещая его характеристики в тот же порядок величины, что и термически испаренные пленки нефункционализированного пентацена, которые показали усиление фотопроводимости> 16 при использовании аналогичных методов измерения. [33] модульном методе синтеза конъюгированных ди-, три- и тетрамеров пентацена ( 6–8 ), который основан на реакциях гомо- и кросс-сочетания надежных промежуточных продуктов дегидропентацена. Сообщалось о [34] несопряженные олигомеры 9–10 на основе пентацена. Синтезированы [30] [31] в том числе дендримеры 9–10 с содержанием пентаценовых фрагментов до 9 на молекулу с молярной поглощающей способностью для наиболее интенсивного поглощения > 2 000 000 М −1 •cm −1 . Было показано, что дендримеры 11–12 имеют улучшенные характеристики в устройствах по сравнению с аналогичными полимерами на основе пентацена 4a–b в контексте фотодетекторов. [35]
Исследование материалов
[ редактировать ]Пентацены рассматривались как потенциальные дихроичные красители . Пентаценохинон, показанный ниже, является флуоресцентным , и при смешивании со смесью жидких кристаллов E7 дихроичный коэффициент 8. достигается [36] [37] Более длинные ацены лучше выравниваются в фазе нематического жидкого кристалла .
В сочетании с бакминстерфуллереном пентацен используется при разработке органических фотоэлектрических прототипов. [38] [39] Органические фотоэлектрические элементы дешевле и более гибки, чем традиционные неорганические элементы, что потенциально может открыть двери для солнечных элементов на новых рынках. [40]
Пентацен является популярным выбором для исследований органических тонкопленочных транзисторов и ОПТ , являясь одной из наиболее тщательно изученных сопряженных органических молекул с высоким потенциалом применения благодаря подвижности дырок в ОПТ до 5,5 см. 2 /(В·с), что превышает аналогичный показатель аморфного кремния. [41] [42] [43]
Пентацен, как и другие органические проводники, подвержен быстрому окислению на воздухе, что исключает его коммерциализацию. Если пентацен предварительно окислен, пентацен-хинон является потенциальным изолятором затвора, то подвижность может приблизиться к подвижности рубрена – самого подвижного органического полупроводника – а именно 40 см-1. 2 /(Против). Этот метод окисления пентацена аналогичен окислению кремния, используемому в кремниевой электронике. [42]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Потрясающее изображение одной молекулы» . Новости Би-би-си . 28 августа 2009 г. Проверено 28 августа 2009 г.
- ^ Гросс, Л.; Мон, Ф; Молл, Н; Лильджерот, П; Мейер, Дж. (2009). «Химическая структура молекулы, разрешенная с помощью атомно-силовой микроскопии». Наука . 325 (5944): 1110–1114. Бибкод : 2009Sci...325.1110G . дои : 10.1126/science.1176210 . ПМИД 19713523 . S2CID 9346745 .
- ^ Кригер, К. (23 августа 2011 г.). «Наиболее детальное изображение молекул» . Наука сейчас . Проверено 29 июня 2017 г.
- ^ Гросс, Л.; Молл, Н.; Мон, Ф.; Куриони, А.; Мейер, Г.; Ханке, Ф.; Перссон, М. (2011). «Молекулярно-орбитальная визуализация высокого разрешения с использованием насадки СТМ p -волны». Физ. Преподобный Летт. 107 (8): 86101–86104. Бибкод : 2011PhRvL.107h6101G . doi : 10.1103/PhysRevLett.107.086101 . ПМИД 21929180 .
- ^ Брамфилд, Г. (2012). «Микроволновой лазер выполняет 60-летние обещания». Природа . дои : 10.1038/nature.2012.11199 . S2CID 124247048 .
- ^ Динка, Ю.Л.; Де Марки, Ф.; Маклауд, Дж. М.; Липтон-Даффин, Дж.; Гатти, Р.; Безумный.; Перепичка, ДФ ; Розей, Ф. (2015). «Пентацен на Ni (111): молекулярная упаковка при комнатной температуре и активируемое температурой преобразование в графен». Наномасштаб . 7 (7): 3263–3269. Бибкод : 2015Nanos...7.3263D . дои : 10.1039/C4NR07057G . ПМИД 25619890 .
- ^ Миллс, Уильям Хобсон ; Миллс, Милдред (1912). «CCXXX.—Синтетическое производство производных динафтантрацена» . Дж. Хим. Соц., Пер. 101 : 2194–2208. дои : 10.1039/CT9120102194 .
- ^ Чунг, Хёнджун; Дяо, Ин (2016). «Полиморфизм как новая стратегия проектирования высокопроизводительной органической электроники». Дж. Матер. хим. С. 4 (18): 3915–3933. дои : 10.1039/C5TC04390E .
С момента его 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 тонкопленочных транзисторов.
- ^ Эльбс, Карл (1886). «Вклад в знание ароматических кетонов. Первое общение» . Дж. Практика. Хим. (на немецком языке). 33 (1): 180–188. дои : 10.1002/prac.18860330119 .
- ^ Брейтмайер, Эберхард; Юнг, Гюнтер (2005). «12.5.3 Реакция эльфа» . Органическая химия: основы, классы веществ, реакции, понятия, молекулярные структуры (на немецком языке) (5-е изд.). Штутгарт: Георг Тиме Верлаг . п. 183. ИСБН 9783135415055 .
- ^ Перейти обратно: а б Чен, Кью-Ю; Се, Син-Хун; Ву, Чунг-Чи; Хван, Цзюнн-Дже; Чоу, Тахсин Дж. (2007). «Новый тип растворимого предшественника пентацена для органических тонкопленочных транзисторов» (PDF) . хим. Коммун. 2007 (10): 1065–1067. дои : 10.1039/b616511g . ПМИД 17325807 .
- ^ Аллен, CFH; Белл, Алан (1942). «Действие реагентов Гриньяра на некоторые пентаценхиноны, 6,13-дифенилпентацен». Журнал Американского химического общества . 64 (6): 1253–1260. дои : 10.1021/ja01258a005 .
- ^ Молдинг, ДР; Робертс, Бернард Г. (1969). «Электронная абсорбция и флуоресценция фенилэтинилзамещенных аценов». Журнал органической химии . 34 (6): 1734–1736. дои : 10.1021/jo01258a045 .
- ^ Ли, Ши; Чжоу, Лишань; Накадзима, Киёхико; Канно, Кен-Ичиро; Такахаси, 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. дои : 10.1002/asia.200900754 . ПМИД 20455241 .
- ^ Такахаси, Тамоцу; Китамура, Масанори; Шен, Баоцзянь; Накадзима, Киёхико (2000). «Простой метод синтеза высокоалкилзамещенных производных нафтацена и пентацена путем омологации». Журнал Американского химического общества . 122 (51): 12876–12877. дои : 10.1021/ja003130g .
- ^ Такахаси, Тамоцу; Ли, Ши; Хуан, Вэньин; Конг, Фанжи; Накадзима, Киёхико; Шен, Баоцзянь; Ох, Такахиро; Канно, Кен-Ичиро (2006). «Метод омологации получения замещенных пентаценов и нафтаценов». Журнал органической химии . 71 (21): 7967–77. дои : 10.1021/jo060923y . ПМИД 17025283 .
- ^ Такахаши, Тамоцу; Ли, Яньчжун; Ху, Цзинхан; Конг, Фанжи; Накадзима, Киёхико; Чжоу, Лишань; Канно, Кен-Ичиро (2007). «Cu (I)-опосредованная реакция циклоприсоединения цирконациклопентадиенов с фумаронитрилом и применение для синтеза моноцианозамещенных пентаценов». Буквы тетраэдра . 48 (38): 6726–6730. дои : 10.1016/j.tetlet.2007.07.075 .
- ^ Стоун, Мэтью Т.; Андерсон, Гарри Л. (2007). «Трехэтапный синтез пентаценов, замещенных по концам». Журнал органической химии . 72 (25): 9776–8. дои : 10.1021/jo7017284 . ПМИД 17999529 .
- ^ Ли, Ши; Ли, Чжипин; Накадзима, Киёхико; Канно, Кен-Ичиро; Такахаши, Тамоцу (2009). «Метод двойной омологации замещенных растворимых пентаценов и поведение димеризации пентаценов». Химия: Азиатский журнал . 4 (2): 294–301. дои : 10.1002/asia.200800312 . ПМИД 19072938 .
- ^ Энтони, Дж. Э.; Брукс, Дж. С.; Итон, ДЛ; Паркин, С.Р. (2001). «Функционализированный пентацен: улучшенные электронные свойства за счет контроля порядка твердого тела». Журнал Американского химического общества . 123 (38): 9482–9483. дои : 10.1021/ja0162459 . ПМИД 11562247 .
- ^ Энтони, Дж. Э.; Итон, ДЛ; Паркин, С.Р. (2002). «Дорожная карта к стабильным, растворимым, легко кристаллизующимся производным пентацена». Органические письма . 4 (1): 15–18. дои : 10.1021/ol0167356 . ПМИД 11772079 .
- ^ Нортон, Джозеф Э.; Нортроп, Британская Колумбия; Наколлс, К; Хоук, КН (2006). «Почему 6-метилпентацен деконъюгирует, но избегает термически разрешенного мономолекулярного механизма». Органические письма . 8 (21): 4915–8. дои : 10.1021/ol062012g . ПМИД 17020335 .
- ^ Бризено, Алехандро Л.; Мяо, Вопрос; Линг, ММ; Риз, К; Мэн, Х; Бао, З; Вудль, Ф (2006). «Гексатиапентацен: структура, молекулярная упаковка и тонкопленочные транзисторы». Журнал Американского химического общества . 128 (49): 15576–7. дои : 10.1021/ja066088j . ПМИД 17147352 . .
- ^ Лу, Джун; Хо, ДМ; Вогелаар, Нью-Джерси; Крамл, CM; Бернхард, С; Бирн, Н.; Ким, ЛР; Паскаль-младший, РА (2006). «Синтез, структура и разрешение исключительно скрученных пентаценов». Журнал Американского химического общества . 128 (51): 17043–50. дои : 10.1021/ja065935f . ПМИД 17177456 .
- ^ Ленхерр, Д.; Тыквинский, Р.Р. (2010). «Олигомеры и полимеры на основе пентаценовых строительных блоков» . Материалы . 3 (4): 2772–2800. Бибкод : 2010Mate....3.2772L . дои : 10.3390/ma3042772 . ПМЦ 5445842 .
- ^ Ленхерр, Д.; Тыквинский, Р.Р. (2011). «Сопряженные олигомеры и полимеры на основе строительных блоков антрацена, тетрацена, пентацена, нафтодитиофена и антрадитиофена». Австралийский химический журнал . 64 (7): 919–929. дои : 10.1071/CH11169 .
- ^ Токито, С.; Вайнфуртнер, К.-Х.; Фудзикава, Х.; Цуцуи, Т.; Тага, Ю. (2001). Кафафи, Закья Х (ред.). «Аценсодержащие полифлуорены для красного, зеленого и синего излучения в органических светодиодах». Учеб. SPIE–Международный. Опция Соц. англ . Органические светоизлучающие материалы и устройства IV. 4105 : 69–74. Бибкод : 2001SPIE.4105...69T . дои : 10.1117/12.416877 . S2CID 96976350 .
- ^ Окамото, Т.; Бао, З. (2007). «Синтез растворорастворимых пентаценсодержащих сопряженных сополимеров». Журнал Американского химического общества . 129 (34): 10308–10309. дои : 10.1021/ja0725403 . ПМИД 17685520 .
- ^ Окамото, Т.; Окамото, Т.; Цзян, Ю.; Цюй, Ф.; Майер, AC; Пармер, Дж. Э.; МакГи, доктор медицины; Бао, З. (2008). «Синтез и характеристика сопряженных сополимеров пентацена и антрадитиофена-флуорена, синтезированных реакциями Сузуки». Макромолекулы . 41 (19): 6977–6980. Бибкод : 2008MaMol..41.6977O . дои : 10.1021/ma800931a .
- ^ Перейти обратно: а б Ленхерр, Д.; Тыквинский, Р.Р. (2007). «Пентаценовые олигомеры и полимеры: функционализация пентацена для создания моно-, ди-, три- и полимерных материалов». Органические письма . 9 (22): 4583–4586. дои : 10.1021/ol702094d . ПМИД 17918951 .
- ^ Перейти обратно: а б 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. дои : 10.1016/j.tet.2008.09.041 . ISSN 0040-4020 .
- ^ Ленхерр, Д.; Гао, Дж.; Хегманн, ФА; Тыквински, Р.Р. (2008). «Синтез и электронные свойства сопряженных димеров пентацена». Органические письма . 10 (21): 4779–4782. дои : 10.1021/ol801886h . ПМИД 18823120 .
- ^ Гао, Дж.; Хегманн, Ф.А. (2008). «Объемный прирост фотопроводимости в тонких пленках пентацена». Письма по прикладной физике . 93 (22): 223306. Бибкод : 2008ApPhL..93v3306G . дои : 10.1063/1.3043431 .
- ^ Ленхерр, Д.; Мюррей, АХ; Макдональд, Р.; Тыквинский, Р.Р. (2010). «Модульный синтетический подход к сопряженным пентаценовым ди-, три- и тетрамерам». Angewandte Chemie, международное издание . 49 (35): 6190–6194. дои : 10.1002/anie.201000555 . ПМИД 20645363 .
- ^ Ленхерр, Д.; Гао, Дж.; Хегманн, ФА; Тыквински, Р.Р. (2009). «Дендримеры на основе пентацена: синтез и измерение тонкопленочной фотопроводимости разветвленных пентаценовых олигомеров». Журнал органической химии . 74 (14): 5017–5024. дои : 10.1021/jo9007089 . ПМИД 19489566 .
- ^ Чен, Чжихуа; Свагер, ТМ (2007). «Синтез и характеристика флуоресцентных аценехинонов как красителей для жидкокристаллических дисплеев типа «гость-хост». Органические письма . 9 (6): 997–1000. дои : 10.1021/ol062999m . ПМИД 17298074 .
- ^ при синтезе этого соединения исходное вещество обрабатывают 1,4-нафтохиноном и ДПТ . DTP превращает оксо-норборнадиен в промежуточный фуран . Второй этап – окисление ППТС.
- ^ Диссанаяке, DM Нандита М. (2007). «Фотоэлектрическое устройство пентацен-C [sub 60] с наноимпринтированным гетеропереходом большой площади» (PDF) . Письма по прикладной физике . 90 (25): 253502. Бибкод : 2007ApPhL..90y3502D . дои : 10.1063/1.2749863 .
- ^ Эффективно органично: исследователи используют пентацен для разработки солнечной энергии следующего поколения sciencedaily.com Ссылка
- ^ «Эффективно органично: исследователи используют пентацен для разработки солнечной энергии следующего поколения» . ScienceDaily . Проверено 14 ноября 2017 г.
- ^ Норберт Кох (2007). «Органические электронные устройства и их функциональные интерфейсы». ХимияФизХим . 8 (10): 1438–55. дои : 10.1002/cphc.200700177 . ПМИД 17539032 .
- ^ Перейти обратно: а б Тацуо Хасегава и Джун Такея (2009). «Органические полевые транзисторы на монокристаллах» . наук. Технол. Адв. Мэтр . 10 (2): 024314. Бибкод : 2009STAdM..10b4314H . дои : 10.1088/1468-6996/10/2/024314 . ПМК 5090444 . ПМИД 27877287 .
- ^ Ёсиро Ямасита (2009). «Органические полупроводники для органических полевых транзисторов» . наук. Технол. Адв. Мэтр . 10 (2): 024313. Бибкод : 2009STAdM..10b4313Y . дои : 10.1088/1468-6996/10/2/024313 . ПМК 5090443 . ПМИД 27877286 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- факты о пентацене , получено 17 апреля 2006 г.
- Органический транзистор улучшается с возрастом , New Scientist, 2 декабря 2007 г.
- Изображение пентацена , изображения IBM Пентацен, первая детальная фотография молекулы 29 августа 2009 г.