Funktionalisierte Thiophenoligomere zur elektrochemischen Synthese intrinsisch leitfähiger Polymere und deren Integration in Sensor-Arrays

Elektrisch leitfähige, organische Polymere werden seit ihrer Entdeckung 1977 stetig weiterentwickelt und immer besser verstanden. Besonderes Augenmerk obliegt dabei den Polythiophenen, deren Monomere synthetisch leicht zugänglich und vielfältig modifizierbar sind sowie durch Elektropolymerisation ortsselektiv abgeschieden werden können. Im Rahmen dieser Arbeit werden unter anderem neue Methoden zur Funktionalisierung des Thiophenrings in 2-Position mit Iod, Formyl-, Vinyl- und Ethinylgruppen etabliert. Die Synthese bedient sich eines vereinfachten Zugangs zu 4-Hexoxy-2-iod-thiophen und 2-Formyl-4-hexoxythiophen durch Abfangreaktionen kinetisch lithiierten 4-Hexoxy-2-lithio-thiophens. Anschließend ermöglichen Pd-katalysierte Kupplungen (Sonogashira, Heck), Wittig- und Metathese-Reaktionen Zugang zu 2,2´-geknüpften Bithiophenen mit Vinylen- und Ethinylenbrücke. Weiterhin liegt der Fokus auf funktionalisierten Terthiophensystemen, im Besonderen auf Thiophen-Metalloporphyrin-Hybriden mit Co, Ni, Cu oder Zn-Kern. Dabei werden zwei Ansätze der Porphyrinanknüpfung verfolgt, linear und lateral. Die Syntheseschritte sind in der Art optimiert, dass Reaktionen nicht nur sehr selektiv und in hohen Ausbeuten erfolgen, sondern auch so, dass Zwischenprodukte zukünftig einen schnelleren Zugang zu einer Vielzahl neuer Monomere erlauben. Des Weiteren wird durch Cyclovoltammetrie, Absorptionsspektroskopie und DFT-Berechnungen ein vertieftes Verständnis über die elektronischen Eigenschaften der untersuchten Systeme gewonnen. Es wird klar, dass Thiophen-Porphyrin-Hybride einer besonderen Abstimmung bezüglich der individuellen Redoxzentren bedürfen, um optimale Ergebnisse für die nachfolgende Elektropolymerisation zu erzielen. Die auf einer Interdigitalelektrode elektrochemisch abgeschiedenen Polymere sind danach in der Lage, als gassensitives Material in Sensoren Anwendung zu finden. Es wird gezeigt, wie man durch sukzessive Polymerisationsschritte einen Sensor-Array aufbauen kann, der gegenüber Lösemitteldämpfen mit einer Widerstandsänderung reagiert. Indem man eine PEDOT:PSS / Polyimid Interdigitalelektrode verwendet ist es möglich, einen Sensor komplett aus organischen Komponenten zu erstellen.