A DFT study on dihydropyrazine annulated linear polyacenes: aromaticity, stability and HOMO–LUMO energy modulation

文献情報

出版日 2016-08-15
DOI 10.1039/C6CP03723B
インパクトファクター 3.676
著者

Ramachandran Rakhi, Cherumuttathu H. Suresh


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要旨

Linear polyacenes (LPAs) beyond pentacene are highly unstable and their application potential in the optoelectronics field is very limited. On the basis of theoretical studies at the M06L/6-311++G(d,p) level of DFT, we show that annulating dihydropyrazine units to LPA cores can yield large LPA mimics. This strategy enhances the aromaticity of the LPA core and also provides a way to modulate the HOMO–LUMO energy gap by choosing an appropriate LPA core and extending dihydropyrazine annulation. The study is conducted for LPA mimics containing up to six dihydropyrazine units annulated to benzene (pB1–pB6), naphthalene (pN1–pN6), anthracene (pA1–pA6) and tetracene (pT1–pT6) cores. The longest of them pT6 contains 34 linearly connected six-membered rings. The dehydrogenation energy (Edh) of the N-heterocycles of the LPA mimics showed endothermic character and indicated their higher stability than dehydrogenated N-heteroacenes. The total Edh (ΣEdh) is proportional to the increase in the number of heterocycles and the increase in the size of the LPA core. The aromaticity of individual rings of all the LPA mimics is assessed on the basis of the harmonic oscillator model of aromaticity (HOMA) and nucleus independent chemical shift (NICS) parameters. Both parameters showed strong linear correlation with ΣEdh, confirming the geometric, magnetic and energetic criteria of aromaticity. The electronic features of the LPA mimics assessed by analysing molecular electrostatic potential topography and molecular orbitals have shown that the LPA cores retain the reactivity of the parent LPA. Furthermore, significant mixing of the N-lone pairs of the heterocycle with carbon π-orbitals improves aromaticity and decreases the HOMO–LUMO energy gap.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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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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