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研究生： 李子炘
Tzu-Hsin Li
論文名稱： 合成具有分子腳架之多並苯化合物且用於自組裝分子薄膜之研究
Synthesis of Acenes Contain Molecular Stands for Self-Assembled Monolayers
指導教授： 侯敦仁
Duen-Ren Hou
林質修
Chih-Hsiu Lin
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 理學院 - 化學學系
Department of Chemistry
畢業學年度： 93
語文別： 中文
論文頁數： 181
中文關鍵詞： 多並苯 、分子腳架 、自組裝
外文關鍵詞： molecular stands, self-assembled monolayers, acene
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    • 多並苯化合物是近來有機電子元件中研究的焦點課題，雖然多並苯化合物在目前研究中都顯示其良好的光電性質，但化合物之溶解度及穩定度等問題仍亟待解決。因此為了深入了解此類化合物之特性並取得更多結構－性質的相關資料，我們藉由“分子腳架”之概念修飾分子中多並苯部分在金表面上之位向，並且成功的合成出三種不同系列 (直立式、側臥式、平躺式) 之多並苯類硫醇腳架化合物。目前我們已進行部份腳架分子與蒽硫醇化合物之自組裝薄膜的實驗，未來我們將更進一步探討分子於金表面上之站立情形，並進行相關電性質的研究以了解電子在自組裝分子薄膜的傳導情況。

    In the past decade, acenes have attracted a lot of attentions as the semiconducting components in the fabrication of various devices. Although oligoacenes exhibited respectable photoelectric properties in these applications at present, there are still plenty of rooms for improvment concerning their notoriously poor solubilities and stabilities. In the current dissertation, we set out to further understand the properties of this family of compounds in self assembly monolayer and, moreover, to extend structure-property database for acene at metal-semiconducting interface. We hereby introduce a class of “acene on molecular stands” molecules to fix the orientation of acenes component on gold surface. We have successfully synthesized three series of “acene-on-stand” derivatives (stand-straight, lying, and lying-on-side). We have also constructed SAMs (Self-Assemble Monolayers) with these molecules and other acene thiols. We shall characterize the molecular alignment within these monolayers. Electronic properties of these systems shall also be studied to shed light on how electrons transfer through these monolayers.

    章節目錄 英文摘要 ……………………………………………………………I 中文摘要 ……………………………………………………………II 謝誌 …………………………………………………………………III 章節目錄 ……………………………………………………………IV 圖表目錄 …………………………………………………………VII 第一章 緒論 ……………………………………………………1 1-1 前言 …………………………………………………………1 1-2 多並苯 (polyacene) 化合物的重要性與應用 ………………2 1-3 自組裝單層分子薄膜 (self-assembled monolayers，SAMs) …4 1-4 自組裝分子薄膜與真空蒸鍍之間的差異 ..…………………6 1-5 研究動機與目的 ………………………………………8 第二章 結果與討論 ………………………………………………13 2-1 合成設計 …………………………………………………13 2-2 合成部份 ……………………………………………………16 2-2-1 合成直立式腳架分子 …………………………………16 2-2-2 合成側臥式腳架分子 …………………………………18 2-2-3 合成平躺式腳架分子 …………………………………25 2-2-4 合成新型側臥式腳架分子 ……………………………33 2-3 自組裝分子薄膜的製備 …………………………………41 2-3-1 前言 …………………………………………………41 2-3-2 自組裝分子薄膜之製備步驟 ………………………43 2-3-3 自組裝分子薄膜之吸附情形與紅外光譜數據 ………48 2-3-3.1 化合物33’ 與33之自組裝分子薄膜的吸附情形 48 2-3-3.2 化合物34之自組裝分子薄膜的吸附情形 ………52 2-3-3.3 化合物21之自組裝分子薄膜的吸附情形 ………54 2-3-3.4 對於自組裝分子薄膜未來需要改進之地方 ……55 2-4 結論 ………………………………………………………56 第三章 實驗部分 …………………………………………………58 3-1 化合物結構之鑑定 …………………………………………58 3-2 化合物之合成步驟 …………………………………………58 3-3 金矽晶片的製備 …..………………………………………94 3-3-1 基材來源 ……………………………………………94 3-3-2 清洗矽晶片用之藥品 ………………………………94 3-3-3 蒸鍍金之儀器 ………………………………………94 3-3-4 金片基材的製備 ……………………………………94 3-3-5 觀測自組裝分子薄膜用之儀器 ……………………95 第四章 參考文獻 …………………………………………………96 附錄 …………………………………………………………………99 化合物之1H NMR 光譜 化合物之13C NMR 光譜 圖表目錄 圖 1-1 多並苯類化合物 …………………………………………3 圖 1-2 由理論計算及實驗得到的多並苯類化合物能隙 ………3 圖 1-3 分子自組裝示意圖 ………………………………………6 圖 1-4 在一般電子元件中，電子傳遞的示意圖 ………………9 圖 1-5 多並苯硫化物吸附在金上的示意圖 ……………………10 圖 1-6 三種不同位向的多並苯硫化物，於金表面預測的站立情形 ……………………………………………………………11 圖 2-1 直立式腳架分子設計 ………………………………………13 圖 2-2 側臥式腳架分子設計 ………………………………………14 圖 2-3 平躺式腳架分子設計 ………………………………………15 圖 2-4 化合物5之合成步驟 ………………………………………16 圖 2-5 化合物9之合成步驟 ………………………………………17 圖 2-6 化合物11a和13之合成步驟 ………………………………18 圖 2-7 化合物11e之合成步驟 ……………………………………19 圖 2-8 化合物16a之合成步驟 ……………………………………21 圖 2-9 化合物16a之氫核磁共振光譜放大圖 ……………………23 圖 2-10 化合物16b之氫核磁共振光譜放大圖 ……………………23 圖 2-11 化合物18a之合成步驟 ……………………………………24 圖 2-12 化合物19c之合成步驟 ……………………………………26 圖 2-13 化合物19j之合成步驟 ……………………………………27 圖 2-14 化合物19m之合成步驟 ……………………………………28 圖 2-15 化合物21之合成步驟 ……………………………………29 圖 2-16 化合物23a之合成步驟 ……………………………………30 表 2-1 化合物22在芳香化反應中不同反應條件之情形 ………31 圖 2-17 化合物27合成步驟 ………………………………………33 圖 2-18 硫醚交換反應的機制 ……………………………………34 圖 2-19 化合物30a合成步驟 ………………………………………35 圖 2-20 化合物32a合成步驟 ………………………………………37 圖 2-21 化合物32a和化合物32b合成步驟 ………………………38 圖 2-22 分開收集所得混合物32a和32b氫核磁共振光譜放大圖 …40 圖 2-23 目前所吸附的分子 ………………………………………42 圖 2-24 吸附前處理 ………………………………………………44 圖 2-25 開始吸附之情形 …………………………………………45 圖 2-26 吸附結束之處理步驟 ……………………………………47 圖 2-27 化合物33’ 吸附於金表面上之反射式紅外光譜圖 ……48 圖 2-28 化合物33’ 吸附於金表面上之NEXAFS光譜 ……………49 圖 2-29 化合物33’ 吸附於金表面上之STM圖 …………………50 圖 2-30 (a) 化合物33之KBr光譜與自組裝分子薄膜之反射紅外光譜 (b) 化合物33 (c) 化合物33’ …………………………………51 圖 2-31 化合物34 (a) KBr光譜 (b) 自組裝薄膜之反射式紅外光譜 ……………………………………………………………53 圖 2-32 化合物21 (a) KBr紅外光譜 (b) 自組裝分子薄膜之反射式 紅外光譜 ……………………………………………………………55

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