Cel projektu: Projekt ma dwa cele związane z częścią syntetyczną i częścią pomiarową. Celem części syntetycznej jest opracowanie nowej reakcji fosfo-Friedela-Craftsa-Bradshera w celu syntezy P-(hetero)acenów 1 o nieznanej dotychczas charakterystyce strukturalnej. Dlaczego jest to ważne? Ponieważ dzięki tym modyfikacjom struktury możemy wpływać na właściwości otrzymywanych P-(hetero)acenów. Dlatego celem części pomiarowej jest pokazanie wybranych właściwości 1, jako dowodów uzasadniających celowość projektu. Chcemy pokazać, że właściwości te, ze względu na obecność atomu fosforu w cząsteczce, są lepsze niż w innych analogach.
Opis badań: Synteza związków 1 będzie polegała na cyklizacji substratów 2 w warunkach kwasowych. Synteza będzie wspomagana przez ultradźwięki w celu jej przyspieszenia. W tego typu reakcjach, zachodzących przez wspólny mechanizm elektrofilowego podstawiania aromatycznego, można osiągnąć przyspieszenie przekraczające 7500 razy. Właściwości te decydują o możliwości zastosowania potencjalnego materiału w warunkach otoczenia. Głównym zagrożeniem dla nienasyconych cząsteczek jest ciepło, tlen i światło UV. Stąd też ta część badań dotyczy pomiarów stabilizacji fotochemicznej i termicznej oraz niektórych podstawowych właściwości fotofizycznych związanych z nieodłączną cechą P-(hetero)acenów 1 jako fluoroforów (absorpcja i emisja, wydajność kwantowa, czas życia fluorescencji, przerwa optyczna). Stabilność fotochemiczna obejmuje fotostabilność i stabilność na fotoutlenianie przy 254 nm i 365 nm w warunkach tlenowych i beztlenowych.
Powody, dla których podjęta została tematyka badawcza: Zdumiewające efekty wysokiej stabilności termicznej i super fotostabilności oraz stabilności na fotoutlenianie w atmosferze obojętnej i tlenowej przy 254 i 365 nm tio-analogów 1, skłoniły nas do zbadania acenów podstawionych przez atom fosforu na różnym stopniu utlenienia. Dlaczego fosfor?
Trudno byłoby znaleźć inny heteroatom w układzie okresowym, sąsiada siarki, który przyniósłby tyle różnych korzyści w tym samym czasie, co atom fosforu. Wymieńmy je: 1) zróżnicowana liczba koordynacyjna w związkach PIII-V, 2) zdolność do zmiany stopnia koordynacji z niższej na wyższą i odwrotnie, poprzez konwersję związków PIII na IVP=X, IVIP+ i VP-F oraz redukcji tych ostatnich z powrotem do związków PIII, 3) zdolność do tworzenia związków neutralnych (PIII, IVP=X, VP) i jonowych (IVP+), 4) zdolność kwasów fosfonowych IIIP i IVP do tworzenia kompleksów i soli z lantanowcami, które są niezbędne do zastosowań w diodach OLED i organicznych laserach, 5) możliwość wprowadzenia do (hetero)-aromatycznych cząsteczek zarówno elektrono-akceptora AAr, jak i elektrono-donora DAr, które działają razem z grupami zawierającymi fosfor o stopniowo rosnącym charakterze akceptorowym: IIIP(DP)>IVP=X (AP) (X = O, S)>VPR3F2 (AP)>IVP+ (AP) i wpływają w ten sposób na właściwości.
Najważniejsze spodziewane efekty: Wyniki projektu będą miały znaczący wpływ na rozwój syntetycznych metod i metodologii w dziedzinie chemii organicznej, heteroatomowej, sonochemii i chemii materiałowej, dając dostęp do nowej reakcji w rodzinie reakcji hetero-F-C-B oraz do nowych klas P-podstawionychh (hetero)acenów 1. Pozytywna weryfikacja hipotez projektu może przynieść: a) potencjalne materiały organiczne o wysokiej stabilności termicznej, super fotostabilności i stabilności na fotoutlenianie, b) potencjalne materiały optyczne o wysokiej wydajności kwantowej i innych korzystnych właściwościach fotofizycznych, c) silny wpływ na sonochemię poprzez wykazanie, że reakcje homogeniczne i jonowe (SEAr), których wg teorii nie można było przyspieszyć za pomocą ultradźwięków, w rzeczywistości mogą być znacząco przyspieszone z powodu tworzenia się nagich karbokationów w wyniku działania fali uderzeniowej.
