Pentacen

Pentacen (C₂₂H₁₄) ist ein polycyclischer aromatischer Kohlenwasserstoff, und zwar ein Acen mit fünf linear kondensierten Benzolringen.

Strukturformel
Allgemeines
Name	Pentacen
Andere Namen	Benzo[b]naphthacen lin-Dibenzanthracen lin-Naphthoanthracen 2,3:6,7-Dibenzanthracen Dibenz[b,i]anthracen
Summenformel	C22H14
Kurzbeschreibung	schwarzer Feststoff
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 135-48-8 EG-Nummer 205-193-7 ECHA-InfoCard 100.004.722 PubChem 8671 Wikidata Q424450
Eigenschaften
Molare Masse	278,35 g·mol^−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	1,35 g·cm^−3
Schmelzpunkt	271 °C
Löslichkeit	nahezu unlöslich in Wasser schwerlöslich in organischen Lösemitteln
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung keine GHS-Piktogramme H- und P-Sätze H: keine H-Sätze P: keine P-Sätze
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Eigenschaften

Tiefblaue Pentacenkristalle

Pentacene auf Ni(111) Oberfläche

In reiner Form bildet Pentacen tiefblaue Kristalle, die allerdings sehr oxidationsempfindlich sind. Mit zunehmender Verunreinigung färbt sich Pentacen violett. Ab 300 °C wird in Gegenwart von Luft eine Zersetzung beobachtet. Ähnlich wie die beiden nächsthöheren Homologen Hexacen und Heptacen ist Pentacen in organischen Lösungsmitteln nur schwer löslich und geht bereitwillig Diels-Alder-Reaktionen ein. Die Verbindung kristallisiert im triklinen Kristallsystem. Die Dampfdruckfunktion ergibt sich nach August entsprechend lg(P) = −A/T+B (P in Torr, T in K) mit A = 18867 und B = 35,823 im Temperaturbereich von 171 °C bis 212 °C. Die Löslichkeiten betragen bei 20 °C in Chloroform 0,21 g·l⁻¹, in Tetrahydrofuran 0,11 g·l⁻¹, in N,N-Dimethylformamid 0,1 g·l⁻¹ und Toluol 0,18 g·l⁻¹.

Anwendung

Anwendung findet Pentacen als Halbleiter in der Organischen Elektronik und wird dort u. a. für organische Dünnschichtfeldeffekttransistoren (OFET) genutzt. Für diese Zwecke wird es entweder thermisch verdampft oder durch Lösungsprozessierung aufgebracht, z. B. durch Rotationsbeschichtung (spin coating). Da Pentacen nahezu unlöslich in allen gebräuchlichen Lösungsmitteln ist, werden hierzu Pentacenderivate verwendet, die erhöhte Löslichkeit aufweisen. Dabei sind zwei Ansätze bekannt: entweder werden lösliche Diels-Alder-Addukte (Diels-Alder-Reaktion) von Pentacen verarbeitet (nicht halbleitend), die nach Aufbringen thermisch behandelt werden und unter retro-Diels-Alder-Spaltung die für die Funktion als Halbleiter notwendige Pentacen-Struktur wiederherstellen, oder es werden lösliche Pentacenderivate verarbeitet, bei denen die Pentacen-Struktur noch erhalten ist und somit keine nachträgliche thermische Aktivierung notwendig ist.

Synthesen

Typische Synthesestrategien für Pentacene verlaufen über Pentacen-6,13-dione oder Pentacen-5,14-dione. Das Schema fasst einige über die 6,13-Dione verlaufende Routen exemplarisch zusammen. Durch die Verwendung geeignet substituierter Ausgangsmaterialien – zur verbesserten Übersichtlichkeit im Schema nicht gezeigt – sind zahlreiche mehrfach und auch unsymmetrisch substituierte Pentacene zugänglich. Die Synthese von Pentacen-6,13-dion wurde bereits 1953 von Ried und Anthöfer beschrieben. Kondensationen von Dialdehyden mit Hydrochinonen nutzten Nuckolls u. a. zum Studium von Selbstorganisationsphänomenen bei der Herstellung von organischen Feldeffekttransistoren. Die zunächst von Cava beschriebenen Umsetzung von Chinodimethanen mit Dienophilen wurde u. a. von Anthony u. a. aufgenommen, um eine Reihe mehrfach substituierter, gut löslicher Pentacenderivate zugänglich zu machen. Löslichkeit wurde dabei durch Addition von Tri-isoproplysilyl-acetylen-Gruppen an das Pentacendion mit nachfolgender Reduktion zum Pentacen mit SnCl₂/HCl erreicht.

Exemplarische Zugangswege zu (substituierten) Pentacen. Substituenten an den Edukten sind zur besseren Übersichtlichkeit weggelassen.

Weblinks

• MacGregor Campbell: Microscopes zoom in on molecules at last. In: New Scientist. 28. August 2009 (AFM-Aufnahme einzelner Pentacenmoleküle)

Einzelnachweise

1. Eintrag zu Pentacene bei Thermo Fisher Scientific, abgerufen am 13. Oktober 2023.
2. Theo Siegrist u. a.: Enhanced Physical Properties in a Pentacene Polymorph. In: Angewandte Chemie International Edition. Band 40, Nr. 9, 3. Mai 2001, S. 1732–1736, doi:10.1002/1521-3773(20010504)40:9<1732::AID-ANIE17320>3.0.CO;2-7. 
3. Eintrag zu Pentacen. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 16. Juli 2011.
4. Datenblatt Pentacene, 99% bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 1. Dezember 2019 (PDF).
5. Vahur Oja, Eric M. Suuberg: Vapor Pressures and Enthalpies of Sublimation of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons and Their Derivatives. In: J. Chem. Eng. Data. Band 43, Nr. 3, 1998, S. 486–492, doi:10.1021/je970222l. 
6. Zhong Huang, Yuansheng Jang, Xiuying Yang, Weiliang Cao, Jingchang Zhang: The synthesis and photoelectric study of 6,13-bis(4-propylphenyl)pentacene, and its TiO₂ nano-sized composite films. In: Journal of Physics and Chemistry of Solids. Band 71, Nr. 3, 2010, S. 296–302, doi:10.1016/j.jpcs.2009.12.080. 
7. Hagen Klauk (Hrsg.): Organic Electronics: Materials, Manufacturing and Applications. Wiley-VCH Verlag, Weinheim 2006, ISBN 3-527-31264-1.
8. John E. Anthony: Functionalized Acenes and Heteroacenes for Organic Electronics. In: Chemical Reviews. Band 106, Nr. 12, 2006, S. 5028–5048, doi:10.1021/cr050966z. 
9. John E. Anthony: The Larger Acenes: Versatile Organic Semiconductors. In: Angewandte Chemie International Edition. Band 47, Nr. 3, 4. Januar 2008, S. 452–483, doi:10.1002/anie.200604045. 
10. S. Allard, M. Forster, B. Souharce, H. Thiem, U. Scherf: Organic Semiconductors for Solution-Processable Field-Effect Transistors (OFETs). In: Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, 4070–4098.
11. Patentanmeldung WO2005055248A2: Organic Semiconductor layer formulations comprising polyacenes and organic binder polymers. Angemeldet am 25. November 2004, veröffentlicht am 16. Juni 2005, Anmelder: Avecia Ltd, Erfinder: Anne Brown Beverley et al.‌
12. W. Ried, F. Anthöfer: Einfache Synthese für Pentacen-6,13-chinon. In: Angew. Chem. Band 65, 1953, S. 601.
13. Q. Miao, M. Lefenfeld, T.-Q. Nguyen, T. Siegrist, C. Kloc, C. Nuckolls: Self-Assembly and Electronics of Dipolar Linear Acenes. In: Adv. Mater. Band 17, Nr. 4, 2005, S. 407–412, doi:10.1002/adma.200401251 (Details der chemischen Synthese sind in den Supporting Informations beschrieben.).
14. M. P. Cava, R. L. Shirley: Condensed Cyclobutane Aromatic Compounds. X. Naphtho[b]cyclobutene. In: J. Am. Chem. Soc. Band 82, Nr. 3, 1960, S. 654–656, doi:10.1021/ja01488a039.
15. C. R. Schwarz, S. R. Parkin, J. E. Bullock, J. E. Anthony, A. C. Mayer, G. G. Malliaras: Synthesis and Characterization of Electron-Deficient Pentacenes. In: Organic Letters. Band 7, Nr. 15, 2005, S. 3163–3166, doi:10.1021/ol050872b.