Synthesis of Terphenyl Derivatives for the Iterative Preparation of Graphene Nanoribbons in Solution

Abstract

[Abstract] Graphene is an allotrope of carbon with exceptional properties that make it a very interesting compound because of its potential applications. One of those properties is the absence of a band gap in its electronic structure which gives graphene high charge– carrier mobilities. For some applications, this property became a problem and they were studied different alternatives to try to open a band gap. This possibility was developed when graphene was divided into segments that were structurally defined and showed non–zero band gap. In that moment, graphene nanoribbons were discovered. Graphene nanoribbons (GNRs) are one–dimensional extensions of graphene with a width shorter than 10 nm. It was observed that their properties were highly dependent on the structural factors like the edge structure, the width and the length. This fact gives importance to the way these compounds are synthesized. Bottom–up synthesis was observed to be the best method to control with atomic precision the structure of the GNRs. It consists of forming a GNR by a polymerization process with molecules that acted as monomers or building blocks. In this work, we will study the synthesis of p–terphenyl derivatives as GNR precursors for an iterative bottom–up synthesis in solution. This synthetic methodology will be based on a controlled polymer elongation method through Suzuki–Miyaura cross–coupling reactions. Additionally, we will explore the synthesis of more complex p–terphenyl derivatives as precursors for the synthesis of functionalized GNRs through the above– mentioned methodology. NMR spectroscopy will be the principal technique used for the characterization of the obtained molecules.

[Resumen] El grafeno es un alótropo del carbono con unas propiedades excepcionales que lo convierten en un compuesto muy interesante debido a sus potenciales aplicaciones. Una de esas propiedades es la ausencia de un “band gap” en su estructura electrónica, la cual le da al grafeno altas movilidades como transportador de carga. Para algunas aplicaciones, esta propiedad se volvió un problema y se estudiaron diferentes alternativas para intentar abrir un “band gap”. Esta posibilidad se desarrolló cuando el grafeno fue dividido en segmentos estructuralmente definidos que presentaban un “band gap” distinto de cero. En ese momento, se descubrieron las nanocintas de grafeno. Las nanocintas de grafeno (GNRs) son extensiones unidimensionales de grafeno con una anchura inferior a 10 nm. Se observó que sus propiedades eran muy dependientes de los factores estructurales como la estructura del borde, la anchura o la longitud. Este hecho le da importancia a la forma en la que son sintetizados estos compuestos. Se observó que la síntesis ascendente era el mejor método para controlar con precisión atómica la estructura de los GNRs. Consiste en formar una GNR mediante un proceso de polimerización con moléculas que actuaban como monómeros o bloques de construcción. En este trabajo estudiaremos la síntesis de derivados de p–terfenilo como precursores de GNR para una síntesis iterativa ascendente en disolución. Esta metodología sintética se basará en un método de elongación controlada de polímeros a través de reacciones de acoplamiento cruzado de Suzuki–Miyaura. Además, exploraremos la síntesis de derivados de p–terfenilo más complejos como precursores para la síntesis de GNR funcionalizados a través de la metodología mencionada anteriormente. La espectroscopía RMN será la principal técnica utilizada en la caracterización de las moléculas obtenidas.

[Resumo] O grafeno é un alótropo do carbono cunhas propiedades excepcionais que o converten nun composto moi interesante debido ás súas potenciais aplicacións. Unha desas propiedades é a ausencia dun “band gap” na súa estrutura electrónica, a cal lle dá ao grafeno altas mobilidades como transportador de carga. Para algunhas aplicacións, esta propiedade volveuse un problema e estudiáronse diferentes alternativas para intentar abrir un “band gap”. Esta posibilidade desenvolveuse cando o grafeno foi dividido en segmentos estruturalmente definidos e que presentaban un “band gap” distinto de cero. Nese momento, descubríronse as nanocintas de grafeno. As nanocintas de grafeno (GNRs) son extensións unidimensionais de grafeno cunha anchura inferior a 10 nm. Observouse que as súas propiedades eran moi dependentes dos factores estruturais como a estrutura do bordo, a anchura ou a lonxitude. Este feito dálle importancia á forma na que son sintetizados estes compostos. Observouse que a síntese ascendente era o mellor método para controlar con precisión atómica a estrutura dos GNRs. Consistía en formar unha GNR mediante un proceso de polimerización con moléculas que actuaban como monómeros ou bloques de construción. Neste traballo estudaremos a síntese de derivados de p–terfenilo como precursores de GNR para unha síntese iterativa ascendente en disolución. Esta metodoloxía sintética basearase nun método de elongación controlada de polímeros a través de reaccións de acoplamento cruzado de Suzuki–Miyaura. Ademais, exploraremos a síntese de derivados de p–terfenilo máis complexos como precursores para a síntese de GNR funcionalizados a través da metodoloxía mencionada anteriormente. A espectroscopía RMN será a principal técnica utilizada na caracterización das moléculas obtidas.