Thiophin (Triflorfenil) İzomerlerinin Yapısal Parametrelerinin, Elektronik ve Nonlineer Optik Özelliklerinin Kuramsal İncelenmesi

Kafkas Üniv Fen Bil Enst Derg. 5: 19-35, 2012 Thiophin (Triflorfenil) İzomerlerinin Yapısal Parametrelerinin, Elektronik ve Nonlineer Optik Özelliklerinin Kuramsal İncelenmesi Güventürk UĞURLU* Kafkas Üniversitesi, Fen-Edebiyat Fakültesi, Fizik Bölümü, Kars Yayın Kodu: 5-2A Özet Bu çalışmada, 3-feniltiyofen molekülünün fenil halkası üzerinde flor atomlarının konumları değiştirilerek oluşturulan 3-(triflorofenil) tiyofen izomerlerinden 3-(2, 3, 4triflorofenil) tiyofen, 3-(2, 3, 5-triflorofenil) tiyofen, 3-(2, 3, 6-triflorofenil) tiyofen, 3(2, 4, 5-triflorofenil) tiyofen, 3-(2, 4, 6-triflorofenil) tiyofen, 3-(3, 4, 5-triflorofenil) tiyofen moleküllerinin yapısal parametreleri, elektronik enerjileri, dipol momentleri, en yüksek dolu moleküler orbital (HOMO), en düşük boş moleküler orbital (LUMO) enerjileri, polarizebiliteleri ve hiperpolarizebilite değerleri DFT B3LYP/6-31++G(d,p) ve HF/6-31++G(d,p) modelleri ile GAUSSIAN 98W paket programında hesaplandı. Elektronik enerji, dipol moment, HOMO-LUMO enerji farkı, polarizebilite ve hiperpolarizebilite değerleri dihedral açının fonksiyonu olarak elde edildi, dihedral açı 10º lik aralıklarla 0 dan 180º ye kadar değiştirildi. Her iki hesaplama modelinde, flor atomunun konumları 3-(triflorofenil) tiyofen izomerleri üzerindeki etkileri detaylı olarak tartışıldı. Moleküler orbital hesaplama sonuçları polarizebilite ile HOMO-LUMO enerji farklarının dihedral açıya bağlı olarak değişimleri arasında ters bir bağıntı olduğu görüldü. Anahtar Kelimeler: 3-(triflorofenil) hiperpolarizebilite ve HOMO-LUMO tiyofen izomerleri, polarizebilite, 20 Thiophin (Triflorfenil) İzomerlerinin........ Theoretical Investigation of Structural Parameters, Electronic and Nonlinear Optic Properties of 3- (Triflorophenyl) Thiophine Isomers Abstract In this study, the structure parameters, the electronic energies, the dipole moments, the highest occupied molecular orbital (HOMO) energies, the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) energies, the polarizabilities and hyperpolarizabilities values of 3-(2, 3, 4-trifluorophenyl) thiophene, 3-(2,3,5-trifluorophenyl) thiophene, 3-(2,3,6- trifluorophenyl) thiophene, 3-(2,4,6-trifluorophenyl) thiophene, 3-(3,4,5- trifluorophenyl) thiophene molecules from 3-(trifluorophenyl) thiophene isomers formed by changing the positions of fluorine atoms on the phenyl ring of 3phenylthiophene molecule were calculated with DFT B3LYP/6-31++G(d, p) and HF/631++G(d, p) methods and the GAUSSIAN 98W program package. The electronic energy, the dipole moment, the HOMO-LUMO energy difference, the polarizability and the hyperpolarizability values were obtained as a function of the dihedral angle which was varied from 0 to 180º intervals of 10º. In the both calculation methods, the effects of position of substituent fluorine atom over 3-(trifluorophenyl) thiophene isomers have been discussed in details. The results of molecular orbital calculations clearly show that there is the inverse relationship between the variation of polarizability and HOMOLUMO energy differences by depending on dihedral angle. Key Words: 3-(trifluorophenyl) thiophene isomers, polarizability, hyperpolarizability and HOMO-LUMO *E-mail: UĞURLU 21 değişebileceğini göstermişlerdir (Roncali, GİRİŞ Polipirol, polianilin, polifuran politiyofen gibi polimerler özelliklerinden dolayı ve 1992; Roncali, 1997; Pokhodenko et al., iletkenlik 1999). A. Rudge ve arkadaşları tiyofenin teknolojide 3-konumuna fluorofenil grubunun transistor, foto diyot, ışık yayan diyot, bağlayarak oluşturdukları tiyofen batarya ve kondansatör gibi elektronik türevlerinin n-katkı aygıtlarda temel malzeme olarak yaygın artırdığını bir şekilde kullanıldığı için son yıllarda konumuna bağlanan fenil halkası ile büyük ilgi toplamışlardır (Kaneto et al., oluşan 1983; Kaneto et al., 1984). Tiyofen ve halkasındaki tiyofen politiyofene göre daha kararlı olduğu ve türevlerine polimerler dayalı organik teknolojide işlenmelerinden ve ve yoğunluğunu tiyofen halkasının 3-Feniltiyofen (FT), π-bağlarından kolay teknolojide iletken yüksek kullanılabileceği polimer yapılan 3- fenil dolayı, olarak çalışmalarla kararlılıklarından dolayı bu polimerlere tespit edilmiştir (Rudge et al., 1994). J.P. artan bir ilgi vardır ve yeni malzeme Ferraris biliminde çalışmalara konu olmuştur molekülünün fenil halkası üzerinde (F, (Burroughes et al., 1988; Dodabalapur ve SO2Me, CN) gibi çeşitli sübstitüentler Katz, 1995; et Halss al., 1995). ve arkadaşları 3-feniltiyofen kullanarak elde edilen 3-feniltiyofen Araştırmacılar malzeme biliminde yeni türevlerinin elektrokimyasal özelliklerini malzeme polimerleri incelemişlerdir (Ferraris et al., 1998). 3- oluşturan dimer ve moleküller üzerinde feniltiyofen ve onun türevlerinin elektro yaptıkları veya kimyasal özellikleri ile ilgili bir çok doplama işlemleri ile bu moleküllerin deneysel çalışmalar yapılmasına karşılık elektriksel (Zhang ve Shi, 2004; Naudin et al., üretimi için substitüent ve optiksel etkileri özelliklerinin 22 Thiophin (Triflorfenil) İzomerlerinin........ 2002), bu moleküllerin yapısal özellikleri moment, elektronik enerji, en yüksek ile ilgili deneysel ve teorik olarak dolu moleküler orbital (HOMO) ve en literatürde düşük boş moleküler orbital (LUMO) çok az sayıda çalışma bulunmaktadır (Ando ve Ueda, 2002; enerjileri, Galasso ve De Alti, 1971; Hilal ve Abu- hiperpolarizebilite değerleri hem denge Eittah, durumu geometrisinde hem de dihedral 1988;Di Bari et al., 1988; Chidichimo et al., 1983) Bu çalışmada, 3-feniltiyofen konumları sistematiksel olarak değiştirilerek oluşturulan florlu FT molekülünün 3-(triflorofenil) izomerlerinden tiyofen 3-(2,3,4-triflorofenil) tiyofen, 3-(2,3,5-triflorofenil) tiyofen, 3(2,3,6-triflorofenil) ve açının fonksiyonu olarak, Hartree-Fock molekülünün fenil halkasına bağlı flor atomlarının polarizebilite tiyofen, 3-(2,4,5- triflorofenil) tiyofen, 3-(2,4,6- triflorofenil) tiyofen, 3-(3,4,5- triflorofenil) tiyofen moleküllerinin geometrik optimizasyonları, dipol (HF) ve yoğunluk fonksiyonu teorisi (DFT) ile 6-31++G(d, p) temel seti kullanılarak hesaplatıldı. Hesaplamalar GAUSSIAN 98W (Frisch et al., 1998) paket programında yapılmıştır. Bu çalışmada flor-sübstitüe türevleri yerine florlu türevleri isimlendirmesi kullanıldı ve incelenen moleküllerin adlandırılmasında kullanılan sistematik Şekil 1’de, kimyasal ve geometrik yapı konfigürasyonları Şekil 2’de adlandırılmaları Çizelge 1’de verildi. ve UĞURLU 23 Şekil 1: 3-(triflorofenil) tiyofen izomerlerinin adlandırılmasında kullanılan kimyasal ve geometrik yapı konfigürasyonu Çizelge 1: 3-(triflorofenil) tiyofen izomerlerinin adlandırılması ve kısaltmalar Molekül 3-(2,3,4-triflorofenil)tiyofen 3-(2,3,5-triflorofenil)tiyofen 3-(2,3,6-triflorofenil)tiyofen 3-(2,4,5-triflorofenil)tiyofen 3-(2,4,6-triflorofenil)tiyofe (...truncated)