Dipole moment modulation in push-pull diarylethenes

Photochromic materials are functional materials, which undergo a reversible isomerization due to an external luminous stimulus. The two isomers show different colours and different physical-chemical properties in general, making these materials attractive for the production of devices, such as tunable filters, rewritable optical memories or masks. Among the properties that change in the two forms, the dipole moment can be exploited in order to modulate the wettability of substrates or for the development of Organic Field Effect Transistor (OFET) where the charge transport in the semiconducting channel can be modulated upon irradiation. In this work, photochromic diarylethenes have been designed to show a remarkable light-induced modulation of the dipole moment. Specifically, the central 1,2-dithienylperfluorocyclopentene has been functionalized at the 5,5’ positions with strong donor and acceptor groups. Accordingly, a series of homologous push-pull diarylethenes have been synthesized and characterized through NMR spectroscopy (Nuclear Magnetic Resonance), mass spectrometry and infrared (IR) spectroscopy. Moreover, their photochromism has been studied by means of UV-vis spectroscopy and fatigue resistance, which is a fundamental property for the actual application of these materials. The permanent electrical dipole moment in the two photochromic forms has been determined by electrical impedance measurements. The experimental results have been compared with theoretical values and structure-to-properties relationship has been highlighted.

I materiali fotocromici sono materiali funzionali, in grado di subire una isomerizzazione reversibile a seguito di uno stimolo luminoso esterno. I due isomeri mostrano colori differenti e differenti proprietà fisico-chimiche in generale, rendendo tali materiali molto interessanti per lo sviluppo di dispositivi, come filtri modulabili, memorie ottiche o maschere riscrivibili. Tra le proprietà che variano nelle due forme, il momento di dipolo può essere sfruttato per cambiare la bagnabilità di superfici o per lo sviluppo di Organic Field Effect Transistors (OFETs) in cui il trasporto di carica nel canale semiconduttore può essere modulato tramite irraggiamento. In questo lavoro, sono stati progettati diarileteni fotocromici che mostrassero modulazione del momento di dipolo. Specificamente, la struttura centrale 1,2-ditienilperfluorociclopentene è stata funzionalizzata nelle posizioni 5,5’ con forti gruppi donatori e accettori. Di conseguenza, una serie omologa di diarileteni push-pull è stata sintetizzata e caratterizzata mediante spettroscopia NMR (Nuclear Magnetic Resonance), spettrometria di massa e spettroscopia infrarossa (IR). In aggiunta il loro fotocromismo è stato studiato tramite spettroscopia UV-visibile e resistenza a fatica che è una proprietà fondamentale per le reali applicazioni di tali materiali. Il momento di dipolo elettrico permanente nelle due forme fotocromiche è stato determinato tramite misure di impedenza elettrica. I risultati sperimentali sono stati confrontati con i valori teorici e relazioni struttura-proprietà sono state messe in risalto.