Macrocycles possessing radially oriented π-orbitals have experienced a fantastic development. However, their incorporation in organic electronic devices remains very scarce. In this work, we aim at bridging the gap between organic electronics and nanorings by reporting the first detailed structure–properties–device performance relationship study of organic functional materials based on a nanoring system. Three [4]cyclo-N-alkyl-2,7-carbazoles bearing different alkyl chains on their nitrogen atoms have been synthesized and characterized by combined experimental and theoretical approaches. This study includes electrochemical, photophysical, thermal, and structural solid-state measurements and charge transport properties investigations. An optimized protocol of the Pt approach has been developed to synthesize the [4]cyclocarbazoles in high yield (52–64%), of great interest for further development of nanorings, especially in materials science. The charge transport properties of [4]cyclocarbazoles and model compound [8]cycloparaphenylene ([8]CPP) have been studied. Although no field effect (FE) mobility was recorded for the benchmark [8]CPP, FE mobility values of ca. 10–5 cm2·V–1·s–1 were recorded for the [4]cyclocarbazoles. The characteristics (threshold voltage VTH, subthreshold swing SS, trapping energy ΔE) recorded for the three [4]cyclocarbazoles appear to be modulated by the alkyl chain length borne by the nitrogen atoms. Remarkably, the space-charge-limited current mobilities measured for the [4]cyclocarbazoles are about 3 orders of magnitude higher than that of [8]CPP (1.37/2.78 × 10–4 cm2·V–1·s–1 for the [4]cyclocarbazoles vs 1.21 × 10–7 cm2·V–1·s–1 for [8]CPP), highlighting the strong effect of nitrogen bridges on the charge transport properties. The whole study opens the way to the use of nanorings in electronics, which is now the next step of their development.
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c03240#
ref.:
Alkyl Chain: Alquil é um radical orgânico monovalente da fórmula, formado pela remoção de um átomo de hidrogênio de um hidrocarboneto saturado. Ou seja, os radicais alquilas são aqueles que têm uma valência livre num carbono saturado. Na nomenclatura recebem a terminação em: "'il"' ou "ila"" EX: MetILA, MetIL, ButIL, etc. Wikipédia
nanorings: Traduzido do inglês-Uma nanorradiação é uma nanoestrutura cíclica com uma espessura pequena o suficiente para estar na nanoescala. Observe que essa definição permite que o diâmetro do anel seja maior que a nanoescala.
cyclocarbazoles: Carbazol é um composto orgânico aromático heterocíclico. Possui uma estrutura tricíclica, consistindo de dois anéis benzênicos de seis membros fundidos cada um de um lado de um anel de cinco membros contendo nitrogênio. Wikipédia
π-orbitals: Em química orgânica, ligações pi (ou ligações π) são ligações químicas covalentes, nas quais dois lóbulos de um orbital eletrônico interseccionam dois lóbulos de outros orbitais eletrônicos. Apenas um dos planos nodais daquele orbital passa pelos núcleos envolvidos na ligação. É a ligação característica de compostos com duplas ou triplas ligações como o propeno e o etino.
Deve-se notar que em uma ligação dupla apenas uma ligação é pi, a outra é sigma (σ). Ligações sigma são mais estáveis.
Outra observação a se fazer é que ao determinar a geometria de uma molécula, as ligações duplas e triplas contam como apenas uma nuvem eletrônica.