Yeni karbazol-edot tabanlı monomerin sentezi, elektrokimyasal polimerizasyonu ve dft hesaplamaları
Synthesis, electrochemical polymerization, and dft calculations of a novel carbazole-edot-based monomer
Yazar: ANAS A. A. ABOFOUL
Danışman: PROF. DR. EVRİM HÜR ; DOÇ. DR. KAMURAN GÖRGÜN
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Fizikokimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu tez çalışması, karbazol ve 3,4-etilendioksitiyofen (EDOT) tabanlı yeni bir monomer olan 5,7-bis(9-heksil-9H-karbazol-3-il)-2,3-dihidrotieno[3,4-b][1,4]dioksin (d1) bileşiğinin sentezini, spektroskopik, elektrokimyasal karakterizasyonu ve elektrokimyasal polimerizasyonunu kapsamaktadır. Aynı zamanda, hem monomerin hem de polimerlerin kuantum kimyasal olarak yapılan teorik hesaplamalarını da içermektedir.

Sentez aşamasında, Suzuki-Miyaura reaksiyonu kullanılarak monomer sentezlenmiş ve kimyasal yapısı UV-Vis spektroskopisi, Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FT-IR) ve nükleer manyetik rezonans (NMR) analizleri ile kapsamlı olarak karakterize edilmiştir. EDOT, karbazol ve d1'in polimerizasyonları ve farklı konsantrasyonlarda EDOT ilavesiyle d1-co-EDOT kopolimerlerinin sentezi, elektrokimyasal polimerizasyon yöntemi olan dönüşümlü voltametri (CV) kullanılarak gerçekleştirildi. Bu polimerlerin redoks özellikleri incelendi ve optimum polimerizasyon koşulları belirlendi. Elde edilen iletken polimerlerin HOMO, LUMO enerjileri ve bant aralığı gibi temel elektronik parametreleri hesaplanmıştır.


Polimer filmlerinin yüzey morfolojileri, taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak analiz edilmiştir. Monomer ve polimer filmlerinin teorik olarak kuantum kimyasal hesaplamaları, Gaussian yazılımı ile Yoğunluk Fonksiyonel Teorisi (DFT) yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmiş ve farklı zincir uzunluklarına bağlı olarak elektronik özelliklerin değişimleri incelenmiştir.

Bu tezde, literatüre yeni kazandırılan monomer %70 verimle sentezlenerek ilk kez bu çalışmada EDOT ile kopolimerizasyon yoluyla d1-co-EDOT kopolimeri başarılı bir şekilde elektrokimyasal olarak elde edilmiştir. Monomer, kopolimer ve polimer filmlerinin bant aralıkları, redoks parametreleri ve teorik olarak elde edilen kuantum kimyasal parametreler yardımıyla hesaplanmış ve elde edilen malzemelerin organik elektronik uygulamalarda kullanılabilirliği ortaya konulmuştur.

Abstract:
This thesis focuses on the synthesis, spectroscopic and electrochemical characterization, and electrochemical polymerization of a novel monomer based on carbazole and 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT), specifically 5,7-bis(9-hexyl-9H-carbazol-3-yl)-2,3-dihydrothieno[3,4-b][1,4]dioxine (d1). In addition, theoretical calculations were performed for both the monomer and the synthesized conductive polymers.

In the synthesis phase, the d1 monomer was successfully synthesized via Suzuki-Miyaura coupling reaction, and its chemical structure was comprehensively characterized using UV-Vis spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), and nuclear magnetic resonance (NMR) analyses. The polymerizations of EDOT, carbazole and d1 and the synthesis of d1-co-EDOT copolymers by adding different concentrations of EDOT were carried out using the electrochemical polymerization method cyclic voltammetry (CV). The redox properties of these polymers were studied and the optimum polymerization conditions were determined. Fundamental electronic parameters such as HOMO, LUMO energies, and band gaps of the obtained conductive polymers were calculated.

The surface morphologies of the polymer films were analyzed using scanning electron microscopy (SEM). Theoretical quantum chemical calculations of the monomer and polymer films were carried out using the Density Functional Theory (DFT) method with Gaussian software, and variations in electronic properties based on different chain lengths were studied.

In this study, the novel developed monomer was synthesized with a yield of 70% and for the first time in this study, d1-co-EDOT copolymer was successfully obtained electrochemically via copolymerization with EDOT. Band gaps, redox parameters, and quantum chemical parameters obtained from theoretical calculations for monomer, copolymer, and polymer films were analyzed, highlighting the potential applicability of these materials in organic electronic devices.