Bachelor's Thesis

Preparation of key precursors for the synthesis of asymmetrical diketopyrrolopyrrole derivatives (DPPs)

Final Thesis 1.89 MB

Author of thesis: Filip Ivanič

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Martin Cigánek, Ph.D.

Reviewer: Mgr. Jan Richtár, Ph.D.

Abstract:

The aim of the bachelor’s thesis was the preparation of key precursors followed by the synthesis of asymmetric diketopyrrolopyrrole (DPP) derivatives. These compounds represent a promising class of organic materials used in organic electronics, where significant effort is currently focused on the development and study of new organic semiconductors.
    The theoretical part of the thesis deals with organic semiconductors, their properties, and possible applications. It also describes the chemical and physical properties of DPP derivatives, with emphasis on the effect of molecular asymmetry, and summarizes synthetic approaches used for the preparation of asymmetric DPP derivatives.
    The experimental part of the thesis was focused on a stepwise synthesis of the target  asymmetric DPP derivatives, where key precursors required for the formation of the DPP core were first prepared. The work confirmed the applicability of a literature-reported synthetic strategy based on dimethyl carbonate, which was subsequently also successfully applied to a derivative obtained from a brominated starting material.

Keywords:

Organic semiconductors, Asymmetry, Diketopyrrolopyrrole, Pigment, Organic electronics

Date of defence

08.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Obhajoba bakalářské práce proběhla podle následujícího schématu: prezentace studenta-vyjádření vedoucí/ho-oponentský posudek-reakce na posudek-diskuse s komisí. Student přednesl výborný výtah výsledků své práce, řádně zodpověděl všechny dotazy oponentské i členů komise, pohotově reagoval na připomínky. V diskusi tak student prokázal výbornou schopnost orientace v teoretických i praktických základech problematiky práce. Komise zhodnotila jeho práci celkově jako výbornou. Vala: Jaký je aplikační potenciál vámi studovaných látek?

Language of thesis

Slovak

Faculty

Department

Study programme

Chemistry and Chemical Technologies (BPCP_CHCHTE)

Composition of Committee

prof. Ing. Martina Klučáková, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Michal Veselý, CSc. (místopředseda)
doc. Ing. Vojtěch Enev, Ph.D. (člen)
prof. Mgr. Martin Vala, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Dzik, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Martin Cigánek, Ph.D.

Bakalářská práce studenta Filipa Ivaniče se věnuje atraktivní a aktuální problematice syntézy asymetrických derivátů diketopyrrolopyrrolu (DPP), tedy významné skupiny vysoce-výkonných organických pigmentů s potenciálním uplatněním v organické elektronice. Cílem práce bylo vypracování literární rešerše zaměřené na využití asymetrických derivátů DPP v této oblasti, dále shrnutí syntetických možností jejich přípravy a experimentální příprava a charakterizace klíčových prekurzorů, včetně ověření proveditelnosti navržené syntetické cesty.
Student práci na zvoleném tématu započal na konci druhého ročníku bakalářského studia a po celou dobu práce v laboratoři pracoval zodpovědně, aktivně a se zájmem o danou problematiku. Pravidelně využíval konzultace, diskutoval syntetické postupy i dosažené výsledky a ochotně se učil novým laboratorním technikám. V průběhu práce si osvojil základní praktické dovednosti v organické syntéze pokročilých materiálů a seznámil se také se strukturní charakterizací pomocí NMR spektroskopie.
Teoretická část práce je zpracována přehledně a logicky. Student zde představuje oblast organické elektroniky, organické polovodiče a jejich využití v zařízeních typu OLED, OPV a OFET, následně se věnuje derivátům DPP, vlivu molekulové asymetrie a syntetickým přístupům k asymetrickým DPP derivátům. Vycházel z celkem 44 odborných zdrojů. Experimentální část popisuje přípravu dvou sérií prekurzorů vedoucích k asymetrickým DPP derivátům. Byla ověřena syntetická strategie vycházející z dimetylkarbonátu a následně aplikována také na bromovaný analog. Připravené látky byly charakterizovány pomocí NMR analýzy, byť u bromovaného DPP derivátu byla charakterizace limitována jeho nízkou rozpustností a pravděpodobnou přítomností nečistot. I přes tuto skutečnost práce přináší cenné poznatky pro další derivatizace.

Předložená bakalářská práce je po obsahové i formální stránce zpracována velmi dobře, je srozumitelná, logicky členěná a představuje kvalitní základ pro navazující výzkum asymetrických DPP pigmentů. Práci doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení výborně / A.
Evaluation criteria Grade
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Závěry práce a jejich formulace A
Využívání konzultací při řešení práce A
Celkový přístup k řešení úkolů A
Splnění požadavků zadání A
Studium literatury a její zpracování A
Využití poznatků z literatury A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Mgr. Jan Richtár, Ph.D.

Bakalářská práce se zaobírá aktuálním a perspektivním tématem přípravy klíčových prekurzorů pro syntézu nesymetrických derivátů diketopyrrolopyrrolu. Autor jednak teoreticky pojednává o organických polovodičích, využití v zařízeních, DPP derivátech (porovnání symetrických a asymetrických derivátů) a syntetických přístupech k asymetrickým derivátům. Experimentální část je zaměřena na ověření syntetické strategie vycházející z dimethylkarbonátu a na její aplikaci při přípravě dvou analogů asymetrického DPP derivátu.
Práce v rozsahu 52 stran je psána ve slovenském jazyce a je členěna logicky a přehledně. Text práce je napsán na dobré úrovni, ojediněle však znepřehledněn psanou formou některých anglicismů (např. quadruplet na str. 30) či odborných termínů (energetická mezera na str. 9 lépe jako energetický rozdíl) nebo překlepy (ukončení věty „..“ na str. 18) a v oboru nezavedené formulace („proplachování 50°C methanolem“ na str. 34; „umožňující proud mezi zdrojovou a odvodovou elektrodou“ na str. 11). Oceňuji kvalitu zpracování grafiky, kterou autor názorně doplňuje vysvětlovanou problematiku.
Autor čerpá z 44 zdrojů převážně primární literatury. Teoretická část vhodně uvádí čtenáře do problematiky organických polovodičů a následně se soustředí na DPP jádro, jeho chemické a fyzikální vlastnosti, vliv symetrie molekuly a přehled syntetických strategií. Za pozitivní považuji snahu zasadit experimentální práci do širšího kontextu optoelektronických aplikací a rovněž poměrně systematický přehled cest k asymetrickým DPP derivátům. Ve schématu na obr. 5 je patrná nepřesnost ve struktuře bromovaného derivátu a chybějící křížek u reakční šipky. Na str. 9 by bylo dobré zmínit, že stabilita materiálu souvisí nejen s velikostí rozdílu, ale i energií FMO. U popisu klíčového média – terc-amylalkoholu bych volil v celém textu a schématech jednotné označení.
Experimentální část se zabývá dvěma navazujícími syntetickými liniemi. V první části autor připravil prekurzory B/8017, B/8018 a B/8019 a následně cílový asymetrický DPP derivát B/8021. Výsledky této linie jsou velmi přesvědčivé: dosažené výtěžky B/8017, B/8018 a B/8019 dobře odpovídají literatuře a cílový produkt B/8021 byl získán ve vysokém výtěžku přibližně 83 %. Ve druhé části byla strategie aplikována na bromovaný analog, přičemž autor připravil intermediáty B/8022–B/8025 a cílový derivát B/8026. U této větve byly výtěžky zejména v prvních krocích a při závěrečné kondenzaci nižší, což autor diskutuje ve vztahu k elektronovým a sterickým efektům atomu bromu. Oceňuji, že práce nezastírá neúspěšný pokus o bromaci za mírnějších sonifikačních podmínek a že následně popisuje volbu alternativního postupu. Experimentální postupy jsou popsány v zásadě reprodukovatelně a připravené látky jsou charakterizovány zejména NMR spektroskopií. V experimentální části bych pro příští autorovu práci navrhnul vynechat opakovaný popis jednotky δ u výpisu spekter, naopak zmínit teplotu během měření, a dále využívat ve slovensky psaném textu des. čárky místo teček ve výpisu spektra. U spekter 13C NMR dále zaokrouhlovat na 1 des. místo a u vlastních spekter poté neuvádět integrály, které zde principiálně nepatří, a rovněž spektra zfázovat. Obecněji bych pro alternativní postupy syntézy volil rozdělenou formu, kterou většinou využíváte až na subjektivně méně přehledný spojený popis syntéz B/8017 v jednom bloku textu.
Výsledky a diskuze jsou věcně srozumitelné a soustředí se na porovnání dosažených výtěžků, na průběh jednotlivých syntetických kroků a na vliv bromace na reaktivitu systému. Silnou stránkou je přehledné srovnání výtěžků první syntetické větve s literaturou a snaha vysvětlit pokles výtěžků u bromovaných analogů, kde autor popisuje nutnost další optimalizace (viz otázky). U některých pasáží bych volil jinou a exaktnější formulaci (např. u bromace látky B/8015 se uvádí, že reakce probíhala v ultrazvukové lázni, avšak nebyl izolován produkt – lépe je za mě uvést, že byl při experimentu využit přístup bromace v ultrazvukové lázni, avšak že reakce neproběhla; dále na str. 34 píšete, že u syntézy B/8023 byly oba pokusy provedeny za stejných podmínek, avšak v další větě toto tvrzení vyvracíte při uvedení rozdílného množství NaH).
Závěr práce odpovídá předloženým výsledkům: autor konstatuje úspěšné ověření literárně popsané syntetické strategie a její aplikaci na bromovaný derivát, zároveň správně uvádí potřebu další optimalizace reakčních podmínek zejména u bromované řady. Pozitivně hodnotím také nastínění dalšího směru výzkumu a využití syntetizovaných analogů.
Autor dle mého názoru v předložené práci i přes uvedené menší nedostatky prokázal schopnost orientovat se, čerpat a interpretovat odborné literární zdroje v teoretické části. V experimentální části a diskuzi ukázal schopnost tyto znalosti aplikovat v organické syntéze jak při návrhu syntetické cesty a jejím experimentálním provedení, tak při využití moderních analytických metod při purifikaci a charakterizaci jednotlivých sloučenin. Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím ji známkou A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Logické členění práce A
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Využití literatury a její citace A
Úroveň jazykového zpracování B
Formální úroveň práce – celkový dojem B
Závěry práce a jejich formulace A
Topics for thesis defence:
  1. 1. Ve schématu na obr. 9 je popsána syntéza mj. látek 19a+b z látek 18a+b, avšak s malou nepřesností. Jakým mechanismem přeměna probíhá a k čemu slouží methansulfonylchlorid s triethylaminem?
  2. 2. U charakterizace produktu B/8026 uvádíte, že naměřené spektrum 1H NMR bylo neinterpretovatelné z důvodu nízké rozpustnosti v DMSO. Jaké jiné analytické techniky byste mohl pro charakterizaci tohoto analogu zvolit?
  3. 3. Pro syntézu látky B/8026 využíváte zavedení bromu v počátečním stadiu cesty, což se však minimálně z pohledu výtěžků v pozdějších fázích ukazuje jako potenciálně méně výhodná cesta i v souvislosti s rozpustností některých bromovaných meziproduktů. Uvažoval jste o zavedení bromu v pozdějších fázích syntézy? Existují nějaké limity či výhody z pohledu reaktivity potenciálně výchozí látky B/8021?
  4. 4. V práci popisujete různé stupně asymetrie molekul DPP. Existuje způsob, jakým by šlo zavést dva rozdílné alkylové substituenty na strukturu analogu B/8021?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová