Proje Özeti

Günümüzde boyar maddeler organik kimyacılar için en çok ilgi çeken çalışma alanlarından biri olmuştur. Özellikle fonksiyonel organik boyar maddelerin sentezleri ve doğrusal olmayan optik (NLO), boya duyarlı güneş pili (dye sensitized solar cell-DSSC), organik ışık yayan diyot (organic light emitting diode-OLED), kemosensör gibi uygulama alanları üzerine ilgi yoğunluktadır [1-45]. Bu boyar madde sınıfı içerisinde azo boyar maddeleri sentezlerinde ucuz başlangıç bileşenlerinin kullanılması ve amaca yönelik kolay türevlendirmesi ile diğer boyar madde sınıflarına göre uzun yıllar çalışılmış ve halen günümüzde de ilgi çekmeye devam etmektedir [46-60]. Azo boyar maddeler fotokromik özellikleri nedeniyle çeşitli polimerlerde, yüzey modifiyeli materyallerde, protein problarında, moleküler makinelerde, holografik kayıt cihazlarında ve metal iyon bağlayıcılarında ışıkla etkilenen bir anahtar olarak kullanılmaktadır. Ayrıca azo boyar maddeler çeşitli pH ve metal iyonu göstergeleri, endüstriyel boyalar ve NLO cihazlar için kromofor olarak kullanılmaktadır. Son yıllarda, donör-akseptör grupları içeren heteroaromatik yapılar (tiyofen, tiyazol, benzotiyazol vb.) diazo ve kenetlenme bileşeni olarak kullanıldığı birçok boyar madde potansiyel NLO malzemesi olarak sunulmaktadır [61-66]. NLO özelliği gösteren bu sistemler yüksek hızda verilerin işlenmesi, iletimini ve saklanmasını sağladığından NLO kromoforları organik elektro-optik maddelerin elde edilmesi için en önemli yapıtaşlarıdır [67-71]. Kuvvetli donör-akseptör sistemleri belirgin bir molekül içi yük transferi (intramolecular charge transfer-ICT) geçişine sahiptir. Bu geçiş ana iskelete bağlanan donör-akseptör grupların kuvveti ile doğrudan ilişkilidir. Böylece, molekülde yüksek değerde polarize olabilme özelliği artmış ve doğrusallığı bozulduğundan elektron ve enerji transfer işlemlerinde kullanışlı hale gelmiştir. Donör-akseptör grupları molekülün HOMO ve LUMO orbitalleri arasındaki boşluğu azaltarak molekülün fotofiziksel ve elektrokimyasal özelliklerinin geliştirmesine katkıda bulunmaktadır. Ayrıca, molekülde asimetrik sistem üzerindeki ICT’den NLO yanıtı elde edilmektedir. Bu nedenle, ilgili alandaki moleküller tasarlanırken D-π-A yapısındaki ICT geçişlerini artıracak yönde etkili yol izlenmektedir. Böylece tasarlanan moleküllerdeki π-konjugasyonu arttığından NLO cevabı çok daha hızlı ve verimli alınır [72-82]. NLO kromoforları tasarlanırken genellikle dialkil/arilamino grupları donör (D), azo, dimetin, monometin ve heteroatom (S ve N) içeren aromatik halkalar π-köprüsü ve siyano, disiyanometilen, nitro grupları ise akseptör (A) olarak kullanılmaktadır. Bu kapsamda sunulan projenin temel amacı kuvvetli donör/akseptör gruplarına sahip azo/monometin/dimetin ve tiyazol köprülerini içeren yeni bir seri çok fonksiyonlu azo boyar maddelerinin sentezlenmesi ve NLO/fotofiziksel özelliklerinin deneysel ve teorik hesaplamalarla açıklanmasıdır. Projedeki amaç ve hedeflere ulaşmak için sentezi tasarlanan moleküllerin elektronik ve NLO özellikleri (dipol moment (μ), moleküler polarizabilite (α), anizotropik polarizabilite (∆α) ve hiperpolarizabilite (β)) DFT/TD-DFT metotları kullanılarak elde edilecektir. Hesaplamalar, Gaussian 09 paket programı ile gerçekleştirilecektir. Ayrıca, bileşiklerin ısısal kararlılıkları için termal gravimetrik analizleri (TGA) yapılacaktır. Sonuç itibarıyla, proje kapsamında deneysel ve teorik iki grubun farklı uzmanlık alanları birleştirilerek farklı özelliklere sahip yeni optik malzemelerin sentezlenmesi ve özelliklerinin araştırılması amaçlanmaktadır. Projenin 18 ayda tamamlanması planlanmaktadır. Ayrıca, proje kapsamında1 yüksek lisans öğrencisi yardımcı araştırmacı olarak görev alacaktır.

 Bu proje başarıyla gerçekleştirildiği takdirde azo/monometin/dimetin ve tiyazol gibi farklı köprüleri ve kromoforları içeren bir seri yeni NLO adayı azo boyar maddeler sentezlenecek ve yapıları FT-IR, ¹H/¹³C NMR ve HRMS yöntemleri ile karakterize edilecektir. Yeni potansiyel NLO adayı bileşiklerin EFISH değerlerinin literatürde tanımlanmış benzerlerine göre daha iyi çıkması sonucunda, yeni geliştirilecek olan organik elektro-optik (EO) malzemelerde yüksek hızda veri işlenmesi, optiksel frekans dönüştürme ve optik anahtarlamada kullanılabilecek sistemlerde verimlilik arttırılabilecektir.