Elektrokromik ve fotovoltaik malzemeler için donör-akseptör gruplar içeren pirol ve tiyofen türevlerinin sentezi ve polimerlerinin hazırlanması
Synthesis of pyrrole and thiophene derivatives containing donor-acceptor groups for electrochromic and fotovoltaic materials and preparation of their polymers
Yazar: GÜLBİN KURTAY
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA GÜLLÜ
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: HF = HF ; İletken polimerler = Conducting polymers

Özet:
Bu tez çalışmasında, donör-akseptör gruplar içeren yeni 3,4-alkilendioksitiyofen (ADOT) ve 3,4-alkilendioksipirol (ADOP) türevlerinin sentezi ve elektrokimyasal olarak polimerleştirilmeleri incelenmiştir.  
Araştırmanın ilk bölümü, hedef monomerlerin eldesinde çıkış maddesi olarak kullanılan 3-brommetiltiyofen, dietil 1-alkil-3,4-dihidroksipirol-2,5-dikarboksilat ve dietil 3,4-dihidroksi tiyofen-2,5-dikarboksilat sentezini içermektedir. İkinci aşamada, 2,3-bis(brommetil)kinoksalin, 1,2-bis(brommetil)benzen, 2,2'-(etilendioksi)dietil ditosilat ve diğer reaktifler sentezlenerek, ilk aşamada elde edilen pirol ve tiyofen diester türevleriyle nükleofilik yer değiştirme tepkimeleri başarılı bir biçimde gerçekleştirilmiştir. Elde edilen diester türevlerinin hidroliz ve akabinde gerçekleştirilen dekarboksilasyon tepkimeleri sonucunda hedeflenen ADOT ve ADOP türevleri elde edilmiştir. Son olarak, sentezlenen monomerlerin elektrokimyasal olarak polimerleştirilmeleri incelenmiştir. Sentezi gerçekleştirilen yeni bileşiklerin yapıları uygun spektral analiz yöntemleri (FT-IR, GC-MS, 1H-NMR,13C-NMR ve element analizi) kullanılarak aydınlatılmıştır. 
Hesaplamalı kimya çalışmaları kapsamında, HF ve B3LYP yöntemleriyle, farklı temel kümeler kullanılarak, pirol halkası ve oligomerlerinin EHF (Hartree-Fock enerjisi), EZPTE (sıfır noktası titreşim enerjisi) ve ET (toplam enerji) belirlenmiştir. Bant aralığı enerji değerlerinin (ELUMO-EHOMO) monomerden (n=1), nonamere (n=9) doğru, düzgün bir şekilde azaldığı gözlemlenmiştir. Bağ uzunluğu, dihedral açı ve dipol moment hesaplamalarının sonuçları, tek ve çift sayılı oligomerlerin kendi içinde uyumlu olduğunu göstermektedir.

Abstract:
In this thesis, synthesis and electrochemical polymerization of new 3,4-alkylenedioxythiophene (ADOT) and 3,4-alkylenedioxypyrrole (ADOP) derivatives containing donor-acceptor groups have been investigated.  
The first part of the research includes the synthesis of 3-bromomethylthiophene, diethyl 1-alkyl-3,4-dihydroxypyrrole-2,5-dicarboxylate and diethyl 3,4-dihydroxythiophene-2,5-dicarboxylate which were used as starting material in the synthesis of target monomers. In the second stage; 2,3-bis(bromomethyl)quinoxaline, 1,2-bis(bromomethyl)benzene, 2,2′-(ethylenedioxy)diethyl ditosylate and other reagents were synthesized and their nucleophilic substitution reactions were succesfully performed by using pyrrole and thiophene diester derivatives. As a result of hydrolysis and subsequent decarboxylation reactions of the gathered diester derivatives, the intended ADOT and ADOP derivatives were obtained. Finally, electrochemical polymerization of the obtained monomers were investigated. Structures of the new compounds were characterized by appropriate spectroscopic methods (FT-IR, GC-MS, 1H-NMR,13C-NMR and elemental analysis).
Within the scope of the computational chemistry studies, by using HF and DFT methods with different basis sets, EHF (Hartree-Fock energy), EZPTE (zero-point vibrational energy) and ET (total energy) of pyrrole ring and its oligomers were determined. It was observed that the band gap energy values (ELUMO-EHOMO) were decreasing from monomer (n=1) to nonamer (n=9) in a proper way. Results of the calculations of bond length, dihedral angle and dipole moment mark that odd and even numbered oligomers proceed within theirself with consistency.