A Concise Synthetic Strategy for Accessing Ambient Stable Bisphenalenyls toward Achieving Electroactive Open-Shell π-Conjugated Materials

分子间力 化学 共轭体系 开壳 共价键 分子 化学物理 自旋(空气动力学) 联轴节(管道) 计算化学 纳米技术 聚合物 有机化学 材料科学 热力学 物理 冶金
作者
Caleb M. Wehrmann,Ryan T Charlton,Mark S. Chen
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:141 (7): 3240-3248 被引量:36
标识
DOI:10.1021/jacs.8b13300
摘要

Open-shell, π-conjugated molecules represent exciting next-generation materials due to their unique optoelectronic and magnetic properties and their potential to exploit unpaired spin densities to engineer exceptionally close π-π interactions. However, prior syntheses of ambient stable, open-shell molecules required lengthy routes and displayed intermolecular spin-spin coupling with limited dimensionality. Here we report a general fragment-coupling strategy with phenalenone that enables the rapid construction of both biradicaloid (Ph2- s-IDPL, 1) and radical [10(OTf)] bisphenalenyls in ≤7 steps from commercial starting materials. Significantly, we have discovered an electronically stabilized π-radical cation [10(OTf)] that shows multiple intermolecular closer-than-vdW contacts (<3.4 Å) in its X-ray crystal structure. DFT simulations reveal that each of these close π-π interactions allows for intermolecular spin-spin coupling to occur and suggests that 10(OTf) achieves electrostatically enhanced intermolecular covalent-bonding interactions in two dimensions. Single crystal devices were fabricated from 10(OTf) and demonstrate average electrical conductivities of 1.31 × 10-2 S/cm. Overall, these studies highlight the practical synthesis and device application of a new π-conjugated material, based on a design principle that promises to facilitate spin and charge transport.

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