Controlling the electron-deficiency of self-assembling pyrazine-acenes: a collaborative experimental and theoretical investigation

文献情報

出版日 2013-02-20
DOI 10.1039/C3CP43886D
インパクトファクター 3.676
著者

Lacie V. Brownell, Kyoungmi Jang, Kathleen A. Robins, Ich C. Tran, Clemens Heske, Dong-Chan Lee


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要旨

This paper reports novel pyrazine-acenes containing electron-deficient heteroaromatic π-extenders, such as pyridine, pyrazine, and benzothiadiazole, directly fused with pyrazine. Electronic properties of these systems were characterized by UV-Vis, fluorescence spectroscopy, and cyclic voltammetry. Computational electronic property evaluation of all experimentally synthesized compounds is provided, and is coupled with electronic calculations of closely related compounds that were not synthetically feasible. Our theoretical results provide insight into the overall analysis and interpretation of the experimentally observed trends. In this study, we found a systematic decrease in the LUMO energy (ELUMO) with an increasing number of imine functions in the π-extender. Additionally, when comparing the pyrazine-acene containing pyrazine π-extender to a reference compound with CN peripheral substituents, we found that the imine function is comparable to the CN substituent in lowering ELUMO. The most dramatic ELUMO lowering was experimentally observed using dibromobenzothiadiazole as a π-extender. In all cases, the HOMO energy (EHOMO) was negligibly affected, thus we found options for electronic property control based solely on ELUMO manipulation. This is computationally validated by an examination of the molecular orbitals in which the LUMO orbital was found predominantly on the π-extender section of the molecules, while the HOMO orbital was localized away from the π-extender. Interestingly, the self-assembly of all the experimentally synthesized compounds showed excellent one-dimensional fiber formation in spite of their large π-core framework. These fibers were characterized by atomic force microscopy and UV-Vis spectroscopy.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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