El pentaceno es un hidrocarburo aromático policíclico que consta de cinco anillos de benceno condensados linealmente . Este compuesto altamente conjugado es un semiconductor orgánico . El compuesto genera excitones al absorber luz ultravioleta ( UV ) o visible ; esto lo hace muy sensible a la oxidación. Por esta razón, este compuesto, que es un polvo de color púrpura, se degrada lentamente al exponerse al aire y la luz.
Nombres | |
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Nombre IUPAC preferido Pentaceno | |
Otros nombres 2,3: 6,7-Dibenzantraceno Benzo [b] naftaceno Dibenz [b, i] antraceno NSC 90784 lin-Dibenzantraceno lin-Naftoantraceno | |
Identificadores | |
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Modelo 3D ( JSmol ) | |
1912418 | |
CHEBI | |
ChemSpider | |
Tarjeta de información ECHA | 100.004.722 |
Número CE |
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733903 | |
PubChem CID | |
UNII | |
Tablero CompTox ( EPA ) | |
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Propiedades | |
C 22 H 14 | |
Masa molar | 278,354 g · mol −1 |
Apariencia | Polvo azul oscuro |
Densidad | 1,3 g cm −3 |
Punto de fusion | > 300 ° C (572 ° F; 573 K) sublima a 372 ° C |
Punto de ebullición | 40–43 ° C (104–109 ° F; 313–316 K) a 0.15 torr |
-205,4 × 10 −6 cm 3 mol −1 | |
Estructura | |
Triclínico | |
P-1 | |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
verificar ( ¿qué es ?) | |
Referencias de Infobox | |
Estructuralmente, el pentaceno es uno de los acenos lineales , el anterior es el tetraceno (cuatro anillos de benceno fusionados) y el siguiente es el hexaceno (seis anillos de benceno fusionados). En agosto de 2009, un grupo de investigadores de IBM publicó resultados experimentales de imágenes de una sola molécula de pentaceno utilizando un microscopio de fuerza atómica . [1] [2] En julio de 2011, utilizaron una modificación de la microscopía de túnel de barrido para determinar experimentalmente las formas de los orbitales moleculares más ocupados y más bajos desocupados . [3] [4]
En 2012, se demostró que el p -terfenilo dopado con pentaceno es eficaz como medio amplificador para un máser a temperatura ambiente . [5]
Síntesis
El pentaceno fue sintetizado por primera vez en 1912 por los químicos británicos William Hobson Mills y Mildred May Gostling . [7] [8] Un método clásico para la síntesis de pentaceno es la reacción de Elbs . [9] [10]
Los pentacenos también se pueden preparar mediante la extrusión de un pequeño componente volátil ( monóxido de carbono ) a partir de un precursor adecuado a 150 ° C. [11]
El precursor en sí se prepara en tres pasos a partir de dos moléculas de α, α, α ', α'-tetrabromo- o -xileno con un 7- terc -butoxibiciclo [2.2.1] hepta-2,5-dieno calentando primero con yoduro de sodio en dimetilformamida para someterse a una serie de reacciones de eliminación y Diels-Alder para formar el sistema de anillo, luego hidrolizando el grupo terc -butoxi a un alcohol y seguido de su oxidación a la cetona . [11]
Se informa que el producto tiene cierta solubilidad en cloroformo y, por lo tanto, es susceptible de recubrimiento por rotación . El pentaceno es soluble en bencenos clorados en caliente, como el 1,2,4-triclorobenceno , a partir del cual se puede recristalizar para formar plaquetas.
Derivados del pentaceno
Derivados monoméricos del pentaceno
Los pentacenos sustituidos en 6,13 son accesibles a través de la pentacenoquinona por reacción con un nucleófilo de arilo o alquinilo (por ejemplo, reactivos de Grignard o de organolitio) seguido de aromatización reductora. [12] [13] [14] Otro método se basa en la homologización de diinos por metales de transición (a través de zirconaciclopentadienos) [15] [16] [17] [18] [19] La funcionalización del pentaceno ha permitido el control del sólido- estado de empaquetado de este cromóforo. [20] [21] La elección de los sustituyentes (tanto el tamaño como la ubicación de la sustitución en el pentaceno) influye en el empaquetamiento de estado sólido y se puede utilizar para controlar si el compuesto adopta un apilamiento pi cofacial unidimensional o bidimensional en el estado sólido, a diferencia del empaquetamiento en espiga observado para el pentaceno.
Aunque la estructura del pentaceno se parece a la de otros compuestos aromáticos como el antraceno , sus propiedades aromáticas están poco definidas; como tal, el pentaceno y sus derivados son objeto de mucha investigación.
Existe un equilibrio químico tautomérico entre 6-metilen-6,13-dihidropentaceno y 6-metilpentaceno.
Este equilibrio está totalmente a favor del compuesto de metileno. Solo calentando una solución del compuesto a 200 ° C se desarrolla una pequeña cantidad de pentaceno, como lo demuestra la aparición de un color rojo violeta. Según un estudio [22], el mecanismo de reacción para este equilibrio no se basa en un desplazamiento de hidruro 1,5 intramolecular , sino en una migración de hidrógeno de radicales libres bimolecular . Por el contrario, los isotoluenos con el mismo motivo químico central aromatizan fácilmente.
El pentaceno reacciona con azufre elemental en 1,2,4-triclorobenceno para formar el compuesto hexatiapentaceno . [23] La cristalografía de rayos X muestra que todas las longitudes de los enlaces carbono-azufre son aproximadamente iguales (170 pm ); de esto se deduce que las estructuras de resonancia B y C con separación de carga completa son más significativas que la estructura A.
En la fase cristalina, las moléculas muestran interacciones de apilamiento aromático , por lo que la distancia entre algunos átomos de azufre en moléculas vecinas puede llegar a ser menor (337 pm) que la suma de dos radios de Van der Waals (180 pm).
Al igual que el tetratiafulvaleno relacionado , este compuesto se estudia en el campo de los semiconductores orgánicos .
Los acenos pueden aparecer como moléculas planas y rígidas, pero de hecho pueden estar muy distorsionadas. El pentaceno que se muestra a continuación: [24]
tiene una torsión de extremo a extremo de 144 ° y está estabilizado estéricamente por los seis grupos fenilo . El compuesto se puede descomponer en sus dos enantiómeros con una rotación óptica inusualmente alta de 7400 °, aunque la racemización tiene lugar con una vida media química de 9 horas.
Oligómeros y polímeros de pentaceno
Los oligómeros y polímeros basados en pentaceno se han explorado tanto de forma sintética como en la configuración de aplicaciones de dispositivos. [25] [26] Se han construido diodos emisores de luz poliméricos ( PLED ) utilizando copolímeros conjugados ( 1a-b ) que contienen fluoreno y pentaceno. [27] Algunos otros polímeros pentaceno conjugados ( 2a-b y 3 ) se han realizado sobre la base de Sonogashira y Suzuki reacciones de acoplamiento de un monómero dibromopentacene. [28] [29] Se han sintetizado polímeros a base de pentaceno no conjugado mediante la esterificación de un monómero de pentaceno diol con cloruros de bis-ácido para formar los polímeros 4a-b . [30] [31]
Se han empleado varias estrategias sintéticas para formar oligómeros conjugados de pentaceno 5a-c, incluido un procedimiento de formación de cuatro enlaces que proporcionó un dímero de pentaceno conjugado procesable en solución ( 5c ) que exhibió una ganancia fotoconductora> 10, [32] colocando su rendimiento dentro del mismo orden de magnitud que las películas evaporadas térmicamente de pentaceno no funcionalizado que exhibieron una ganancia fotoconductora> 16 usando técnicas de medición análogas. [33] Se ha informado de un método sintético modular para di-, tri- y tetrámeros de pentaceno conjugado ( 6–8 ) que se basa en reacciones de homo- y acoplamiento cruzado de intermedios de deshidropentaceno robustos. [34] Se han sintetizado oligómeros no conjugados 9-10 basados en pentaceno, [30] [31] incluidos dendrímeros 9-10 con hasta 9 restos de pentaceno por molécula con absortividad molar para la absorción más intensa> 2,000,000 M −1 • cm −1 . Se demostró que los dendrímeros 11-12 tienen un rendimiento mejorado en los dispositivos en comparación con los polímeros análogos basados en pentaceno 4a-b en el contexto de los fotodetectores. [35]
Investigación de materiales
Los pentacenos se han examinado como posibles colorantes dicroicos . La pentacenoquinona que se muestra a continuación es fluorescente y cuando se mezcla con la mezcla de cristal líquido E7 se alcanza una proporción dicroica de 8. [36] [37] Los acenos más largos se alinean mejor en la fase nemática de cristal líquido .
Combinado con buckminsterfullereno , el pentaceno se utiliza en el desarrollo de prototipos fotovoltaicos orgánicos. [38] [39] Las células fotovoltaicas orgánicas son más baratas y más flexibles que las células inorgánicas tradicionales, lo que podría abrir puertas a las células solares en nuevos mercados. [40]
El pentaceno es una opción popular para la investigación de transistores orgánicos de película delgada y OFET , ya que es una de las moléculas orgánicas conjugadas más investigadas con un alto potencial de aplicación debido a una movilidad de huecos en OFET de hasta 5,5 cm 2 / (V · s). , que supera al del silicio amorfo. [41] [42] [43]
El pentaceno, así como otros conductores orgánicos, está sujeto a una rápida oxidación en el aire, lo que impide su comercialización. Si el pentaceno está preoxidado, la pentaceno-quinona es un aislante de puerta potencial, entonces la movilidad puede acercarse a la del rubreno , el semiconductor orgánico de mayor movilidad, es decir, 40 cm 2 / (V · s). Esta técnica de oxidación del pentaceno es similar a la oxidación del silicio utilizada en la electrónica del silicio. [42]
Ver también
- Perfluoropentaceno
Referencias
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Desde su síntesis en 1912 hasta la categorización de al menos cuatro polimorfos diferentes en 2003, el pentaceno se ha convertido en un semiconductor orgánico de referencia debido a su excelente rendimiento de transistor de película delgada.
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enlaces externos
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- El transistor orgánico mejora con la edad , New Scientist, 2 de diciembre de 2007
- Imágenes del Pentaceno , imágenes de IBM Pentaceno, la primera molécula en la que se obtuvieron imágenes en detalle 29 de agosto de 2009