Homotruxenos substituídos: síntese, caracterização e estudo das propriedades mesomórficas e luminescentes

Abstract

Materiais orgânicos e organometálicos no estado sólido são amplamente usados em dispositivos optoeletrônicos, como OLEDs, células solares e OFETs. No entanto, enfrentam desafios relacionados à eficiência, estabilidade e à dependência de metais pesados, o que eleva os custos e gera impactos ambientais. Compostos aromáticos policíclicos (PACs), com fluorescência atrasada, como a termicamente ativada (TADF) e a aniquilação de tripletos (TTA), surgem como alternativas promissoras. Além de serem livres de metais, os PACs oferecem maior versatilidade na modulação, síntese e funcionalização, com menor toxicidade. Embora a TTA tenha sido explorada em sistemas sólidos para aplicações optoeletrônicas, sua eficiência depende da difusão molecular, sendo mais eficaz em soluções. No entanto, o uso de soluções em dispositivos optoeletrônicos apresenta desafios, como inflamabilidade e vazamentos, exigindo tecnologias avançadas de selagem ou microencapsulamento. Este trabalho tem como objetivo sintetizar e caracterizar compostos derivados de homotruxeno, um PAC que exibe TTA na forma sólida e, por meio das modificações estruturais, diminuir as temperaturas de transição afim de estabilizar o estado líquido ou cristal líquido sem que haja extinção das propriedades emissivas. Para isso, uma série de seis derivados do homotruxeno foi sintetizada, purificada e caracterizada e suas propriedades térmicas e mesomórficas foram investigadas por DSC, XRD, MOLP e as propriedades emissivas por espectroscopia de absorção no UV-Vis e fluorimetria no estado estacionário e resolvidas no tempo. Com isso foi possível obter um PAC orgânico puro e líquido a temperatura ambiente que se mantém líquido e estável em uma ampla faixa de temperatura (-40 ? 60 °C) que apresenta TTA e fosforescência a temperatura ambiente (do inglês, Room temperature phosphorescence), sendo o primeiro exemplo de um composto orgânico líquido puro com TTA e RTP publicado na literatura. Além disso, dois compostos se apresentaram como cristais líquidos com características colunares que apresentaram perfil de emissão semelhantes ao líquido descrito anteriormente, com TTA e RTP tanto no estado líquido cristalino, quanto em solução. Por fim, os outros três compostos apresentaram propriedades líquido cristalinas de mesofases não identificáveis, com propriedades emissivas semelhantes 29 aos demais.

Abstract: Organic and organometallic materials in the solid state are widely used in optoelectronic devices such as OLEDs, solar cells, and OFETs. However, they face challenges related to efficiency, stability, and dependence on heavy metals, which increase costs and generate environmental impacts. Polycyclic aromatic compounds (PACs), with delayed fluorescence, such as thermally activated delayed fluorescence (TADF) and triplet-triplet annihilation (TTA), emerge as promising alternatives. In addition to being metal-free, PACs offer greater versatility in modulation, synthesis, and functionalization, with lower toxicity. Although TTA has been explored in solid-state systems for optoelectronic applications, its efficiency depends on molecular diffusion and is more effective in solutions. However, using solutions in optoelectronic devices presents challenges such as flammability and leakage, requiring advanced sealing or microencapsulation technologies. This work aims to synthesize and characterize homotruxene-derived compounds, a PAC that exhibits TTA in the solid state, and through structural modifications, lower transition temperatures to stabilize the liquid or liquid crystal state without extinguishing emissive properties. To achieve this, a series of six homotruxene derivatives were synthesized, purified, and characterized, and their thermal and mesomorphic properties were investigated by DSC, XRD, MOLP, and their emissive properties by UV-Vis absorption spectroscopy and steady-state and time-resolved fluorimetry. This allowed for the development of a pure organic PAC that remains liquid and stable at room temperature within a wide temperature range (-40 ? 60 °C) and exhibits TTA and room temperature phosphorescence (RTP), being the first example of a pure liquid organic compound with TTA and RTP reported in the literature. Additionally, two compounds exhibited columnar liquid crystal characteristics and emission profiles similar to the liquid described earlier, with TTA and RTP both in the liquid crystalline state and in solution. Finally, the other three compounds exhibited liquid crystalline properties with unidentified mesophases, with emissive properties similar to the others.