L’impact de l’unité centrale sur les propriétés optoélectroniques d’imino-thiophènes électrochromes : s ynthèse et caractérisation

Abstract

De nouvelles molécules électrochromes à base de thiophène et comportant des liaisons azométhine ont été synthétisées et caractérisées afin d’étudier les relations entre leur structure et leurs propriétés. Le but premier de cette étude a été d’obtenir plus d’information pouvant guider le développement de nouvelles molécules électrochromes performantes à l’aide d’une meilleure compréhension de ce qui influence leurs caractéristiques. La synthèse a été réalisée en évitant l’emploi de conditions réactionnelles difficiles et les quantités d’éléments de transition ont été minimisées. Les nouvelles structures ont permis de vérifier l’effet de la variation de l’unité centrale sur les propriétés finales. Les modifications ont principalement porté sur la longueur effective de conjugaison par l’ajout d’unités de thiophène, ainsi que l’incorporation d’une liaison vinylique. L’effet de la présence de chaînes alkyles sur les positions C3 et C4 des thiophènes du coeur de chaque molécule a également été étudié. Les propriétés telles le potentiel d’oxydation, le nombre d’électrons échangés, la réversibilité des phénomènes d’oxydoréduction, l’absorbance, ainsi que l’électrochromisme chimique et électrochimique ont été étudiées, principalement par voltampérométrie cyclique et spectrométrie UV-visible en solution. De plus, des calculs théoriques ont été effectués afin d’appuyer les résultats obtenus expérimentalement. La modification du coeur de la molécule par ajout de thiophènes voisins n’a pas entraîné de grand déplacement bathochrome du λAbs, et dans le cas des thiophènes dialkylés, un déplacement hypsochrome d’au moins 66 nm a eu lieu causé par la torsion du squelette. L’étude des structures à l’état solide a même révélé l’obtention d’un nouveau composé possédant des propriétés vapochromiques prononcées. Les nouveaux composés électrochromes possèdent des valeurs de λAbs allant de 431 à 513 nm, et des potentiels d’oxydation de 0,8 à 1,2 V.

New thiophene-based electrochromic molecules containing azomethine linkages were synthesized and characterized in order to study their structure-property relationships. The first and foremost goal was to gain information allowing for the improved design of new, efficient electrochromic molecules thanks to a better understanding of what influences their characteristics. Synthesis was carried out while avoiding the use of stringent reaction conditions and minimizing the amounts of transition elements consumed. The new structures allowed the examination of the effects of varying the central unit on the molecules’ final properties. The modifications focused on increasing the effective conjugation length by the addition of thiophene moieties, as well as the insertion of vinylene linkages. These changes also included the effects caused by the presence of alkyl chains in positions C3 and C4 of the thiophenes in the heart of each molecule. Properties such as oxidation potential, number of electrons exchanged, reversibility of redox phenomena, absorbance, as well as chemical and electrochemical electrochromism were studied, primarily by cyclic voltammetry and UVvisible spectroscopy in solution. Furthermore, theoretical calculations were performed to support the experimental results. The addition of directly adjoining thiophenes to the heart of the molecule.did not cause a large bathochromic λAbs shift, and the use of dialkylated thiophenes caused a hypsochromic shift of at least 66 nm due to twisting of the backbone. The solid-state studies even revealed the acquisition of a new compound with pronounced vapochromic properties. The new electrochromic compounds have λAbs values ranging from 431 to 513 nm, and oxidation potentials of 0.8 to 1.2 V.