2Жешувська політехніка, польща

3Кафедра технології біологічно активних сполук, фармації та біотехнології, Національний університет “Львівська політехніка”, україна, м.Львів, вул.С.Бандери, 12, e-mail: semkhom@ukr.Net

В роботі наведений розрахунок енергетичних пара­метрів та оптимізація електронної структури молекули органічного напівпровідника 2,6-ди-трет.-бутил-4-(2,5-дифеніл-3,4-дигідро-2Н-піразол-3-іл)-фенолу (HPhP) за допомогою програмного забезпечення HyperChem 8.0. Розраховані значення енергій вищої заповненої та нижчої незаповненої молекулярних орбіталей молекули HPhP.

Ключові слова – піразолін, квантово-хімічний розра­хунок, HyperChem, електронна структура, OLED.

I.Вступ

При створенні світловипромінюючих структур важ­ливим завданням є вибір органічних матеріалів. Одним з критеріїв вибору матеріалів є їх енергетичні параметри, зокрема значення енергій вищої запов­неної (HOMO) та нижчої незаповненої (LUMO) молекулярних орбіталей органічного матеріалу для побудови енергетичних діаграм світловипроміню­ючих структур. Для розрахунку енергетичних пара­метрів органічних матеріалів, встановлення просто­рової будови та електронної структури молекул використовують сучасні комп’ютерні програми, які реалізують методи напівемпіричних та неемпіричних розрахунків.

В даній роботі на прикладі молекули органічного напівпровідника 2,6-ди-трет.-бутил-4-(2,5-дифеніл-3,4-дигідро-2Н-піразол-3-іл)-фенолу (HPhP), який ефективно використовують в якості світловипро­мінюючого та дірково – транспортного шару в OLED [1] був проведений розрахунок енергетичних пара­метрів, зокрема енергій HOMO та LUMO рівнів та оптимізація молекули HPhP використовуючи про­грамне забезпечення HyperChem 8.0. Комп’ютерна програма HyperChem 8.0 широко застосовується для квантово- механічного моделювання хімічних сполук, в тому числі органічних напівпровідників.

II. Основна частина

Розрахунок енергетичних параметрів молекули HPhP здійснювали за допомогою програмного забез­печення HyperChem 8.0. Геометрична оптимізація молекули здійснювалась методом молекулярної механіки (MM). Розрахунок молекули проводили напівемпіричним методом PM3. Для всіх досліджень використаний алгоритм Рібера-Полака.

Просторова будова молекули HPhP, розрахована на основі геометричної оптимізації, наведена на рис. 1.

Рис.1 Просторова будова молекули HPhP .

Як видно з рис.1, молекула HPhP не є лінійною, бензольні замісники в положенні 1 і 3 лежать в площині піразолінового кільця, а екранована феноль­на група відносно нього розміщена під кутом 112º градусів. Відомо, що матеріали такої будови утворюють аморфну плівку, і не здатні до криста­лізації, на відміну від молекул з лінійною будовою. Кристалізація матеріалів, які використовуються в OLED-структурі, є однією з причин деградації цих пристроїв. Отже, можна сподіватись на стабільність та довговічність роботи пристроїв з використанням HPhP.

На рис. 2 і 3 візуально зображено розподіл квадрату ймовірностей знаходження вільного електрона на вищій заповненій (НОМО) та нижчій незаповненій (LUMO) орбіталях, відповідно (зеленим кольором відзначені область дозволених станів, фіолетовим - заборонених).

Рис.2. Вища заповнена молекулярна орбіталь HPhP

Рис.3.Нижча незаповнена молекулярна орбіталь HPhP.

Згідно моделі (рис.2), HOMO рівень локалізований на бензольних замісниках піразоліну в положенні 1 і частково положенні 3. LUMO рівень локалізований на заміснику в положенні 3 і частково в піразоліновому кільці (рис.3). Отримані результати моделювання дозво­ляють стверджу­вати, що перехід електронної хмари з НОМО на LUMO відбувається між замісниками 1, 3 і в піразоліновому кільці. Такі переходи типові для піразолінів, які використовуються в якості транспортних шарів в OLED. Замісник в положенні 5 не бере участі в електронних переходах HOMO-LUMO. Одже введення просторово екранованого фенолу в положення 5 піразо­ліну не змінює електронну конфігурацію молекули і вона залишається типовою для піразолінів. Також за допомогою програми HyperChem 8.0 було розраховано значення енергії рівнів НОМО та LUMO в HPhP (Е_НОМО=8.27 еВ та Е_LUМО=0.42 еВ), які необхідні для визначення забороненої зони (Eg= 7.85 еВ).