Elektron Verici-alıcı Yaklaşımı ile Benzimidazol Esaslı Monomerlerin Sentezi ve Polimerizasyonu

Abstract

4,7-di-2,3-dihidrotiyeno[3,4-b][1,4]dioksin-5-ilspiro[benzimidazol-2,1'-siklopentan] (E5E), 4,7-di-2,3-dihidrotiyeno[3,4-b][1,4]dioksin-5-ilspiro[benzimidazol-2,1'-siklohekzan] (E6E) ve 4,7-di-2-tiyenilspiro[benzimidazol-2,1'-siklohekzan] (T6T) isimli sikloalkan uzantıları içeren benzimidazol elektron alıcı birimi esaslı floresans elektron verici-alıcı-verici (D-A-D) tipi yeni bir monomer serisi sentezlenmiş ve potentiostatik ve potentiyodinamik yöntemlerle polimerleştirilmiştir. D-A-D sistemi içerisinde benzimidazol üzerindeki halka boyutunun ve elektron verici birim çeşidinin etkisi sistematik olarak çalışılmıştır. Optiksel çalışmalar benzimidazol üzerindeki halka boyutunun soğurma ve floresans özelliklerine etkisi olmadığını gösterir iken halka boyutuna ve elektron verici birime bağlı olarak E5E, E6E ve T6T monomerlerinin yükseltgenme potansiyelleri değişmiştir: Ag/AgCl'ye karşı sırasıyla 0.89 V, 0.83 V ve 1.22 V. Tüm polimerler ambipolar (p- ve n-tipi doplanma) ve elektrokromik özelliğe sahiptir. PE5E ve PE6E polimer filmleri nötr halde yeşil yükseltgen halde şeffaf iken polimer PT5T nötr ve yükseltgen halleri arasında farkedilebilir bir renk değişimi göstermez. Elektron verici birimler olarak 3,4-etilendioksitiyofen birimleri içeren polimerler (PE5E ve PE6E) PT6T'den (1.53 eV) daha düşük band aralığına sahiptir (sırasıyla 1.21 eV ve 1.18 eV). PT6T ile karşılaştırıldığında, dış ortamda PE5E ve PE6E polimerleri daha kararlıdır. 4000 döngü sonra PE5E elektroaktivitesinin %76'sını korurken PE6E, 2000 döngü sonra elektroaktivitesinin %65'ini korur.A new series of fluorescent donor-acceptor-donor (D-A-D) type monomers based on benzimidazole acceptor unit bearing cycloalkane appendages, called 4,7-di-2,3-dihydrothieno[3,4-b][1,4]dioxin-5-ylspiro[benzimidazole-2,1'-cyclopentane] (E5E), 4,7-di-2,3-dihydrothieno[3,4-b][1,4]dioxin-5-ylspiro[benzimidazole-2,1'-cyclohexane] (E6E) and 4,7-di-2-thienylspiro[benzimidazole-2,1'-cyclohexane] (T6T), were synthesized and polymerized via potentiostatic and potentiodynamic methods. The effect of ring size on benzimidazole unit and the kind of donor moiety in D-A-D system has been studied systematically on the electrochemical and optical properties. The optical studies showed that ring size of the benzimidazole unit has no effect on the absorbance and fluorescence properties, whereas the oxidation potential of E5E, E6E and T6T monomers varied with respect to both the ring size and donor unit: 0.89 V, 0.83 V and 1.22 V vs Ag/AgCl, respectively. All polymers have ambipolar (p- and n-type doping) and electrochromic properties. While the polymer films PE5E and PE6E are green at neutral state and transparent at oxidized state, the polymer PT6T has no appreciable color change between its neutral and oxidized state. The polymers bearing 3,4-ethylenedioxythiophene unit as donor units (PE5E and PE6E) exhibited lower band gap values (1.21 eV and 1.18 eV, respectively) than PT6T (1.53 eV). When compared to PT6T, PE5E and PE6E polymers are more stable under ambient condition. While PE5E retained 76% of its electroactivity after 4000 cycles, PE6E has 65% of its electroactivity after 2000 cycles.