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Thür, Wilma (2001): Epindolidione, Epindoline und lineare sowie trigonale Imidazolderivate: Neue Materialien mit interessanten Fluoreszenzeigenschaften. Dissertation, LMU München: Faculty of Chemistry and Pharmacy
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Abstract

1. Durch N-Alkylierung können sowohl 2,8- als auch 3,9-Dibenzo[b,g][1,5]naphthyridin- 6,12-dione (Epindolidione) löslich gemacht werden. Als Methylierungsagens bewährte sich besonders p-Toluolsulfonsäuremethylester in Kombination mit der Base Kaliumcarbonat. N H N H O O R R R' R' N N O O R R Alkyl Alkyl R' R' Base Alkylierungsagens 1.1. Die als Nebenprodukt entstehenden monoalkylierten Verbindungen können säulenchromatographisch von den Dialkylderivaten abgetrennt werden und zeichnen sich durch um 12 nm kürzerwellige Emissionsmaxima und kleinere Stokes-Verschiebungen gegenüber den Dialkylepindolidionen aus. 1.2. Die alkylierten Verbindungen absorbieren im Bereich 457-494 nm und emittieren bei 464-528 nm. Sie weisen sehr hohe Fluoreszenzquantenausbeuten von bis zu 98 % auf. 1.3. Photostabilitätsmessungen von N,N-Dimethyl-dibenzo[b,g][1,5]naphthyridin-6,12-dion (32d) und N,N-Dibutyl-dibenzo[b,g][1,5]naphthyridin-6,12-dion (32b) ergeben gute Resultate. 1.4. CV-Messungen von N,N-Dimethyl-dibenzo[b,g][1,5]naphthyridin-6,12-dion (32d) und 2,8,N,N-Tetramethyl-dibenzo[b,g][1,5]naphthyridin-6,12-dion (32e) zeigen, dass die Verbindungen leicht reduziert werden können (E1 Red = -1.17 für 32d und E1 Red = -1.22 für 32e). Werden sie in OLEDs eingesetzt, kann Aluminium statt der empfindlichen Calciumkathode verwendet werden. 1.5. Es konnten OLEDs mit 32d und 32e als Emitter gebaut werden, die intensive grüne Emission aufweisen. 1.6. Mittels Suzuki-Kupplung gelingt es neue 2,8- und 3,9-Aryl substituierte Epindolidione herzustellen wie z. B. 34a. 1.7. Die 3,9-Isomere absorbieren und emittieren kürzerwellig als die in 2,8-Stellung substituierten Verbindungen und weisen geringere Fluoreszenzquantenausbeuten auf. 2. Neben der Chlorierung von Dibenzo[b,g][1,5]naphthyridin-6,12-dion (27a) mittels Phosphoroxychlorid unter Zugabe von Kaliumcarbonat gelingt durch Schwefelung mit Phosphorpentasulfid und anschließender Methylierung der Zugang zu den Dibenzo[b,g][1,5]naphthyridinen (Epindolinen). 2.1. Verbindung 69 kann mit aliphatischen und aromatischen Stickstoffnucleophilen mit Quecksilberdichlorid als Katalysator zu 6,12-Diaminoepindolinen umgesetzt werden wie z. B. mit Butylamin zu 70a und mit Anilin zu 70b. Die Verbindungen absorbieren im Bereich von 481-547 nm und emittieren bei 506-571 nm. Hier zeichnet sich N,N’-Dibutyl-dibenzo[b,g][1,5]naphthyridin-6,12-diamin 70a durch eine hohe Fluoreszenzquantenausbeute aus, während die mit aromatischen Aminen substituierten Epindoline nur schwach oder gar nicht fluoreszieren. 2.2. Über die Kumada-Kupplung kann Verbindung 69 mit Arylmagnesiumbromiden umgesetzt werden wie z.B. mit Phenylmagnesiumbromid zu 74a. 2.3. Die Dichlorverbindung 58 lässt sich unter Suzuki-Bedingungen mit Arylboronsäuren kuppeln wie z.B. mit Thienylboronsäure zu 74e. 2.4. Unter Palladiumkatalyse können Alkinyltrialkylstannane mit der Dichlorverbindung 58 zur Reaktion gebracht werden (Stille-Kupplung). Hier muss darauf geachtet werden, dass die Temperatur von 100 °C nicht überschritten wird, da sonst Zersetzung eintritt. 2.5. Die Absorptionsmaxima der Aryl substituierten Epindoline liegen bei 476-553 nm, die Fluoreszenzmaxima bei 523-645 nm. Die Verbindungen weisen große Stokes- Verschiebungen auf. Dies kann auf eine Verdrillung zwischen dem Epindolingrundkörper und den Arylsubstituenten im Grundzustand zurückgeführt werden, die durch AM1-Rechnungen und Röntgenstrukturen belegt werden kann. Verbindung 74e besitzt in dieser Verbindungsreihe die größte Stokes-Verschiebung von 81 nm (2800 cm-1). 3. N-Lithiumhexamethyldisilazan addiert an die N-methylierten Imidazolylbenzonitrile 87 und 89 und man erhält nach der Umsetzung mit Trimethylchlorsilan die persilylierten Amidine 91b und 90. Diese lassen sich mit Vinamidiniumsalzen zu Pyrimidine wie z. B. 93b und 94a kondensieren. Diese Synthese eignet sich auch, um mit bifunktionellen Vinamidiniumsalzen dichromophore Systeme aufzubauen wie z. B. Verbindung 94c. 3.1. Die farblosen bis gelben Verbindungen fluoreszieren intensiv blau bis türkis und haben sehr hohe Fluoreszenzquantenausbeuten von bis zu 100 %. Sie weisen außerdem eine starke Emissionssolvatochromie auf. Der Solvatochromieumfang von z. B. Verbindung 94c beträgt für das Lösungsmittelpaar Toluol/Dimethylsulfoxid 68 nm (3130 cm-1). Neben der hohen Fluoreszenzquantenausbeute zeichnen sich die Verbindungen durch außerordentlich große Stokes-Verschiebungen von bis zu 144 nm (7820 cm-1) und gute Photostabilitäten aus. 4. Es können durch Kondensation verschiedener Trialdehyde 95, 96, 97, 98 und 128 mit aromatischen 1,2-Diketonen und Ammoniumacetat in Eisessig sternförmige trichromophore Imidazole aufgebaut werden. 4.1. Die fünf Verbindungsklassen 113, 115, 119, 124 und 126 zeichnen sich durch große molare Absorptionskoeffizienten, große Stokes-Verschiebungen und mäßige bis hohe Fluoreszenzquantenausbeuten aus. Die Verbindungsklasse 124 weist die kleinsten Fluoreszenzquantenausbeuten auf, da die Intensität der Fluoreszenz durch TICT-Zustände abgeschwächt wird. In den Absorptionsspektren aber noch stärker ausgeprägt in den Fluoreszenzspektren der Verbindungsklassen 115 und 119 ist eine positive Solvatochromie feststellbar. Für die Verbindungsklasse 124 findet man nur eine Solvatochromie in der Fluoreszenz. HRS-Messungen von Verbindung 119b bei einer Fundamentalwellenlänge von 1500 nm ergeben eine molare Hyperpolarisierbarkeit β von 28.8⋅10-30 esu, ein im Vergleich mit p- Nitroanilin β1500 = 18⋅10-30 esu guter Wert.