Exploiting the geometry of anthanthrone to harness optoelectronic properties

• Main Author: Desroches, Maude
• Other Authors: Morin, Jean-François
• Format: Doctoral Thesis
• Language: English
• Published: Université Laval 2018
• Subjects: QD 3.5 UL 2018; Hydrocarbures aromatiques polycycliques; Pigments; Structure moléculaire; Optoélectronique
• Online Access: http://hdl.handle.net/20.500.11794/29995

Depuis quelques années, un intérêt marqué pour les pigments de cuve a fait son apparition dans la littérature. Longtemps considérés comme des produits destinés exclusivement à la chimie fine industrielle, les pigments sont de plus en plus utilisés en recherche académique. Ils sont produits à l’échelle de la tonne pour des sommes avantageuses et leurs structures complexes permettent d’accéder à des molécules prisées en peu d’étapes synthétiques. La plupart de ces pigments sont des hydrocarbures aromatiques polycycliques possédant parfois des hétéroatomes, ce qui en fait des molécules de choix pour l’étude de la relation structure-propriété. En conjonction avec le développement des aromatiques polycycliques, l’étude des composés diradicaloïdes ayant des propriétés hors du commun est en plein essor dans la littérature scientifique. Les travaux présentés dans cette thèse rapprochent donc ces deux domaines. Le cœur anthanthrone, un aromatique polycyclique à la réactivité singulière causée par sa géométrie, permet l’exploration de concepts originaux pour la chimie des composés organiques en couche ouverte. Tout d’abord, un composé à base d’anthanthrone a permis le développement d’une nouvelle méthode pour obtenir des molécules diradicalaires. Il est démontré que la congestion stérique des diphénylméthanes et du cœur anthanthrone se faisant face, facilite une transformation structurelle vers une molécule ayant deux électrons non-appariés. Étonnamment, cette transformation peut avoir lieu à l’état solide en appliquant de faibles pressions. Ainsi, il est possible de briser des liens doubles avec ses propres mains à l’aide d’un pilon et mortier. Ensuite, une molécule similaire utilisant les diphénylamines permet aussi l’obtention de composés en couche ouverte lorsque doublement oxydés. Le produit obtenu est donc isoélectronique à son homologue tout carbone. Encore une fois, la géométrie du cœur anthanthrone produit deux systèmes π perpendiculaires, empêchant la recombinaison des radicaux. Pour poursuivre sur ces composés et augmenter la densité de spin, un polymère « polyradical cation » avec des propriétés optoélectroniques intéressantes a été synthétisé. Finalement, le dernier chapitre de cette thèse exploite toujours la géométrie de l’anthanthrone mais dans un contexte complètement différent. Grâce à la structure unique de l’anthanthrone, il est possible d’obtenir une émission induite par agrégation dans la région du proche infrarouge === For several years, a keen interest in vat dyes emerged in the literature. Long considered exclusively for the specialty chemical industry, pigments are increasingly used in academia. They are mass-produced at a low cost and their complex structures allow valued molecules to be obtained in few synthetic steps. Most of these pigments are aromatic polycyclic hydrocarbons (PAHs) sometimes including heteroatoms, making them molecules of choice for the study of structure-property relationship. With the development of PAHs, the study of biradicaloids having outstanding properties is thriving in the scientific literature. The work presented in this thesis brings together these two fields of study. The anthanthrone core, a polycyclic aromatic with a singular reactivity caused by its geometry, allows for the exploration of original concepts for the chemistry of organic open-shell compounds. First of all, anthanthrone-based molecules allowed the development of a new method to obtain open-shell diradicals. It was found that the steric congestion of the diphenylmethane and the anthanthrone core facing each other, facilitate the structural transformation towards a molecule having two unpaired electrons. Surprisingly, this transformation can proceed in the solid state at low pressures. Thus, it is possible to break double bonds with bare hands using a mortar and pestle. Next, similar molecules with diphenylamines also allow the formation of open-shell compounds when doubly oxidized. The obtained products are isoelectronic to their all-carbon counterpart. Again, the geometry of the anthanthrone core produces two perpendicular π-systems, preventing the recombination of the radicals. To follow-up with similar compounds and increase the spin density, a polymer “polyradical cation” possessing intriguing optoelectronic properties was synthesized. Finally, the last chapter of this thesis still exploit the geometry of the anthanthrone dye but in a completely different context. With the unique structure of this core, it is possible to obtain aggregation-induced emission in the near infrared region.