CN103534868B - 有机色素材料及使用其的色素敏化型太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供不使用高价的稀有金属、此外也不需要使用强的吸电子性基团的低成本且高性能的色素化合物。在包含与碳的双键的含杂原子π电子系骨架中导入硼取代基,制成使用在分子内具有与硼的配位键的骨架作为π电子接受性骨架的化合物。

Description

有机色素材料及使用其的色素敏化型太阳能电池
技术领域
本发明涉及有机色素材料及使用其的色素敏化型太阳能电池。
背景技术
有机色素敏化太阳能电池作为下一代型的太阳能电池正被活跃地进行研究。迄今为止,虽然使用钌络合物色素使光电转换效率达成11%,但是面向实用化,需要进一步高的光电转换效率的实现,此外,钌络合物中,使用铂族的钌,由于高价,所以期望开发低成本且高性能的色素。
另一方面,也存在不使用钌络合物的有机色素,但迄今为止报道的色素大部分是在以往的给电子性色素中导入氰基丙烯酸基等强的吸电子性基团作为二氧化钛上的锚固单元的物质。
用于实现高的光电转换效率的最主要的战略是使作为有机色素材料的化合物吸收长波长的光。其中,该化合物具有适当的HOMO的能级(HOMO能级)及LUMO的能级(LUMO能级)很重要。
但是,上述的不使用钌络合物的以往的有机色素中,由于通过在给电子性的骨架中导入强的吸电子性的氰基丙烯基,从而强制地降低LUMO能级来实现长波长吸收,所以为了得到高的光电转换效率,必须导入该单元。因此,研究了其它的官能团作为锚固单元,且谋求电荷注入效率的提高及色素吸附的稳定性的提高很困难。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1:Amaresh Mishra,Markus K.R.Fischer,and Peter Bauerle,Angew.Chem.Int.Ed.2009,48,2474-2499.
发明内容
发明所要解决的问题
本发明是鉴于上述问题而完成的,主要目的是提供不使用高价的稀有金属、并且也不需要使用强的吸电子性基团的低成本且高性能的色素化合物。
用于解决问题的方法
本发明者们作为具有高的光电转换效率的新型的有机色素材料的分子设计的概念,提出下面的方案。
(1)将π跃迁与分子内电荷转移跃迁组合。
由此,实现下面的效果。
(a)不仅吸收可见光区域的太阳光,也吸收近红外区域的太阳光。
(b)通过迅速的电荷转移来抑制电荷的重组。
(2)使π轨道具有等级。
由此,实现下面的效果。
(a)高的光吸收效率
(b)高的电荷分离效率
(3)扩大π共轭。
由此,使π-π*跃迁进一步向长波长区域位移。
(4)能够选择锚固骨架。
由此,实现下面的效果。
(a)实现电荷注入效率的提高。
(b)使化合物在氧化钛上的吸附力提高,实现色素及设备的长寿命化。
(5)被覆π共轭骨架。
由此,实现下面的效果。
(a)自身聚集化的抑制
(b)电荷重组的抑制
为了达成上述的目的进行了深入研究,结果本发明者发现,通过在包含碳与杂原子的双键的含杂原子π电子系骨架中导入硼取代基,制成使用分子内具有与硼的配位键的骨架作为π电子接受性骨架的化合物,能够解决上述的课题。基于所述见解,进一步反复研究,结果完成本发明。
即,本发明提供下述的化合物。
项1.一种色素敏化太阳能电池用的色素,其包含具有能够与有机太阳能电池的半导体电极结合的锚固部位A、及与该锚固部位结合且具有π共轭骨架受体部位T的化合物,
所述π共轭骨架具有式:-B(-X1)(-X2)(式中,X1及X2独立地为取代基。)所示的含硼取代基,并且所述π共轭骨架在该锚固骨架侧的末端区域内形成与碳的双键,且具有与上述含硼取代基的硼配位键合的杂原子作为构成原子。
项2.根据项1所述的色素,其中,上述化合物为下述通式(1)所示的具有受体部位T及锚固部位A的化合物。
A-T(1)
(式(1)中,T包含下述化学式(2a)或(2b)所示的具有与硼的分子内配位键的部分结构1个以上,上述部分结构为2个以上时,邻接的上述部分结构在各连接中可以独立地以选自Ar1-Ar2、Ar1-Ar1、Ar2-Ar2中的任一种键合方式直接键合。
[化学式1]
(式(2a)或(2b)中,Ar1及Ar2分别独立地为选自由取代或未取代的苯、取代或未取代的杂环戊二烯(heterole)、取代或未取代的杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的苯并杂环戊二烯、取代或未取代的苯并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的二苯并杂环戊二烯、取代或未取代的二苯并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的芴衍生物、取代或未取代的二噻吩并杂环戊二烯、取代或未取代的二噻吩并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的噻吩并杂环戊二烯、取代或未取代的噻吩并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的苯并二杂环戊二烯、取代或未取代的苯并二杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的并苯、取代或未取代的噻唑、取代或未取代的苯并噻唑、取代或未取代的苯并双噻唑、取代或未取代的噁唑、取代或未取代的苯并噻二唑、取代或未取代的咪唑、取代或未取代的吡唑、取代或未取代的吡啶、取代或未取代的嘧啶、取代或未取代的哒嗪、取代或未取代的喹啉、取代或未取代的异喹啉组成的组中的1种。此外,式(2a)中,Ar1及Ar2上的取代基彼此也可以键合而形成环。
R1及R2分别独立地为选自由碳、氮、磷组成的组中的1种,至少一者为与硼具有配位键的氮或磷。式(2b)中,R1为氮或磷。
虚线箭头表示可为配位键的键。
R3为碳,且与锚固部位A键合。
X、X1及X2分别独立地为选自由氢、卤素、取代或未取代的烷基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的杂芳基、取代或未取代的链烯基、取代或未取代的炔基、取代或未取代的氨基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的芳基烷氧基、羟基组成的组中的1种;或者X1及X2键合而成的取代或未取代的2,2’-联苯基或者取代或未取代的2,2’-联二噻吩基。
E为选自由直接键合、-CR=CR-、=CR-、>C=O、=N-、-NR-、-O-、-S-、-PR-、=P-、-P(O)R-组成的组中的1种,其中,R在各表达中独立地为选自由氢、烷基、烷氧基、烷硫基、芳基、杂芳基、聚亚乙二氧基、全氟烷基、氰基、氨基、甲硅烷基、硝基、卤素、酰基组成的组中的至少1种。)
A为上述受体部位T的末端的Ar1上键合的能够与半导体电极结合的基团,为选自由羧基、硼酸基、磷酰基、磺酸基、磺酰基、羟基、异羟肟酸基、烷氧基、硝基、氨基、巯基、甲硅烷基、甲硅烷氧基、叠氮基、氰基丙烯酸酯;及具有一个以上的上述这些官能团的烷氧基、烷基、链烯基、炔基、环烷基、芳基、杂芳基、二氧代环丁烯基组成的组中的1种。)
项3.根据项1或2所述的色素,其中,上述式(1)中的受体部位T在与锚固部位A相反侧的末端含有具有给电子性骨架的施体部位D。
项4.根据项3所述的色素,其中,上述施体部位D为选自由三芳基胺衍生物、咔唑衍生物、取代或未取代的芳基、取代或未取代的氨基、取代或未取代的芳基烷氧基、取代或未取代的芳基硫代烷氧基组成的组中的至少1种。
项5.根据项3或4所述的色素,其中,上述式(1)中的受体部位T在与上述施体部位D之间含有具有π共轭骨架的间隔部位Q。
项6.根据项5所述的色素,其中,上述间隔部位Q为选自由链烯基、炔基、取代或未取代的苯、取代或未取代的杂环戊二烯、取代或未取代的杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的苯并杂环戊二烯、取代或未取代的苯并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的二苯并杂环戊二烯、取代或未取代的二苯并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的芴衍生物、取代或未取代的二噻吩并杂环戊二烯、取代或未取代的二噻吩并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的噻吩并杂环戊二烯、取代或未取代的噻吩并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的苯并二杂环戊二烯、取代或未取代的苯并二杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的并苯、取代或未取代的噻唑、取代或未取代的噁唑、取代或未取代的苯并噻二唑、取代或未取代的咪唑、取代或未取代的吡唑、取代或未取代的吡啶、取代或未取代的嘧啶、取代或未取代的哒嗪、取代或未取代的喹啉、取代或未取代的异喹啉组成的组中的至少1种,此外,Q上的取代基彼此也可以键合而形成环。
项7.一种光发电方法,其包括将化合物暴露在光中的步骤,
所述化合物具有能够与有机太阳能电池的半导体电极结合的锚固骨架、及与该锚固骨架键合、且包含1个以上的硼作为构成原子的π共轭骨架,
其中,上述π共轭骨架在上述锚固骨架侧的末端区域内包含与硼的分子内配位键。
项8.一种化合物,其如下述通式(1)所示,具有受体部位T及锚固部位A。
A-T (1)
(式(1)中,T包含下述化学式(2a)或(2b)所示的具有与硼的分子内配位键的部分结构1个以上,上述部分结构为2个以上时,邻接的上述部分结构在各连接中可以独立地以选自Ar1-Ar2、Ar1-Ar1、Ar2-Ar2中的任一种键合方式直接键合。
[化学式2]
(式(2a)或(2b)中,Ar1及Ar2分别独立地为选自由取代或未取代的苯、取代或未取代的杂环戊二烯、取代或未取代的杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的苯并杂环戊二烯、取代或未取代的苯并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的二苯并杂环戊二烯、取代或未取代的二苯并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的芴衍生物、取代或未取代的二噻吩并杂环戊二烯、取代或未取代的二噻吩并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的噻吩并杂环戊二烯、取代或未取代的噻吩并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的苯并二杂环戊二烯、取代或未取代的苯并二杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的并苯、取代或未取代的噻唑、取代或未取代的苯并噻唑、取代或未取代的苯并双噻唑、取代或未取代的噁唑、取代或未取代的苯并噻二唑、取代或未取代的咪唑、取代或未取代的吡唑、取代或未取代的吡啶、取代或未取代的嘧啶、取代或未取代的哒嗪、取代或未取代的喹啉、取代或未取代的异喹啉组成的组中的1种。此外,式(2a)中,Ar1及Ar2上的取代基彼此也可以键合而形成环。
R1及R2分别独立地为选自由碳、氮、磷组成的组中的1种,至少一者为与硼具有配位键的氮或磷。式(2b)中,R1为氮或磷。
虚线箭头表示可为配位键的键。
R3为碳,且与锚固部位A键合。
X、X1及X2分别独立地为选自由氢、卤素、取代或未取代的烷基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的杂芳基、取代或未取代的链烯基、取代或未取代的炔基、取代或未取代的氨基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的芳基烷氧基、羟基组成的组中的1种;或者X1及X2键合而成的取代或未取代的2,2’-联苯基或者取代或未取代的2,2’-联二噻吩基。
E为选自由直接键合、-CR=CR-、=CR-、>C=O、=N-、-NR-、-O-、-S-、-PR-、=P-、-P(O)R-组成的组中的1种,其中,R在各表达中独立地为选自由氢、烷基、烷氧基、烷硫基、芳基、杂芳基、聚亚乙二氧基、全氟烷基、氰基、氨基、甲硅烷基、硝基、卤素、酰基组成的组中的至少1种。)
A为上述受体部位T的末端的Ar1上键合的能够与半导体电极结合的基团,为选自由羧基、硼酸基、磷酰基、磺酸基、磺酰基、羟基、异羟肟酸基、烷氧基、硝基、氨基、巯基、甲硅烷基、甲硅烷氧基、叠氮基、氰基丙烯酸酯;及具有一个以上的上述这些官能团的烷氧基、烷基、链烯基、炔基、环烷基、芳基、杂芳基、二氧代环丁烯基组成的组中的1种。)
项9.根据项8所述的化合物,其中,上述式(1)中的受体部位T在与锚固部位A相反侧的末端含有具有给电子性骨架的施体部位D。
项10.根据项9所述的化合物,其中,上述施体部位D为选自由三芳基胺衍生物、咔唑衍生物、取代或未取代的芳基、取代或未取代的氨基、取代或未取代的芳基烷氧基、取代或未取代的芳基硫代烷氧基组成的组中的至少1种。
项11.根据项9或10所述的化合物,其中,上述式(1)中的受体部位T在与上述施体部位D之间含有具有π共轭骨架的间隔部位Q。
项12.根据项11所述的化合物,其中,上述间隔部位Q为选自由链烯基、炔基、取代或未取代的苯、取代或未取代的杂环戊二烯、取代或未取代的杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的苯并杂环戊二烯、取代或未取代的苯并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的二苯并杂环戊二烯、取代或未取代的二苯并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的芴衍生物、取代或未取代的二噻吩并杂环戊二烯、取代或未取代的二噻吩并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的噻吩并杂环戊二烯、取代或未取代的噻吩并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的苯并二杂环戊二烯、取代或未取代的苯并二杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的并苯、取代或未取代的噻唑、取代或未取代的噁唑、取代或未取代的苯并噻二唑、取代或未取代的咪唑、取代或未取代的吡唑、取代或未取代的吡啶、取代或未取代的嘧啶、取代或未取代的哒嗪、取代或未取代的喹啉、取代或未取代的异喹啉组成的组中的至少1种,此外,Q上的取代基彼此也可以键合而形成环。
项13.一种色素,其包含项8~12中任一项所述的化合物。
项14.一种色素敏化太阳能电池,其特征在于,其包含:第1电极、
形成于上述第1电极的一个面上的光吸收层、
与形成有上述光吸收层的第1电极相对配置的第2电极、和
位于上述第1电极与上述第2电极间的电荷输送材料,
其中,上述光吸收层包含金属氧化物及项13所述的色素。
发明的效果
本发明的新型化合物通过导入具有分子内配位键的含杂原子π电子系骨架,能够进行π轨道及π*轨道的扩大和能级的精密控制。由此,能够构筑兼具轨道的重叠作为重要的光吸收效率和轨道的局在化作为重要的电荷分离这二者的π共轭骨架,能够期待作为太阳能电池的色素敏化材料使用时的光电转换效率的提高。
此外,通过将利用受体部位及间隔部位的π-π*跃迁与利用施体部位进行的分子内电荷转移跃迁组合,能够制成不仅在可见光区域(π-π*跃迁)具有吸收、在近红外区域(分子内电荷转移跃迁)也具有吸收的色素,能够实现太阳光能量的有效的捕集。
附图说明
图1是本申请实施例1中得到的化合物在THF溶液中的紫外可见吸收光谱。
图2是本申请实施例4中得到的化合物在THF溶液中的紫外可见吸收光谱。
图3是本申请实施例6中得到的化合物在THF溶液中的紫外可见吸收光谱。
图4是本申请实施例1中得到的化合物的附着在氧化钛上的状态下的紫外可见吸收光谱。图中记载的溶剂的种类表示吸附在氧化钛上时使用的溶剂。
图5是使用本申请实施例1中得到的化合物作为色素的色素敏化型太阳能电池的IPCE光谱。
图6是表示使用本申请实施例1中得到的化合物作为色素的色素敏化型太阳能电池的I-V特性中的TBP的添加效果的图。
具体实施方式
以下,对本发明进行详细地说明。
1.色素
本发明的色素为色素敏化太阳能电池用的色素、即有机色素材料。
该色素为具有能够与有机太阳能电池的半导体电极结合的锚固部位A、及与该锚固部位键合且具有π共轭骨架的受体部位T的化合物,
所述π共轭骨架具有式:-B(-X1)(-X2)(式中,X1及X2独立地为取代基。)所示的含硼取代基,
并且所述π共轭骨架在该锚固骨架侧的末端区域内形成与碳的双键,且具有与上述含硼取代基的硼配位键合的杂原子作为构成原子。
以下,有时将该化合物简称为本发明的化合物。
该化合物与仅具有碳与杂原子的双键的化合物相比,通过该杂原子与硼配位键合,从而具有更低的LUMO能级。此外,由于该配位键使π共轭骨架的平面性提高,所以该化合物具有作为色素敏化太阳能电池用的有机色素材料更优选的性质。
该化合物中,作为含硼取代基中的X1所示的取代基、及X2所示的取代基,通过选择具有适当的吸电子性的取代基,能够在保持π共轭骨架中的π*轨道的扩大的状态下,进一步调整该化合物的LUMO能级。其中,若选择吸电子性更高的取代基,则能够更加降低LUMO能级。此外,该取代基还具有来自分子间及电解质的被覆的功能。
该化合物的π共轭骨架在锚固骨架侧的末端区域内形成与碳的双键,且具有与上述含硼取代基的硼配位键合的杂原子作为构成原子。由此,HOMO存在于该区域,另一方面,正电荷远离锚固骨架,即远离电极(阳极)而存在。因此,该化合物中电荷发生分离,难以产生电荷的重组。
另一方面,该化合物中,通过与硼配位键合的杂原子的存在,从而π轨道、及π*轨道具有等级。其中,该化合物中,由于HOMO、π轨道、及π*轨道具有重叠,所以振子强度大。
此外,该化合物中,即使不使用作为色素敏化太阳能电池用的色素中的锚固部位通用的氰基丙烯基那样的通过诱导效应来吸引电子的基团,也能够降低LUMO能级,所以与氧化钛键合的锚固部位的选择的自由度高。
该化合物具有充分宽的π共轭骨架时,即使在仅由受体部位T及锚固部位A构成的情况下,也具有作为色素敏化太阳能电池用的色素适合的性质,但优选在远离锚固部位A的位置直接或介由具有π共轭骨架的间隔部位具有含有给电子性骨架的施体部位。
该化合物中的基团、部位、单元等以该化合物具有合适的HOMO的能级(HOMO能级)及LUMO的能级(LUMO能级)作为主要基准而适当选择。即,优选的基团、部位、单元等有时根据其它的基团、部位、单元等而不同。
本发明的化合物优选为下述通式(1)所示的具有受体部位T及锚固部位A的化合物。
A-T (1)
以下,对该化合物进行详细地说明。
(受体部位T)
其中,T包含下述化学式(2a)或(2b)所示的具有与硼的分子内配位键的部分结构1个以上,上述部分结构为2个以上时,邻接的上述部分结构在各连接中可以独立地以选自Ar1-Ar2、Ar1-Ar1、Ar2-Ar2中的任一种键合方式直接键合。
[化学式3]
(受体部位T:化学式(2a)或(2b)中的Ar 1及Ar2)
上述化学式(2a)或(2b)中,Ar1及Ar2分别独立地为选自取代或未取代的苯、取代或未取代的杂环戊二烯、取代或未取代的杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的苯并杂环戊二烯、取代或未取代的苯并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的二苯并杂环戊二烯、取代或未取代的二苯并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的芴衍生物、取代或未取代的二噻吩并杂环戊二烯、取代或未取代的二噻吩并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的噻吩并杂环戊二烯、取代或未取代的噻吩并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的苯并二杂环戊二烯、取代或未取代的苯并二杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的并苯、取代或未取代的噻唑、取代或未取代的苯并噻唑、取代或未取代的苯并双噻唑、取代或未取代的噁唑、取代或未取代的苯并噻二唑、取代或未取代的咪唑、取代或未取代的吡唑、取代或未取代的吡啶、取代或未取代的嘧啶、取代或未取代的哒嗪、取代或未取代的喹啉、取代或未取代的异喹啉中的1种。此外,式(2a)中,Ar1及Ar2上的取代基彼此也可以键合而形成环。
作为该杂环戊二烯,可列举出例如噻吩、吡咯、呋喃、磷杂环戊二烯、硅杂环戊二烯等。
作为该杂环戊二烯氧化物,可列举出例如1,1-二氧噻吩、1-氧磷杂环戊二烯等。
作为该苯并杂环戊二烯,可列举出例如苯并噻吩、吲哚、苯并呋喃、苯并磷杂环戊二烯、苯并硅杂环戊二烯等。
作为该苯并杂环戊二烯氧化物,可列举出例如1,1-二氧苯并噻吩、1-氧苯并磷杂环戊二烯等。
作为该二苯并杂环戊二烯,可列举出例如二苯并噻吩、二苯并呋喃、咔唑、二苯并磷杂环戊二烯、二苯并硅杂环戊二烯等。
作为该二苯并杂环戊二烯氧化物,可列举出例如5,5-二氧二苯并噻吩、5-氧二苯并磷杂环戊二烯等。
作为该芴衍生物,可列举出例如芴、9,9-二烷基芴、9,9-二芳基芴、9-芴酮等。
作为该二噻吩并杂环戊二烯,可列举出例如二噻吩并噻吩、二噻吩并吡咯、二噻吩并呋喃、二噻吩并磷杂环戊二烯、二噻吩并硅杂环戊二烯等。
作为该二噻吩并杂环戊二烯氧化物,可列举出例如4,4-二氧二噻吩并噻吩、4-氧磷杂环戊二烯二噻吩等。
作为该噻吩并杂环戊二烯,可列举出例如噻吩并噻吩、噻吩并吡咯、噻吩并呋喃、噻吩并磷杂环戊二烯、噻吩并硅杂环戊二烯等。
作为该噻吩并杂环戊二烯氧化物,可列举出例如1,1-二氧噻吩并噻吩、1,1,4,4-四氧噻吩并噻吩等。
作为该苯并二杂环戊二烯,可列举出例如苯并联二噻吩、苯并联呋喃、苯并联吡咯、苯并联磷杂环戊二烯、苯并联硅杂环戊二烯等。
作为该苯并二杂环戊二烯氧化物,可列举出例如5,5-二氧苯并联二噻吩等。
作为该并苯,可列举出例如萘、葸、并五苯、芘、苝、苝双酰亚胺等。
作为具有上述取代基的Ar1及Ar2中的该取代基,可列举出例如烷基、烷氧基、烷硫基、芳基、杂芳基、聚亚乙二氧基、全氟烷基、氰基、氨基、甲硅烷基、硝基、卤素、酰基等。
作为该烷基,可列举出例如直链、支链或环状的碳原子数为1~20的烷基。具体而言,可列举出甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、环戊基、己基、环己基、异己基,2-乙基己基、辛基、癸基、十二烷基、二十烷基等碳原子数为1~20的烷基。其中优选为己基或2-乙基己基,特别优选为己基。
作为该烷氧基,可列举出例如直链、支链或环状的碳原子数为1~20的烷氧基。具体而言,可列举出甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、己氧基、辛氧基、癸氧基、十二烷氧基、二十烷氧基、乙基己氧基、亚乙二氧基等烷氧基。其中优选为己氧基、乙基己氧基、亚乙二氧基。
作为该烷硫基,可列举出例如直链、支链或环状的碳原子数为1~20的烷硫基。具体而言,可列举出甲硫基、乙硫基、丙硫基、丁硫基、己硫基、辛硫基、癸硫基、十二烷硫基、二十烷硫基、乙基己硫基、亚乙二硫基等烷硫基。其中优选为己硫基、乙基己硫基。
作为该芳基,可列举出例如单环或2环以上的芳基,具体而言可列举出苯基、甲苯酰基、二甲苯基、萘基、葸基、菲基等。
作为该杂芳基,可列举出例如在环内包含氧、氮和/或硫原子的杂芳基,可列举出例如呋喃基、噻吩基、咪唑基、吡唑基、异噁唑基、吡啶基、吡嗪基、嘧啶基、哒嗪基、吲哚基、喹啉基、异喹啉基、噻唑基等。
作为该聚亚乙二氧基,可列举出例如四乙二醇基等。
作为该全氟烷基,可列举出例如直链或环状的碳原子数为1~20的全氟烷基。具体而言,可列举出三氟甲基、五氟乙基、七氟丙基、九氟丁基、八氟丁基等全氟烷基。其中优选为三氟甲基、九氟丁基、八氟丁基。
作为该甲硅烷基,可列举出例如三烷基甲硅烷基、三芳基甲硅烷基。具体而言,可列举出三甲基甲硅烷基、三异丙基甲硅烷基、二甲基丁基甲硅烷基、三苯基甲硅烷基等甲硅烷基。其中优选为三异丙基甲硅烷基、二甲基丁基甲硅烷基。
作为该卤素,可列举出氟、氯、溴。优选氟。
作为该酰基,可列举出例如烷基酰基或芳基酰基。具体而言,可列举出乙酰基、丙酰基、新戊酰基、己酰基、3,5-双(叔丁基)苯基酰基、3,5-双(三氟甲基)苯基酰基等酰基。其中优选己酰基、3,5-双(三氟甲基)苯基酰基。
此外,Ar1及Ar2上的取代基彼此也可以互相键合并与邻接的原子一起形成环。例如,形成5~8元环的环状烃、稠合烃环、杂环等,该环上也可以具有1~4个例如烷基(例如,碳原子数为4~6的烷基等)、卤素原子(例如,氟、氯、溴等)、羧基、酯基、酰胺基、可被保护的羟基等取代基。
Ar1及Ar2可以相同,但优选不同。特别优选为Ar1上具有噻唑、吡啶、吡嗪、嘧啶、哒嗪、咪唑、噁唑、苯并噻二唑等电子接受性高的骨架、且与Ar2相比Ar1具有电子接受性更高的骨架的组合,特别优选为Ar1为噻唑、Ar2为噻吩的组合。
(受体部位T:化学式(2a)或(2b)中的R 1及R2)
上述化学式(2a)或(2b)中,R1及R2分别独立地为选自由碳、氮、磷组成的组中的1种。R1及R2中,至少一者为与硼具有配位键的氮或磷。
R1及R2为碳原子以外时,可以相同,但优选不同,特别优选为碳与氮的组合。
式(2b)中,R1为氮或磷。
虚线箭头可为配位键。R1及R2为氮或磷时,虚线箭头为配位键,它们为碳时,虚线箭头为普通的共价键。
(受体部位T:化学式(2b)中的R 3 )
R3为碳,且与锚固部位A键合。
(受体部位T:化学式(2a)或(2b)中的X、X 1及X2)
上述化学式(2a)或(2b)中,X、X1及X2分别独立地为选自由氢、卤素、取代或未取代的烷基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的杂芳基、取代或未取代的链烯基、取代或未取代的炔基、取代或未取代的氨基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的芳基烷氧基、羟基组成的组中的1种;或者X1及X2键合而成的取代或未取代的2,2’-联苯基或者取代或未取代的2,2’-联二噻吩基。
作为该卤素,可列举出例如氟、氯、溴。优选为氟。
作为该烷基,可列举出例如直链、支链或环状的碳原子数为1~20的烷基。具体而言,可列举出甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、环戊基、己基、环己基、异己基、2-乙基己基、辛基、癸基、十二烷基、二十烷基等碳原子数为1~20的烷基。其中优选为己基或2-乙基己基,特别优选为己基。该烷基也可以具有选自由例如卤素原子(例如,氟、氯、溴等)、羧基、酯基、酰胺基、及可被保护的羟基等组成的组中的1个以上(优选1~3个)的取代基。
作为该芳基及杂芳基,可列举出例如单环或2环以上的芳基及杂芳基,具体而言,可列举出苯基、萘基、蒽基、菲基、噻吩基、噻唑基、呋喃基、吡啶基、噁唑基等。该芳基、及杂芳基也可以分别具有选自由例如烷基(例如,碳原子数为1~20的烷基等)、全氟烷基、卤素原子(例如,氟、氯、溴等)、羧基、酯基、酰胺基、可被保护的羟基等组成的组中的1个以上(优选1~5个)的取代基。具体而言,可列举出例如2,4,6-三甲基苯基(基)、4-全氟烷基苯基、3,5-二全氟烷基苯基、2,6-全氟烷基苯基、2,6-二甲基-4-全氟烷基苯基、2,4,6-三全氟烷基苯基等。
作为该链烯基,可列举出例如直链、支链或环状的碳原子数为2~20的链烯基,具体而言,可列举出乙烯基、烯丙基、1-丁烯基、己烯基、辛烯基、癸烯基、二十烯基等。该链烯基也可以具有选自由烷基(例如,碳原子数为1~20的烷基等)、芳基、甲硅烷基、氰基、硝基、全氟烷基、卤素原子(例如,氟、氯、溴等)、羧基、酯基、酰胺基、可被保护的羟基等组成的组中的1个以上(优选为1~5个)的取代基。具体而言,可列举出例如烷基乙烯基、芳基乙烯基、甲硅烷基乙烯基、芳基乙烯基、氰基乙烯基、硝基乙烯基、全氟烷基乙烯基、羧基乙烯基、酯基取代乙烯基等。更具体而言,可列举出三甲基甲硅烷基乙烯基、三异丙基甲硅烷基乙烯基、甲基丁基甲硅烷基乙烯基、苯基乙烯基等。其中优选为1-丁烯基、己烯基、辛烯基、三甲基甲硅烷基乙烯基、三异丙基甲硅烷基乙烯基、甲基丁基甲硅烷基乙烯基、或苯基乙烯基,特别优选为苯基乙烯基。
作为该炔基,可列举出例如直链或支链的炔基,具体而言,可列举出乙炔基、正炔丙基、3,3-二甲基-1-丁炔基、己炔基、辛炔基、癸炔基、二十炔基等。该炔基也可以具有选自由烷基(例如,碳原子数为1~20的烷基等)、芳基、甲硅烷基、氰基、硝基、全氟烷基、卤素原子(例如,氟、氯、溴等)、羧基、酯基、酰胺基、可被保护的羟基等组成的组中的1个以上(优选为1~5个)的取代基。具体而言,可列举出例如烷基乙炔基、甲硅烷基乙炔基、芳基乙炔基、氰基乙炔基、硝基乙炔基、全氟烷基乙炔基、羧基乙炔基、酯基取代乙炔基等。更具体而言,可列举出三甲基甲硅烷基乙炔基、三异丙基甲硅烷基乙炔基、甲基丁基甲硅烷基乙炔基、苯基乙炔基等。其中优选为3,3-二甲基-1-丁炔基、三异丙基甲硅烷基乙炔基或苯基乙炔基,特别优选为苯基乙炔基。
作为该烷氧基,可列举出例如直链、支链或环状的碳原子数为1~20的烷氧基。具体而言,可列举出甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、环戊基、己基、环己基、异己基、2-乙基己基、辛基、癸基、十二烷基、二十烷基等碳原子数为1~20的烷氧基、频哪基、2,2-二甲基-1,3-二氧基。其中优选为甲基、己基或2-乙基己基、频哪基、2,2-二甲基-1,3-二氧基,特别优选为己基、频哪基。
此外,作为上述芳基烷氧基中的芳基,可列举出例如单环或2环以上的芳基,具体而言可列举出苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基、葸基、菲基等。该芳基也可以具有1~3个选自例如烷基(例如,碳原子数为1~20的烷基等)、卤素原子(例如,氟、氯、溴等)、羧基、酯基、酰胺基、可被保护的羟基等中的1个以上(优选为1~3个)的取代基。
作为上述取代芘、取代2,2’-联苯基、取代2,2’-联二噻吩基中的该取代基,可列举出例如烷基、芳基、或杂芳基、全氟烷基、氟。
关于该烷基、芳基、或杂芳基的定义,与上述的Ar1及Ar2中的该取代基的定义相同。
通式(1)所示的本发明的化合物具有以下优异的特征:通过适当选择、变更X1及X2,能够精密地调整π共轭骨架的π*轨道。即,并非导入强的吸电子性的锚固而强制地使LUMO能级降低,而是通过对于X1及X2,选择适当的吸电子基,能够在维持Ar1及Ar2的π*轨道的扩大的同时以所期望的程度降低LUMO能级。
X1及X2可以不同,但优选相同,优选为甲苯基、基、4-全氟烷基苯基、3,5-二全氟烷基苯基、2,6-全氟烷基苯基、2,6-二甲基-4-全氟烷基苯基、2,4,6-三全氟烷基苯基,特别优选为基、4-三氟甲基苯基、3,5-双(三氟甲基)苯基、2,6-二甲基-4-九氟丁基苯基、2,3,4,5,6-五氟苯基。
(受体部位T:化学式(2a)或(2b)中的E)
上述化学式(2a)或(2b)中,E为选自由直接键合、-CR=CR-、=CR-、>C=O、=N-、-NR-、-O-、-S-、-PR-、=P-、-P(O)R-组成的组中的1种,其中,R在各表达中独立地为选自由氢、烷基、烷氧基、烷硫基、芳基、杂芳基、聚亚乙二氧基、全氟烷基、氰基、氨基、甲硅烷基、硝基、卤素、酰基组成的组中的至少1种。E优选为直接键合、=CH-、=N-。
作为该烷基、烷氧基、烷硫基、芳基、杂芳基、聚亚乙二氧基、全氟烷基、氰基、氨基、甲硅烷基、硝基、卤素、酰基,可列举出与上述Ar1及Ar2上的取代基相同的基团。
作为E优选为直接键合、或因C、N、P而Ar1和Ar2的π轨道的共轭扩大的情况,特别优选为直接键合、或=CR-或=N-。
此外,邻接的上述化学式(2a)或(2b)所示的骨架彼此也可以独立地以选自Ar1-Ar2、Ar1-Ar1、Ar2-Ar2中的任一种键合方式直接键合2~10个单元。优选具有1~3个单元的上述化学式(2a)所示的骨架,特别优选具有1个单元的式(2a)。
(锚固部位A)
在上述化学式(2a)中键合在上述受体部位T的末端的Ar1上、并在化学式(2b)中与R3键合的锚固部位A,为能够与半导体电极结合的基团,为例如选自由羧基、硼酸基、磷酰基、磺酸基、磺酰基、羟基、异羟肟酸基、烷氧基、硝基、氨基、巯基、甲硅烷基、甲硅烷氧基、叠氮基、氰基丙烯酸酯;及具有一个以上的上述这些官能团的烷氧基、烷基、链烯基、炔基、环烷基、芳基、杂芳基、二氧代环丁烯基组成的组中的1种。
作为该烷氧基中的烷基,可列举出例如直链、支链或环状的碳原子数为1~6的烷基。具体而言,可列举出甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、环戊基、己基、环己基等碳原子数为1~6的烷基。此外,该烷基也可以具有氰基、硝基、酯基、酰胺基、甲硅烷基等取代基。此外,作为烷基,也可以具有乙二醇那样的醚键。其中优选为甲基、乙基、正丙基、己基,特别优选为甲基。
作为该烷基,可列举出例如直链、支链或环状的碳原子数为1~6的烷基,具体而言,可列举出甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、环戊基、己基、环己基、异己基等碳原子数为1~6的烷基。此外,该烷基也可以具有氰基、硝基、酯基、酰胺基、甲硅烷基等取代基。此外,作为烷基,也可以具有乙二醇那样的醚键。其中优选为甲基、乙基、正丙基、己基,特别优选为甲基。
作为该链烯基,可列举出例如碳原子数为2~8的链烯基,具体而言,可列举出乙烯基、烯丙基、丁二烯基、己三烯基、辛四烯基、环己烯基、环己二烯基等碳原子数为2~8的链烯基。此外,该链烯基也可以具有氰基、硝基、酯基、酰胺基、甲硅烷基等取代基。其中优选为乙烯基或丁二烯,特别优选为乙烯基。
作为该炔基,可列举出例如碳原子数为2~6的炔基,具体而言,可列举出乙炔基、炔丙基、丁二炔基、己三炔基等碳原子数为2~6的炔基。此外,该炔基也可以具有氰基、硝基、酯基、酰胺基、甲硅烷基等取代基。其中优选为乙炔基或丁二炔基,特别优选为乙炔基。
作为该环烷基,可列举出例如环戊基、环己基等。
作为该芳基,可列举出例如单环或2环以上的芳基,具体而言,可列举出苯基、甲苯基、苯乙烯基、二甲苯基、萘基、葸基、菲基等。此外,该芳基也可以具有氰基、硝基、酯基、酰胺基、甲硅烷基等取代基。可优选列举出苯基、苯乙烯基。
作为该杂芳基,可列举出例如含有氮、氧、硫、磷作为杂元素的单环或2环以上的芳基,具体而言,可列举出吡啶基、呋喃基、噻吩基、1,1-二氧噻吩基、磷酰基、1-氧磷酰基、噻唑、噁唑、苯并噻二唑、咪唑、吡唑、嘧啶、哒嗪、喹啉、异喹啉、吡咯并吡咯-1,4-二酮等。
该甲硅烷基具有选自由例如羟基、烷基、链烯基、炔基、环烷基、芳基、杂芳基、烷氧基、及芳基氧基组成的组中的取代基,作为其具体例子,可列举出三乙氧基甲硅烷基、三羟基甲硅烷基、乙氧基二乙基甲硅烷基、二乙氧基乙基甲硅烷基、乙氧基二苯基甲硅烷基、丙氧基二丙基甲硅烷基、二丙氧基丙基甲硅烷基、丙氧基二苯基甲硅烷基等。
作为该甲硅烷氧基,具有选自由例如羟基、烷基、链烯基、炔基、环烷基、芳基、杂芳基、烷氧基、及芳基氧基组成的组中的取代基,作为其具体例子,可列举出三羟基甲硅烷氧基、三甲基甲硅烷氧基、三异丙基甲硅烷氧基、三乙氧基甲硅烷氧基、乙氧基二乙基甲硅烷氧基、二乙氧基乙基甲硅烷氧基、乙氧基二苯基甲硅烷氧基等。
该磷酰基为通式-P(=O)(Rp)2基(式中,Rp独立地为羟基、烷基、烷氧基、苯基、苯氧基等)所示的基团,作为其具体例子,可列举出-P(=O)(OH)2基、羟基(甲氧基)磷酰基、甲氧基(苯基)磷酰基、二甲氧基磷酰基、乙氧基(羟基)磷酰基、二乙氧基磷酰基、乙氧基(苯基)磷酰基、羟基(丙氧基)磷酰基、二丙氧基磷酰基、苯基(丙氧基)磷酰基、羟基(苯氧基)磷酰基、二苯氧基磷酰基、苯氧基(苯基)磷酰基等。
锚固部位A可以从向半导体电极的电荷注入效率的提高、或在电极上的化学吸附力的提高的观点出发而适当选择。
作为锚固部位A,优选为羧基、氰基丙烯酸酯、丙二酸亚甲基酯基(2,2-二羧基乙烯酯基)、甲硅烷基(例如,三羟基甲硅烷基、三乙氧基甲硅烷基等)、磷酰基(例如,-P(=O)(OH)2基等)、二氧代环丁烯基、硼酸基、磺酸基。
作为锚固部位A,更优选为以下的基团。
[化学式4]
(施体部位D)
此外,上述式(1)所示的化合物也可以在上述受体部位T中与锚固部位A相反侧的末端含有具有给电子性骨架的施体部位D。
作为上述施体部位D,可列举出选自由三芳基胺衍生物、咔唑衍生物、取代或未取代的芳基、取代或未取代的氨基、取代或未取代的芳基烷氧基、取代或未取代的芳基硫代烷氧基组成的组中的至少1种。
作为该三芳基胺衍生物,可列举出例如三苯基胺、二萘基苯基胺、双(4-烷基苯基)苯基胺、双(4-烷氧基苯基)苯基胺、双(9,9-二甲基芴-2-基)苯基胺、二苯基噻吩基胺、双(4-烷基苯基)噻吩基胺、双(4-烷氧基苯基)噻吩基胺、双(9,9-二甲基芴-2-基)噻吩基胺等。优选为双(4-烷基苯基)苯基胺、双(4-烷氧基苯基)苯基胺。
作为该咔唑衍生物,可列举出例如9-烷基咔唑、9-芳基咔唑等。具体而言,为9-乙基咔唑、9-苯基咔唑、9-芴基咔唑等。优选为9-乙基咔唑。
作为该取代或未取代芳基,可列举出例如苯基、4-烷氧基苯基、4-四乙二醇基苯基(4-tetraethylene glycoxyphenyl group)、3,4,5-三烷氧基苯基、二甲基氨基苯基、二乙基氨基苯基、吡咯烷基苯基、噻吩基、烷基噻吩基、烷氧基噻吩基、亚乙基二氧噻吩基、吩噻嗪基、噻葸基等。作为该烷基噻吩基的烷基、及该烷氧基噻吩基的烷氧基,可列举出与作为上述Ar1及Ar2上的取代基列举的烷基及烷氧基相同的基团。此外,这些芳基也可以多个连接。优选为二乙基氨基苯基、3,4,5-三烷氧基苯基、亚乙基二氧噻吩基。
作为该取代或未取代氨基,可列举出例如二甲基氨基、二乙基氨基、二丁基氨基、吡咯烷基等。优选为吡咯烷基。
作为该取代或未取代芳基烷氧基,可列举出例如具有苯基、4-烷氧基苯基、4-己氧基苯基氧基、4-四乙二醇基苯基、3,4,5-三烷氧基苯基、二甲基氨基苯基、二乙基氨基苯基、吡咯烷基苯基等作为芳基的芳基氧基。优选为4-己氧基苯基氧基。
作为该取代或未取代芳基硫代烷氧基,可列举出例如具有苯基、4-烷氧基苯基、4-己氧基苯硫基、4-四乙二醇基苯基、3,4,5-三烷氧基苯基、二甲基氨基苯基、二乙基氨基苯基、吡咯烷基苯基等作为芳基的芳硫基。优选为4-己氧基苯硫基。
施体部位D可以从光吸收效率、或抑制电荷分离及电荷的重组的观点出发而适当选择。
作为施体部位D,选择分子的各单元中给电子性最高的骨架,优选选择在施体部位D中具有HOMO那样的各单元的组合。特别是对于具有取代或未取代的噻吩的分子,优选选择双(4-己基苯基)氨基苯基。
(间隔部位Q)
进而,上述通式(1)所示的化合物也可以在受体部位T中与上述施体部位D之间含有具有π共轭骨架的间隔部位Q。通过在具有利用分子内配位键的电子接受性骨架的受体部分T上键合π共轭骨架,能够扩大π共轭,从而显示更显著的长波长位移。即,在作为太阳能电池用色素敏化材料使用时,能够期待光吸收效率的提高。
作为上述间隔部位Q,可列举出选自由链烯基、炔基、取代或未取代的苯、取代或未取代的杂环戊二烯、取代或未取代的杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的苯并杂环戊二烯、取代或未取代的苯并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的二苯并杂环戊二烯、取代或未取代的二苯并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的芴衍生物、取代或未取代的二噻吩并杂环戊二烯、取代或未取代的二噻吩并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的噻吩并杂环戊二烯、取代或未取代的噻吩并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的苯并二杂环戊二烯、取代或未取代的苯并二杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的并苯、取代或未取代的噻唑、取代或未取代的苯并噻唑、取代或未取代的苯并双噻唑、取代或未取代的噁唑、取代或未取代的苯并噻二唑、取代或未取代的咪唑、取代或未取代的吡唑、取代或未取代的吡啶、取代或未取代的嘧啶、取代或未取代的哒嗪、取代或未取代的喹啉、取代或未取代的异喹啉组成的组中的至少1种。
作为该链烯基,可列举出例如碳原子数为2~8的链烯基,可列举出乙烯基、烯丙基、丁二烯基、己三烯基、辛四烯基、环己烯基、环己二烯基等碳原子数为2~8的链烯基。其中优选为乙烯基或丁二烯,特别优选为乙烯基。
作为该炔基,可列举出例如碳原子数为2~6的炔基,具体而言,可列举出乙炔基、炔丙基、丁二炔基、己三炔基等碳原子数为2~6的炔基。其中优选为乙炔基或丁二炔基,特别优选为乙炔基。
作为该杂环戊二烯、杂环戊二烯氧化物、苯并杂环戊二烯、苯并杂环戊二烯氧化物、二苯并杂环戊二烯、二苯并杂环戊二烯氧化物、芴衍生物、二噻吩并杂环戊二烯、二噻吩并杂环戊二烯氧化物、噻吩并杂环戊二烯、噻吩并杂环戊二烯氧化物、苯并二杂环戊二烯、苯并二杂环戊二烯氧化物、并苯,可列举出与上述Ar1及Ar2相同的基团。
此外,作为上述Q上的可取代的基团,可列举出与上述Ar1及Ar2上的可取代的基团相同的基团。
此外,上述间隔部位Q也可以是从上述选择项中独立地选择的2个以上的基团键合而成的基团。
作为间隔部位Q,可以从相同或不同的上述的骨架中选择一个以上,但优选多个组合的情况。可列举出例如3,3’-二己基联二噻吩、3,3’,3”-三己基三联噻吩、3-己基联二噻吩、3,3’-二己氧基联二噻吩、3,3’,3”-三己氧基三联噻吩、3-己氧基联二噻吩、3,4-亚乙基二氧-3’-己基-2,2’-联二噻吩等。更优选为与受体部位(T)侧的骨架相比,在施体部位(D)侧的骨架上具有高的给电子性的情况,可列举出例如3-己基联二噻吩、3,4-亚乙基二氧-3’-己基-2,2’-联二噻吩等。
该间隔部位Q可以键合在上述通式(1)中的末端Ar2上。
此外,上述间隔部位Q上的取代基彼此也可以互相键合并与邻接的原子一起形成环。例如形成5~8元环的环状烃、稠合烃环、杂环等,在该环上也可以具有1~4个例如烷基(例如,碳原子数为1~4的烷基等)、卤素原子(例如,氟、氯、溴等)、羧基、酯基、酰胺基、可被保护的羟基等取代基。
化合物的制造方法
本发明中的化合物可以通过以下的方法、或依据其的方法来制造。
上述通式(1)所示的化合物可以通过例如在受体部位T的末端导入锚固部位A来制造。
该受体部位T的化学式(2a)所示的化合物可以通过例如下述的方法进行制造。
(1)通过交叉偶联反应使Ar1与Ar2键合,合成含杂原子π共轭键合系化合物。
(2)接着,进行经由含杂原子环的金属化的硼取代基的导入。
或者,也可以通过进行下述(3)代替上述(2)来制造。
(3)将通过(1)得到的含杂原子π共轭键合系化合物通过(2)中所示的方法转换成频哪醇体或甲氧基体等作为硼上的取代基,使用其作为合成中间体,使其与欲导入的X1及X2的格氏试剂等反应。
该(3)的反应中,能够容易地导入各种X1及X2
此外,邻接的上述化学式(2a)所示的骨架彼此直接键合2~10个单元而得到的受体部位T可以通过预先合成将Ar1及Ar2骨架通过交叉偶联等连接而成的前体,并导入硼取代基的方法来制造,但也可以利用例如下述化学式(3a)所示的合成中间体,通过下述(a)~(c)中的任一种方法来制造。
[化学式5]
(a)使用钯络合物使化学式(3a)所示的化合物中X3为卤素原子、X4为氢原子的化合物与X3为氢原子、X4为三烷基甲锡烷基等金属化物的化合物交叉偶联的方法。
(b)使用铜络合物使化学式(3a)所示的化合物中X3为氢原子、X4为锂离子的化合物彼此氧化地自偶联的方法。
(c)使用镍络合物使化学式(3a)所示的化合物中X3为卤素原子、X4为氢原子的化合物彼此氧化地自偶联的方法。
合成如上所述受体部位T后,通过将化学式(2a)中的末端Ar1上的至少1个氢原子、或化学式(2b)中的R3上的氢原子1)金属化后进行亲核取代反应、2)金属化后进行使用Pd等的交叉偶联反应、3)卤素化后进行使用Pd等的交叉偶联反应等,以上述的能够与半导体电极键合的基团进行取代,由此能够制成具有锚固部位A的通式(1)所示的化合物。
此外,关于上述通式(1)中的受体部位T含有具有给电子性骨架的施体部位D的情况,只要在导入上述的锚固部位A前,将施体部位D与Ar2通过使用Pd等的交叉偶联反应、或经由金属化的亲核取代反应等键合即可。
进而,关于上述通式(1)中在受体部位T与施体部位D之间含有间隔部位Q的情况,只要首先将施体部位D和间隔部位Q采用使用Pd等的交叉偶联反应、或经由金属化的亲核取代反应等键合后,在所得到的结合体的间隔部位Q上采用使用Pd等的交叉偶联反应导入受体部位T,最后在受体部位T的末端导入锚固部位A即可。
或者,也可以预先在受体部位中导入锚固部位A,然后进行与施体部位D等的偶联。
该受体部位T的化学式(2b)所示的化合物可以通过依据例如化学式(2a)所示的化合物的制造方法的方法来制造。
本发明中的化合物的制造方法中的这些反应的条件只要基于本领域技术人员的技术常识适当决定即可。
2.色素敏化太阳能电池
本发明也提供包括将上述详细说明的化合物暴露在光中的光发电方法。即,上述详细说明的化合物可以在光发电中作为色素敏化太阳能电池用的色素使用。
该色素在如下的色素敏化太阳能电池中,与金属氧化物一起含有于上述光吸收层中,色素敏化太阳能电池包含例如第1电极、形成于上述第1电极的一个面上的光吸收层、与形成有上述光吸收层的第1电极相对配置的第2电极、和位于上述第1电极与上述第2电极间的电荷输送材料。
以下,例示地对使用本发明的上述通式(1)所示的化合物作为色素敏化太阳能电池用的色素的色素敏化太阳能电池进行说明。
第1电极
第1电极由于为光吸收层的支撑体,并且具有从光吸收层取出电流的功能,所以使用导电性基板,由具有能够透射有助于光电转换的光的透光性的透明的导电层构成。
作为该透明导电层,可列举出例如锡掺杂氧化铟(ITO)膜、杂质掺杂的氧化铟(In2O3)膜、杂质掺杂的氧化锌(ZnO)膜、氟掺杂的二氧化锡膜、或将它们层叠而成的层叠膜等。
该透明导电层可以根据成形的材料,使用公知的成膜方法而得到。
此外,为了从外部进行保护,该透明导电层也可以根据需要通过透光性被覆体覆盖。
作为该透光性被覆体,可列举出例如氟树脂、聚氯乙烯树脂、聚酰亚胺等树脂片材、白板玻璃、钠玻璃等无机片材、或将这些材料组合而成的混合片材等。
光吸收层
光吸收层包含金属氧化物和由本申请的上述化学式(1)所示的化合物构成的色素。优选该色素吸附在金属氧化物的表面。通过使该色素吸收光而激发的电子移动到金属氧化物中,可以进行光电转换。
作为该金属氧化物,可列举出选自由氧化钛、氧化锡、氧化锌组成的组中的n型半导体。通过使用该具有半导电性的氧化物,能够提高光电转换效率。特别是氧化钛从晶格缺陷与其它的金属氧化物相比较少的方面出发是适合的。
此外,为了吸附更多的色素,上述金属氧化物优选为多孔质。
可以使用下述的方法使本申请发明的色素吸附到该金属氧化物上。可列举出例如以下方法:将形成有金属氧化物的导电性基板浸渍到溶解有色素的溶液中的方法;将形成有金属氧化物的导电性基板通过密封剂等将周围密封后,从密封剂的注入口注入溶解有色素的溶液,使该溶液在密封的内部循环,从而使色素吸附到金属氧化物上的方法等。该吸附方法中的温度及压力没有特别限定,可以在常温常压下进行。此外,使用的溶剂也只要是可溶解色素的溶剂就没有特别限定,可以使用醇类、酮类、醚类、含氮化合物等公知的溶剂。
申荷输送材料
电荷输送材料是具有输送电荷的功能的材料。可以使用例如导电体、半导体、电解质等。该电荷输送材料从光吸收层中的色素接收空穴,作为输送空穴的空穴输送材料发挥功能。
作为该导电体或半导体,可列举出例如CuI、CuInSe2、CuS等包含1价的铜的化合物半导体、GaP、NiO、CoO、FeO、Bi2O3、MoO2、Cr2O3等。优选为包含1价的铜的半导体,更优选为CuI。
此外,作为该电解质,可列举出例如液体电解质、固体电解质、凝胶电解质、熔融盐等。
作为该液体电解质,也可以使用将季铵盐及锂盐等溶解到碳酸亚丙醇酯、乙腈等溶剂中而得到的溶液、或者将四丙基碘化铵、碘化锂、碘溶解到甲氧基丙腈等溶剂中而得到的溶液。
作为该固体电解质,可列举出例如在聚环氧乙烷或聚乙烯等高分子链上具有砜咪唑鎓盐、四氰基苯醌二甲烷盐(tetracyanoquinodimethane salt)、二氰基苯醌二亚胺盐(dicyanoquinodiimine salt)等的物质。
作为该凝胶电解质,优选例如对乙腈、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯或它们的混合物混合聚环氧乙烷、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚乙烯基醇、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺等主体聚合物进行聚合而得到的物质。
作为熔融盐,可以使用例如碘化物的熔融盐。可列举出例如咪唑鎓盐、季铵盐、异噁唑烷鎓盐、异噻唑烷鎓盐、吡唑烷鎓盐、吡咯烷鎓盐、吡啶鎓盐等碘化物。
第2电极
第2电极由于与第1电极相对配置,具有能够与上述电荷输送材料互换电荷的导电性,所以使用导电性基板。
作为该导电性基板,可列举出例如金属基板、含有导电性构件的基板、或上表面形成有导电膜的绝缘基板等。
作为该金属基板,可以使用本领域中使用的公知的原料,可列举出例如铂、钛、不锈钢、铝、银、镍等金属、或它们的合金。
作为含有该导电性构件的基板中的基板,可列举出例如有机树脂材料或无机材料等绝缘材料。具体而言,例如作为有机材料,可列举出聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚碳酸酯等,作为无机材料,可列举出青板玻璃、钠玻璃、硼硅酸玻璃、陶瓷等。
此外,作为该基材中含有的导电性构件,可列举出例如由上述的金属基板的原料形成的金属的微粒或微细线、或碳的微粒或微细线等。
作为上表面形成有该导电膜的绝缘基板,可列举出例如在与上述相同的绝缘材料上通过CVC法等形成有导电膜的绝缘基板。
作为该导电膜,可列举出例如金属薄膜、透明导电膜、由掺杂有铝的氧化锌形成的导电膜、或在一对钛层间夹持ITO层而成的层叠导电膜层等。
作为该金属薄膜,可列举出例如钛、不锈钢、铝、银、铜及镍等。
此外,作为该透明导电膜,可列举出例如ITO(锡掺杂强化铟)及FTO(氟掺杂氧化锡)等。
实施例
以下,示出实施例等对本发明进行更详细地说明,但本发明并不限定于这些。
对以下的各物性值示出测定方法。
1H NMR及13C NMR>
使用Varian公司制、MERCURY300进行测定。
<元素分析>
使用J-Science LAB Co.Ltd.公司制、Micro corder JM10进行测定。
合成例1(受体部位T的合成)
[化学式6]
在化合物1(1.73g,5.3mmol)的甲苯(2.5mL)溶液中,在室温下滴加BBr3(500μL,5.3mmol)后,密闭并在100℃下搅拌12小时。冷却至50℃后减压,蒸馏除去溶剂。在减压下慢慢升温至100℃,除去副产物的锡化合物。冷却至室温,将所得到的淡黄色固体的化合物2直接用于下面的反应。
1H NMR(270MHz,CDCl3)δ8.08(d,JHH=7.8Hz,4H),7.10(d,JHH=7.8Hz,4H),2.15(s,6H).
[化学式7]
在化合物3(1.45g,5.8mmol)的己烷(60mL)溶液中,在室温下滴加n-BuLi的己烷溶液(1.60M,3.6mL,5.8mmol)。搅拌1小时后,将反应混合液在室温下滴加到化合物2的己烷(60mL)溶液中,搅拌12小时。添加水后,将有机层分离,水层用二氯甲烷萃取。将有机层用无水Na2SO4干燥,过滤后,在减压下蒸馏除去溶剂。通过硅胶柱色谱法(展开剂、己烷:二氯甲烷=1:1)及重结晶(二氯甲烷)进行纯化,以收率77%得到作为淡黄色固体的化合物4(1.46g,4.1mmol)。
1H NMR(270MHz,CDCl3)δ7.78(d,JHH=3.6Hz,1H),7.60(d,JHH=4.0Hz,1H),7.33(d,JHH=4.0Hz,1H),7.21(d,JHH=3.6Hz,1H),7.15(d,JHH=7.9Hz,4H),7.02(d,JHH=7.9Hz,4H),2.28(s,6H).
合成例2(受体部位T的合成)
[化学式8]
在化合物3(887mg,2.0mmol)的甲苯(4mL)溶液中,在室温下滴加n-BuLi的己烷溶液(1.60M,1.3mL,2.0mmol)。搅拌1小时后,将反应混合液在室温下滴加到氯代双(4-(三氟甲基)苯基)硼烷(chlorobis(4-(trifluoromethyl)phenyl)borane)的甲苯(4mL)溶液中,搅拌12小时。将反应混合液通过硅藻土,在减压下蒸馏除去溶剂。通过硅胶短柱(展开剂,甲苯)中,在减压下蒸馏除去溶剂。用氯仿GPC进行纯化,以收率44%得到作为淡黄色固体的化合物5(414mg,0.89mmol)。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.75(d,JHH=3.6Hz,1H),7.69(d,JHH=4.4Hz,1H),7.44(d,JHH=7.6Hz,4H),7.32(d,JHH=4.4Hz,1H),7.31(d,JHH=3.6Hz,1H),7.30(d,JHH=7.6Hz,4H).
合成例3(受体部位T的合成)
[化学式9]
在化合物3(989mg,4.0mmol)的甲苯(4mL)溶液中,在室温下滴加n-BuLi的己烷溶液(1.60M,2.5mL,4.0mmol)。搅拌1小时后,将反应混合液在室温下滴加到氯化双(五氟苯基)硼烷(chlorobis(pentafluorophenyl)borane)的甲苯(2mL)溶液中,搅拌12小时。添加饱和NH4Cl水溶液后,将有机层分离,将水层用甲苯萃取。将有机层用无水Na2SO4干燥,过滤后,在减压下蒸馏除去溶剂。通过硅胶柱色谱法(展开剂,己烷:甲苯=1:1)进行纯化,以收率21%得到作为淡黄色固体的化合物6(438mg,0.86mmol)。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.99(d,JHH=3.6Hz,1H),7.64(d,JHH=4.8Hz,1H),7.41(d,JHH=4.8Hz,1H),7.24(d,JHH=3.6Hz,1H).
合成例4(受体部位T的合成)
[化学式10]
在化合物3(251mg,1.0mmol)的己烷(10mL)溶液中,在室温下滴加n-BuLi的己烷溶液(1.60M,0.7mL,1.1mmol)。搅拌1小时后,将反应混合液在室温下滴加到5-溴-5H-二苯并[b,d]硼杂环戊二烯的甲苯(5mL)溶液中,搅拌12小时。在减压下蒸馏除去溶剂后添加二氯甲烷进行溶解,通过硅藻土中。在减压下蒸馏除去溶剂,通过硅胶短柱(展开剂,甲苯)中后,用氯仿GPC进行纯化,以收率45%得到作为淡黄色固体的化合物7(152mg,0.46mmol)。
1H NMR(270MHz,CDCl3)δ7.73(d,JHH=5.6Hz,2H),7.58(d,JHH=3.3Hz,1H),7.27(t,JHH=5.6Hz,2H),7.14(d,JHH=2.7Hz,1H),7.07(d,JHH=2.7Hz,1H),7.02(d,JHH=5.6Hz,2H),6.98(d,JHH=3.3Hz,1H),6.90(d,JHH=5.6Hz,2H).
合成例5(受体部位T的合成)
[化学式11]
将化合物3(247mg,1.0mmol)的Et2O(10mL)溶液冷却至-78℃,滴加n-BuLi的己烷溶液(1.60M,625μL,1.0mmol)。在-78℃下搅拌1小时后,添加i-PrOBpin(224μL,1.1mmol),慢慢地升温至室温。添加饱和NH4Cl水溶液后,将有机层分离,将水层用Et2O萃取。将有机层用无水Na2SO4干燥,过滤后,在减压下蒸馏除去溶剂。将析出的淡黄色固体用少量的己烷洗涤,以收率78%得到化合物8(250mg,0.85mmol)。
1H NMR(300MHz,CDCl3)δ7.78(d,JHH=3.3Hz,1H),7.35(s,2H),7.34(d,JHH=3.3Hz,1H),1.38(s,12H).
合成例6(受体部位T的合成)
[化学式12]
将化合物3(197mg,0.80mmol)的Et2O(5mL)溶液冷却至-78℃,滴加n-BuLi的己烷溶液(1.60M,500μL,0.80mmol)。在-78℃下搅拌1小时后,添加硼酸三甲酯(89μL,0.80mmol),将反应混合液慢慢地升温至室温。蒸馏除去溶剂后,添加5mL的三异丙基甲硅烷基乙炔基溴化镁(triisopropylsilylethynyl magnesium bromide)的THF溶液(在magnesiumtuning(139mg,5.7mmol)中添加2-溴乙炔基-三异丙基硅烷(1.25g,4.8mmol)和THF,用时制备而成的溶液),进行13小时回流。添加水(5mL)后,将有机层分离,将水层用二氯甲烷萃取3次。将有机层用无水Na2SO4干燥,过滤后,在减压下蒸馏除去溶剂。将混合物用甲苯GPC进行纯化,以收率6%得到作为淡黄色固体的化合物9(25.6mg,47.4μmol)。
1H NMR(300MHz,苯-d6)δ7.45(d,JHH=3.6Hz,1H),7.30(d,JHH=4.8Hz,1H),6.89(d,JHH=4.8Hz,1H),5.66(d,JHH=3.6Hz,1H),1.23(d,JHH=6.3Hz,36H),1.16(d,JHH=6.3Hz,6H).
合成例7(受体部位T的合成)
[化学式13]
将化合物3(200mg,0.81mmol)的Et2O(5mL)溶液冷却至-78℃,滴加n-BuLi的己烷溶液(1.60M,507μL,0.81mmol)。在-78℃下搅拌1小时后,添加硼酸三甲酯(91μL,0.81mmol),将反应混合液慢慢地升温至室温。蒸馏除去溶剂后添加5mL的苯基乙炔基氯化镁的THF溶液(在苯基乙炔(223μL,2.03mmol)的THF溶液中添加叔丁基氯化镁的THF溶液(1.7M,1.19mL,2.03mmol),用时制备而成的溶液),进行16小时回流。添加水(5mL)后,将有机层分离,将水层用二氯甲烷萃取3次。将有机层用无水Na2SO4干燥,过滤后,在减压下蒸馏除去溶剂。将粗产物再溶解到二氯甲烷中,通过硅胶的短垫并过滤。蒸馏除去溶剂后,将固体用己烷洗涤,以收率21%得到作为淡黄色固体的化合物10(64.1mg,0.169mmol)。
1H NMR(300MHz,CDCl3)δ8.02(d,JHH=3.6Hz,1H),7.66(d,JHH=4.8Hz,1H),7.46(d,JHH=4.8Hz,1H),7.43-7.40(m,4H),7.28(d,JHH=3.6Hz,1H),7.22-7.20(m,overlapped,6H).
合成例8(受体部位T的合成)
[化学式14]
将化合物3(493mg,2.00mmol)的Et2O(10mL)溶液冷却至-78℃,滴加n-BuLi的己烷溶液(1.60M,1.25mL,2.00mmol)。在-78℃下搅拌1小时后,添加硼酸三甲酯(223μL,2.00mmol),将反应混合液慢慢地升温至室温。在该溶液中,添加10mL的3,5-双(三氟甲基)苯基溴化镁的Et2O溶液(在magnesium tuning(245mg,10.1mmol)中添加3,5-双(三氟甲基)溴苯(1.72mL,10.0mmol)和Et2O,用时制备而成的溶液),将混合液回流90小时。添加饱和氯化铵水溶液后,将有机层分离,将水层用二氯甲烷萃取3次。将有机层用无水MgSO4干燥,过滤后,在减压下蒸馏除去溶剂。将混合物通过硅胶柱色谱法(展开剂,己烷:二氯甲烷=2:1)进行纯化,以收率78%得到作为淡黄色固体(熔点170-171℃)的化合物11(944mg,1.57mmol)。
1H NMR(600MHz,CDCl3)δ7.77(d,JHH=4.6Hz,1H),7.72(d,JHH=3.7Hz,1H),7.71(s,2H),7.57(s,4H),7.41(d,JHH=3.7Hz,1H),7.31(d,JHH=4.6Hz,1H);13C NMR(150MHz,CDCl3)δ176.58,168.48,149.57,135.87,134.01,132.26,132.23(q,JCF=3.9Hz),130.57(q,JCF=32.3Hz),128.84,123.80(q,JCF=272.7Hz),120.54(sept,JCF=3.9Hz),119.02;
11B NMR(192MHz,CDCl3)δ0.30;
19F NMR(565MHz,CDCl3)δ-63.17.
Anal.Calcd for C23H10BF12NS2:C,45.79;H,1.67;N,2.32.Found:C,46.09;H,1.62;N,2.47.
合成例9(受体部位T的合成)
[化学式15]
将化合物3(750mg,3.05mmo1)的Et2O(31mL)溶液冷却至-78℃,滴加n-BuLi的己烷溶液(1.60M,1.91mL,3.05mmol)。在-78℃下搅拌1小时后,添加硼酸三甲酯(340μL,3.05mmol),将反应混合液慢慢地升温至室温。在该溶液中,添加30mL的对三氟甲基苯基溴化镁的Et2O溶液(在magnesium tuning(233mg,15.3mmol)中添加对三氟甲基溴苯(2.14mL,15.3mmol)和Et2O,用时制备而成的溶液),将混合液回流90小时。添加饱和氯化铵水溶液后,将有机层分离,将水层用二氯甲烷萃取3次。将有机层用无水MgSO4干燥,过滤,在减压下蒸馏除去溶剂。将混合物通过硅胶柱色谱法(展开剂,己烷:二氯甲烷=3:1)进行纯化,以收率69%得到作为淡黄色固体(熔点174-175℃)的化合物12(982mg,2.10mmol)。
1H NMR(600MHz,CDCl3)δ7.76(d,JHH=3.6Hz,1H),7.69(d,JHH=4.6Hz,1H),7.46(d,JHH=7.7Hz,4H),7.33(d,JHH=4.6Hz,1H),7.32(d,JHH=7.7Hz,4H),7.30(d,JHH=3.6Hz,1H);
13C NMR(150MHz,CDCl3)δ178.56,167.73,152.33,134.73,134.62,132.79,131.69,129.18,128.19(q,JCF=32.1Hz),124.64(q,JCF=271.8Hz),124.18(q,JCF=3.8Hz),117.96;
11B NMR(192MHz,CDCl3)δ0.99;
19F NMR(565MHz,CDCl3)δ-62.83.
Anal.Calcd for C23HmBF12NS2:C,53.98;H,2.59;N,3.00.Found:C,54.18;H,2.53;N,3.13.
实施例1(化合物的合成)
(1)间隔部位O及施体部位D的制备
[化学式16]
将上述反应式中所示的化合物13(2.68g,5.12mmol)、化合物14(2.36g,5.13mmol)、Pd2(dba)3·CHCl3(53.5mg,0.052mmol)、2-二环己基膦基-2’,6’-二甲氧基联苯(S-Phos)(42.7mg,0.104mmol)、K3PO4(3.19g,15.0mmol)在氩气气氛下溶解到经脱气的甲苯(50ml)及水(5ml)中,加热回流80小时。放冷至室温后,将反应混合液用甲苯萃取。将有机层用无水Na2SO4干燥,过滤后,在减压下蒸馏除去溶剂。通过硅胶柱色谱法(展开剂,己烷:甲苯=3:1)及甲苯GPC进行纯化,以收率79%得到作为黄色粘性液体的化合物15(3.15g,4.03mmol)。
1H NMR(300MHz,CDCl3)δ7.23(d,JHH=8.7Hz,2H),7.13(d,JHH=5.4Hz,1H),7.08(d,JHH=9.0Hz,4H),6.95(s,1H),6.93(d,JHH=8.7Hz,2H),6.92(d,JHH=5.4Hz,1H),6.83(d,JHH=9.0Hz,4H),3.93(t,JHH=6.6Hz,4H),2.77(t,JHH=7.8Hz,2H),2.63(t,JHH=7.8Hz,2H),1.78(m,4H),1.62(m,4H),1.46(m,H),1.33(m,20H),0.88(m,12H)
13C NMR(75MHz,CDCl3)δ155.57,148.02,140.42,139.07,138.05,138.01,133.20,131.05,129.98,129.58,128.27,126.81,125.85,123.10,119.68,115.23,68.21,31.66,31.59,30.95,30.70,29.30,29.24,29.21,28.78,25.74,22.60,14.10,14.04(由于重叠,没有观察到己基的碳原子对应的五个峰:five peaks for the carbonatoms of hexyl groups are not observed due to the overlapping)
Anal.Calcd for C50H67NO2S2:C,77.17;H,8.68;N,1.80.Found:C,77.03;H,8.73;N,1.95.
(2)受体部位T的导入
[化学式17]
将化合物15(976mg,1.25mmol)的THF(5mL)溶液冷却至-78℃,滴加n-BuLi的己烷溶液(1.60M,784μL,1.25mmol)。在-78℃下搅拌1小时后,添加i-PrOBpin(282μL,1.38mmol),慢慢地升温至室温。在减压下蒸馏除去溶剂后添加己烷,通过硅藻土并过滤。在减压下蒸馏除去溶剂,将所得到的化合物16直接用于下面的反应。
[化学式18]
将通过上述反应得到的化合物16、通过WO2006/070817号记载的方法得到的化合物17(677mg,1.25mmol)、Pd2(dba)3·CHCl3(13.0mg,12.6μmol)、S-Phos(10.4mg,25.3μmol)、K3PO4(799mg,3.76mmol)在氩气气氛下溶解到经脱气的甲苯(5ml)及水(1.25ml)中,加热回流22小时。放冷至室温后,将有机层分离,将水层用甲苯萃取。将有机层用无水Na2SO4干燥,过滤后,在减压下蒸馏除去溶剂。通过硅胶柱色谱法(展开剂,己烷:二氯甲烷=2:1)进行纯化,以收率77%得到作为红色固体的化合物18(1.15g,0.96mmol)。
1H NMR(300MHz,CDCl3)δ7.66(d,JHH=3.9Hz,1H),7.25(s,1H),7.22(d,JHH=8.7Hz,2H),7.09(d,JHH=8.7Hz,4H),7.04(s,1H),7.10(d,JHH=3.9Hz,1H),6.98(s,1H),6.93(d,JHH=8.7Hz,2H),6.84(d,JHH=8.7Hz,4H),6.66(s,4H),3.94(t,JHH=6.6Hz,4H),2.74(t,JHH=7.8Hz,2H),2.63(t,JHH=7.8Hz,2H),2.19(s,6H),1.88(s,12H),1.82-1.75(m,4H),1.67-1.56(m,4H),1.51-1.41(m,4H),1.36-1.28(m,20H),0.93-0.86(m,12H);
13C NMR(75MHz,CDCl3)δ184.31,166.15,155.60,148.12,145.94,142.98,140.34,140.10,139.74,138.48,138.23,137.20,134.09,133.88,132.63,131.79,129.54,129.50,128.36,127.92,127.49,126.84,126.61,125.60,119.59,116.07,115.23,68.19,31.63,31.58,30.93,30.45,29.42,29.28,29.20,28.76,25.73,24.31,22.60,20.73,14.10,14.04(由于重叠,没有观察到己基的碳原子对应的五个峰:five peaks for the carbon atoms of hexyl groups are notobserved due to the overlapping)
Anal.Calcd for C75H91BN2S2O4:C,75.60;H,7.70;N,2.35.Found:C,75.47;H,7.76;N,2.42.
(3)锚固部位A的导入
[化学式19]
将化合物18(119mg,0.10mmol)溶解到THF(4mL)中,冷却至-78℃后,滴加t-BuLi的戊烷溶液(1.55M,65μL,0.1mmol)。在-78℃下搅拌1小时后,添加过量的干冰,慢慢地升温至室温。添加饱和NH4Cl水溶液后将有机层分离,将水层用二乙醚萃取3次。将有机层用无水Na2SO4干燥,过滤后,在减压下蒸馏除去溶剂。通过硅胶柱色谱法(展开剂,甲苯:甲醇=10:1)及PTLC(展开剂,二氯甲烷:甲醇=50:11)进行纯化,以收率75%得到作为暗红色固体的化合物19(93.0mg,0.075mmol)。
1H NMR(300MHz,DMSO-d6)δ7.47(s,1H),7.35(s,1H),7.24(d,JHH=8.4Hz,2H),7.20(s,1H),7.12(s,1H),7.06(d,JHH=9.0Hz,4H),6.92(d,JHH=9.0Hz,4H),6.77(d,JHH=8.4Hz,2H),6.57(s,4H),3.93(t,JHH=6.3Hz,4H),2.72(m,2H),2.57(m,2H),2.10(s,6H),1.81(s,12H),1.74-1.65(m,4H),1.61-1.58(m,4H),1.43-1.38(m,4H),1.32-1.22(m,20H),0.90-0.83(m,12H).
实施例2(化合物的合成)
[化学式20]
将化合物18(527mg,0.44mmol)的THF(5mL)溶液冷却至-78℃,滴加n-BuLi的己烷溶液(1.54M,316μL,0.49mmol)。在-78℃下搅拌1小时后,添加二乙基磷酰氯(76μL,0.53mmol),将反应混合液慢慢地升温至室温。添加水后,将有机层分离,将水层用甲苯萃取3次。将有机层用水洗涤,用无水Na2SO4干燥,过滤后,在减压下蒸馏除去溶剂。将混合物通过硅胶柱色谱法(展开剂,甲苯:醋酸乙酯=1:10)进行纯化,以收率72%得到作为红色固体的化合物20(418mg,0.31mmol)。
1H NMR(300MHz,苯-d6)δ8.32(d,JHH=5.1Hz,1H),7.64(s,1H),7.41(d,JHH=9.0Hz,2H),7.15-7.09(overlapped,7H),6.97(s,1H),6.80(d,JHH=9.0Hz,4H),6.76(s,4H),3.72(m,4H),3.63(t,JHH=6.3Hz,4H),2.70(m,4H),2.19(s,12H),2.15(s,6H),1.65-1.52(m,8H),1.38-1.16(m,overlapped,24H),0.90-0.82(t,overlapped,18H).
实施例3(化合物的合成)
[化学式21]
将化合物18(204mg,0.17mmol)的THF(3mL)溶液冷却至-78℃,滴加n-BuLi的己烷溶液(1.60M,129μL,0.21mmol)。在-78℃下搅拌1小时后,将反应混合液滴加到三乙氧基氯硅烷(134μL,0.68mmol)的THF(2mL)溶液中,慢慢地升温至室温。在减压下蒸馏除去溶剂后,添加干己烷,通过硅藻土并过滤。蒸馏除去溶剂后,通过甲苯GPC进行纯化,以26%的收率得到作为红色固体的化合物21(61.2mg,45μmol))。
1H NMR(300MHz,苯-d6)δ8.13(s,1H),7.71(s,1H),7.43(d,JHH=8.7Hz,2H),7.18-7.10(overlapped,7H),7.00(s,1H),6.817(d,JHH=8.7Hz,4H),6.816(s,4H),3.68--3.61(m,overlapped,10H),2.72(m,4H),2.26(s,12H),2.19(s,6H),1.67-1.52(m,8H),1.38-1.16(m,overlapped,24H),1.03(t,JHH=6.9Hz,9H),0.90-0.85(t,overlapped,12H).
实施例4(化合物的合成)
[化学式22]
将通过实施例1的(2)得到的化合物18(238mg,0.20mmol)溶解到THF(4mL)中,冷却至-78℃后,滴加t-BuLi的戊烷溶液(1.55M,129μL,0.2mmol)。在-78℃下搅拌1小时后,添加DMF(15μL,0.20mmol),慢慢地升温至室温。添加饱和NH4Cl水溶液后将有机层分离,将水层用二乙醚萃取3次。将有机层用无水Na2SO4干燥,过滤后,在减压下蒸馏除去溶剂。通过硅胶柱色谱法(展开剂,己烷:甲苯=1:3)进行纯化,以收率65%得到作为暗红色固体的化合物22(158mg,0.13mmol)。
1H NMR(300MHz,CDCl3)δ9.81(s,1H),8.15(s,1H),7.29(s,1H),7.22(d,JHH=8.7Hz,2H),7.12(s,1H),7.09(d,JHH=9.0Hz,4H),7.00(s,1H),6.92(d,JHH=8.7Hz,2H),6.84(d,JHH=9.0Hz,4H),6.69(s,4H),3.93(t,JHH=6.6Hz,4H),2.75(t,JHH=7.8Hz,2H),2.63(t,JHH=7.8Hz,2H),2.20(s,6H),1.90(s,12H),1.82-1.73(m,4H),1.64-1.60(m,4H),1.48-1.44(m,4H),1.33-1.22(m,20H),0.93-0.86(m,12H).
[化学式23]
将化合物22(58.4mg,0.048mmol)溶解到氯仿(2mL)中,滴加氰基醋酸(8.1mg,0.096mmol)、哌啶(9.5μL,0.096mmol),加热回流60小时。添加饱和NH4Cl水溶液后将有机层分离,将水层用二乙醚萃取3次。将有机层用无水Na2SO4干燥,过滤后,在减压下蒸馏除去溶剂。通过PTLC(展开剂,二氯甲烷:甲醇=6:1)进行纯化,以收率69%得到作为黑色固体的化合物23(42.5mg,0.033mmol)。
1H NMR(300MHz,DMSO-d6)δ8.48(s,1H),8.30(s,1H),7.43(s,1H),7.26(s,1H),7.23(d,JHH=9.0Hz,2H),7.14(s,1H),7.06(d,JHH=9.0Hz,4H),6.91(d,JHH=9.0Hz,4H),6.76(d,JHH=9.0Hz,2H),6.57(s,4H),3.93(t,JHH=6.3Hz,4H),2.73(m,2H),2.59(m,2H),2.10(s,6H),1.81(s,12H),1.74-1.67(m,4H),1.62-1.53(m,4H),1.43-1.35(m,4H),1.33-1.22(m,20H),0.90-0.82(m,12H).
实施例5(化合物的合成)
[化学式24]
在化合物22(120mg,0.098mmol)的氯仿(1mL)溶液中在室温下添加丙二酸(31.0mg,0.30mmol)和哌啶(48μL,0.49mmol),将混合液回流14小时。将温度降低至室温后,添加2M盐酸水溶液(3mL)。将有机层分离,将水层用二乙醚萃取3次。将有机层用水洗涤,用无水Na2SO4干燥,过滤后,在减压下蒸馏除去溶剂。将混合物通过PTLC(展开剂,二氯甲烷:甲醇=8:1)进行纯化,以收率80%得到作为深红色固体的化合物24(102mg,0.078mmol)。
1H NMR(300MHz,DMSO-d6)δ8.42(s,1H),8.30(s,1H),7.40(s,1H),7.24(d,JHH=9.0Hz,2H),7.22(s,1H),7.13(s,1H),7.06(d,JHH=9.0Hz,4H),6.92(d,JHH=9.0Hz,4H),6.76(d,JHH=9.0Hz,2H),6.55(s,4H),3.93(t,JHH=6.3Hz,4H),2.73(m,2H),2.59(m,2H),2.10(s,6H),1.81(s,12H),1.74-1.65(m,4H),1.62-1.52(m,4H),1.45-1.35(m,4H),1.33-1.18(m,overlapped,20H),0.90-0.82(t,overlapped,12H).
实施例6(化合物的合成)
(1)施体部位D的制备
[化学式25]
将化合物13(2.89g,5.5mmol)、三甲基甲硅烷基乙炔(3.8mL,27mmol)、Pd2(dba)3·CHCl3(93mg,0.09mmol)、S-Phos(148mg,0.36mmol)、CuI(68.6mg,0.36mmol)在氩气气氛下溶解到经脱气的甲苯(36mL)、三乙胺(4mL)中,加热回流20小时。放冷至室温后,添加饱和NH4Cl水溶液。将有机层分离,将水层用二乙醚萃取3次。将有机层用无水Na2SO4干燥,过滤后,在减压下蒸馏除去溶剂。分散到溶剂(己烷:甲苯=5:1)中,通过硅胶垫中后,蒸馏除去溶剂,将包含所得到的化合物25的黄色粘性液体直接用于下面的反应。
[化学式26]
在化合物25(2.78g,5.1mmol)中添加氟化四丁基铵的THF溶液(1.0M,10mL,10mmol),在室温下搅拌4小时。在减压下蒸馏除去溶剂,通过硅胶柱色谱法(展开剂,己烷:二氯甲烷=3:1)进行纯化,以收率50%得到作为黄色粘性液体的化合物26(1.21g,2.6mmol)。
1H NMR(300MHz,C6D6)δ7.38(d,JHH=7.2Hz,2H),7.01(d,JHH=7.2Hz,4H),6.89(d,JHH=7.2Hz,2H),6.75(d,JHH=7.2Hz,4H),3.61(t,JHH=6.3Hz,4H),2.77(s,1H),1.62-1.57(m,4H),1.35-1.30(m,4H),1.24-1.17(m,8H),0.86(t,JHH=6.6Hz,6H).
(2)间隔部位Q及施体部位D的制备
[化学式27]
将化合物26(649mg,1.38mmol)、化合物27(591mg,1.42mmol)、Pd(PPh)4(62mg,0.054mmol)、CuI(68.6mg,0.36mmol)在氩气气氛下溶解到经脱气的甲苯(9mL)及三乙胺(3mL)中,加热回流26小时。放冷至室温后,添加饱和NH4Cl水溶液。将有机层分离,将水层用甲苯萃取3次。将有机层用无水Na2SO4干燥,过滤后,在减压下蒸馏除去溶剂。通过硅胶柱色谱法(展开剂,己烷:二氯甲烷=3:1)及甲苯GPC进行纯化,以收率25%得到作为黄色粘性液体的化合物28(272mg,0.34mmol)。
1H NMR(300MHz,C6D6)δ7.41(d,JHH=8.7Hz,2H),7.11(d,JHH=5.1Hz,1H),7.04(d,JHH=9.0Hz,4H),7.01(s,1H),6.96(d,JHH=8.7Hz,2H),6.77(d,JHH=9.0Hz,4H),6.68(d,JHH=5.1Hz,1H),3.62(t,JHH=6.3Hz,4H),2.81-2.71(m,4H),1.64-1.55(m,8H),1.38-1.13(m,24H),0.89-0.82(m,12H).
(3)受体部位T的导入
[化学式28]
将化合物28(243mg,0.30mmol)的THF(3mL)溶液冷却至-78℃,滴加n-BuLi的己烷溶液(1.60M,199μL,0.32mmol)。在-78℃下搅拌1小时后,添加i-PrOBpin(68μL,0.33mmol),慢慢地升温至室温。将所得到的化合物29直接用于下面的反应。
[化学式29]
在化合物29的THF(3mL)溶液中,溶解化合物17(163mg,0.30mmol)、Pd2(dba)3·CHCl3(3.2mg,3.1μmol)、S-Phos(5.3mg,12.9μmol)、K3PO4(205mg,0.97mmol),加热回流20小时。放冷至室温后,添加饱和NH4Cl水溶液(3mL)。将有机层分离,将水层用甲苯萃取3次。将有机层用无水Na2SO4干燥,过滤后,在减压下蒸馏除去溶剂。通过硅胶柱色谱法(展开剂,己烷:甲苯=1:1)进行纯化,以收率78%得到作为红色固体的化合物30(286mg,0.24mmol)。
1H NMR(300MHz,C6D6)δ7.64(s,1H),7.42(d,JHH=8.7Hz,2H),7.22(d,JHH=3.6Hz,1H),7.04(d,JHH=8.7Hz,4H),6.97(d,JHH=8.7Hz,2H),6.94(s,1H),6.90(s,1H),6.82(s,4H),6.77(d,JHH=8.7Hz,4H),5.64(d,JHH=3.6Hz,1H),3.61(t,JHH=6.3Hz,4H),2.76(m,2H),2.62(m,2H),2.20(s,6H),2.17(s,12H),1.65-1.42(m,8H),1.35-1.17(m,24H),0.89-0.84(m,12H).
(4)锚固部位A的导入
[化学式30]
将化合物30(71.2mg,58.6μmol)的THF(2.4mL)溶液冷却至-78℃,滴加t-BuLi的戊烷溶液(1.55M,38μL,59μmol)。在-78℃下搅拌1小时后,添加过量的干冰,慢慢地升温至室温。添加饱和NH4Cl水溶液后将有机层分离,将水层用二乙醚萃取3次。将有机层用无水Na2SO4干燥,过滤后,在减压下蒸馏除去溶剂。通过硅胶柱色谱法(展开剂,二氯甲烷:甲醇=10:1)及PTLC(展开剂,二氯甲烷:甲醇=20:3)进行纯化,以收率63%得到作为暗红色固体的化合物31(46.6mg,37μmol)。
1H NMR(300MHz,DMSO-d6)δ7.51(s,1H),7.31(s,1H),7.25(d,JHH=8.1Hz,2H),7.21(s,1H),7.09(s,1H),7.04(d,JHH=8.4Hz,4H),6.90(d,JHH=8.4Hz,4H),6.65(d,JHH=8.1Hz,2H),6.56(s,4H),3.91(t,JHH=6.3Hz,4H),2.75-2.61(m,4H),2.09(s,6H),1.80(s,12H),1.70-1.63(m,4H),1.62-1.55(m,4H),1.43-1.20(m,24H),0.90-0.80(m,12H).
实施例7(化合物的合成)
(1)锚固部位A向受体部位T中的导入
[化学式31]
将化合物12(91.0mg,0.195mmol)的THF(1mL)溶液冷却至-78℃,滴加n-BuLi的己烷溶液(1.60M,268μL,0.428mmol)。在-78℃下搅拌1小时后,添加碘(514mg,0.473mmol),将反应混合液慢慢地升温至室温。添加Na2SO3水溶液后,将有机层分离,将水层用二氯甲烷萃取3次。将有机层用无水Na2SO4干燥后,过滤,在减压下蒸馏除去溶剂。将混合物通过硅胶色谱法(展开剂,己烷:二氯甲烷=2:1)进行纯化,以收率98%得到作为淡黄色固体(熔点210-212℃)的化合物32(138mg,0.192mmol)。
1H NMR(600MHz,CDCl3)δ7.74(s,1H),7.49(s,1H),7.48(d,JHH=7.7Hz,4H),7.27(s,JHH=7.7Hz,4H);
13C NMR(150MHz,CDCl3)δ179.68,169.71,151.04,140.67,138.91,136.62,132.78,128.58(q,JCF=31.8Hz),124.52(q,JCF=271.6Hz),124.37(q,JCF=3.8Hz),87.28,66.22;
11B NMR(192MHz,CDCl3)δ1.28;
19F NMR(565MHz,CDCl3)δ-62.88.
Anal.Calcdfor C21H10BF6I2NS2:C,35.08;H,1.40;N,1.95.Found:C,35.24;H,1.36;N,2.21.
[化学式32]
将化合物32(1.00g,1.39mmol)的THF(13.5mL)溶液冷却至-78℃,滴加n-BuLi的己烷溶液(1.59M,875μL,1.39mmol)。在-78℃下搅拌1小时后,添加过量的干冰,慢慢地升温至室温。添加2M盐酸水溶液(10mL)后,将有机层分离,将水层用二氯甲烷萃取3次。将有机层用水洗涤后用无水Na2SO4干燥,过滤后,在减压下蒸馏除去溶剂。将混合物通过硅胶柱色谱法(展开剂,二氯甲烷→二氯甲烷:甲醇=10:1)进行纯化,以收率83%得到作为黄色固体(熔点235-237℃(分解的))的化合物33(733mg,0.081mmol)。
1H NMR(600MHz,DMSO-d6)δ14.17(br s,1H),8.87(s,1H),7.70(s,1H),7.49(d,JHH=7.7Hz,4H),7.38(d,JHH=7.7Hz,4H);
13C NMR(150MHz,DMSO-d6)δ180.37,168.43,161.22,152.50,139.47,138.12,137.10,132.96,130.55,126.59(q,JCF=31.4Hz),124.70(q,JCF=271.5Hz),123.88(q,JCF=3.9Hz),93.67;
11B NMR(192MHz,DMSO-d6)δ0.13;
19F NMR(565MHz,DMSO-d6)δ-61.30.
Anal.Calcd for C22H11BF6INO2S2:C,41.47;H,1.74;N,2.20.Found:C,41.67;H,1.73;N,2.34.
(2)间隔部位Q及施体部位D的导入
[化学式33]
将化合物15(321mg,0.412mmol)的THF(4mL)溶液冷却至-78℃,滴加n-BuLi的己烷溶液(1.60M,258μL,0.412mmo1)。在-78℃下搅拌1小时后,添加三丁基氯化锡(112μL,0.412mmo1),将反应混合液慢慢地升温至室温。在该混合液中,添加化合物33(265mg,0.416mmo1)、Pd2(dba)3·CHCl3(8.42mg,8.13μmo1)及三呋喃基膦(7.71mg,33.2μmo1),加热回流22小时。添加1M盐酸水溶液(5mL)后,将有机层分离,将水层用二乙醚萃取3次。将有机层用水洗涤后,将有机层用无水Na2SO4干燥,过滤后,在减压下蒸馏除去溶剂。将混合物通过硅胶柱色谱法(展开剂,二氯甲烷)及PTLC(展开剂,二氯甲烷:甲醇=10:1)进行纯化,以收率21%得到作为深红色固体的化合物34(114mg,0.088mmo1)。
1H NMR(600MHz,DMSO-d6)δ8.42(s,1H),7.60(s,1H),7.49(d,JHH=8.0Hz,4H),7.43(d,JHH=8.0Hz,4H),7.42(s,1H),7.22(d,JHH=8.7Hz,2H),7.09(s,1H),7.04(d,JHH=8.9Hz,4H),6.89(d,JHH=8.9Hz,4H),6.78(d,JHH=8.7Hz,2H),3.94(t,JHH=6.5Hz,4H),2.74(m,2H),2.60(m,2H),1.72-1.67(m,4H),1.65-1.60(m,2H),1.59-1.54(m,2H),1.43一1.38(m,4H),1.37一1.20(m,overlapped,20H),0.87(t,JHH=7.1Hz,6H),0.83(t,JHH=7.1Hz,3H),0.82(t,JHH=7.1Hz,3H);
13C NMR(150MHz,DMSO-d6)δ179.09,167.31,160.33,155.38,152.83,147.93,146.72,139.99,139.36,137.99,137.88,135.94,132.74,132.58,132.53,131.32,131.03,130.27,129.08,128.83,128.54,126.78,126.34(q,JCF=31-3Hz),124.85,124.45(q,JCF=271.5Hz),124.18,123.55(q,JCF=3.8Hz),118.34,115.42,67.58,30.65,30.64,30.63,29.70,29.38,28.51,28.43,28.18,28.05,27.81,24.86,21.68,21.64,21.61,13.48,13.47(由于重叠没有观察到一个脂肪族信号峰:one aliphatic signal is not observed due to theoverlapping);
11B NMR(192MHz,DMSO-d6)δ—0.18;
19F NMR(565MHz,DMSO-d6)δ-61.37.
HRMS(FAB):1286.4758(M+).Calcd for C72H77BF6N20454:1286.4763.
实施例8(化合物的合成)
(1)间隔部位O及施体部位D的制备
[化学式34]
将化合物35(1.45g,2.47mmol)的Et2O(25mL)溶液冷却至-78℃,滴加t-BuLi的戊烷溶液(1.55M,1.75mL,2.71mmol)。在-78℃下搅拌1.5小时后,添加碘(759mg,2.99mmol),将反应混合液慢慢地升温至室温。添加Na2SO3水溶液后,将有机层分离,将水层用二乙醚萃取3次。将有机层用无水Na2SO4干燥,过滤后,在减压下蒸馏除去溶剂。将混合物通过硅胶柱色谱法(展开剂,己烷:二氯甲烷=1:1)进行纯化,以收率83%得到作为黄色粘性液体的化合物36(1.46g,2.052mmol)。
1H NMR(300MHz,苯-d6)δ7.67(d,JHH=8.4Hz,2H),7.11(d,JHH=8.4Hz,2H),7.10(d,JHH=8.7Hz,4H),6.79(d,JHH=8.7Hz,4H),3.63(t,JHH=6.3Hz,4H),3.30--3.21(m,4H),1.63-1.56(m,4H),1.38--1.27(m,4H),1.25-1.16(m,8H),0.87(t,JHH=6.3Hz,6H).
[化学式35]
将化合物36(533mg,0.75mmol)、化合物14(417mg,0.91mmol)、Pd2(dba)3·CHCl3(7.8mg,7.5μmol)、S-Phos(12.3mg,30μmol)、磷酸钾(481mg,2.27mmol)在氩气气氛下溶解到经脱气的甲苯(10mL)及水(2.5mL)中,加热回流66小时。冷却至室温后,在混合液中添加水,用甲苯萃取3次。将有机层用无水Na2SO4干燥,过滤后,在减压下蒸馏除去溶剂。将混合物通过硅胶柱色谱法(展开剂,甲苯)及甲苯GPC进行纯化,以收率67%得到作为红色粘性液体的化合物37(461mg,0.50mmol)。
1H NMR(300MHz,苯-d6)δ7.84(d,JHH=9.0Hz,2H),7.19-7.09(overlapped,8H),6.80(d,JHH=8.7Hz,4H),6.79(s,1H),6.74(d,JHH=5.1Hz,1H),3.64(t,JHH=6.3Hz,4H),3.44--3.37(m,4H),2.90(t,JHH=7.8Hz,2H),2.83(t,JHH=7.8Hz,2H),1.70-1.56(m,8H),1.389-1.27(m,8H),1.25-1.16(m,16H),0.89-0.83(t,overlapped,12H).
(2)受体部位T及锚固部位A的导入
[化学式36]
将化合物37(81.4mg,88.6μmol)的THF(3mL)溶液冷却至-78℃,滴加n-BuLi的己烷溶液(1.60M,55μL,88μmol)。在-78℃下搅拌1小时后,添加三丁基氯化锡(24μL,89μmol),将反应混合液慢慢地升温至室温。添加化合物33(57.4mg,90.1μmol)、Pd2(dba)3·CHCl3(0.95mg,0.92μmol)、三呋喃基膦(0.91mg,3.9μmol),加热回流18小时。添加饱和氯化铵水溶液(5mL)后,将有机层分离,将水层用二乙醚萃取3次。将有机层用水洗涤后,将有机层用无水Na2SO4干燥,过滤后,在减压下蒸馏除去溶剂。将混合物通过硅胶柱色谱法(展开剂,甲苯:甲醇=10:1)及PTLC(展开剂,甲苯:甲醇=10:1)进行纯化,以收率28%得到作为深红色固体的化合物38(36.0mg,25.2μmol)。
1H NMR(300MHz,DMSO-d6)δ8.74(s,1H),7.68(s,1H),7.53-7.43(overlapped,11H),7.11(s,1H),6.99(d,JHH=8.7Hz,4H),6.89(d,JHH=8.7Hz,4H),6.78(d,JHH=8.7Hz,2H),4.34(br s,4H),3.92(t,JHH=6.3Hz,4H),2.73(m,2H),2.60(m,2H),1.71-1.52(m,8H),1.43-1.10(m,24H),0.95-0.85(t,overlapped,12H).
实施例9(化合物的合成)
(1)受体部位T的制备
[化学式37]
将化合物3(3.98g,16.2mmol)的Et2O(80mL)溶液冷却至-78℃,滴加n-BuLi的己烷溶液(1.54M,10.4mL,16.0mmol)。在-78℃下搅拌45分钟后,滴加Ar2BF(6.54g,16.0mmol)(Ar=2,4-二甲基-4-己基苯基、按照已知的方法(非专利文献、Macromolecules,2007,40,3898.)来合成)的Et2O(20mL)溶液并搅拌1小时。添加水后,慢慢地升温至室温。将有机层分离,将水层用二氯甲烷萃取3次。将有机层依次用水、饱和氯化钠水溶液洗涤,用无水Na2SO4干燥,过滤后,在减压下蒸馏除去溶剂。通过硅胶柱色谱法(展开剂,己烷:二氯甲烷=2:1、Rf=0.48)进行纯化,以收率49%得到作为淡黄色固体的化合物39(4.37g,7.87mmol)。
1H NMR(300MHz,CDCl3)δ7.78(d,JHH=3.6Hz,1H),7.70(d,JHH=3.6Hz,1H),7.46(d,JHH=4.8Hz,1H),7.24(d,JHH=4.8Hz,1H),7.04(d,JHH=3.6Hz,1H),6.62(s,4H),2.42(t,JHH=8.1Hz,4H),1.84(s,12H),1.47-1.60(m,4H),1.23-1.36(m,12H),0.87(t,JHH=6.6Hz,6H).
[化学式38]
将化合物39(4.40g,7.92mmol)的THF(40mL)溶液冷却至-78℃,滴加n-BuLi的己烷溶液(1.58M,10.5mL,16.6mmol)。在-78℃下搅拌1小时后,添加碘(5.06g,19.9mmol),边慢慢地升温至室温边搅拌1小时30分钟。添加水、饱和Na2S2O3水溶液后,分取有机层,将水层用二氯甲烷萃取。将有机层依次用水、饱和氯化钠水溶液洗涤,用无水Na2SO4干燥,过滤后,在减压下蒸馏除去溶剂。通过硅胶柱色谱法(展开剂,己烷:二氯甲烷=3:1、Rf=0.33)进行纯化,以收率93%得到作为淡黄色固体的化合物40(5.97g,7.39mmol)。
1H NMR(300MHz,CDCl3)δ7.65(s,1H),7.36(s,1H),6.64(s,4H),2.44(t,JHH=8.0Hz,4H),1.83(s,12H),1.49-1.61(m,4H),1.23-1.35(m,12H),0.88(t,JHH=6.9Hz,6H).
[化学式39]
将化合物40(5.97g,7.39mmol)的THF(90mL)溶液冷却至-78℃,滴加n-BuLi的己烷溶液(1.58M,4.70mL,7.43mmol)。在-78℃下搅拌50分钟后,添加过量的水,边慢慢地升温至室温边搅拌2小时。分取有机层,将水层用己烷萃取。将有机层依次用水、饱和氯化钠水溶液洗涤,用无水Na2SO4干燥,过滤后,在减压下蒸馏除去溶剂。通过硅胶柱色谱法(展开剂,己烷:二氯甲烷=1:1、Rf=0.51)及重结晶(己烷)进行纯化,以收率68%得到作为淡黄色固体的化合物41(3.4lg,7.39mmol)。
1H NMR(300MHz,CDCl3)δ7.70(d,JHH=3.6Hz,1H),7.40(s,1H),7.05(d,JHH=3.6Hz,1H),6.62(s,4H),2.43(t,JHH=8.1Hz,4H),1.82(s,12H),1.48-1.61(m,4H),1.23-1.37(m,12H),0.87(t,JHH=6.8Hz,6H).
(2)受体部位T向施体部位D及间隔部位O中的导入
[化学式40]
将化合物15(1.13g,1.45mmol)的THF(15mL)溶液冷却至-78℃,滴加n-BuLi的己烷溶液(1.58M,1.0mL,1.58mmol)。在-78℃下搅拌1小时后,添加三丁基氯化锡(0.45mL,1.65mmol),边慢慢地升温至室温边搅拌45分钟。添加水后,分取有机层,将水层用己烷萃取。将有机层依次用水、饱和氯化钠水溶液洗涤,用无水Na2SO4干燥,过滤后,在减压下蒸馏除去溶剂。通过氧化铝柱色谱法(展开剂,己烷:醋酸乙酯=40:1、Rf=0.56)进行纯化,以收率91%得到作为黄色粘性液体的化合物42(1.41g,1.32mmol)。
1H NMR(300MHz,CDCl3)δ7.23(d,JHH=8.4Hz,2H),7.08(d,JHH=8.9Hz,4H),6.95(s,1H),6.94(s,1H),6.92(d,JHH=8.4Hz,2H),3.93(t,JHH=6.6Hz,4H),2.79(t,JHH=8.1Hz,2H),2.63(t,JHH=8.1Hz,2H),1.78(quint,JHH=6.6Hz,4H),1.51-1.70(m,10H),1.21-1.50(m,30H),1.10(t,JHH=7.8Hz,6H).0.82-0.93(m,21H).
[化学式41]
将化合物41(900mg,1.32mmol)、化合物42(1.41g,1.32mmol)、Pd2(dba)3·CHCl3(34.6mg,0.334mmol)、PPh3(68.9mg,0.262mmol)在氩气氛下溶解到经脱气的无水甲苯(8mL)中,在110℃下搅拌25小时。冷却至室温,将溶剂在减压下蒸馏除去后,通过硅胶柱色谱法(展开剂,己烷:醋酸乙酯=20:1、Rf=0.36)进行纯化,以收率83%得到作为红色粘性液体的化合物43(1.46g,1.10mmol)。
1H NMR(300MHz,CDCl3)δ7.67(d,JHH=3.7Hz,1H),7.23(d,JHH=8.6Hz,2H),7.08(d,JHH=8.9Hz,4H),7.04(s,1H),7.01(d,JHH=3.7Hz,1H),6.97(s,1H),6.96(d,JHH=8.6Hz,2H),6.83(d,JHH=8.9Hz,2H),3.93(t,JHH=6.6Hz,4H),2.74(t,JHH=8.1Hz,2H),2.63(t,JHH=8.1Hz,2H),2.43(t,JHH=8.1Hz,2H),1.87(s,12H),1.78(quint,JHH=6.6Hz,4H),1.57-1.68(m,4H),1.23-1.53(m,40H),0.83-0.96(m,18H).
[化学式42]
将化合物43(789mg,0.592mmol)的THF(6mL)溶液冷却至-78℃,滴加n-BuLi的己烷溶液(1.58M,0.40mL,0.63mmol)。在将温度保持在-78℃的状态下搅拌45分钟后,添加三丁基氯化锡(0.20mL,0.74mmol),边慢慢地升温至室温边搅拌1小时。添加水后,分取有机层,将水层用己烷萃取。将合并的有机层依次用水、饱和氯化钠、氯化钠水溶液洗涤,用无水Na2SO4干燥,过滤后,在减压下蒸馏除去溶剂。通过氧化铝柱色谱法(展开剂,己烷:二氯甲烷=10:1→5:1、Rf=0.43(己烷:二氯甲烷=5:1))进行纯化,以收率72%得到作为红色粘性液体的化合物44(686mg,0.423mmol)。
1H NMR(300MHz,CDCl3)δ7.52(s,1H),7.23(d,JH=8.6Hz,2H),7.08(d,JHH=8.9Hz,4H),7.02(s,1H),6.97(s,1H),6.92(d,JHH=8.6Hz,2H),6.83(d,JHH=8.9Hz,2H),3.93(t,JHH=6.6Hz,4H),2.74(t,JHH=8.1Hz,2H),2.63(t,JHH=8.1Hz,2H),2.43(t,JHH=8.1Hz,2H),1.87(s,12H),1.78(quint,JHH=6.6Hz,4H),1.57-1.68(m,10H),1.20-1.53(m,46H),1.12(t,JHH=7.8Hz,6H),0.81-0.99(m,27H).
[化学式43]
将化合物41(287mg,0.421mmol)、化合物44(686mg,0.423mmol)、Pd2(dba)3·CHCl3(10.8mg,10.4μmol)、PPh3(23.2mg,88μmol)在氩气氛下溶解到经脱气的无水甲苯(4mL)中,在110℃下搅拌9小时30分钟。冷却至室温,将溶剂在减压下蒸馏除去后,通过硅胶柱色谱法(展开剂,己烷:二氯甲烷=2:1、Rf=0.25)及氯仿GPC进行纯化,以收率83%得到作为深红色固体的化合物45(664mg,0.352mmol)。
1H NMR(300MHz,CDCl3)δ7.72(d,JHH=3.7Hz,1H),7.69(s,1H),7.23(d,JHH=8.6Hz,2H),7.09(d,JHH=3.7Hz,1H),7.08(d,JHH=8.9Hz,4H),7.05(s,1H),6.98(s,1H),6.92(d,JHH=8.6Hz,2H),6.84(d,JHH=8.9Hz,2H),6.65(s,4H)6.64(s,4H),3.93(t,JHH=6.6Hz,4H),2.74(t,JHH=8.1Hz,2H),2.63(t,JHH=8.1Hz,2H),2.43(t,JHH=8.1Hz,8H),1.90(s,12H),1.84(s,12H),1.78(quint,JHH=6.6Hz,4H),1.57-1.68(m,4H),1.23-1.53(m,56H),0.82-0.95(m,24H).
(3)锚固部位A的导入
[化学式44]
将化合物45(289mg,0.153mmol)的THF(2mL)溶液冷却至-78℃,滴加LDA的THF溶液(0.606M,0.38mL,0.23mmol)。在-78℃下搅拌50分钟后,添加干冰(1.0g,23mmol),边慢慢地升温至室温边搅拌3小时30分钟。添加水后,分取有机层,将水层用己烷萃取。将有机层用无水Na2SO4干燥,过滤后,在减压下蒸馏除去溶剂。通过用硅胶柱色谱法(展开剂,己烷:醋酸乙酯:乙醇=5:1:1,Rf=0.18)进行纯化,以收率60%得到作为深红色固体的化合物46(176mg,91.2μmol)。
1H NMR(300MHz,CDCl3/DMSO=1/1)δ7.85(brs,1H),7.67(s,1H),7.21(s,1H),7.17(s,1H),7.16(d,JHH=8.6Hz,2H),7.10(s,1H),7.03(d,JHH=8.9Hz,4H),6.97(s,1H),6.84(d,JHH=8.6Hz,2H),6.81(d,JHH=8.9Hz,4H),6.57(s,4H)6.53(s,4H),3.90(t,JHH=6.6Hz,4H),2.71(m,2H),2.58(m,2H),2.36(m,8H),1.85(s,12H),1.78(s,12H),1.73(quint,JHH=6.6Hz,4H),1.54-1.65(m,4H),1.17-1.53(m,56H),0.77-0.94(m,24H).
实施例10(化合物的合成)
(1)受体部位T向施体部位中的导入
[化学式45]
将化合物41(1.36g,1.99mmol)、化合物47(1.16g,2.03mmol)、Pd2(dba)3·CHCl3(52mg,50μmol)、S-Phos(83mg,0.20mmol)、K3PO4(1.23g,5.80mmol)在氩气氛下溶解到经脱气的THF(10mL)、水(5mL)中,在80℃下搅拌7小时30分钟。冷却至室温后,分取有机层,将水层用己烷萃取。将合并的有机层依次用水、饱和氯化钠水溶液洗涤,用无水Na2SO4干燥,过滤后,在减压下蒸馏除去溶剂。通过用硅胶柱色谱法(展开剂,己烷:二氯甲烷=3:1→2:1、Rf=0.23(己烷:二氯甲烷=3:1))进行纯化,以收率97%得到作为橙色粘性液体的化合物48(1.97g,1.93mmol)。
1H NMR(300MHz,CDCl3)δ7.65(d,JHH=3.7Hz,1H),7.38(d,JHH=8.6Hz,2H),7.31(s,1H),7.04(d,JHH=8.9Hz,4H),6.97(d,JHH=3.7Hz,1H),6.86(d,JHH=8.6Hz,2H),6.82(d,JHH=8.9Hz,4H),6.62(s,4H),3.93(t,JHH=6.6Hz,4H),2.42(t,JHH=8.1Hz,2H),1.87(s,12H),1.77(quint,JHH=6.6Hz,4H),1.41-1.52(m,4H)1.23-1.39(m,24H),0.91(t,JHH=6.8Hz,6H),0.87(t,JHH=6.8Hz,6H).
[化学式46]
将化合物48(1.19g,1.19mmol)的THF(15mL)溶液冷却至-78℃,滴加n-BuLi的己烷溶液(1.58M,1.0mL,1.58mmol)。在-78℃下搅拌1小时后,添加三丁基氯化锡(0.45mL,1.65mmol),边慢慢地升温至室温边搅拌40分钟。添加水后,分取有机层,将水层用己烷萃取。将有机层依次用水、饱和氯化钠水溶液洗涤,用无水Na2SO4干燥,过滤后,在减压下蒸馏除去溶剂。通过氧化铝柱色谱法(展开剂,己烷:醋酸乙酯=40:1、Rf=0.46)进行纯化,以收率86%得到作为橙色粘性液体的化合物49(1.32g,1.02mmol)。
1H NMR(300MHz,CDCl3)δ7.50(s,1H),7.38(d,JHH=8.6Hz,2H),7.31(s,1H),7.04(d,JHH=8.9Hz,4H),6.86(d,JHH=8.6Hz,2H),6.82(d,JHH=8.9Hz,4H),6.62(s,4H),3.93(t,JHH=6.6Hz,4H),2.42(t,JHH=8.1Hz,2H),1.87(s,12H),1.77(quint,JHH=6.6Hz,4H),1.41-1.52(m,10H),1.22-1.39(m,30H),1.11(t,JHH=7.8Hz,6H),0.83-0.96(m,21H).
[化学式47]
将化合物41(698mg,1.02mmol)、化合物49(1.32g,1.02mmol)、Pd2(dba)3·CHCl3(27.2mg,26.3μmol)、PPh3(53.8mg,0.205mmol)在氩气氛下溶解到经脱气的无水甲苯(6mL)中,在110℃下搅拌25小时。冷却至室温,将溶剂在减压下蒸馏除去。通过用硅胶柱色谱法(展开剂,己烷:醋酸乙酯=20:1、Rf=0.26)进行纯化,以收率81%得到作为深红色固体的化合物50(1.28g,0.825mmol)。
1H NMR(300MHz,CDCl3)δ7.71(d,JHH=3.7Hz,1H),7.67(s,1H),7.38(d,JHH=8.6Hz,2H),7.30(s,1H),7.20(s,1H),7.08(d,JHH=3.7Hz,1H),7.04(d,JHH=8.9Hz,4H),6.85(d,JHH=8.6Hz,2H),6.82(d,JHH=8.9Hz,4H),6.64(s,8H),3.93(t,JHH=6.6Hz,4H),2.43(t,JHH=8.1Hz,8H),1.90(s,12H),1.84(s,12H),1.77(quint,JHH=6.6Hz,4H),1.41-1.52(m,8H),1.23-1.39(m,36H),0.83-0.96(m,18H).
(2)锚固部位A的导入
[化学式48]
将化合物50(369mg,0.238mmo1)的THF(2mL)溶液冷却至-78℃,滴加LDA的THF溶液(0.606M,0.50mL,0.30mmol)。在-78℃下搅拌40分钟后,添加干冰(1.14g,26mmol),边慢慢地升温至室温边搅拌1小时。添加水后,分取有机层,将水层用己烷萃取。将有机层用无水Na2SO4干燥,过滤后,在减压下蒸馏除去溶剂。通过用PTLC(展开剂,己烷:醋酸乙酯:乙醇=5:1:1、Rf=0.20)进行纯化,以收率54%得到作为深红色固体的化合物51(204mg,0.128mmol)。
1H NMR(300MHz,CDCl3/DMSO=1/1)δ7.79(brs,1H),7.72(s,1H),7.42(d,JHH=8.6Hz,2H),7.26(s,2H),7.02(d,JHH=8.9Hz,4H),6.85(d,JHH=8.9Hz,4H),6.78(d,JHH=8.6Hz,2H),6.56(s,4H),6.55(s,4H),3.93(t,JHH=6.6Hz,4H),2.37(m,8H),1.86(s,12H),1.79(s,12H),1.73(quint,JHH=6.6Hz,4H),1.41-1.52(m,8H),1.23-1.39(m,36H),0.83-0.96(m,J8H).
实施例11(化合物的合成)
(1)施体部位及受体部位T的制备
[化学式49]
将化合物50(369mg,0.238mmol)的THF(2.5mL)溶液冷却至-78℃,滴加n-BuLi的己烷溶液(1.58M,0.20mL,0.316mmol)。在将温度保持在-78℃的状态下搅拌45分钟后,添加三丁基氯化锡(0.10mL,0.368mmol),边慢慢地升温至室温边搅拌30分钟。添加水后,分取有机层,将水层用己烷萃取。将有机层依次用水、饱和氯化钠水溶液洗涤,用无水Na2SO4干燥,过滤后,在减压下蒸馏除去溶剂。通过氧化铝柱色谱法(展开剂,己烷:二氯甲烷=10:1→5:1、Rf=0.38(己烷:二氯甲烷=5:1))进行纯化,以收率72%得到作为红色粘性液体的化合物52(317mg,0.172mmol)。
1H NMR(300MHz,CDCl3)δ7.65(s,1H),7.54(s,1H),7.37(d,JHH=8.6Hz,2H),7.30(s,1H),7.19(s,1H),7.04(d,JHH=8.9Hz,4H),6.85(d,JHH=8.6Hz,2H),6.82(d,JHH=8.9Hz,4H),6.64(s,8H),3.93(t,JHH=6.6Hz,4H),2.43(t,JHH=8.1Hz,8H),1.90(s,12H),1.83(s,12H),1.77(quint,JHH=6.6Hz,4H),1.41-1.52(m,14H),1.23-1.39(m,42H),1.12(t,JHH=7.8Hz,6H),0.83-0.96(m,27H).
[化学式50]
将化合物41(117mg,0.172mmol)、化合物52(317mg,0.172mmol)、Pd2(dba)3·CHCl3(4.8mg,4.6μmol)、PPl3(9.4mg,36μmol)在氩气氛下溶解到经脱气的无水甲苯(2mL)中,在110℃下搅拌9小时30分钟。冷却至室温后,将溶剂在减压下蒸馏除去。通过氧化铝柱色谱法(展开剂,己烷:二氯甲烷=4:1、Rf=0.18)及甲苯GPC进行纯化,以收率60%得到作为深红色固体的化合物53(216mg,0.103mmol)。
1H NMR(300MHz,CDCl3)δ7.73(d,JHH=3.7Hz,1H),7.71(s,1H),7.68(s,1H),7.37(d,JHH=8.6Hz,2H),7.30(s,1H),7.22(s,1H),7.17(s,1H),7.11(d,JHH=3.7Hz,1H),7.04(d,JHH=8.9Hz,4H),6.85(d,JHH=8.6Hz,2H),6.82(d,JHH=8.9Hz,4H),6.64(s,4H),6.64(s,8H),3.93(t,JHH=6.6Hz,4H),2.43(t,JHH=8.1Hz,12H),1.90(s,12H),1.87(s,12H),1.83(s,12H),1.77(quint,JHH=6.6Hz,4H),1.41-1.52(m,12H),1.23-1.39(m,48H),0.83-0.96(m,24H).
(2)锚固部位A的导入
[化学式51]
将化合物53(216mg,0.103mmol)的THF(2mL)溶液冷却至-78℃,滴加LDA的THF溶液(0.606M,0.25mL,0.15mmol)。在-78℃下搅拌1小时后,添加干冰(1.1g,25mmol),边慢慢地升温至室温边搅拌1小时30分钟。添加水后,分取有机层,将水层用己烷萃取。将有机层用无水Na2SO4干燥,过滤后,在减压下蒸馏除去溶剂。通过硅胶色谱法(展开剂,二氯甲烷:乙醇=1:0→10:1→4:1、Rf=0.10(二氯甲烷:乙醇=10:1))进行纯化,以收率8%得到作为浓红紫色固体的化合物54(18mg,8.37μmol)。
1H NMR(300MHz,CDCl3/DMSO=1/1)δ7.98(brs,1H),7.72(s,lH),7.66(s,1H),7.35(d,JHH=8.6Hz,2H),7.23(s,1H),7.23(s,1H),7.18(s,1H),7.00(d,JHH=8.9Hz,4H),6.80(d,JHH=8.9Hz,4H),6.78(d,JHH=8.6Hz,2H),6.56(s,4H),6.55(s,8H),3.90(t,JHH=6.6Hz,4H),2.36(t,JH=6.9Hz,12H),1.84(s,12H),1.82(s,12H),1.78(s,12H),1.72(quint,JHH=6.6Hz,4H),1.41-1.52(m,12H),1.23-1.39(m,48H),0.78-0.92(m,24H).
实验例1(色素敏化太阳能电池的制造)
(1)光吸收层的制作
将在导电性基板(表面电阻值10Ω/□、15mm×25mm、带氟掺杂氧化锡膜的玻璃基板)上通过公知的丝网印刷法涂布二氧化钛糊剂(SOLARONIXS公司制、二氧化钛糊剂Ti-NanoxideT/SP),并将在120℃下干燥3分钟的操作重复10次后,将导电性基板在500℃下烧成30分钟,形成18~20μm的多孔质氧化钛膜。
接着,在将实施例1中得到的化合物19分别溶解到THF、1/4THF-乙醇混合液及丙酮溶剂中并设为100μM的溶液中,将形成有上述多孔质氧化钛膜的导电性基板在30℃下浸渍10小时后,将该基板在室温下分别以使用的溶剂进行洗涤,由此得到具有光吸收层的导电性基板。
(2)色素敏化太阳能电池的制作
在具有2个直径为约0.7mm的电解液注入孔的ITO玻璃基板上,制作将膜厚为约1nm的铂制膜而成的对置电极。
在上述(1)中得到的具有光吸收层的导电性基板上,密合厚度为约30μm的框型离聚物树脂作为间隔件,从其上粘接对置电极。接着,制作将作为电解质的0.1M的碘化锂、0.025M的碘、0.6M的DMPII(二甲基丙基咪唑鎓碘化物)及0.5M的TBP(4-叔丁基吡啶)溶解到乙腈中而成的电解质溶液,将该电解质溶液从上述电解液注入孔注入到内部,由此制作色素敏化太阳能电池。
试验例1
将上述实施例1、4及6中得到的化合物19、23及31分别溶解到THF中,制备5×10-5M的溶液,使用UV-vis Shimazu UV-3150PC,测定紫外可见吸收光谱。将结果示于图1~3中。
此外,对于上述实验例1的(1)中得到的具有光吸收层的导电性基板,也同样地测定紫外可见吸收光谱。为了进行比较,对于上述实验例1的(1)中得到的附着色素之前的多孔质氧化钛膜,也同样地测定紫外可见吸收光谱。将结果示于图4中。
试验例2
对于上述实验例1中得到的色素敏化太阳能电池,使用分光计器CEP25TF,通过下述的方法测定光电转换效率。
为了进行比较,在作为公知的色素的顺式-双(异硫氰酸酯)双(2,2’-联吡啶基-4,4’-二羧酸酯)-钌(II)双-四丁基铵(以下,称为N719)的叔丁基醇与乙腈的1:1混合饱和溶液中,将形成有上述多孔质氧化钛膜的导电性基板在30℃下浸渍20小时后,将该基板在室温下以使用的混合溶剂进行洗涤,对由此得到的光吸收层也进行同样的测定。
<测定方法>
通过依据JIS C8913:1998的硅晶系太阳能电池单元的输出功率测定方法的方法进行测定。在300W太阳光模拟器(山下电装株式会社制YSS-80)中,组合相当于AM1.5G的空气质量过滤器,以2次基准Si太阳能电池调整为100mW/cm2的光量作为测定用光源,边对色素敏化型太阳能电池单元的试验样品进行光照射,边使用恒电位仪(北斗电工株式会社制,HSV-100)测定I-V曲线特性,导出由I-V曲线特性测定得到的开路电压(Voc)、短路电流(Isc)、填充因子(FF)。并且,使用以下的式1及2算出短路电流密度(Jsc)、及光电转换效率(η)。将所得到的结果示于表1中。
[数学式1]
短路电流密度(Jsc)(mA/cm2)=Isc(mA)/有效受光面S(cm2)、
[数学式2]
光电转换效率(η)(%)=Voc(V)×Jsc(mA/cm2)×FF×100/100(mW/cm2)
[表1]
溶剂 Voc/V Jsc/mA cm-2 FF η/%
THF 0.712 11.1 0.720 5.68
乙醇/THF(4/1) 0.736 12.2 0.667 5.99
丙酮 0.724 5.73 0.618 2.57
N719(比较) 0.736 18.2 0.606 8.11
Voc:开路电压、Jsc:短路电流、FF:填充因子(曲线因子)、η:光电转换效率
试验例3
对上述实验例1中得到的色素敏化太阳能电池,使用分光计器CEP25TF,在300nm到900nm的范围内测定IPCE(IncidentPhoton-to-current Conversion Efficiency,入射光电转换效率)光谱。
此外,为了进行比较,对与上述试验例2同样地使用N719的光吸收层,也测定IPCE光谱。
如图5所示的那样,在由丙酮溶液制成的色素敏化太阳能电池中,在480nm附近观测到谷。此外,在由THF溶液及THF与乙醇的混合溶液制成的色素敏化太阳能电池中,与化合物19的吸收波长对应地显示高的入射光-电流转换效率(IPCE),在410nm到550nm的区域中,得到超过90%的IPCE光谱。
试验例4
对于与实验例1中记载的方法同样地使用在实施例1中得到的化合物19的THF溶液中浸渍二氧化钛的薄膜而吸附的光吸收层的色素敏化太阳能电池,制成在电解液中没有添加TBP(4-叔丁基吡啶)的色素敏化太阳能电池、添加0.1M、0.3M及0.5MTBP的色素敏化太阳能电池。使用这些太阳能电池,进行与试验例2同样的测定,对TBP的添加给开路电压(Voc)及短路电流(Isc)带来的效果进行研究。
如图6所示的那样,可知随着将TBP的添加量增加到0.1M、0.3M、0.5M,开路电压及短路电流值增加。

Claims (7)

1.一种色素敏化太阳能电池用的色素,其中,其包含如下的化合物,所述化合物为下述通式(1)所示的具有受体部位T及锚固部位A,且受体部位T在与锚固部位A相反侧的末端含有具有给电子性骨架的施体部位D的化合物,
A-T (1)
式(1)中,T包含下述化学式(2a)或(2b)所示的与硼具有分子内配位键的部分结构1个以上,所述部分结构为2个以上时,邻接的所述部分结构在各连接中可以独立地以选自Ar1-Ar2、Ar1-Ar1、Ar2-Ar2中的任一种键合方式直接键合,
[化学式1]
式(2a)或(2b)中,Ar1及Ar2分别独立地为选自由取代或未取代的苯、取代或未取代的杂环戊二烯、取代或未取代的杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的苯并杂环戊二烯、取代或未取代的苯并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的二苯并杂环戊二烯、取代或未取代的二苯并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的芴衍生物、取代或未取代的二噻吩并杂环戊二烯、取代或未取代的二噻吩并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的噻吩并杂环戊二烯、取代或未取代的噻吩并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的苯并二杂环戊二烯、取代或未取代的苯并二杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的并苯、取代或未取代的噻唑、取代或未取代的苯并噻唑、取代或未取代的苯并双噻唑、取代或未取代的噁唑、取代或未取代的苯并噻二唑、取代或未取代的咪唑、取代或未取代的吡唑、取代或未取代的吡啶、取代或未取代的嘧啶、取代或未取代的哒嗪、取代或未取代的喹啉、取代或未取代的异喹啉组成的组中的1种,此外,式(2a)中,Ar1及Ar2上的取代基彼此也可以键合而形成环,
R1及R2分别独立地为选自由碳、氮、磷组成的组中的1种,至少一者为与硼具有配位键的氮或磷;式(2b)中,R1为氮或磷,
虚线箭头表示可为配位键的键,
R3为碳,且与锚固部位A键合,
X、X1及X2分别独立地为选自由氢、卤素、取代或未取代的烷基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的杂芳基、取代或未取代的链烯基、取代或未取代的炔基、取代或未取代的氨基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的芳基烷氧基、羟基组成的组中的1种;或者X1及X2键合而成的取代或未取代的2,2’-联苯基或者取代或未取代的2,2’-联二噻吩基,
E为选自由直接键合、-CR=CR-、=CR-、>C=O、=N-、-NR-、-O-、-S-、-PR-、=P-、-P(O)R-组成的组中的1种,其中,R在各表达中独立地为选自由氢、烷基、烷氧基、烷硫基、芳基、杂芳基、聚亚乙二氧基、全氟烷基、氰基、氨基、甲硅烷基、硝基、卤素、酰基组成的组中的至少1种,
A为所述受体部位T的末端的Ar1上键合的能够与半导体电极结合的基团,为选自由羧基、磷酰基、磺酸基、磺酰基、羟基、异羟肟酸基、烷氧基、硝基、氨基、巯基、甲硅烷基、甲硅烷氧基、叠氮基、氰基丙烯酸酯基;及具有一个以上的这些官能团的烷氧基、烷基、链烯基、炔基、环烷基、芳基、杂芳基、二氧代环丁烯基组成的组中的1种,
D为选自由三芳基胺衍生物、咔唑衍生物、取代或未取代的芳基、取代或未取代的氨基、取代或未取代的芳基烷氧基、取代或未取代的芳基硫代烷氧基组成的组中的至少1种。
2.根据权利要求1所述的色素,其中,所述式(1)中的受体部位T在与所述施体部位D之间含有具有π共轭骨架的间隔部位Q。
3.根据权利要求2所述的色素,其中,所述间隔部位Q为选自由链烯基、炔基、取代或未取代的苯、取代或未取代的杂环戊二烯、取代或未取代的杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的苯并杂环戊二烯、取代或未取代的苯并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的二苯并杂环戊二烯、取代或未取代的二苯并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的芴衍生物、取代或未取代的二噻吩并杂环戊二烯、取代或未取代的二噻吩并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的噻吩并杂环戊二烯、取代或未取代的噻吩并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的苯并二杂环戊二烯、取代或未取代的苯并二杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的并苯、取代或未取代的噻唑、取代或未取代的噁唑、取代或未取代的苯并噻二唑、取代或未取代的咪唑、取代或未取代的吡唑、取代或未取代的吡啶、取代或未取代的嘧啶、取代或未取代的哒嗪、取代或未取代的喹啉、取代或未取代的异喹啉组成的组中的至少1种,此外,Q上的取代基彼此也可以键合而形成环。
4.一种化合物,其为下述通式(1)所示的具有受体部位T及锚固部位A,
A-T (1)
式(1)中,T包含下述化学式(2a)或(2b)所示的与硼具有分子内配位键的部分结构1个以上,所述部分结构为2个以上时,邻接的所述部分结构在各连接中可以独立地以选自Ar1-Ar2、Ar1-Ar1、Ar2-Ar2中的任一种键合方式直接键合,
[化学式2]
式(2a)或(2b)中,Ar1及Ar2分别独立地为选自由取代或未取代的苯、取代或未取代的杂环戊二烯、取代或未取代的杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的苯并杂环戊二烯、取代或未取代的苯并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的二苯并杂环戊二烯、取代或未取代的二苯并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的芴衍生物、取代或未取代的二噻吩并杂环戊二烯、取代或未取代的二噻吩并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的噻吩并杂环戊二烯、取代或未取代的噻吩并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的苯并二杂环戊二烯、取代或未取代的苯并二杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的并苯、取代或未取代的噻唑、取代或未取代的苯并噻唑、取代或未取代的苯并双噻唑、取代或未取代的噁唑、取代或未取代的苯并噻二唑、取代或未取代的咪唑、取代或未取代的吡唑、取代或未取代的吡啶、取代或未取代的嘧啶、取代或未取代的哒嗪、取代或未取代的喹啉、取代或未取代的异喹啉组成的组中的1种,此外,式(2a)中,Ar1及Ar2上的取代基彼此也可以键合而形成环,
R1及R2分别独立地为选自由碳、氮、磷组成的组中的1种,至少一者为与硼具有配位键的氮或磷,式(2b)中,R1为氮或磷,
虚线箭头表示可为配位键的键,
R3为碳,且与锚固部位A键合,
X、X1及X2分别独立地为选自由氢、卤素、取代或未取代的烷基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的杂芳基、取代或未取代的链烯基、取代或未取代的炔基、取代或未取代的氨基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的芳基烷氧基、羟基组成的组中的1种;或者X1及X2键合而成的取代或未取代的2,2’-联苯基或者取代或未取代的2,2’-联二噻吩基,
E为选自由直接键合、-CR=CR-、=CR-、>C=O、=N-、-NR-、-O-、-S-、-PR-、=P-、-P(O)R-组成的组中的1种,其中,R在各表达中独立地为选自由氢、烷基、烷氧基、烷硫基、芳基、杂芳基、聚亚乙二氧基、全氟烷基、氰基、氨基、甲硅烷基、硝基、卤素、酰基组成的组中的至少1种,
A为所述受体部位T的末端的Ar1上键合的能够与半导体电极结合的基团,为选自由羧基、磷酰基、磺酸基、磺酰基、羟基、异羟肟酸基、烷氧基、硝基、氨基、巯基、甲硅烷基、甲硅烷氧基、叠氮基、氰基丙烯酸酯基;及具有一个以上这些官能团的烷氧基、烷基、链烯基、炔基、环烷基、芳基、杂芳基、二氧代环丁烯基组成的组中的1种,
所述受体部位T在与锚固部位A相反侧的末端含有选自由三芳基胺衍生物、咔唑衍生物、取代或未取代的芳基、取代或未取代的氨基、取代或未取代的芳基烷氧基、取代或未取代的芳基硫代烷氧基组成的组中的至少1种的具有给电子性骨架的施体部位D。
5.根据权利要求4所述的化合物,其中,所述式(1)中的受体部位T在与所述施体部位D之间含有具有π共轭骨架的间隔部位Q。
6.根据权利要求5所述的化合物,其中,所述间隔部位Q为选自由链烯基、炔基、取代或未取代的苯、取代或未取代的杂环戊二烯、取代或未取代的杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的苯并杂环戊二烯、取代或未取代的苯并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的二苯并杂环戊二烯、取代或未取代的二苯并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的芴衍生物、取代或未取代的二噻吩并杂环戊二烯、取代或未取代的二噻吩并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的噻吩并杂环戊二烯、取代或未取代的噻吩并杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的苯并二杂环戊二烯、取代或未取代的苯并二杂环戊二烯氧化物、取代或未取代的并苯、取代或未取代的噻唑、取代或未取代的噁唑、取代或未取代的苯并噻二唑、取代或未取代的咪唑、取代或未取代的吡唑、取代或未取代的吡啶、取代或未取代的嘧啶、取代或未取代的哒嗪、取代或未取代的喹啉、取代或未取代的异喹啉组成的组中的至少1种,此外,Q上的取代基彼此也可以键合而形成环。
7.一种色素敏化太阳能电池,其特征在于,其包含第1电极、
形成于所述第1电极的一个面上的光吸收层、
与形成有所述光吸收层的第1电极相对配置的第2电极、和
位于所述第1电极与所述第2电极间的电荷输送材料,
其中,所述光吸收层包含金属氧化物及权利要求1~3中任一项所述的色素。
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Multi-donor molecular bulk heterojunction solar cells:improving conversion efficiency by synergistic dye combinations;Theodulf Rousseau,et al.;《Journal of Materials Chemistry》;20090323;第19卷;全文 *

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