SYNTHESIS, SELF-ASSEMBLY AND OPTOELECTRONIC PROPERTIES OF HETEROAROMATIC CHROMOPHORES

Conjugated molecules constitute the elemental bricks of molecular materials that have given rise to considerable research efforts in basic and applied material science to develop new materials for information, communication and lighting technologies. The ambitions of the present work consisted to have a detailed understanding on the relationships between properties and the structure of π-conjugated molecules. To do this end, different classes of π-conjugated organic compounds were investigated delving into their synthetic processes and chimico-physical features. The first part of the present doctoral thesis describes the synthesis and unprecedented photophysical properties of novel linear π-conjugated organic molecules to design wavelength shifters for an important medical imaging technique, the Positron Emission Tomography. Specifically, to achieve the wavelength conversion two approaches were considered, the push-pull approach and the heteroatom effect. The second part of this work addressed instead a different category of π-conjugates, namely the extended π-conjugated porphyrin macrocycle. Porphyrins were here exploited to study their interactions with metallic surfaces and their ability to form patterned surface based on unique two-dimensional supramolecular assemblies. Specifically, the self-assembly processes were formed through non-covalent interactions between novel pyridyl-substituted porphyrins and investigated by means of the Scanning Tunneling Microscopy (STM) technique. The third and last part focused on the preparation and physical characterization of diverse porphyrin-derived Double-Walled Carbon Nanotubes (DWCNTs) conjugates with the aim of get insights on the structural and electronic properties of these materials. In particular, COOH-derived DWCNTs, produced by means of a three-step oxidative protocol, were covalently linked to a porphyrin molecule. The synthesized DWCNTs-conjugates were also implemented in multilayered-type devices, fabricated with the aim of investigating the interaction of the porphyrin-derived CNTs with polymeric poly(3-hexylthiophene)-pyrene containing small amounts of [60]PCBM.Le molecole coniugate costituiscono gli elementi fondamentali dei cosiddetti materiali molecolari avendo dato luogo a un notevole sforzo della ricerca scientifica di base e applicata per sviluppare nuovi materiali per l’informazione, per la comunicazione e per l’illuminazione. L’interesse dietro le molecole coniugate è aumentato anche grazie allo sviluppo di metodologie sintetiche avanzate, come le reazioni di cross-coupling catalizzate da metalli di transizione, e di nuove tecniche di analisi che permettono un’accurata caratterizzazione di ciascuna molecola. Le ambizioni di questo lavoro sono state quelle di fornire un’analisi dettagliata del rapporto che esiste fra le proprietà e la struttura di molecole coniugate. Per questo obiettivo, sono state prese in considerazione diverse classi di composti organici π-coniugati, approfondendo i loro aspetti sintetici e le loro caratteristiche chimico-fisiche. Nelle prime parti di questo lavoro sono presentate molecole organiche π-coniugate per ideare convertitori di lunghezza d’onda, per un’importante tecnica medica d’imaging, la Tomografia ad Emissione di Positroni (acronimo: PET). In particolare, sono stati considerati due diversi approcci per produrre i suddetti convertitori, l’approccio donatore-accettore (o push-pull) e quello che sfrutta l’effetto dell’insersione di un eteroatomo. Alcuni di questi sistemi si sono rivelati degli ottimi convertitori di lunghezza d'onda. Successivamente è stat affrontata una diversa classe di composti organici π-coniugati, le porfirine. Queste sono state studiate nell’ambito delle loro interazioni con superfici metalliche approfondendo le loro abilità di auto-assemblaggio bisimensionale (2D) per formare superfici con molecole organizzate che interagiscono attraverso interazioni supramolecolari. Queste superfici sono state poi analizzate attraverso la tecnica Scanning Tunneling Microscopy (STM). In particolare, per formare superifici di porfirine ordinate sfruttando un’interazione di tipo metallo-ligando, sono stati sintetizzati e studiati tre derivati caratterizzate da gruppi tipo fenil-etinil-piridina sostituiti nelle posizioni meso del macrociclo. Le ultime sezioni di questo lavoro hanno riguardato la preparazione e la caratterizzazione fotofisica di diversi coniugati porfirina-Nanotubi di Carbonio di tipo double-wall (DWCNTs) con l’obiettivo di approfondire le relazioni struttura-proprietà di questi materiali. In particolare, DWCNTs ossidati, prodotti attraverso tre passaggi sintetici, sono stati covalentemente uniti ad una molecola di porfirina producendo tre differenti derivati che sono stati caratterizzati in maniera estensiva dal punto di vista strutturale e fotofisico. I materiali prodotti sono stati poi introdotti in un prototipo elettronico di tipo multistrato, fabricato allo scopo di studiare le interazioni fra i coniugati porfirina-nanotubi e la matrice polimerica inserita a sua volta nel dispositivo.(DOCSC02) -- FUNDP, 201