Precision Synthesis of Various Low-Bandgap Donor-Acceptor Alternating Conjugated Polymers via Living Suzuki-Miyaura Catalyst-Transfer Polymerization

Abstract

본 연구에서 우리는 RuPhos Pd G3 전촉매를 이용하는 리빙 스즈키-미야우라 촉매-이동 중합 (Suzuki-Miyaura catalyst-transfer polymerization, SCTP) 을 통한 다양한 전자 주개-받개 교대 공중합체의 정교한 합성을 보고한다. 먼저, 이런 리빙 중합을 다양한 전자 주개 및 받개를 조합한 단량체들에 적용하고 조건을 최적화하여 여러 교대 공중합체들을 조절된 평균 분자량 (Mn), 낮은 분산도 (Ð, 1.05–1.29), 그리고 높은 수득률 (>87%) 로 얻었다. 또한, 이 방법론을 다이케토피롤로피롤 (DPP, 강한 받개) 을 포함해 네 개의 방향족 고리를 가진 단량체까지 확장했을 때에도 조절된 Mn (9.2–40.0 kg/mol) 의 고분자를 합성할 수 있음을 발견하였다. 추가적으로, 이 리빙 중합법은 복잡한 구조를 가진 다양한 다이블록 및 트라이블록 공중합체의 한 단계 합성 또한 가능케 하였다. 마지막으로, 합성된 교대 공중합체들은 조절 가능한 광학적 밴드갭 (Egopt, 1.29–1.77 eV) 및 최고 피점 분자궤도함수 에너지 (HOMO, -5.57에서 -4.75 eV까지) 와 같은 광전기화학적 성질을 보여주었고 블록 공중합체의 넓은 흡광 범위는 이 물질들의 잠재적인 높은 가시광선 활용 능력을 암시하였다.

Here we report that living Suzuki-Miyaura catalyst-transfer polymerization (SCTP) using RuPhos Pd G3 precatalyst is a versatile method for the precision synthesis of various donor-acceptor alternating conjugated polymers (DA ACPs). First, the living SCTP of biaryl monomers with combinations of both medium to strong A and D were optimized and DA ACPs with controlled number average molecular weight (Mn), narrow dispersity (Ð, 1.05–1.29) were produced in high yield (>87%). Moreover, the expansion of SCTP to an A1-D-A2-D quateraryl monomer containing diketopyrrolopyrrole (DPP; strong A) successfully obtained its controlled polymerization (Mn = 9.2–40.0 kg/mol). Additionally, the living SCTP even enabled the efficient one-pot synthesis of various diblock and triblock copolymers. Lastly, the DA ACPs showed tunable optical bandgap (Egopt, from 1.29 to 1.77 eV) and highest occupied molecular orbital (HOMO) level (from -5.57 to -4.75 eV), while their block copolymers exhibited broad absorption ranges and promising visible light-harvesting properties.