КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 19-13-00234

НазваниеСинтез новых конденсированных и сопряженных соединений для рационального дизайна материалов органической электроники

РуководительРусинов Геннадий Леонидович, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органического синтеза им. И.Я.Постовского Уральского отделения Российской академии наук, Свердловская обл

Период выполнения при поддержке РНФ 2019 г. - 2021 г.  , продлен на 2022 - 2023. Карточка проекта продления (ссылка)

Конкурс№35 - Конкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-101 - Синтез, строение и реакционная способность органических соединений

Ключевые словаорганическая электроника, органические полупроводники, электронодонорные гетероциклы, акцепторные гетероциклы, люминесцентные пуш-пульные системы, бензо[b]тиено[2,3-d]тиофен, индоло[3,2-b]карбазол, ди(гет)арилпиримидины, триазоло[1,5-a]пиримидины, 1,3- и 1,4-диазатрифенилены

Код ГРНТИ31.21.00, 31.21.27, 31.21.17


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Органические полупроводники – карбо(гетеро)циклические соединения, имеющие развитую п-сопряженную структуру, представляют обширный класс функциональных материалов для применений в светодиодах, солнечных батареях, полевых транзисторах и других устройствах, основными преимуществами которых являются малый вес, гибкость, низкая стоимость как самих компонентов (органических материалов), так и технологий их производства. В свою очередь, для получения (опто)электронных устройств с высокими рабочими характеристиками существует острая потребность в новых полупроводниковых материалах, доступность и разнообразие которых призван обеспечить аппарат синтетической органической химии. Так, тиено[3,2-b]тиофен, а также его бензаннелированные аналоги, в том числе бензо[b]тиено[2,3-d]тиофен, используются для дизайна структур органических полупроводников, как малых молекул, так и полимеров. Тем не менее, отсутствуют сведения о классах веществ, в составе которых фрагмент бензо[b]тиено[2,3-d]тиофен был бы сконденсирован или находился в сопряжении с п-дефицитными гетероциклами. При этом нужно учитывать, что введение акцепторного гетероцикла в состав соединения влияет на положение граничных орбиталей (ВЗМО и НСМО) молекул и способно существенно улучшить фото-, термо- и электрохимическую стабильность получаемого материала. Также следует отметить, что до последнего времени не сообщалось о координационных комплексах с ионами переходных и редкоземельных элементов на основе лигандов, содержащих фрагменты вышеупомянутых гетероциклических соединений. Такие комплексы могут быть весьма перспективными благодаря сочетанию полупроводниковых, фотоэлектрических и магнитных свойств в одной молекуле, обусловленных как структурой гетероциклического фрагмента, так и природой иона металла. Поэтому в рамках проекта планируется разработать ряд эффективных и удобных методов синтеза ряда новых производных бензо[b]тиено[2,3-d]тиофена, гетеро- и азолоаннелированных аналогов 1,3- и 1,4-диазатрифенилена, бензохинозалина и бензоперимидина, а также координационных соединений содержащих в составе лиганда некоторые из перечисленных гетероциклов, для последующего создания на их основе конденсированных и п-сопряженных молекул новых органических полупроводниковых, зарядотранспортных и электролюминесцентных материалов.

Ожидаемые результаты
В ходе выполнения данного проекта будет разработан комплекс оригинальных подходов к синтезу и модификации новых π-сопряженных и конденсированных молекул на основе бензо[b]тиено[2,3-d]тиофена, в составе которых эта трициклическая система интегрирована как донорными, так и акцепторными фрагментами. Будут исследованы новые синтетические подходы к гетероаналогам 1,3-диазатрифенилена и фуразаноаннелированного 1,4-диазатрифенилена с использованием прямой функционализации С-Н связей с донорными заместителями. Будут синтезированы про-лиганды, содержащие фрагменты полученных новых π-сопряженных и конденсированных молекул, и координационные комплексные соединения с ионами переходных и редкоземельных элементов на их основе. Для полученных соединений планируется изучить фотофизические и электрохимические свойства, на основании которых будут выявлены «лидеры» для углубленного изучения полупроводниковых свойств и создания электронных устройств (солнечных батарей или светоизлучающих диодов OLED) на их основе. Результаты данного исследования будут полезны для разработки удобных стратегий синтеза новых органических зарядотранспортных материалов с дырочным и/или электронным типом проводимости, а также светопоглощающих красителей, с последующей перспективной их использования в устройствах органической фотовольтаики.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2019 году
В ходе первого этапа проекта были выполнены исследования, направленные на разработку эффективных и удобных методов синтеза новых полисопряженных производных перспективных для молекулярной электроники гетероциклических систем, таких как бензо[b]тиено[2,3-d]тиофен, индоло[3,2-b]карбазол, триазоло[1,5-а]пиримидин, 1,3-диазапирен, а также гетероаналоги 1,4-диазатрифенилена. Разработан подход к синтезу 3-(гетеро)арилзамещенных производных бензо[b]тиено[2,3-d]тиофена, имеющих различные акцепторные функциональные группы при С-2 атоме, в котором исходными соединениями являются 2-(гетеро)ароил-3-хлорбензо[b]тиофены, а в качестве ключевой стадии применяется реакция Фиссельмана. Исходные 3-хлорбензо[b]тиофены были получены путем ацилирования по Фриделю-Крафтсу хлорангидридом 3-хлорбензо[b]тиофен-2-карбоновой кислоты (гетеро)ароматических субстратов. Также, с использованием метода Фиссельмана из 3-хлорбензо[b]тиофен-2-карбоксилата были получены 3-гидрокси-2-циано- и 2-бензоил-бензо[b]тиено[2,3-d]тиофены. Конденсацией Кляйзена бисацетильных производных индоло[3,2-b]карбазола с этилтрифторацетатом в присутствии гидрида лития осуществлен синтез новых фторсодержащих бис(1,3-дикетонов), представляющих интерес как бисхелатирующие лиганды с полисопряженным донорным гетероциклическим фрагментом, обладающие выраженной люминесценцией. Проведена оценка комплексообразующей способности полученных бис(1,3-дикетонов) с ионами европия(III) и с эфиратом трехфтористого бора. Разработаны методы синтеза новых функционализированных производных пиримидина и [1,2,4]триазоло[1,5-а]пиримидина. Для синтезированных 2,5,7-три(гет)арилтриазоло[1,5-а]пиримидинов исследованы оптические свойства и выявлены соединения, обладающие высокими квантовыми выходами, перспективные для применения в качестве УФ-красителей. Разработан оригинальный способ синтеза ранее неизвестных производных бензо- и гетероанелированных 1,3-диазапиренов путем внутримолекулярного окислительного циклодегидрирования соответствующих 5-{2,6-ди[(гет)арил]-3,4,5-триметоксифенил}пиримидинов. Получаемые полициклические системы представляют значительный интерес для создания на их основе полупроводниковых материалов. С использованием методики последовательного применения реакций нуклофильного ароматического замещения водорода и внутримолекулярного окислительного циклодегидрирования по Шоллю предложен новый удобный способ получения [1,2,5]оксадиазолоанелированноых 1,4-диазатрифениленов и их гетероаналогов.

 

Публикации

1. Беляев Д.В., Чижов Д.Л., Русинов Г.Л., Чарушин В.Н. Synthesis of 2-Substituted 6-(Polyfluoromethyl)pyrimidine-4-carbaldehyde Acetals Russian Journal of Organic Chemistry, Volume 55, Issue 6, pp 879–882 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1134/S1070428019060204

2. Ячевский Д.С., Чижов Д.Л., Русинов Г.Л., Чарушин В.Н. Reaction of 1,5-Bis(polyfluoroalkyl)-1,3,5-triketones with Amidines Russian Journal of Organic Chemistry, Volume 55, Issue 6, pp 894–896 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1134/S1070428019060241

3. Распутин Н.А., Демина Н.С., Герасенко А.В., Русинов Г.Л., Чарушин В.Н. Получение 5,7-диэтинил-[1,2,4]триазоло[1,5-a]пиримидинов по методологии SNH XXI Менделеевский съезд по общей и прикладной химии, тезисы докладов, Т. 1, с. 282 (год публикации - 2019)

4. Вербицкий Егор Владимирович, Квашнин Юрий Анатольевич, Баранова Анна Александровна, Хохлов Константин Олегович, Русинов Геннадий Леонидович, Чупахин Олег Николаевич, Чарушин Валерий Николаевич Применение монозамещенных пиразинов, содержащих трифениламиновый заместитель, в качестве мономолекулярных сенсоров для обнаружения нитроароматических соединений -, - (год публикации - )


Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Получен ряд 3-(гетеро)арилзамещенных бензо[b]тиено[2,3-d]тиофенов, содержащих различные электроноакцепторные группы при атоме С-2, исходя из 3-хлор-2-(гетеро)ароилбензо[b]тиофенов с использованием синтеза тиофенов по Фиссельману. Кроме того, аналогичным образом были получены производные бен-зо[4,5]селенофено[3,2-b]тиофена с использованием соединений на основе 3-бромбензо[b]селенофена в качестве ключевых прекурсоров. Полученные функциональные производные как бензо[b]тиено[2,3-d]тиофена, так и бензо[4,5]селенофено[3,2-b]тиофена представляют интерес для дальнейшей разработки органических полупроводниковых материалов. Осуществлён дизайн, синтез и поведено сравнение двух серий новых пуш-пульных систем D–A и D–π–A на базе пиразина и хиноксалина в качестве акцепторного заместите-ля, несущих различные электронодонорные трифениламиновые и карбазольные фрагмен-ты. Обнаружено существенное различие электрохимических и фотофизических свойств в зависимости от молекулярной структуры. Соединения обладают сильными сольватохром-ными свойствами. Системы, содержащие хиноксалин, демонстрируют замедленную флуоресценцию в пленках, полученных методом термовакуумного напыления. Несмотря на низкий квантовый выход флуоресценции в твердом состоянии (менее 10%), на основе полученных пуш-пульных систем собраны органические светодиоды с достаточно высокой эффективностью до 4.2 кд/А. Разработаны удобные способы синтеза полисопряженных систем, содержащих триа-золо[1,5-а]пиримидиновый фрагмент. Исследованы оптические свойства ряда триазо-ло[1,5-а]пиримидинов, содержащих этинильные фрагменты, выявлены соединения с вы-сокими квантовыми выходами (более 80%), которые могут рассматриваться как перспек-тивные УФ-красители. Синтезирован новый фторсодержащий бис(1,3-дикетон) и пиримидиновые произ-водные на его основе, включающие π-сопряженный фрагмент индоло[3,2-b]карбазола, и представляющие интерес как новые пуш-пульные гетероциклические ансамбли, в том числе про-лиганды для синтеза координационных соединений.

 

Публикации

1. Вербицкий Е.В., Династия Е.М., Ельцов О.С., Жилина Е.Ф., Щепочкин А.В., Русинов Г.Л., Чупахин О.Н., Чарушин В.Н. Assembly of annulated 1,3-diazapyrenes by consecutive cross-coupling and cyclodehydrogenation of (het)arene moieties Mendeleev Communications, Vol. 30, P. 142–144 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1016/j.mencom.2020.03.003

2. Вербицкий Е.В., Квашнин Ю.А., Баранова А.А., Хохлов К.О., Чувашов Р.Д., Щапов И.Е., Яковлева Ю.А., Жилина Е.Ф., Щепочкин А.В., Макарова Н.И., Ветрова Е.В., Метелица А.В., Русинов Г.Л., Чупахин О.Н., Чарушин В.Н. Synthesis and characterization of linear 1,4-diazine-triphenylamine–based selective chemosensors for recognition of nitroaromatic compounds and aliphatic amines. Dyes and Pigments, Volume 178, P. 108344 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2020.108344

3. Газизов Д.А., Горбунов Е.В., Русинов Г.Л., Уломский Е.Н., Чарушин В.Н. A New Family of Fused Azolo[1,5‑a]pteridines and Azolo[5,1‑b]purines ACS Omega, 5 (29), 18226-18233 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1021/acsomega.0c01849

4. Иргашев Р.А., Демина Н.С., Русинов Г.Л. Construction of 2,3-disubstituted benzo[b]thieno[2,3-d]thiophenes and benzo[4,5]selenopheno[3,2-b]thiophenes using the Fiesselmann thiophene synthesis Organic & Biomolecular Chemistry, 18, 3164–3168 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1039/D0OB00300J

5. Распутин Н.А., Демина Н.С., Иргашев Р.А., Щепочкин А.В., Русинов Г.Л., Чупахин О.Н., Чарушин В.Н. Synthesis, photophysical and redox properties of the 2,5,7-tri(het)aryl-[1,2,4]triazolo[1,5-a]pyrimidines Arkivoc, part vi, 330-343 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.24820/ark.5550190.p011.247

6. Вербицкий Егор Владимирович, Квашнин Юрий Анатольевич, Баранова Анна Александровна, Хохлов Константин Олегович, Русинов Геннадий Леонидович, Чупахин Олег Николаевич, Чарушин Валерий Николаевич Применение монозамещенных пиразинов, содержащих трифениламиновый заместитель, в качестве мономолекулярных сенсоров для обнаружения нитроароматических соединений -, РФ 2723243 C1 (год публикации - )


Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Разработаны новые синтетические подходы к гетероциклическим поликонденсированным системам, представляющим интерес как органические компоненты для молекулярной электроники. Исходя из доступных бензо[b]тиено[2,3-d]тиофен-3(2H)-онов в три стадии были получены 12H-бензо[4'',5'']тиено[2'',3'':4',5']тиено[2',3':4,5]тиено[3,2-b]индолы. С этой целью исходные кетоны сначала обрабатывали реагентом Вильсмейера, а затем гидрохлоридом гидроксиламина, получая 3-хлорбензо[b]тиено[2,3-d]тиофен-2-карбонитрилы, которые далее реагировали с метилтиогликолятом в присутствии ДБУ, образуя метил 3- аминобензо[4',5']тиено[2',3':4,5]тиено[3,2-b]тиофен-2-карбоксилаты. Наконец, желаемые N,S-гетерогексацены были получены путем превращения указанных 3-аминотиофен-2-карбоксилатов в производные 3-аминотиофена и последующей кислотно-промотируемой реакции этих интермедиатов с арилгидразинами в соответствии с реакцией индолизации по Фишеру. Описан синтез и фотофизические свойства новых эмиттеров типа D–π–A–π–D на основе 4,6-бис(гет)арилпиримидина, содержащих карбазол и трифениламин в качестве электронодонорных групп и тиофены в качестве π-линкера, для нелегированных органических светодиодов. Пуш-пульные системы демонстрируют высокоинтенсивную флуоресценцию в растворах, но более низкий квантовый выход флуоресценции в пленках, полученных методом термовакуумного напыления. Однако OLED-устройства, изготовленные с использованием этих соединений, демонстрируют достаточно высокий выход по току и яркость, что, по-видимому, связано с наличием отложенной флуоресценции. Кроме того, растворы этих соединений в хлороформе ультрафиолетовым излучением очень быстро превращаются в фотопродукт, генерирующий лазерное излучение при накачке 532 нм. Получена серия новых конденсированных пуш-пульных систем фуразанопиразинового и [1,2,5]тиадиазоло[3,4-b]пиразинового ряда, а также новые полисопряженные производные [1,2,4]триазоло[1,5-a]птеридина и фторсодержащие производные пиримидина с электронодонорными фрагментами в структуре. Для широкого ряда синтезированных соединений изучены оптические и электрохимические свойства. Проведена оценка комплексообразования индоло[3,2-b]карбазола, содержащего 2-пиридил-6-трифторметилпиримидиновые фрагменты, с ионами Zn2+ и Eu3+.

 

Публикации

1. Вербицкий Е.В., Квашнин Ю.А., Богданов П.И., Медведева М.В., Свалова Т.С., Козицына А.Н., Самсонова Л.Г., Дегтяренко К.М., Григорьев Д.В., Курцевич А.Е., Гадиров Р.М., Русинов Г.Л., Чупахин О.Н., Чарушин В.Н. The effect of molecular structure on the efficiency of 1,4-diazine–based D–(π)–A push-pull systems for non-doped OLED applications Dyes and Pigments, Vol. 187, P. 109124 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2020.109124

2. Демина Н.С., Баянкина П.Э., Иргашев Р.А., Казин Н.А., Русинов Г.Л. An Effective Route to Dithieno[3,2-b:2′,3′-d]thiophene-Based Hexaheteroacenes Synlett, т. 32, в. 10, 1009 - 1013 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1055/a-1398-7237

3. Династия Е.М., Вербицкий Е.В., Гадиров Р.М., Самсонова Л.Г., Дегтяренко К.М., Григорьев Д.В., Курцевич А.Е., Солодова Т.А., Тельминов Е.Н., Русинов Г.Л., Чупахин О.Н., Чарушин В.Н. Investigation of 4,6-di(hetero)aryl-substituted pyrimidines as emitters for non-doped OLED and laser dyes Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, Vol. 408, P. 113089 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2020.113089

4. Распутин Н.А., Демина Н.С., Жилина Е.Ф., Аверков М.А., Русинов Г.Л., Чупахин О.Н., Чарушин В.Н. Ethynylation of [1,2,4]Triazolo[1,5-a]pyrimidines Using Substituted Ethynylmagnesium Bromides ChemistrySelect, т. 6, вып. 21, 5167–5172 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1002/slct.202101076


Возможность практического использования результатов
Среди синтезированных полисопряженных гетероциклических систем имеются образцы, имеющие перспективу применения в качестве излучателей в органических светодиодах, а также соединения, представляющие интерес для дальнейшего исследования в качестве полупроводниковых материалов для электронных устройств.