ABSTRACT
Resumen Desde el punto de vista científico y tecnológico ha habido un gran interés en el uso de monosustituyentes de furano y tiofeno como polímeros conductores, debido a sus múltiples aplicaciones como OLED, amplificadores ópticos, nanotecnología, entre otros. Por ello, el propósito de este trabajo fue estudiar los aspectos teóricos que afectan las propiedades electroconductoras de este tipo de moléculas. Se determinaron teóricamente los aspectos estructurales y electrónicos que influyeron en la conductividad de copolímeros de furano-tiofeno monosustituidos, al utilizar grupos carboxilos, metilos, hidroxilos, ciano y fluoruros como sustituyentes en el carbono C3 y C10 de cada heterociclo. La diferencia de energía entre el LUMO y el HOMO (band gap, Eg) y el potencial de ionización (PI) fue calculada a partir de las geometrías optimizadas en DFT para el estado neutro, anión y catión. Los PI y la Eg de los copolímeros fueron obtenidos mediante la extrapolación de los valores del oligómero a (1/N) y de una cadena de longitud infinita (1/N=0), obteniéndose una correlación lineal (R=0,99), la cual se mantiene a lo largo de todos los modelos de ajuste de cada copolímero analizado en el estudio.
Abstract There has been great scientific and technological interest in the use of mono-substituents of furan and thiophene as conducting polymers due to their multiple applications such as OLED, optical amplifiers and nanotechnology, among others. For this, the purpose of this work was to study the theoretical aspects that affect the electroconductive properties of this type of molecules. The structural and electronic properties that influence the conductivity of mono substituted-furan-thiophene copolymers were determined theoretically. The effect of using carboxyl, methyl, hydroxyl, cyano, and fluoride groups as substituents on the carbon C3 and C10 of each heterocycle was observed. The energy difference between the LUMO and the HOMO (band gap, Eg) and the ionization potential (IP) were calculated from the geometries optimized in DFT for the neutral, anion and cation state. The PI and Eg of the copolymers were obtained by extrapolating the values of the oligomer a (1/N) and a chain of infinite length (1/N=0) for which a linear correlation was obtained (R=0.99). This correlation is maintained throughout all the adjustment models of each copolymer analyzed in the study.
Resumo Existe muito interesse os termos científicos e tecnológicos em utilizar substituintes mono-substituídos furano e tiofeno como polímeros condutores devido às suas múltiplas aplicações, tais como OLED, amplificadores ópticos e nanotecnologia, entre outros. O objetivo deste trabalho foi estudar os aspectos teóricos que afetam as propriedades eletrocondutoras deste tipo de moléculas. Neste contribuição os aspectos estruturais e electrónicas que influenciam a condutividade de copolímeros furano-tiofeno substituos mono teoricamente determinada observando o efeito do uso de grupos carboxilo, metilo, hidroxilo, ciano e fluoretos como substituintes em C3 e C10 de carbono de cada heterociclo. A diferença de energia entre o LUMO e o HOMO (intervalo de banda, Eg) e o potencial de ionização (IP) foram calculadas a partir das geometrias optimizadas de DFT para o estado neutro, anião e catião. O PI e o Eg dos copolímeros foram obtidos por extrapolação dos valores do oligómero (1/N) e extrapolando para uma cadeia de comprimento infinito (1/ N=0) para os quais uma correlação linear foi obtida (R=0,99), que é mantido ao longo de todos os modelos de ajuste de cada copolímero analisados no estudo.
ABSTRACT
Una serie de oligómeros de furano y furano sustituido fueron estudiados desde el punto de vista teórico con el objeto de conocer las propiedades electroconductoras de estos compuestos, y su respectiva extrapolación a polímeros, aprovechando la capacidad de la química computacional para proponer y diseñar nuevos materiales y sus posibles propiedades. Se relacionaron las propiedades electrónicas de estos oligómeros tales como la afinidad electrónica (AE), el potencial de ionización (PI), el band-gap (HOMOLUMO), y la relación de éstos con la conductividad; además, se demostró cómo cambia la longitud de los enlaces de los oligómeros al estar cargados; la longitud de los oligómeros de estudio fuer de dos, cuatro, seis y ocho anillos. En este estudio se realizaron cálculos a niveles AM1 y DFT/B3LYP/6-31G (d).
DFT/B3LYP/6-31G (d) calculations were carried out on a series of molecules of furan and substituted furan to observe the type of variables that affect the conductivity of these molecules. In order to propose and design new molecules and its possible properties. The Ionization potential (IP), band-gap (HOMO-LUMO), electronic affinity (EA), was related with its conductivity. It was also shown how change the length of the olygomers bond when the number of the rings is changed from two to four, six and eight.
Uma serie de oligômeros de furano y furano substituido foram estudados teoricamente com a intenção de conhecer as propriedades electro-conductoras desses compostos e sua respectiva extrapolação a polímeros, aproveitando a capacidade da química computacional para propor e desenhar novos materiais e suas possíveis propriedades. Relacionaram-se as propriedades eletrônicas destes oligômeros, tais como a afinidade eletrônica (AE), o potencial de ionização (PI), o band-gap (HOMO-LUMO) e a relação destes com a condutividade, também se demostrou a mudança do comprimento das ligações dos oligômeros ao estar carregados, o comprimento dos oligômeros em estudo foram de dois, quatro, seis e oito anéis. Em este estudo realizaram-se cálculos a níveis AM1 e DFT/B3LYP/6-31G (d).