Synthesis of a fully conjugated amphiphilic block copolymer

Abstract

In chapter Ⅰ, we presented the concept of conjugated polymers and block copolymers for helping understand followed chapters. In this chapter you can see the definition of conjugated polymers and block copolymers and methods to synthesis of block copolymers. In chapter Ⅱ, we presented our design and synthetic methods for preparing new designed block copolymer. We designed new block copolymer to overcome limitations, insulating side chains and non-conjugated backbone from Prof. So-Jung Park’s previous works. We introduced 3-[2,5,8,11-tetraoxatridecanyl]thiophene(TOTT) instead of poly(ethylene glycol)(PEG) to poly(3-hexylthiophene) (P3HT) for overcoming limitations. In contrast, PEG has insulting properties and non-conjugated backbone, TOT is not insulting group and block copolymer, PTOTT-block-P3HT, can have fully conjugated backbone. We synthesized block copolymer, PTOTT-block-P3HT, using Grignard metathesis(GRIM) method and followed 5 steps of purification, we finally obtained pretty pure block copolymer we desired. We also obtained self-assembled PTOTT-block-P3HT using air-liquid interfacial self-assembly(ALISA) by Ms. Saejin Oh, a researcher in laboratory of Prof. So-Jung Park’s. We obtained thin film and uniformed and well-aligned wires. In chapter Ⅲ, we described the explorations of hexabenzo[4.4.4]propellane as a monomer for non-aggregating polymer, poly(hexabenzo[4.4.4]propellane). The luminescence and electrical properties of conjugated organic polymers have made them popular candidates in a variety of applications ranging from electroluminescent devices (OLEDs) to electrochromic materials, sensors, and organic electronics. However, because of their large planar π-surfaces, numerous families of conjugated polymers suffer from aggregation, sometimes in an irreversible manner, both in solution or in the solid state. Uncontrolled aggregation has been shown to negatively affect their properties. Numerous non-aggregating conjugated polymer designs have previously been introduced to address this problem, including the grafting of solubilizing branched alkyl side-chains or dendrons, the placement of sp3-centers preventing tight packing (e.g. dialkylfluorenes, spirobifluorenes, alkylated truxenes) and the use rigid bicyclic frameworks (e.g. iptycenes). Therefore, we presented a new design for non-aggregating poly(phenylenes) based on Wittig’s robust hexabenzo[4.4.4]propellane [a.k.a. tris(biphenylene)ethane] framework. The polycyclic monomers were obtained in a few efficient steps starting from the inexpensive parent fluorene.;제1장에서는 다음 2장과 3장에서 다루게 될 conjugated polymer와 block copolymer의 이해를 돕기 위해 간단한 정의와 block copolymer의 합성에 사용되는 여러 방법들에 대해 언급할 것이다. 제2장에서는 박소정 교수님의 이전 연구에서의 block copolymer의 한계점들을 극복하기 위해 새롭게 디자인되고 합성한 block copolymer에 대한 연구이다. 절연 특성을 갖고 완전히 컨쥬게이티드 된 백본을 갖는 block copolymer를 디자인하고 합성하였다. 우리는 poly(ethylene glycol)(PEG) 대신 3-[2,5,8,11-tetraoxatridecanyl]thiophene(TOTT) 을 도입함으로써 이전 연구의 한계를 극복하고자 했다. PEG그룹은 절연성 특성을 갖고 완전히 컨쥬게이티드 되지않은 백본을 갖고 있는 반면 TOT의 사이드체인은 절연의 특성을 갖고 있지않고 완전히 컨쥬게이티드 된 백본을 갖는다. 우리는 Grignard metathesis(GRIM) 방법을 사용하고, 5단계의 정제과정을 거쳐 완전히 컨쥬게이티드 된 깨끗한 PTOTT-block-P3HT 얻었다. 또한 우리는 박소정 교수님 실험실의 오세진씨의 도움을 받아 air-liquid interfacial self-assembly(ALISA) 방법을 이용하여 셀프 어셈블리 된 PTOTT-block-P3HT 필름을 얻었다. 균일하고 잘 정렬된 와이어가 형성된 필름을 얻었다. 제3장은 응집되지 않는 poly(hexabenzo[4.4.4]propellane)의 모노머로 사용되는 hexabenzo[4.4.4]propellane의 연구이다. 컨쥬게이티드 된 유기 고분자들의 발광과 전기적 특성은 이들을 OLED에 다양하게 적용할 수 있는 소재로 만들어 주었다. 그러나 컨쥬게이티드 된 유기 고분자들의 큰 파이-표면의 평면 때문에 많은 종류의 컨쥬게이티드 된 고분자들은 때때로는 비가역적인 방식으로 용액 또는 고체상태에서 응집되었다. 통제할 수 없는 이들의 응집은 컨쥬게이티드 된 유기 고분자들의 특성을 부정적으로 만들었다. 응집되지 않는 많은 컨쥬게이티드 고분자는 이러한 문제 점들을 해결하기 위해 용해성있는 브랜치드 된 알킬 체인을 사용하거나 단단하게 쌓이는 것을 막기위한 에스피쓰리 센터의 대체, 또는 단단한 바이사이클릭 뼈대를 사용하는 등 여러 해결책 들이 제안되어 왔다. 따라서 우리는 tris(biphenylene)ethane으로 알려진 Wittig’s robust hexabenzo[4.4.4]propellane 뼈대를 기본으로 응집되지 않는 poly(phenylenes)의 새로운 디자인을 소개할 것이다. 폴리사이클릭 단량체를 얻기 위해서 저렴하게 구입할 수 있는 fluorene으로 시작하여 몇몇의 효율적인 단계를 통하여 얻었다.