Optimierung von Absorption, Fluoreszenz, intramolekularem Ladungstransfer und Intersystem-Crossing in Spiro[fluoren]acridinon

Forschende der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) und der Nanjing University of Posts and Telecommunications, China, liefern wichtige Ansätze für das Design neuartiger Funktionsmaterialien für Triplett-Sensibilisatoren und Fluoreszenzsensoren.

Intersystem-Crossing ist ein bedeutender photophysikalischer Prozess in organischen molekularen Systemen auf dem Weg zur Erzeugung angeregter Triplett-Zustände, welche von fundamentaler Bedeutung unter anderem in der Photokatalyse, der Photo-Aufwärtskonversion, der Sauerstoffsensorik und der photodynamischen Therapie sind. Es ist jedoch eine große Herausforderung, Moleküle, so genannte Triplettsensibilisatoren, zu entwerfen, die die Entwicklung von Tripletts mit vorbestimmten Intersystem-Crossing-Eigenschaften fördern, insbesondere wenn diese Triplettsensibilisatoren kompakte organische Moleküle ohne schwere Atome sind, wo bereits geringfügige strukturelle Änderungen die photophysikalischen Eigenschaften enorm verändern. Das Verständnis der Struktur-Eigenschafts-Beziehung von lichtinduzierten Reaktionspfaden erfordert daher systematische und tiefgreifende Untersuchungen, die schließlich das rationale Design neuer Materialien erleichtern und zur Optimierung verschiedener Anwendungen führen sollen.

In diesem Projekt untersuchten wir eine Reihe von Donor-Akzeptor-Farbstoffen auf der Basis von Spiro-Verbindungen, die auf einem Fluoren und einem aromatischen Keton basieren, welche sich durch eine einfache Synthese und vielfältige Funktionalisierungsmöglichkeiten  an verschiedenen Stellen auszeichnen. Durch die Einführung einer elektronenabgebenden Pyrenkomponente entweder am Fluoren oder am aromatischen Keton können Absorption und Fluoreszenz gezielt variiert und somit nachfolgende Schritte wie der Ladungstransferprozess und das Intersystem-Crossing kontrolliert werden. Die Karte der Dynamik der angeregten Zustände von Farbstoffen in verschiedenen Lösungsmitteln wurde systematisch durch eine Kombination von stationären und zeitaufgelösten Absorptions- und Emissionsspektroskopien erstellt und zeigt das komplexe Zusammenspiel zwischen den verschiedenen Zerfallswegen der angeregten Zustände.

Diese Ergebnisse wurden in der internationalen Ausgabe der Angewandten Chemie unter dem Titel „Tuning the Absorption, Fluorescence, Intramolecular Charge Transfer, and Intersystem Crossing in Spiro[fluorene]acridinone“ veröffentlicht (10.1002/anie.202313936). Generell ist das Verständnis der Struktur-Eigenschafts-Beziehung photoinduzierter Prozesse die Grundlage für die Entwicklung und Feinabstimmung von Materialien und Technologien, die auf Wechselwirkungen zwischen Licht und Materie beruhen. Daher eröffnet diese Arbeit neue Strategien für das rationale systematische Design neuartiger organischer Materialien für fluoreszierende Sensoren und schweratomfreie Triplett-Sensibilisatoren.

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