Pirolün elektronik özelliklerine polimerleşme tepkimesinin ve substituent etkisinin incelenmesi
The investigation of substituent and polymerization reaction effects on electronic properties of pyrrole
Yazar: MERVE ÇELİK
Danışman: PROF. DR. NEVİN AYTEMİZ
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Polimerlerin iletkenliği gelişen teknolojinin bir gereksinimi olarak oldukça önem kazanmıştır. Proseslerde hammadde ya da yardımcı madde olarak kullanılan iletken polimerler, iletkenlik özelliklerini modifiye etmek amacıyla kullanılabilir. Modifikasyonun bir yolu monomere farklı sübstitüentlerin ilave edilmesidir.
Çalışmanın amacı, iletken yapısıyla yaygın kullanım alanına sahip pirolün elektronik özelliklerine polimerleşme tepkimesinin ve sübstitüent etkisinin incelenmesidir. Bu sebeple elektron verici ve elektron çekici gruplar pirol molekülüne bağlanmıştır. Tüm yapılar için hesaplamalar monomerden pentamere kadar gerçekleştirilmiştir. Elektronik özellikler HOMO-LUMO bant aralıklarının Gaussian03 paket programı ile bulunması neticesinde hesaplanmış ve Atom-in-Molecule (AIM) Teorisini temel alan AIMAll paket programından elde edilen, farklı bağlara ve halkalara ait elektron yoğunlukları ile kıyaslanmıştır.
Bu çalışmanın sonuçlarından biri elektron verici ve elektron çekici grupların iletkenliği artırmasıdır. Ayrıca polimerleşme ile özellikle halka kritik noktasında elektron yoğunluğunun düştüğü görülmüştür. Dahası, C veya N atomlarından sübstitüsyon ile meydana gelen pirol türevlerinin herhangi bir eğilim göstermediği yani pirole C veya N atomlarından sübstitüent ilave edildiğinde iletkenliğin ve halka kritik noktasına ait elektron yoğunluğunun sübstitüent gruba bağlı olduğu görülmüştür. Çalışmanın en önemli çıktısı ise AIM teorisinin polimerleşme ve sübstitüent etkilerini tanımlamada yetersiz olmasına rağmen HOMO-LUMO ile ölçülen iletkenlik değerlerini doğrulamada yetkin olduğudur.
Anahtar Kelimeler: Pirol, Polimerleşme tepkimesi, Sübstitüent etkisi, Topolojik özellik, AIM, Ab Initio, HOMO-LUMO

Abstract:
The conductivity of polymers has gained importance because of evolving technology requirements. Conducting polymers which are used as raw material or utility in processing can be modified in order to change conducting properties. One way for modification is to add different substituents to monomer.
The aim of this study is to investigate substituent and polymerization reaction effects on electronic properties of pyrrole which has wide applications. Therefore, several electron withdrawing and electron donating groups have been attached to pyrrole molecule. The calculations for all species were conducted to monomer to pentamer. The electronic properties have been calculated by finding HOMO-LUMO band gaps obtained from Gaussian03 package and compared with the electron densities on different bonds and rings obtained from AIMAll package based on Atom-in-Molecule Theory.
One of the results of this study is that both electron donating and electron withdrawing groups increase conductivity. It was also seen that electron density decreased especially on ring critical points upon the polymerization. Furthermore, C-substitue or N-substitue pyrrole derivatives do not show any tendency, that is, when the substituent attached to C atom or N atom on pyrrole, the conductivity and electron density on ring critical points depend on the substituent group. The most important outcome of this study is that theory of AIM is qualified in validating of conductivity which based on HOMO-LUMO although it is not yet adequate enough in describing polymerization and substituent effects.
Keywords: Pyrrole, Polymerization reaction, Substituent effect, Topological properties, AIM, Ab initio, HOMO-LUMO