Neue Phthalocyanine des Titans : Synthese, Charakterisierung und Nichtlinear Optische Eigenschaften

Abstract

Die vorliegende Arbeit mit dem Titel „Neue Phthalocyanine des Titans: Synthese, Charakterisierung und Nichtlinear-Optische Eigenschaften“ erläutert die Grundlagen der Phthalocyaninchemie im allgemeinen. Speziell werden die Synthesemethoden sowie die verschiedenen physikalischen und strukturellen Eigenschaften bisher dargestellter Titan(IV) Phthalocyanine (PcTi). Im einzelnen wird auf die Kristallstrukturen, die Photoleitfähigkeit und deren optischen Eigenschaften eingegangen. Gesondert wird nochmals auf die Grundlagen der Nichtlinearen Optik eingegangen und an geeigneten Phthalocyaninkomplexen erläutert. Der zweite Teil der Arbeit beschreibt schwerlösliche, axial substituierte TiPc und die analogen, gut löslichen, tetra-tert.-Butyl substituierten TiPc, die ebenfalls verschieden axial substituiert wurden. Als axiale Substituenten wurden verschieden funktionalisierte Brenzkatechinderivate verwendet. Exemplarisch werden die gewählten Synthesewege beschrieben und es wird gehen detailliert auf die Interpretation der aufgenommen Spektren eingegangen. Die dargestellten schwerlöslichen Komplexe wurden außerdem mittels EXAFS Spektroskopie untersucht, um direkte Aussagen über die Molekülgeometrie dieser Verbindungen zu erhalten. Durch das Vorliegen als amorpher Festkörper ist die Strukturaufklärung durch Röntgenspektroskopie nicht möglich. Ausgewählte Komplexe der löslichen, tetrasubstituierten TiPc wurden mit Hilfe von Z-Scan Spektroskopie auf ihre Nichtlinear-Optischen Eigenschaften hin untersucht. Es konnte gezeigt werden, das die Molekülgeometrie und die daraus resultierenden unterschiedlichen Dipolmomente wesentlich die Transmission bei hohen Lichtintensitäten beeinträchtigen. Dies hat ein Optical-Limiting Verhalten zur folge. Der dritte Teil der Arbeit beschreibt die benutzen Reagenzien und Spektrometer, sowie alle durchgeführten Synthesen und die ermittelten spektroskopischen Daten sämtlicher Verbindungen.

This work entitled „Neue Phthalocyanine des Titans: Synthese, Charakterisierung und Nichtlinear-Optische Eigenschaften“ (New Titanium Phthalocyanines: Synthesis, Characterization and Nonlinear Optical Properties) is divided into different parts. The first part describes detailed the basics of phthalocyanine chemistry, the syntheses and the different structural and physical properties of the already know titanium(IV) phthalocyanines (PcTi). In particular their crystal structures and the phenomenon of photoconductivity are discussed. Additionally the basics of Nonlinear Optics are explained on appropriate phthalocyanine macrocycles as model complexes. The second part of this work deals with the synthesis of slightly soluble PcTi, which were modified by axial substitution. The following part describes the highly soluble, peripherally and axially substituted PcTi. For substitution in peripheral position tert.-butyl groups were used, for axial substitution different functionalized catechol derivatives were chosen. Both parts describe exemplarily the synthesis and give a detailed discussion on the spectroscopic data. Additionally the low soluble complexes were investigated by means of EXAFS spectroscopy for a direct understanding of their structure. Due their amorphous nature this is not possible by X-ray spectroscopy. Selected complexes from the series of highly soluble, axially substituted phthalocyanines were investigated on their nonlinear optical properties by means of Z-scan technique. It was shown that molecular geometry and the resulting dipole moment perpendicular to the plane of the macrocycle affects nonlinear transmission in a great extend. This behavior is know as Optical Limiting and rises with the induced dipole moment. The last part of the thesis describes the used starting materials and spectroscopic methods as well as synthesis and the collected spectroscopic data in detail.