JP2014088323A - Alkyne derivative and application thereof - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compound useful as a photoelectric conversion dye excellent in photoelectric conversion characteristics.SOLUTION: There are provided: an alkyne derivative represented by general formula (1); a tautomer or stereoisomer of the alkyne derivative; and salts thereof. In the formula (1), D represents an organic group containing an electron-donating substituent; X represents a group having an acidic group; and Z represents a linking group having at least one heterocyclic ring selected from the group consisting of a thiophene ring, a furan ring, and a pyrrole ring.

Description

本発明は、アルキン誘導体およびその用途に関する。   The present invention relates to alkyne derivatives and uses thereof.

これまでの石油に代表される化石燃料の大量使用により、CO濃度の増加で地球温暖化が深刻な問題となっており、さらに化石燃料の枯渇が心配されている。そのため、今後の大量のエネルギー需要をどう賄うかが、地球規模で非常に重要な課題となっている。このような状況の中、無限でかつ、原子力発電に対してクリーンな光エネルギーを発電に利用することが積極的に検討されている。光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池としては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン等の無機系材料を用いた無機系太陽電池や、有機色素や導電性高分子材料を用いた有機系太陽電池が提案されている。 Due to the large amount of fossil fuels represented by petroleum so far, global warming has become a serious problem due to the increase in CO 2 concentration, and there is a concern about the depletion of fossil fuels. Therefore, how to meet future demand for large amounts of energy has become a very important issue on a global scale. Under such circumstances, the use of light energy that is infinite and clean with respect to nuclear power generation is being actively studied. Solar cells that convert light energy into electrical energy include inorganic solar cells that use inorganic materials such as single crystal silicon, polycrystalline silicon, and amorphous silicon, and organic solar cells that use organic dyes and conductive polymer materials. Solar cells have been proposed.

このような状況の中、1991年スイスのグレッツェル博士らによって提案された色素増感型太陽電池(グレッツェル型太陽電池)(例えば、特許文献1および非特許文献1参照)は、簡易な製造プロセスに加え、アモルファスシリコン並みの変換効率が得られることから、次世代の太陽電池として期待されている。グレッツェル型太陽電池は、導電性基材上に色素を吸着させた半導体層を形成した半導体電極と、この電極に相対する導電性基材からなる対電極と、両電極間に保持された電解質層とを備えている。   Under such circumstances, a dye-sensitized solar cell (Gretzel solar cell) (for example, see Patent Document 1 and Non-Patent Document 1) proposed by Dr. Gretzell of Switzerland in 1991 is a simple manufacturing process. In addition, since conversion efficiency similar to amorphous silicon is obtained, it is expected as a next-generation solar cell. A Gretzel type solar cell includes a semiconductor electrode in which a semiconductor layer having a dye adsorbed thereon is formed on a conductive substrate, a counter electrode made of a conductive substrate opposite to the electrode, and an electrolyte layer held between the electrodes. And.

このグレッツェル型太陽電池では、吸着させた色素が光吸収して励起状態となり、その励起された色素から半導体層に電子が注入される。電子の放出により酸化状態となった色素は、電解質層中のレドックス剤の酸化反応により色素に電子が移動することで、元の色素に戻る。そして、色素に電子を供与したレドックス剤は、対電極側で再び還元される。グレッツェル型太陽電池は、この一連の反応によって電池として機能する。   In this Gretzel type solar cell, the adsorbed dye absorbs light and enters an excited state, and electrons are injected from the excited dye into the semiconductor layer. The dye that is in an oxidized state due to the emission of electrons returns to the original dye by transferring electrons to the dye by the oxidation reaction of the redox agent in the electrolyte layer. Then, the redox agent that has donated electrons to the dye is reduced again on the counter electrode side. The Gretzel type solar cell functions as a battery by this series of reactions.

このグレッツェル型太陽電池では、半導体層に微粒子を焼結させた多孔性の酸化チタンを用いたことで有効な反応表面積が約1000倍にも増大し、従来よりも大きな光電流が取り出せたことが大きな特徴となっている。   In this Gretzel type solar cell, the effective reaction surface area increased about 1000 times by using porous titanium oxide in which fine particles were sintered in the semiconductor layer, and a photocurrent larger than the conventional one could be taken out. It is a big feature.

グレッツェル型太陽電池では、増感色素としてルテニウム錯体等の金属錯体が用いられ、具体的には、例えば、シス−ビス(イソチオシアナト)−ビス−(2,2’−ビピリジル−4,4’−ジカルボン酸)ルテニウム(II)二テトラブチルアンモニウム錯体、シス−ビス(イソチオシアナト)−ビス−(2,2’−ビピリジル−4,4’−ジカルボン酸)ルテニウム(II)等のルテニウムのビピリジン錯体や、テルピリジン錯体の一種であるトリス(イソチオシアナト)(2,2’:6’,2’’−テルピリジル−4,4’,4’’−トリカルボン酸)ルテニウム(II)三テトラブチルアンモニウム錯体が用いられる。   In a Gretzel type solar cell, a metal complex such as a ruthenium complex is used as a sensitizing dye. Specifically, for example, cis-bis (isothiocyanato) -bis- (2,2′-bipyridyl-4,4′-dicarboxylic acid) is used. Acid) ruthenium (II) ditetrabutylammonium complex, cis-bis (isothiocyanato) -bis- (2,2′-bipyridyl-4,4′-dicarboxylic acid) ruthenium (II), etc. Tris (isothiocyanato) (2,2 ′: 6 ′, 2 ″ -terpyridyl-4,4 ′, 4 ″ -tricarboxylic acid) ruthenium (II) tritetrabutylammonium complex, which is a kind of complex, is used.

特許第2664194号公報Japanese Patent No. 2664194

Nature 353(1991)737−740.Nature 353 (1991) 737-740.

上述のように、関連技術の色素増感太陽電池にはルテニウム等の貴金属を含む金属錯体が用いられているが、大量生産をする場合に、資源的な制約という点で問題が生じるおそれがある。また、太陽電池が高価なものになり、普及の妨げにもなる。このため、色素増感太陽電池における増感色素として、ルテニウム等の貴金属を含まない有機色素の開発が求められている。一般に有機色素はルテニウム錯体等の金属錯体に比べてモル吸光係数が大きく、さらに分子設計の自由度も大きいことから高い光電変換効率の色素の開発が期待されている。   As described above, a metal complex containing a noble metal such as ruthenium is used in the dye-sensitized solar cell of the related art. However, there is a possibility that a problem may occur in terms of resource limitation when mass production is performed. . In addition, the solar cell becomes expensive and hinders its spread. For this reason, development of the organic dye which does not contain noble metals, such as ruthenium, is calculated | required as a sensitizing dye in a dye-sensitized solar cell. In general, organic dyes have a higher molar extinction coefficient than metal complexes such as ruthenium complexes, and further have a high degree of freedom in molecular design, so that development of dyes with high photoelectric conversion efficiency is expected.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、光電変換特性に優れた光電変換用色素などに使用可能なアルキン誘導体、前記アルキン誘導体を含む光電変換特性に優れた光電変換用色素、これを用いた光電気化学電池用半導体電極、光電気化学電池用光電変換素子および光電気化学電池を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and is an alkyne derivative that can be used as a photoelectric conversion dye excellent in photoelectric conversion characteristics, and a photoelectric conversion excellent in photoelectric conversion characteristics including the alkyne derivative. It is providing the pigment | dye, the semiconductor electrode for photoelectrochemical cells using the same, the photoelectric conversion element for photoelectrochemical cells, and a photoelectrochemical cell.

本発明の化合物は、下記一般式(1)で表されることを特徴とするアルキン誘導体、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩である。

Figure 2014088323
The compound of the present invention is an alkyne derivative represented by the following general formula (1), a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof.
Figure 2014088323

前記式(1)中、
Dは、電子供与性置換基を含む有機基を表し、
Xは、酸性基を有する基を表し、
Zは、チオフェン環、フラン環およびピロール環からなる群から選択される少なくとも一種の複素環を有する連結基を表す。
In the formula (1),
D represents an organic group containing an electron-donating substituent,
X represents a group having an acidic group,
Z represents a linking group having at least one heterocyclic ring selected from the group consisting of a thiophene ring, a furan ring and a pyrrole ring.

本発明の光電変換用色素は、前記本発明のアルキン誘導体、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩の少なくとも一種を含むことを特徴とする。   The photoelectric conversion dye of the present invention includes at least one of the alkyne derivative of the present invention, a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof.

本発明の光電気化学電池用半導体電極は、前記本発明の光電変換用色素を含む半導体層を有することを特徴とする。   The semiconductor electrode for photoelectrochemical cells of the present invention is characterized by having a semiconductor layer containing the photoelectric conversion dye of the present invention.

本発明の光電気化学電池用光電変換素子は、前記本発明の光電気化学電池用半導体電極を有することを特徴とする。   The photoelectric conversion element for a photoelectrochemical cell of the present invention has the semiconductor electrode for a photoelectrochemical cell of the present invention.

また、本発明の光電気化学電池は、前記本発明の光電気化学電池用光電変換素子を有することを特徴とする。   Moreover, the photoelectrochemical cell of the present invention is characterized by having the photoelectric conversion element for a photoelectrochemical cell of the present invention.

本発明によれば、光電変換特性に優れた光電変換用色素などに使用可能なアルキン誘導体、前記アルキン誘導体を含む光電変換特性に優れた光電変換用色素、これを用いた光電気化学電池用半導体電極、光電気化学電池用光電変換素子および光電気化学電池を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the alkyne derivative which can be used for the pigment | dye for photoelectric conversion excellent in the photoelectric conversion characteristic, the photoelectric conversion pigment | dye excellent in the photoelectric conversion characteristic containing the said alkyne derivative, and a semiconductor for photoelectrochemical cells using the same An electrode, a photoelectric conversion element for a photoelectrochemical cell, and a photoelectrochemical cell can be provided.

本発明の光電気化学電池用光電変換素子の一例の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of an example of the photoelectric conversion element for photoelectrochemical cells of this invention. 実施例1のアルキン誘導体(TA−1)の吸収スペクトル曲線を示す図である。1 is a graph showing an absorption spectrum curve of an alkyne derivative (TA-1) of Example 1. FIG. 実施例2のアルキン誘導体(TA−2)の吸収スペクトル曲線を示す図である。It is a figure which shows the absorption spectrum curve of the alkyne derivative (TA-2) of Example 2.

以下、本発明について例をあげて詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.

<アルキン誘導体>
本発明の化合物は、前記のとおり、下記の一般式(1)で表されることを特徴とするアルキン誘導体、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩である。
<Alkyne derivatives>
As described above, the compound of the present invention is an alkyne derivative represented by the following general formula (1), a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof.

Figure 2014088323
Figure 2014088323

前記一般式(1)中、
Dは、電子供与性置換基を含む有機基を表し、
Xは、酸性基を有する基を表し、
Zは、チオフェン環、フラン環およびピロール環からなる群から選択される少なくとも一種の複素環を有する連結基を表す。
In the general formula (1),
D represents an organic group containing an electron-donating substituent,
X represents a group having an acidic group,
Z represents a linking group having at least one heterocyclic ring selected from the group consisting of a thiophene ring, a furan ring and a pyrrole ring.

なお、本発明のアルキン誘導体に互変異性体または立体異性体(例:幾何異性体、配座異性体および光学異性体)等の異性体が存在する場合は、いずれの異性体も本発明に用いることができる。また、本発明のアルキン誘導体の塩は、酸付加塩でもよいが、塩基付加塩でもよい。さらに、前記酸付加塩を形成する酸は無機酸でも有機酸でも良く、前記塩基付加塩を形成する塩基は無機塩基でも有機塩基でもよい。前記無機酸としては、特に限定されないが、例えば、硫酸、リン酸、フッ化水素酸、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、次亜フッ素酸、次亜塩素酸、次亜臭素酸、次亜ヨウ素酸、亜フッ素酸、亜塩素酸、亜臭素酸、亜ヨウ素酸、フッ素酸、塩素酸、臭素酸、ヨウ素酸、過フッ素酸、過塩素酸、過臭素酸および過ヨウ素酸等が挙げられる。前記有機酸も特に限定されないが、例えば、p−トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸、シュウ酸、p−ブロモベンゼンスルホン酸、炭酸、コハク酸、クエン酸、安息香酸および酢酸等が挙げられる。前記無機塩基としては、特に限定されないが、例えば、水酸化アンモニウム、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、炭酸塩および炭酸水素塩等があげられ、より具体的には、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、水酸化カルシウムおよび炭酸カルシウム等が挙げられる。前記有機塩基も特に限定されないが、例えば、アルコールアミン、トリアルキルアミン、テトラアルキルアンモニウム、およびトリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン等が挙げられる。前記アルコールアミンとしては、例えば、エタノールアミン等が挙げられる。前記トリアルキルアミンとしては、例えば、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリオクチルアミン等が挙げられる。前記テトラアルキルアンモニウムとしては、例えば、テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラプロピルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、テトラオクチルアンモニウム等が挙げられる。これらの塩の製造方法も特に限定されず、例えば、前記アルキン誘導体に、前記のような酸や塩基を公知の方法により適宜付加させる等の方法で製造することができる。   When the alkyne derivative of the present invention has isomers such as tautomers or stereoisomers (eg, geometric isomers, conformational isomers and optical isomers), any isomers are included in the present invention. Can be used. The salt of the alkyne derivative of the present invention may be an acid addition salt or a base addition salt. Furthermore, the acid forming the acid addition salt may be an inorganic acid or an organic acid, and the base forming the base addition salt may be an inorganic base or an organic base. The inorganic acid is not particularly limited. For example, sulfuric acid, phosphoric acid, hydrofluoric acid, hydrochloric acid, hydrobromic acid, hydroiodic acid, hypofluorite, hypochlorous acid, hypobromite, Hypoiodous acid, fluorinated acid, chlorous acid, bromic acid, iodic acid, fluoric acid, chloric acid, bromic acid, iodic acid, perfluoric acid, perchloric acid, perbromic acid, periodic acid, etc. Can be mentioned. The organic acid is not particularly limited, and examples thereof include p-toluenesulfonic acid, methanesulfonic acid, oxalic acid, p-bromobenzenesulfonic acid, carbonic acid, succinic acid, citric acid, benzoic acid, and acetic acid. The inorganic base is not particularly limited, and examples thereof include ammonium hydroxide, alkali metal hydroxides, alkaline earth metal hydroxides, carbonates and hydrogen carbonates, and more specifically, for example, Examples thereof include sodium hydroxide, potassium hydroxide, potassium carbonate, sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium hydrogen carbonate, calcium hydroxide and calcium carbonate. The organic base is not particularly limited, and examples thereof include alcohol amine, trialkylamine, tetraalkylammonium, and tris (hydroxymethyl) aminomethane. Examples of the alcohol amine include ethanolamine. Examples of the trialkylamine include trimethylamine, triethylamine, tripropylamine, tributylamine, and trioctylamine. Examples of the tetraalkylammonium include tetramethylammonium, tetraethylammonium, tetrapropylammonium, tetrabutylammonium, tetraoctylammonium and the like. The method for producing these salts is not particularly limited, and for example, the salt can be produced by a method such as appropriately adding the above acid or base to the alkyne derivative by a known method.

また、本発明において、アルキル基の炭素数は、例えば1〜12、好ましくは1〜8であり、アリール基の炭素数は、例えば5〜24、好ましくは6〜12である。置換アルキル基または置換アリール基の場合、前記炭素数には、置換基の炭素数は含まないものとする。本発明において、アルキル基は、具体的には、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基等が挙げられる。アルキル基を構造中に含む基(アルキルアミノ基、アルコキシ基、アルカノイル基等)においても同様である。本発明において、置換アルキル基は、前記アルキル基(無置換アルキル基)が任意の置換基で置換された置換アルキル基でよい。前記置換アルキル基の置換基は、1でも複数でもよく、複数の場合は、同一でも異なっていてもよい。前記置換アルキル基の置換基は、例えば、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アリール基(例えばフェニル基)等が挙げられる。前記置換アルキル基としては、具体的には、例えば、ベンジル基等のアラアルキル基が挙げられる。   Moreover, in this invention, carbon number of an alkyl group is 1-12, for example, Preferably it is 1-8, and carbon number of an aryl group is 5-24, for example, Preferably it is 6-12. In the case of a substituted alkyl group or a substituted aryl group, the number of carbon atoms does not include the number of carbon atoms of the substituent. In the present invention, the alkyl group specifically includes, for example, methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, pentyl group, Examples include hexyl group, heptyl group, octyl group, nonyl group, decyl group, undecyl group, dodecyl group and the like. The same applies to a group containing an alkyl group in the structure (alkylamino group, alkoxy group, alkanoyl group, etc.). In the present invention, the substituted alkyl group may be a substituted alkyl group in which the alkyl group (unsubstituted alkyl group) is substituted with an arbitrary substituent. One or a plurality of substituents of the substituted alkyl group may be used, and when there are a plurality of substituents, they may be the same or different. Examples of the substituent of the substituted alkyl group include a hydroxy group, an alkoxy group, an aryl group (for example, a phenyl group) and the like. Specific examples of the substituted alkyl group include araalkyl groups such as a benzyl group.

本発明において、アリール基は、特に制限しない限り、ヘテロアリール基も含むものとし、具体的には、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、ピレニル基、ピリジル基、キノリル基、アクリジル基、ピレニル基、フラニル基、チエニル基、カルバゾイル基、フルオレニル基等が挙げられる。本発明において、置換アリール基は、前記アリール基(無置換アリール基)が、任意の置換基で置換された置換アリール基でよい。前記置換アリール基の置換基は、1でも複数でもよく、複数の場合は、同一でも異なっていてもよい。前記置換アリール基の置換基は、例えば、アルキル基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アミノ基、アルキルアミノ基、ジアルキルアミノ基等が挙げられる。本発明において置換または無置換のアリール基としては、具体的には、例えば、フェニル基、トリル基、4−t−ブチルフェニル基、3,5−ジ−t−ブチルフェニル基、4−メトキシフェニル基、4−(N,N−ジメチルアミノ)フェニル基、4−ヘキシルオキシフェニル基、4−オクチルオキシフェニル基、4−(α,α−ジメチルベンジル)フ
ェニル基、および、9,9−ジメチルフルオレン−2−イル基等が挙げられる。
In the present invention, the aryl group includes a heteroaryl group unless specifically limited, and specifically includes, for example, a phenyl group, a naphthyl group, an anthryl group, a phenanthryl group, a pyrenyl group, a pyridyl group, a quinolyl group, and an acridyl group. , Pyrenyl group, furanyl group, thienyl group, carbazoyl group, fluorenyl group and the like. In the present invention, the substituted aryl group may be a substituted aryl group in which the aryl group (unsubstituted aryl group) is substituted with an arbitrary substituent. One or a plurality of substituents of the substituted aryl group may be used, and when there are a plurality of substituents, they may be the same or different. Examples of the substituent of the substituted aryl group include an alkyl group, a hydroxy group, an alkoxy group, an amino group, an alkylamino group, and a dialkylamino group. Specific examples of the substituted or unsubstituted aryl group in the present invention include a phenyl group, tolyl group, 4-t-butylphenyl group, 3,5-di-t-butylphenyl group, and 4-methoxyphenyl. Group, 4- (N, N-dimethylamino) phenyl group, 4-hexyloxyphenyl group, 4-octyloxyphenyl group, 4- (α, α-dimethylbenzyl) phenyl group, and 9,9-dimethylfluorene And 2-yl group.

本発明において、アルケニル基は、アルキル基の任意の炭素間結合が脱水素により二重結合に変換された構造であってよい。本発明において、アシル基としては、特に限定されないが、例えば、ホルミル基、アセチル基、プロピオニル基、イソブチリル基、バレリル基、イソバレリル基、ピバロイル基、ヘキサノイル基、シクロヘキサノイル基、ベンゾイル基、エトキシカルボニル基、等が挙げられ、アシル基を構造中に含む基(アシルオキシ基、アルカノイルオキシ基等)においても同様である。また、本発明において、アシル基の炭素数にはカルボニル炭素を含み、例えば、炭素数1のアルカノイル基(アシル基)とはホルミル基を指すものとする。本発明において、「ハロゲン」とは、任意のハロゲン元素を指すが、例えば、フッ素、塩素、臭素およびヨウ素が挙げられる。   In the present invention, the alkenyl group may have a structure in which any carbon-carbon bond of the alkyl group is converted to a double bond by dehydrogenation. In the present invention, the acyl group is not particularly limited. For example, formyl group, acetyl group, propionyl group, isobutyryl group, valeryl group, isovaleryl group, pivaloyl group, hexanoyl group, cyclohexanoyl group, benzoyl group, ethoxycarbonyl The same applies to groups containing an acyl group in the structure (acyloxy group, alkanoyloxy group, etc.). In the present invention, the carbon number of the acyl group includes carbonyl carbon. For example, an alkanoyl group having 1 carbon atom (acyl group) refers to a formyl group. In the present invention, “halogen” refers to any halogen element, and examples thereof include fluorine, chlorine, bromine and iodine.

なお、本発明において、アルキル基、アルコキシ基、アルケニル基、アルカノイル基等の鎖状の基は、特に制限しない限り、直鎖状でも分枝状でもよい。また、本発明において、置換基等に異性体が存在する場合は、特に制限しない限り、どの異性体でもよい。例えば、単に「プロピル基」という場合はn-プロピル基およびイソプロピル基のどちらでもよい。単に「ブチル基」という場合は、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基およびtert-ブチル基のいずれでもよい。単に「ナフチル基」という場合は、1−ナフチル基および2−ナフチル基のいずれでもよい。   In the present invention, a chain group such as an alkyl group, an alkoxy group, an alkenyl group, and an alkanoyl group may be linear or branched unless otherwise limited. In the present invention, when an isomer is present in a substituent or the like, any isomer may be used unless otherwise limited. For example, when simply referring to a “propyl group”, either an n-propyl group or an isopropyl group may be used. When simply referred to as “butyl group”, any of n-butyl group, isobutyl group, sec-butyl group and tert-butyl group may be used. When simply referred to as “naphthyl group”, either a 1-naphthyl group or a 2-naphthyl group may be used.

前記一般式(1)中のDは、前記のとおり、電子供与性置換基を含む有機基を表す。電子供与性置換基を含む有機基Dとしては、下記一般式(5)で表わされる基であることが好ましい。   D in the general formula (1) represents an organic group containing an electron-donating substituent as described above. The organic group D containing an electron donating substituent is preferably a group represented by the following general formula (5).

Figure 2014088323
Figure 2014088323

前記式(5)中、ArおよびArは、それぞれ独立に置換若しくは無置換のアルキル基、置換若しくは無置換のアリール基または複素環基を表す。置換若しくは無置換のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基等の炭素数1〜8のアルキル基、ベンジル基等のアラルキル基が挙げられ、アルキル基に結合する置換基としては、ヒドロキシ基、アルコキシ基(例えば炭素数1〜4のアルコキシ基)、フェニル基等が挙げられる。置換若しくは無置換のアリール基としては、フェニル基、トリル基、4−t−ブチルフェニル基、3,5−ジ−t−ブチルフェニル基、4−メトキシフェニル基、4−ヘキシルオキシフェニル基、4−オクチルオキシフェニル基、4−(N,N−ジメチルアミノ)フェニル基、4−(N,N−ジフェニルアミノ)フェニル基、4−(α,α−ジメチルベンジル)フェニル基、9,9−ジメチルフルオレン−2−イル基等の炭素数6〜22の置換若しくは無置換のアリール基が挙げられ、アリール基に結合する置換基としては、アルキル基(例えば炭素数1〜8のアルキル基)、ヒドロキシ基、アルコキシ基(例えば炭素数1〜8のアルコキシ基)、N,N−ジアルキルアミノ基(アルキル基部分は例えば炭素数1〜8のアルキル基)、N,N−ジフェニルアミノ基等が挙げられる。置換若しくは無置換の複素環基としては、チエニル基、フリル基、ピロリル基、インドリル基、カルバゾイル基等が挙げられ、複素環基に結合する置換基としては、アルキル基(例えば炭素数1〜8のアルキル基)、ヒドロキシ基、アルコキシ基(例えば炭素数1〜8のアルコキシ基)等が挙げられる。また、Arは置換若しくは無置換のアリーレン基、または置換もしくは無置換の二価の複素環基を表す。置換若しくは無置換のアリーレン基としては、フェニレン基、ナフチレン基等が挙げられ、アリーレン基に結合する置換基としては、アルキル基(例えば炭素数1〜8のアルキル基)、ヒドロキシ基、アルコキシ基(例えば炭素数1〜8のアルコキシ基)等が挙げられる。置換もしくは無置換の二価の複素環基としては、チオフェンジイル基、フランジイル基、ピロールジイル基等が挙げられ、二価の複素環に結合する置換基としては、アルキル基(例えば炭素数1〜8のアルキル基)、ヒドロキシ基、アルコキシ基(例えば炭素数1〜8のアルコキシ基)等が挙げられる。 In the formula (5), Ar 1 and Ar 2 each independently represent a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted aryl group or a heterocyclic group. Examples of the substituted or unsubstituted alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an n-butyl group, a pentyl group, a hexyl group, a heptyl group, an octyl group, etc., an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, a benzyl group, etc. Examples of the substituent bonded to the alkyl group include a hydroxy group, an alkoxy group (for example, an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms), a phenyl group, and the like. Examples of the substituted or unsubstituted aryl group include phenyl group, tolyl group, 4-t-butylphenyl group, 3,5-di-t-butylphenyl group, 4-methoxyphenyl group, 4-hexyloxyphenyl group, 4 -Octyloxyphenyl group, 4- (N, N-dimethylamino) phenyl group, 4- (N, N-diphenylamino) phenyl group, 4- (α, α-dimethylbenzyl) phenyl group, 9,9-dimethyl Examples include a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 22 carbon atoms such as a fluoren-2-yl group. Examples of the substituent bonded to the aryl group include an alkyl group (for example, an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms), hydroxy Group, an alkoxy group (for example, an alkoxy group having 1 to 8 carbon atoms), an N, N-dialkylamino group (the alkyl group portion is, for example, an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms), N, N- A diphenylamino group etc. are mentioned. Examples of the substituted or unsubstituted heterocyclic group include a thienyl group, a furyl group, a pyrrolyl group, an indolyl group, a carbazoyl group, and the like. Examples of the substituent bonded to the heterocyclic group include an alkyl group (for example, having 1 to 8 carbon atoms). Alkyl group), a hydroxy group, an alkoxy group (for example, an alkoxy group having 1 to 8 carbon atoms) and the like. Ar 3 represents a substituted or unsubstituted arylene group or a substituted or unsubstituted divalent heterocyclic group. Examples of the substituted or unsubstituted arylene group include a phenylene group and a naphthylene group. Examples of the substituent bonded to the arylene group include an alkyl group (for example, an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms), a hydroxy group, and an alkoxy group ( For example, a C1-C8 alkoxy group) etc. are mentioned. Examples of the substituted or unsubstituted divalent heterocyclic group include a thiophene diyl group, a furandiyl group, a pyrrole diyl group, and the like, and examples of the substituent bonded to the divalent heterocyclic ring include an alkyl group (for example, having a carbon number of 1 to 8 alkyl group), a hydroxy group, an alkoxy group (for example, an alkoxy group having 1 to 8 carbon atoms) and the like.

前記一般式(5)で表わされる基以外の前記電子供与性置換基を含む有機基Dの具体的な例を、下記化学式(D1)〜(D9)に示すが、これらに限定されるものではない。なお、下記化学式(D3)〜(D6)、(D9)中のRは、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基等の炭素数1〜8のアルキル基を表す。   Specific examples of the organic group D containing the electron donating substituent other than the group represented by the general formula (5) are shown in the following chemical formulas (D1) to (D9), but are not limited thereto. Absent. Note that R in the following chemical formulas (D3) to (D6) and (D9) is a carbon number of 1 such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an n-butyl group, a pentyl group, a hexyl group, a heptyl group, and an octyl group. Represents an alkyl group of ˜8.

Figure 2014088323
Figure 2014088323

前記一般式(1)中のXは、前記のとおり、酸性基を有する基を表す。Xは、酸性基のみからなっていてもよいし、他の基に酸性基が結合した基でもよい。Xは、酸性基を有する有機基であることが好ましい。例えば、前記酸性基が結合している前記他の基が、有機基であってもよい。前記有機基は、特に限定されないが、好ましくは、Zと共役可能な基である。前記Zと共役可能な基は、炭素間二重結合を有する基であることが、より好ましい。前記酸性基としては、例えば、カルボキシ基、スルホン酸基、若しくはホスホン酸基、またはそれらの塩が挙げられ、カルボキシ基またはその塩が特に好ましい。前記酸性基が塩の場合は、1価若しくは2価の金属塩、アンモニウム塩または有機アンモニウム塩が好ましい。1価または2価の金属塩としては、Li、Na、K、Cs等のアルカリ金属塩、Mg、Ca、Sr等のアルカリ土類金属塩が挙げられる。有機アンモニウム塩の有機基としては、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数1〜8のアルケニル基、炭素数6〜12のアリール基が挙げられる。   X in the general formula (1) represents a group having an acidic group as described above. X may consist of only an acidic group, or may be a group in which an acidic group is bonded to another group. X is preferably an organic group having an acidic group. For example, the other group to which the acidic group is bonded may be an organic group. The organic group is not particularly limited, but is preferably a group that can be conjugated with Z. The group capable of conjugating with Z is more preferably a group having a carbon-carbon double bond. Examples of the acidic group include a carboxy group, a sulfonic acid group, a phosphonic acid group, or a salt thereof, and a carboxy group or a salt thereof is particularly preferable. When the acidic group is a salt, a monovalent or divalent metal salt, ammonium salt or organic ammonium salt is preferable. Examples of the monovalent or divalent metal salt include alkali metal salts such as Li, Na, K, and Cs, and alkaline earth metal salts such as Mg, Ca, and Sr. Examples of the organic group of the organic ammonium salt include an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, an alkenyl group having 1 to 8 carbon atoms, and an aryl group having 6 to 12 carbon atoms.

前記一般式(1)で表わされるアルキン誘導体は、Xが酸性基を有していることで、後述の光電気化学電池用半導体電極に用いられる半導体層に吸着させることができる。   The alkyne derivative represented by the general formula (1) can be adsorbed on a semiconductor layer used in a semiconductor electrode for a photoelectrochemical cell to be described later because X has an acidic group.

酸性基を有する有機基Xの具体的な例を下記化学式(Xa)〜(Xm)に示す。これらの有機基Xは、酸性基の他に、炭素間(炭素炭素)二重結合を有し、この炭素炭素二重結合の一方の炭素に連結基Zの一方の結合手が結合し、他方の炭素にシアノ基、カルボニル基、他の炭素炭素二重結合の炭素、炭素窒素二重結合の炭素のいずれかが結合している。ただし、有機基Xは、これらに限定されるものではない。また、化学式(Xa)〜(Xm)で表される有機基Xは、Z体およびE体のいずれでもよい。すなわち、これらの有機基Xは、化学式(Xa)〜(Xm)で表されるとおりの構造でもよいし、その幾何異性体でもよい。   Specific examples of the organic group X having an acidic group are shown in the following chemical formulas (Xa) to (Xm). These organic groups X have an intercarbon (carbon-carbon) double bond in addition to an acidic group, and one bond of the linking group Z is bonded to one carbon of the carbon-carbon double bond, and the other A cyano group, carbonyl group, carbon of another carbon-carbon double bond, or carbon of carbon-nitrogen double bond is bonded to the carbon of. However, the organic group X is not limited to these. Further, the organic group X represented by the chemical formulas (Xa) to (Xm) may be either Z-form or E-form. That is, these organic groups X may have structures as represented by chemical formulas (Xa) to (Xm) or geometric isomers thereof.

Figure 2014088323
Figure 2014088323
Figure 2014088323
Figure 2014088323

前記式(Xa)〜(Xm)中、
Mは、水素原子または塩形成性陽イオンを表し、
は、水酸化物イオンまたは塩形成性陰イオンを表す。
なお、MおよびBは、1価のイオンであってもよいが、多価イオンであってもよい。MまたはBが多価イオンである場合は、前記式(Xa)〜(Xm)中における個数が、価数分の1であってもよい。例えば、Mは、1/2Mg2+であってもよいし、Bは、1/2SO 2−であってもよいが、これらに限定されるものではない。
In the formulas (Xa) to (Xm),
M represents a hydrogen atom or a salt-forming cation,
B represents a hydroxide ion or a salt-forming anion.
M and B may be monovalent ions or multivalent ions. When M or B is a multivalent ion, the number in the above formulas (Xa) to (Xm) may be a fraction of the valence. For example, M may be 1 / 2Mg 2+ and B may be 1 / 2SO 4 2− , but is not limited thereto.

塩形成性陽イオンMとしては、カルボキシ基と塩を形成し得る各種の陽イオンが挙げられる。このような陽イオンとしては、例えば、アンモニウムカチオン(NH );アミンから誘導された有機アンモニウムカチオン(A、A〜Aは水素原子または有機基を示すが、その少なくとも1つは有機基である);Li、Na、K、Cs等のアルカリ金属イオン;Mg2+、Ca2+、Sr2+等のアルカリ土類金属イオン等が挙げられる。有機アンモニウムカチオンの有機基としては、例えば、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数1〜8のアルケニル基、炭素数6〜12のアリール基が挙げられる。 Examples of the salt-forming cation M include various cations capable of forming a salt with a carboxy group. Examples of such a cation include an ammonium cation (NH 4 + ); an organic ammonium cation derived from an amine (A 1 A 2 A 3 A 4 N + , A 1 to A 4 are a hydrogen atom or an organic group. At least one of which is an organic group); alkaline metal ions such as Li + , Na + , K + and Cs + ; alkaline earth metal ions such as Mg 2+ , Ca 2+ and Sr 2+, etc. . Examples of the organic group of the organic ammonium cation include an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, an alkenyl group having 1 to 8 carbon atoms, and an aryl group having 6 to 12 carbon atoms.

酸性基を有する有機基Xは、下記化学式(X1)〜(X16)で表されることがより好ましい。また、化学式(X1)〜(X16)で表される有機基Xは、Z体およびE体のいずれでもよい。すなわち、これらの有機基Xは、化学式(X1)〜(X16)で表されるとおりの構造でもよいし、その幾何異性体でもよい。   The organic group X having an acidic group is more preferably represented by the following chemical formulas (X1) to (X16). Further, the organic group X represented by the chemical formulas (X1) to (X16) may be either Z-form or E-form. That is, these organic groups X may have structures as represented by chemical formulas (X1) to (X16) or geometric isomers thereof.

Figure 2014088323
Figure 2014088323
Figure 2014088323
Figure 2014088323

前記有機基Xは、下記一般式(2)で表される基であることがさらに好ましい。

Figure 2014088323
前記一般式(2)中、Mは、水素原子または塩形成性陽イオンを表し、前記式(Xa)〜(Xm)中のMと同様である。 The organic group X is more preferably a group represented by the following general formula (2).
Figure 2014088323
In the general formula (2), M represents a hydrogen atom or a salt-forming cation, and is the same as M in the formulas (Xa) to (Xm).

前記一般式(1)中のZは、チオフェン環、フラン環およびピロール環の中から選ばれる少なくとも一種の複素環を有する連結基を表す。連結基Zは、特に限定されないが、Zが結合している炭素炭素三重結合(すなわち、前記一般式(1)中に示す−C≡C−)と共役可能な原子団であることが好ましい。また、連結基Zは、少なくとも下記一般式(3)で表される構造を有する連結基であることが好ましい。

Figure 2014088323
Z in the general formula (1) represents a linking group having at least one heterocyclic ring selected from a thiophene ring, a furan ring and a pyrrole ring. The linking group Z is not particularly limited, but is preferably an atomic group that can be conjugated with a carbon-carbon triple bond to which Z is bonded (that is, —C≡C— shown in the general formula (1)). The linking group Z is preferably a linking group having a structure represented by at least the following general formula (3).
Figure 2014088323

前記一般式(3)中、R、Rは、それぞれ独立に水素原子、置換若しくは無置換の直鎖若しくは分枝アルキル基、または置換若しくは無置換の直鎖若しくは分枝アルコキシ基を表し、R、Rは互いに連結されて環を形成してもよい。置換若しくは無置換のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基等の炭素数1〜8のアルキル基が挙げられ、アルキル基に結合する置換基としては、ヒドロキシ基、アルコキシ基等が挙げられる。アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等の炭素数1〜4のアルコキシ基が挙げられる。 In the general formula (3), R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group, or a substituted or unsubstituted linear or branched alkoxy group, R 1 and R 2 may be connected to each other to form a ring. Examples of the substituted or unsubstituted alkyl group include alkyl groups having 1 to 8 carbon atoms such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an n-butyl group, a pentyl group, a hexyl group, a heptyl group, and an octyl group. Examples of the substituent bonded to the group include a hydroxy group and an alkoxy group. As an alkoxy group, C1-C4 alkoxy groups, such as a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, a butoxy group, are mentioned.

前記一般式(3)中、Yは酸素原子、硫黄原子またはNRaを表し、Raは水素原子、置換若しくは無置換の直鎖若しくは分枝アルキル基、または置換若しくは無置換のアリール基を表す。置換若しくは無置換のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基等の炭素数1〜8のアルキル基、ベンジル基等のアラルキル基が挙げられ、アルキル基に結合する置換基としては、ヒドロキシ基、アルコキシ基(例えば、炭素数1〜4のアルコキシ基)、フェニル基等が挙げられる。置換若しくは無置換のアリール基としては、フェニル基、トリル基、4−t−ブチルフェニル基、3,5−ジ−t−ブチルフェニル基、4−メトキシフェニル基、4−(N,N−ジメチルアミノ)フェニル基等の炭素数6〜22の置換若しくは無置換のアリール基が挙げられる。アリール基に結合する置換基としては、アルキル基(例えば、炭素数1〜8のアルキル基)、ヒドロキシ基、アルコキシ基(例えば、炭素数1〜4のアルコキシ基)、N,N−ジアルキルアミノ基(アルキル基部分は、例えば、炭素数1〜8のアルキル基)等が挙げられる。   In the general formula (3), Y represents an oxygen atom, a sulfur atom or NRa, and Ra represents a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group, or a substituted or unsubstituted aryl group. Examples of the substituted or unsubstituted alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an n-butyl group, a pentyl group, a hexyl group, a heptyl group, an octyl group, etc., an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, a benzyl group, etc. Examples of the substituent bonded to the alkyl group include a hydroxy group, an alkoxy group (for example, an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms), a phenyl group, and the like. Examples of the substituted or unsubstituted aryl group include phenyl group, tolyl group, 4-t-butylphenyl group, 3,5-di-t-butylphenyl group, 4-methoxyphenyl group, 4- (N, N-dimethyl group). Examples thereof include substituted or unsubstituted aryl groups having 6 to 22 carbon atoms such as amino) phenyl group. Examples of the substituent bonded to the aryl group include an alkyl group (for example, an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms), a hydroxy group, an alkoxy group (for example, an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms), and an N, N-dialkylamino group. (The alkyl group moiety is, for example, an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms).

前記連結基Zの具体的な例を化学式(Z1)〜(Z24)に示すが、これらに限定されるものではない。これらの例は、複素環に結合手を有する二価基であり、複素環が複数ある場合は、複素環を構成する炭素同士が直接結合するか、または縮合環を形成して結合している。また、これらの連結基が複数個連結した基であってもよい。   Specific examples of the linking group Z are shown in the chemical formulas (Z1) to (Z24), but are not limited thereto. These examples are divalent groups having a bond in the heterocycle, and when there are multiple heterocycles, the carbons that make up the heterocycle are directly bonded to each other, or are bonded by forming a condensed ring. . Further, a group in which a plurality of these linking groups are linked may be used.

Figure 2014088323
Figure 2014088323
Figure 2014088323
Figure 2014088323
Figure 2014088323
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また、前記一般式(1)で表されるアルキン誘導体、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩におけるXおよびZの組合せとしては、例えば、下記(a〜m)−(1〜24)が挙げられる。下記表中、XaはX1〜X4に置き換えてもよく、XbはX5に置き換えてもよく、XcはX6に置き換えてもよく、XdはX7に置き換えてもよく、XeはX8に置き換えてもよく、XfはX9に置き換えてもよく、XgはX10に置き換えてもよく、XhはX11に置き換えてもよく、XiはX12に置き換えてもよく、XjはX13に置き換えてもよく、XkはX14に置き換えてもよく、XlはX15に置き換えてもよく、XmはX16に置き換えてもよい。   Moreover, as a combination of X and Z in the alkyne derivative represented by the general formula (1), a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof, for example, the following (am)-(1 24). In the following table, Xa may be replaced with X1 to X4, Xb may be replaced with X5, Xc may be replaced with X6, Xd may be replaced with X7, and Xe may be replaced with X8. , Xf may be replaced with X9, Xg may be replaced with X10, Xh may be replaced with X11, Xi may be replaced with X12, Xj may be replaced with X13, and Xk may be replaced with X14. Xl may be replaced with X15, and Xm may be replaced with X16.

Figure 2014088323
Figure 2014088323

Figure 2014088323
Figure 2014088323

Figure 2014088323
Figure 2014088323

Figure 2014088323
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Figure 2014088323
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また、前記一般式(1)で表されるアルキン誘導体、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩において、電子供与性置換基を含む有機基Dが式(5)で表わされる場合、Ar〜Arの組合せとしては、例えば、下記Ar−1〜Ar−16が挙げられる。下記Ar−1〜Ar−16は、ArおよびArが同じ原子団である組合せを示しているが、これに限定されず、ArおよびArは異なっていてもよい。 In the alkyne derivative represented by the general formula (1), a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof, an organic group D containing an electron donating substituent is represented by the formula (5) , Ar 1 to Ar 3 include, for example, the following Ar-1 to Ar-16. The following Ar- 1 to Ar-16 show combinations in which Ar 1 and Ar 2 are the same atomic group, but are not limited thereto, and Ar 1 and Ar 2 may be different.

Figure 2014088323
Figure 2014088323

本発明のアルキン誘導体は、下記一般式(4)で表わされるアルキン誘導体であることがさらに好ましい。

Figure 2014088323
The alkyne derivative of the present invention is more preferably an alkyne derivative represented by the following general formula (4).
Figure 2014088323

前記一般式(4)中、ArおよびArは、それぞれ独立に置換若しくは無置換のアルキル基、置換若しくは無置換のアリール基、または、置換若しくは無置換の複素環基を表す。置換若しくは無置換のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基等の炭素数1〜8のアルキル基、ベンジル基等のアラルキル基が挙げられ、アルキル基に結合する置換基としては、ヒドロキシ基、アルコキシ基(例えば炭素数1〜4のアルコキシ基)、フェニル基等が挙げられる。置換若しくは無置換のアリール基としては、フェニル基、トリル基、4−t−ブチルフェニル基、3,5−ジ−t−ブチルフェニル基、4−メトキシフェニル基、4−ヘキシルオキシフェニル基、4−オクチルオキシフェニル基、4−(N,N−ジメチルアミノ)フェニル基、4−(N,N−ジフェニルアミノ)フェニル基、4−(α,α−ジメチルベンジル)フェニル基、9,9−ジメチルフルオレン−2−イル基等の炭素数6〜22の置換若しくは無置換のアリール基が挙げられ、アリール基に結合する置換基としては、アルキル基(例えば炭素数1〜8のアルキル基)、ヒドロキシ基、アルコキシ基(例えば炭素数1〜8のアルコキシ基)、N,N−ジアルキルアミノ基(アルキル基部分は例えば炭素数1〜8のアルキル基)、N,N−ジフェニルアミノ基等が挙げられる。置換若しくは無置換の複素環基としては、チエニル基、フリル基、ピロリル基、インドリル基、カルバゾイル基等が挙げられ、複素環基に結合する置換基としては、アルキル基(例えば炭素数1〜8のアルキル基)、ヒドロキシ基、アルコキシ基(例えば炭素数1〜8のアルコキシ基)等が挙げられる。また、Arは置換若しくは無置換のアリーレン基、または置換もしくは無置換の二価の複素環基を表す。置換若しくは無置換のアリーレン基としては、フェニレン基、ナフチレン基等が挙げられ、アリーレン基に結合する置換基としては、アルキル基(例えば炭素数1〜8のアルキル基)、ヒドロキシ基、アルコキシ基(例えば炭素数1〜8のアルコキシ基)等が挙げられる。置換もしくは無置換の二価の複素環基としては、チオフェンジイル基、フランジイル基、ピロールジイル基等が挙げられ、二価の複素環に結合する置換基としては、アルキル基(例えば炭素数1〜8のアルキル基)、ヒドロキシ基、アルコキシ基(例えば炭素数1〜8のアルコキシ基)等が挙げられる。 In the general formula (4), Ar 1 and Ar 2 each independently represent a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted aryl group, or a substituted or unsubstituted heterocyclic group. Examples of the substituted or unsubstituted alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an n-butyl group, a pentyl group, a hexyl group, a heptyl group, an octyl group, etc., an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, a benzyl group, etc. Examples of the substituent bonded to the alkyl group include a hydroxy group, an alkoxy group (for example, an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms), a phenyl group, and the like. Examples of the substituted or unsubstituted aryl group include phenyl group, tolyl group, 4-t-butylphenyl group, 3,5-di-t-butylphenyl group, 4-methoxyphenyl group, 4-hexyloxyphenyl group, 4 -Octyloxyphenyl group, 4- (N, N-dimethylamino) phenyl group, 4- (N, N-diphenylamino) phenyl group, 4- (α, α-dimethylbenzyl) phenyl group, 9,9-dimethyl Examples include a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 22 carbon atoms such as a fluoren-2-yl group. Examples of the substituent bonded to the aryl group include an alkyl group (for example, an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms), hydroxy Group, an alkoxy group (for example, an alkoxy group having 1 to 8 carbon atoms), an N, N-dialkylamino group (the alkyl group portion is, for example, an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms), N, N- A diphenylamino group etc. are mentioned. Examples of the substituted or unsubstituted heterocyclic group include a thienyl group, a furyl group, a pyrrolyl group, an indolyl group, a carbazoyl group, and the like. Examples of the substituent bonded to the heterocyclic group include an alkyl group (for example, having 1 to 8 carbon atoms). Alkyl group), a hydroxy group, an alkoxy group (for example, an alkoxy group having 1 to 8 carbon atoms) and the like. Ar 3 represents a substituted or unsubstituted arylene group or a substituted or unsubstituted divalent heterocyclic group. Examples of the substituted or unsubstituted arylene group include a phenylene group and a naphthylene group. Examples of the substituent bonded to the arylene group include an alkyl group (for example, an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms), a hydroxy group, and an alkoxy group ( For example, a C1-C8 alkoxy group) etc. are mentioned. Examples of the substituted or unsubstituted divalent heterocyclic group include a thiophene diyl group, a furandiyl group, a pyrrole diyl group, and the like, and examples of the substituent bonded to the divalent heterocyclic ring include an alkyl group (for example, having a carbon number of 1 to 8 alkyl group), a hydroxy group, an alkoxy group (for example, an alkoxy group having 1 to 8 carbon atoms) and the like.

前記一般式(4)中のMは、水素原子または塩形成性陽イオンを表し、前記式(Xa)〜(Xm)中のMと同様である。   M in the general formula (4) represents a hydrogen atom or a salt-forming cation, and is the same as M in the formulas (Xa) to (Xm).

また、前記一般式(4)中のZは、前記一般式(1)中のZと同じであり、好ましくは、前記一般式(3)で表される構造を含む連結基を表す。   Moreover, Z in the said General formula (4) is the same as Z in the said General formula (1), Preferably, the linking group containing the structure represented by the said General formula (3) is represented.

本発明の化合物は、下記式TA−1で表されるアルキン誘導体、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩であることが特に好ましい。

Figure 2014088323
The compound of the present invention is particularly preferably an alkyne derivative represented by the following formula TA-1, a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof.
Figure 2014088323

また、本発明の化合物は、下記式TA−2で表されるアルキン誘導体、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩であることも特に好ましい。

Figure 2014088323
The compound of the present invention is also particularly preferably an alkyne derivative represented by the following formula TA-2, a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof.
Figure 2014088323

また、前記化合物TA−1およびTA−2の他には、例えば、下記表7に示す化合物TA−3〜TA−6等が特に好ましい。下記表7に、化合物TA−3〜TA−6の構造を、前記式(1)におけるD、XおよびZの組み合わせで示す。また、これら化合物TA−3〜TA−6は、後述の製造方法および実施例を参照することにより、当業者であれば、過度の試行錯誤や複雑高度な実験等をすることなく、化合物TA−1またはTA−2に準じて容易に製造し、かつ使用することができる。なお、下記表7中の化合物TA−1〜TA−6のそれぞれにおけるXおよびZの組み合わせは、例えば、上記表1〜5におけるXおよびZの組み合わせのいずれかで置き換えてもよい。また、本発明の化合物は、これらの例に限定されず、D、XおよびZの組み合わせは任意であり、例えば、前記表1〜5の任意の組み合わせと、前記(D1)〜(D9)とを、それぞれ組み合わせることが可能である。また、例えば、Dが式(5)で表わされる場合、前記表1〜5の任意の組み合わせと、前記表6の任意の組み合わせとを、組み合わせることが可能である。   In addition to the compounds TA-1 and TA-2, for example, compounds TA-3 to TA-6 shown in Table 7 below are particularly preferable. In the following Table 7, the structures of the compounds TA-3 to TA-6 are shown by combinations of D, X and Z in the formula (1). In addition, these compounds TA-3 to TA-6 can be obtained by referring to the production methods and examples described below, and without any undue trial and error or complicated advanced experiments by those skilled in the art. It can be easily produced and used according to 1 or TA-2. In addition, you may substitute the combination of X and Z in each of compound TA-1 to TA-6 of following Table 7 with either of the combinations of X and Z in the said Tables 1-5, for example. Moreover, the compound of this invention is not limited to these examples, The combination of D, X, and Z is arbitrary, for example, arbitrary combinations of the said Tables 1-5, said (D1)-(D9), Can be combined with each other. For example, when D is represented by the formula (5), any combination of Tables 1 to 5 and any combination of Table 6 can be combined.

Figure 2014088323
Figure 2014088323

また、本発明のアルキン誘導体、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩は、電子供与性置換基を含む有機基と連結基が炭素炭素三重結合(−C≡C−)で連結した構造を有している。炭素炭素三重結合の解離エネルギーは956.6kJ/molであり、炭素炭素二重結合(−C=C−)の解離エネルギー719kJ/mol(化学便覧基礎編II、p317に記載)より大きい。そのため、電子供与性置換基を含む有機基と連結基を炭素炭素二重結合で連結するより、炭素炭素三重結合で連結する方が、熱安定性に優れた色素となることが期待できる。さらに炭素炭素二重結合を有する化合物は、一般に光によりシス−トランス異性化を起こすことが知られており、炭素炭素二重結合を有する色素は耐光性に課題を有すると考えられる。しかし、本発明のアルキン誘導体のような炭素炭素三重結合では、そのような異性化反応が起こらないため、より耐光性に優れた色素となりうる。   In the alkyne derivative of the present invention, a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof, an organic group containing an electron-donating substituent and a linking group are linked by a carbon-carbon triple bond (—C≡C—). It has the structure. The dissociation energy of the carbon-carbon triple bond is 956.6 kJ / mol, which is larger than the dissociation energy of the carbon-carbon double bond (—C═C—), 719 kJ / mol (described in Chemistry Handbook, Volume II, p317). Therefore, it can be expected that the organic group containing an electron-donating substituent and the linking group are linked by a carbon-carbon triple bond, rather than being linked by a carbon-carbon double bond, to provide a dye having excellent thermal stability. Further, it is known that a compound having a carbon-carbon double bond generally causes cis-trans isomerization by light, and a dye having a carbon-carbon double bond is considered to have a problem in light resistance. However, a carbon-carbon triple bond such as the alkyne derivative of the present invention does not cause such an isomerization reaction, so that it can be a dye having more excellent light resistance.

本発明のアルキン誘導体、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩は、例えば、光電変換特性に優れた光電変換用色素に有用であるが、これに限定されず、どのような用途に用いてもよい。   The alkyne derivative of the present invention, its tautomer or stereoisomer, or a salt thereof is useful for, for example, a photoelectric conversion dye excellent in photoelectric conversion characteristics, but is not limited thereto, and any use is possible. You may use for.

<アルキン誘導体の製造方法>
前記一般式(1)で表されるアルキン誘導体、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩の製造方法は、特に限定されず、任意であるが、例えば、下記スキームに示す製造方法でもよい。下記スキームは、具体的には、
下記一般式(I)で表される化合物と、下記一般式(II)で表される化合物とのカップリング反応により、下記一般式(III)で表される化合物を製造する第1カップリング工程、
下記一般式(III)で表される化合物を脱保護して下記一般式(IV)で表される化合物を製造する脱保護工程、
下記一般式(IV)で表される化合物と下記一般式(V)で表される化合物とをカップリング反応させて下記一般式(VI)で表される化合物を製造する第2カップリング工程、および、
下記一般式(VI)中のQを変換して酸性基Xを導入し、前記一般式(1)で表される化合物を製造する酸性基導入工程を含む。

Figure 2014088323
<Method for producing alkyne derivative>
The production method of the alkyne derivative represented by the general formula (1), a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof is not particularly limited, and is arbitrary. For example, the production method shown in the following scheme But you can. Specifically, the following scheme:
The 1st coupling process which manufactures the compound represented by the following general formula (III) by the coupling reaction of the compound represented by the following general formula (I), and the compound represented by the following general formula (II) ,
A deprotection step for producing a compound represented by the following general formula (IV) by deprotecting the compound represented by the following general formula (III);
A second coupling step in which a compound represented by the following general formula (IV) and a compound represented by the following general formula (V) are subjected to a coupling reaction to produce a compound represented by the following general formula (VI); and,
It includes an acidic group introduction step of converting the Q 2 in the following general formula (VI) to introduce an acidic group X to produce the compound represented by the general formula (1).
Figure 2014088323

前記一般式(I)、(III)、(IV)および(VI)中、
Dは、前記一般式(1)と同じであり、
前記一般式(II)および(III)中、
は、保護基であり、
前記一般式(I)中、
Halは、ハロゲンであり、
前記一般式(V)中、
Halは、ハロゲンであり、
HalとHalは同一でも異なっていてもよく、
前記一般式(V)および(VI)中、
Zは、前記一般式(1)と同じであり、
は、酸性基Xに変換可能な任意の置換基である。
In the general formulas (I), (III), (IV) and (VI),
D is the same as the general formula (1),
In the general formulas (II) and (III),
Q 1 is a protecting group,
In the general formula (I),
Hal 1 is halogen,
In the general formula (V),
Hal 2 is halogen,
Hal 1 and Hal 2 may be the same or different,
In the general formulas (V) and (VI),
Z is the same as the general formula (1),
Q 2 is an arbitrary substituent that can be converted to the acidic group X.

前記第1カップリング工程、前記脱保護工程、前記第2カップリング工程、および前記酸性基導入工程において、反応時間、反応温度、各反応物質の使用量等は特に限定されず、例えば、公知の類似の反応等を参考にして適宜設定してもよい。また、前記各工程において、前記各反応物質以外に、溶媒、触媒等を適宜使用してもよいし、使用しなくてもよい。   In the first coupling step, the deprotection step, the second coupling step, and the acidic group introduction step, the reaction time, the reaction temperature, the amount of each reactant used, etc. are not particularly limited. You may set suitably with reference to a similar reaction etc. In each of the steps, a solvent, a catalyst, or the like may be appropriately used in addition to the reactants, or may not be used.

HalおよびHalは、特に限定されないが、反応性の観点から、塩素、臭素またはヨウ素が好ましく、臭素またはヨウ素がより好ましい。前記第1カップリング工程および前記第2カップリング工程は、それぞれ、パラジウム触媒および塩基の存在下で行うことが好ましく、さらに銅触媒を共存させて行っても良い。このようなカップリング反応は、例えば、薗頭カップリングなどと呼ばれることがある。 Hal 1 and Hal 2 are not particularly limited, but chlorine, bromine or iodine are preferable, and bromine or iodine is more preferable from the viewpoint of reactivity. The first coupling step and the second coupling step are preferably performed in the presence of a palladium catalyst and a base, respectively, and may be performed in the presence of a copper catalyst. Such a coupling reaction is sometimes called, for example, Sonogashira coupling.

前記一般式(V)および(VI)中、
が、下記一般式(VII)で表されるアシル基であり、
前記一般式(I)中、
Xが、下記一般式(VIII)で表される酸性基であり、
前記酸性基導入工程において、Qにシアノ酢酸を反応させてXに変換することが好ましい。

Figure 2014088323
前記一般式(VII)および(VIII)中、
10は、水素原子、置換若しくは無置換のアルキル基、または置換若しくは無置換のアリール基であり、
前記一般式(VIII)中、
−COOHのHは、例えば、前記一般式(2)と同じMで置換してもよい。 In the general formulas (V) and (VI),
Q 2 is an acyl group represented by the following general formula (VII),
In the general formula (I),
X is an acidic group represented by the following general formula (VIII),
In the acidic group introduction step, Q 2 is preferably converted to X by reacting Q 2 with cyanoacetic acid.
Figure 2014088323
In the general formulas (VII) and (VIII),
R 10 is a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group, or a substituted or unsubstituted aryl group,
In the general formula (VIII),
For example, H in —COOH may be substituted with the same M as in the general formula (2).

<光電変換用色素>
本発明の光電変換用色素は、前記本発明のアルキン誘導体、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩の少なくとも一種を含む。前記化合物等は、光電変換特性に優れた光電変換用色素として有用である。
<Dye for photoelectric conversion>
The photoelectric conversion dye of the present invention contains at least one of the alkyne derivative of the present invention, a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof. The said compound etc. are useful as a pigment | dye for photoelectric conversion excellent in the photoelectric conversion characteristic.

<光電気化学電池用光電変換素子>
本発明の光電気化学電池用光電変換素子の一例の断面構造を模式的に図1に示す。図1に示した光電変換素子は、光電気化学電池用半導体電極4と、対電極8と、両極間に保持された電解質層(電荷輸送層)5とを備える。光電気化学電池用半導体電極4は、光透過性基板3および透明導電層2を含む導電性基板と、半導体層1とを備える。対電極8は、触媒層6と、基板7とを備える。なお、半導体層1には前記光電変換用色素が吸着されている。
<Photoelectric conversion element for photoelectrochemical cell>
FIG. 1 schematically shows a cross-sectional structure of an example of the photoelectric conversion element for a photoelectrochemical cell of the present invention. The photoelectric conversion element shown in FIG. 1 includes a semiconductor electrode 4 for a photoelectrochemical cell, a counter electrode 8, and an electrolyte layer (charge transport layer) 5 held between both electrodes. The semiconductor electrode 4 for photoelectrochemical cells includes a conductive substrate including a light transmissive substrate 3 and a transparent conductive layer 2, and a semiconductor layer 1. The counter electrode 8 includes a catalyst layer 6 and a substrate 7. The semiconductor layer 1 is adsorbed with the photoelectric conversion dye.

この光電気化学電池用光電変換素子に光を入射すると、半導体層1に吸着している光電変換用色素が励起され、電子を放出する。この電子は、半導体の伝導帯に移動し、さらに拡散により透明導電層2に移動する。透明導電層2中の電子は、外部回路(図示せず)を経由して、対電極8に移動する。そして、電子を放出した光電変換用色素(酸化された色素)は、電解質層5から電子を受け取り(還元され)、もとの状態に戻り、光電変換用色素が再生する。一方、対極に移動した電子は電解質層5に付与され、電解質が還元される。このようにして光電変換素子は電池として機能する構成となっている。以下、図1に示す光電気化学電池用光電変換素子を例に挙げて各構成要素を説明する。   When light is incident on the photoelectric conversion element for photoelectrochemical cell, the photoelectric conversion dye adsorbed on the semiconductor layer 1 is excited and emits electrons. The electrons move to the conduction band of the semiconductor, and further move to the transparent conductive layer 2 by diffusion. The electrons in the transparent conductive layer 2 move to the counter electrode 8 via an external circuit (not shown). Then, the photoelectric conversion dye (oxidized dye) that has released the electrons receives (reduced) electrons from the electrolyte layer 5, returns to the original state, and the photoelectric conversion dye is regenerated. On the other hand, the electrons moved to the counter electrode are given to the electrolyte layer 5 and the electrolyte is reduced. In this manner, the photoelectric conversion element functions as a battery. Hereinafter, each component will be described by taking the photoelectric conversion element for a photoelectrochemical cell shown in FIG. 1 as an example.

<光電気化学電池用半導体電極>
光電気化学電池用半導体電極4は、上述のとおり、光透過性基板3および透明導電層2を含む導電性基板と、半導体層1とを備える。図1に示すように、光透過性基板3と、透明導電層2と、半導体層1とが素子の外側から内側に向かってこの順に積層されている。この半導体層1には光電変換用色素(図示せず)が吸着されている。
<Semiconductor electrode for photoelectrochemical cell>
The semiconductor electrode 4 for photoelectrochemical cells includes the conductive substrate including the light transmissive substrate 3 and the transparent conductive layer 2 and the semiconductor layer 1 as described above. As shown in FIG. 1, a light transmissive substrate 3, a transparent conductive layer 2, and a semiconductor layer 1 are laminated in this order from the outside to the inside of the element. The semiconductor layer 1 is adsorbed with a dye for photoelectric conversion (not shown).

<導電性基板>
光電気化学電池用半導体電極4を構成する導電性基板は、基板自体が導電性を有している単層構造であってもよいし、基板上に導電層を形成した2層構造であってもよい。図1に示す光電気化学電池用光電変換素子の導電性基板は、光透過性基板3上に、透明導電層2を形成した2層構造を有している。
<Conductive substrate>
The conductive substrate constituting the semiconductor electrode 4 for photoelectrochemical cells may have a single-layer structure in which the substrate itself has conductivity, or a two-layer structure in which a conductive layer is formed on the substrate. Also good. The conductive substrate of the photoelectric conversion element for a photoelectrochemical cell shown in FIG. 1 has a two-layer structure in which a transparent conductive layer 2 is formed on a light transmissive substrate 3.

導電性基板に用いられる基板としては、例えば、ガラス基板、プラスチック基板、金属板などが挙げられる。中でも光透過性の高い基板、例えば、透明なプラスチック基板が特に好ましい。透明なプラスチック基板の材料としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、ポリシクロオレフィン、ポリフェニレンスルフィド等が挙げられる。   Examples of the substrate used for the conductive substrate include a glass substrate, a plastic substrate, and a metal plate. Among them, a substrate having high light transmittance, for example, a transparent plastic substrate is particularly preferable. Examples of the material for the transparent plastic substrate include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polycycloolefin, and polyphenylene sulfide.

また、基板(例えば光透過性基板3)上に形成される導電層(例えば透明導電層2)は、特に限定されるものではないが、例えば酸化インジウムスズ(Indium−Tin−Oxide:ITO)、フッ素ドープ酸化スズ(Fluorine doped Tin Oxide:FTO)、インジウム−亜鉛酸化物(Indium Zinc Oxide:IZO)、酸化スズ(SnO)などの透明材料から構成された透明導電層が好ましい。基板上に形成される導電層は、基板の全面または一部の面に膜状に形成することができる。この導電層の膜厚は、適宜選択することができるが、0.02μm以上10μm以下程度が好ましい。このような導電層は、通常の成膜技術を利用して形成できる。 Further, the conductive layer (for example, the transparent conductive layer 2) formed on the substrate (for example, the light transmissive substrate 3) is not particularly limited, but for example, indium tin oxide (Indium-Tin-Oxide: ITO), A transparent conductive layer made of a transparent material such as fluorine-doped tin oxide (FTO), indium-zinc oxide (IZO), tin oxide (SnO 2 ), or the like is preferable. The conductive layer formed over the substrate can be formed into a film shape over the entire surface or a part of the surface of the substrate. The thickness of the conductive layer can be selected as appropriate, but is preferably about 0.02 μm to 10 μm. Such a conductive layer can be formed using a normal film formation technique.

なお、本実施形態における導電性基板は、導電性基板の抵抗を下げる目的で、金属リード線を付与することもできる。前記金属リード線の材質としては、アルミニウム、銅、金、銀、白金、ニッケル等の金属が挙げられる。前記金属リード線は、蒸着、スパッタリング等で作製できる。前記基板(例えば光透過性基板3)上に金属リード線を形成した後、この金属リード線上に導電層(例えばITOやFTO等の透明導電層2)を設けることができる。または基板(例えば光透過性基板3)上に導電層(例えば透明導電層2)を設けた後、この導電層上に金属リード線を作製してもよい。   The conductive substrate in the present embodiment can be provided with a metal lead wire for the purpose of reducing the resistance of the conductive substrate. Examples of the material of the metal lead wire include metals such as aluminum, copper, gold, silver, platinum, and nickel. The metal lead wire can be produced by vapor deposition, sputtering, or the like. After a metal lead wire is formed on the substrate (for example, the light-transmitting substrate 3), a conductive layer (for example, a transparent conductive layer 2 such as ITO or FTO) can be provided on the metal lead wire. Alternatively, after providing a conductive layer (for example, transparent conductive layer 2) on a substrate (for example, light transmissive substrate 3), a metal lead wire may be formed on the conductive layer.

以下の実施形態の説明は、光電気化学電池用半導体電極4における導電性基板として、光透過性基板3上に透明導電層2を形成した2層構造の導電性基板を用いた例を前提に説明するが、この例に限定されるものではない。   The description of the following embodiment is based on an example in which a conductive substrate having a two-layer structure in which a transparent conductive layer 2 is formed on a light transmissive substrate 3 is used as the conductive substrate in the semiconductor electrode 4 for a photoelectrochemical cell. Although described, the present invention is not limited to this example.

<半導体層>
半導体層1を構成する材料としては、シリコン、ゲルマニウム等の単体半導体、金属カルコゲニド等の化合物半導体、ペロブスカイト構造を有する化合物等を使用することができる。
<Semiconductor layer>
As a material constituting the semiconductor layer 1, a single semiconductor such as silicon or germanium, a compound semiconductor such as a metal chalcogenide, a compound having a perovskite structure, or the like can be used.

金属カルコゲニドとしては、チタン、スズ、亜鉛、鉄、タングステン、インジウム、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、ストロンチウム、ハフニウム、セリウム、ランタン等の酸化物;カドミウム、亜鉛、鉛、銀、アンチモン、ビスマス等の硫化物;カドミウム、鉛等のセレン化物;カドミウムのテルル化物等が挙げられる。他の化合物半導体としては、亜鉛、ガリウム、インジウム、カドミウム等のリン化物;ガリウム砒素;銅−インジウム−セレン化物;銅−インジウム−硫化物等が挙げられる。また、ペロブスカイト構造を有する化合物としては、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、ニオブ酸カリウム等の通常知られている半導体化合物が挙げられる。これらの半導体材料は単独で用いることも2種類以上を混合して用いることもできる。   Metal chalcogenides include oxides such as titanium, tin, zinc, iron, tungsten, indium, zirconium, vanadium, niobium, tantalum, strontium, hafnium, cerium, lanthanum; cadmium, zinc, lead, silver, antimony, bismuth, etc. Sulfides; selenides such as cadmium and lead; tellurides of cadmium and the like. Examples of other compound semiconductors include phosphides such as zinc, gallium, indium and cadmium; gallium arsenide; copper-indium-selenide; copper-indium-sulfide. Examples of the compound having a perovskite structure include commonly known semiconductor compounds such as barium titanate, strontium titanate, and potassium niobate. These semiconductor materials can be used alone or in combination of two or more.

これらの半導体材料の中でも、変換効率、安定性、安全性の観点から、酸化チタンまたは酸化亜鉛を含む半導体材料が好ましく、酸化チタンを含む半導体材料がより好ましい。酸化チタンとしては、アナターゼ型酸化チタン、ルチル型酸化チタン、無定形酸化チタン、メタチタン酸、オルソチタン酸などの種々のタイプの酸化チタンが挙げられ、また、含酸化チタン複合体を用いることができる。これらの中でも、光電変換の安定性をさらに向上させる観点からは、アナターゼ型酸化チタンが好ましい。   Among these semiconductor materials, from the viewpoint of conversion efficiency, stability, and safety, a semiconductor material containing titanium oxide or zinc oxide is preferable, and a semiconductor material containing titanium oxide is more preferable. Examples of titanium oxide include various types of titanium oxide such as anatase type titanium oxide, rutile type titanium oxide, amorphous titanium oxide, metatitanic acid, orthotitanic acid, and a titanium oxide-containing complex can be used. . Among these, anatase type titanium oxide is preferable from the viewpoint of further improving the stability of photoelectric conversion.

半導体層の形態としては、半導体微粒子などを焼結することにより得られる多孔性の半導体層、ゾル−ゲル法やスパッタ法、スプレー熱分解法などにより得られる薄膜状半導体層等が挙げられる。また、繊維状半導体層や、針状晶からなる半導体層としてもよい。これらの半導体層の形態は、光電変換素子の使用目的に応じて、適宜選択することができる。これらの中でも、色素吸着量などの観点から、多孔性の半導体層、針状晶からなる半導体層などの比表面積の大きな半導体層が好ましい。さらに、半導体微粒子の粒径により入射光の利用率などを調整できる観点から、半導体微粒子から形成される多孔性の半導体層が好ましい。また、半導体層は、単層であっても多層であってもよい。多層にすることによって、充分な厚さの半導体層をさらに容易に形成することができる。また、半導体微粒子から形成される多孔性の半導体層が多層の場合は、半導体微粒子の平均粒径の異なる複数の半導体層を形成してもよい。例えば、光入射側に近い方の半導体層(第1半導体層)の半導体微粒子の平均粒径を、光入射側から遠い方の半導体層(第2半導体層)より小さくしてもよい。このようにすれば、第1半導体層で多くの光を吸収させるとともに、第1半導体層を通過した光を第2半導体層で効率よく散乱させて第1半導体層に戻し、戻した光を第1半導体層で吸収させることにより、全体の光吸収率をより一層向上させることができる。   Examples of the form of the semiconductor layer include a porous semiconductor layer obtained by sintering semiconductor fine particles, a thin film semiconductor layer obtained by a sol-gel method, a sputtering method, a spray pyrolysis method, and the like. Moreover, it is good also as a semiconductor layer which consists of a fibrous semiconductor layer or an acicular crystal | crystallization. The form of these semiconductor layers can be appropriately selected according to the purpose of use of the photoelectric conversion element. Among these, a semiconductor layer having a large specific surface area such as a porous semiconductor layer and a needle-like semiconductor layer is preferable from the viewpoint of the amount of dye adsorbed. Furthermore, a porous semiconductor layer formed from semiconductor fine particles is preferable from the viewpoint that the utilization factor of incident light and the like can be adjusted by the particle size of the semiconductor fine particles. Further, the semiconductor layer may be a single layer or a multilayer. By forming a multilayer, a sufficiently thick semiconductor layer can be more easily formed. Moreover, when the porous semiconductor layer formed from semiconductor fine particles is a multilayer, you may form several semiconductor layers from which the average particle diameter of semiconductor fine particles differs. For example, the average particle diameter of the semiconductor fine particles of the semiconductor layer closer to the light incident side (first semiconductor layer) may be smaller than that of the semiconductor layer farther from the light incident side (second semiconductor layer). In this way, the first semiconductor layer absorbs a lot of light, and the light that has passed through the first semiconductor layer is efficiently scattered by the second semiconductor layer and returned to the first semiconductor layer, and the returned light is returned to the first semiconductor layer. By making it absorb with 1 semiconductor layer, the whole optical absorptance can be improved further.

半導体層の膜厚は、特に限定されるものではないが、透過性、変換効率などの観点より、例えば0.5μm以上45μm以下とすることができる。より好ましくは、1μm以上30μm以下である。半導体層の比表面積は、多量の色素を吸着させる観点から、例えば10m/g以上200m/g以下とすることができる。 The film thickness of the semiconductor layer is not particularly limited, but can be set to, for example, not less than 0.5 μm and not more than 45 μm from the viewpoints of permeability and conversion efficiency. More preferably, they are 1 micrometer or more and 30 micrometers or less. The specific surface area of the semiconductor layer can be set to, for example, 10 m 2 / g or more and 200 m 2 / g or less from the viewpoint of adsorbing a large amount of dye.

また、多孔性の半導体層に前記色素を吸着させた構成の場合、電解質中のイオンがさらに充分に拡散して電荷輸送が行われる観点から、多孔性の半導体層の空隙率は例えば40%以上80%以下とすることが好ましい。ここで、空隙率とは、半導体層の体積のうち当該半導体層中の細孔が占める体積の割合をパーセントで示したものである。   Further, in the case where the dye is adsorbed on the porous semiconductor layer, the porosity of the porous semiconductor layer is, for example, 40% or more from the viewpoint that ions in the electrolyte are further sufficiently diffused and charge transport is performed. 80% or less is preferable. Here, the porosity is a percentage of the volume of the semiconductor layer occupied by the pores in the semiconductor layer.

<半導体層の形成方法>
次に、半導体層1の形成方法について、多孔性の半導体層である場合を例にとって説明する。多孔性の半導体層は、例えば、次のようにして形成することができる。まず、半導体微粒子を樹脂などの有機化合物および分散剤とともに、有機溶媒や水などの分散媒に加えて懸濁液を調製する。そして、この懸濁液を、導電性基板(図1における透明導電層2)上に塗布し、これを乾燥、焼成することで半導体層が得られる。半導体微粒子とともに分散媒に有機化合物を添加しておくと、焼成時に有機化合物が燃焼して、多孔性の半導体層内に、さらに充分な隙間(空隙)を確保することが可能となる。また焼成時に燃焼する有機化合物の分子量や添加量を制御することで、空隙率を変化させることができる。
<Method for forming semiconductor layer>
Next, a method for forming the semiconductor layer 1 will be described by taking the case of a porous semiconductor layer as an example. The porous semiconductor layer can be formed, for example, as follows. First, a suspension is prepared by adding semiconductor fine particles together with an organic compound such as a resin and a dispersant to a dispersion medium such as an organic solvent or water. And this suspension is apply | coated on a conductive substrate (transparent conductive layer 2 in FIG. 1), a semiconductor layer is obtained by drying and baking this. When an organic compound is added to the dispersion medium together with the semiconductor fine particles, the organic compound is combusted at the time of firing, so that a sufficient gap (void) can be secured in the porous semiconductor layer. Moreover, the porosity can be changed by controlling the molecular weight and the addition amount of the organic compound combusted at the time of baking.

前記有機化合物としては、懸濁液中に溶解し、焼成するときに燃焼して除去できるものであれば特に制限されない。例えば、ポリエチレングリコール、セルロースエステル樹脂、セルロースエーテル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリエステル樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、シリコン樹脂が挙げられ、また、スチレン、酢酸ビニル、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル等のビニル化合物の重合体や共重合体等が挙げられる。有機化合物の種類や配合量は、使用する微粒子の種類や状態、懸濁液の組成比や総重量等に応じて適宜選択することができる。前記半導体微粒子の割合は懸濁液全体の総重量に対して10質量%以上40質量%以下であることが好ましい。前記半導体微粒子の割合が懸濁液全体の総重量に対して10質量%以上のときは、作製した膜の強度をより一層充分に強くすることができる。また、前記半導体微粒子の割合が懸濁液全体の総重量に対して40質量%以下であれば、空隙率が大きな多孔性の半導体層をより一層安定的に得ることができる。   The organic compound is not particularly limited as long as it can be dissolved in a suspension and burned and removed when fired. For example, polyethylene glycol, cellulose ester resin, cellulose ether resin, epoxy resin, urethane resin, phenol resin, polycarbonate resin, polyarylate resin, polyvinyl butyral resin, polyester resin, polyvinyl formal resin, silicone resin, styrene, Examples thereof include polymers and copolymers of vinyl compounds such as vinyl acetate, acrylic acid esters, and methacrylic acid esters. The type and amount of the organic compound can be appropriately selected according to the type and state of the fine particles used, the composition ratio of the suspension, the total weight, and the like. The ratio of the semiconductor fine particles is preferably 10% by mass or more and 40% by mass or less with respect to the total weight of the entire suspension. When the ratio of the semiconductor fine particles is 10% by mass or more based on the total weight of the entire suspension, the strength of the produced film can be further sufficiently increased. Moreover, if the ratio of the semiconductor fine particles is 40% by mass or less with respect to the total weight of the whole suspension, a porous semiconductor layer having a large porosity can be obtained more stably.

前記半導体微粒子としては、適当な平均粒径、例えば、1nm以上500nm以下程度の平均粒径を有する単一または複数の化合物半導体の粒子などを用いることができる。その中でも比表面積を大きくするという点からは、1nm以上50nm以下程度の平均粒径のものが望ましい。また入射光の利用率を高めるために、200nm以上400nm以下程度の平均粒径の比較的大きな半導体粒子を添加してもよい。   As the semiconductor fine particles, single or plural compound semiconductor particles having an appropriate average particle diameter, for example, an average particle diameter of about 1 nm to 500 nm can be used. Among these, from the viewpoint of increasing the specific surface area, those having an average particle diameter of about 1 nm to 50 nm are desirable. In order to increase the utilization factor of incident light, semiconductor particles having a relatively large average particle diameter of about 200 nm to 400 nm may be added.

また、前記半導体微粒子の製造方法としては、水熱合成法などのゾル−ゲル法、硫酸法、塩素法などが挙げられ、目的の微粒子を製造できる方法であれば制限されないが、結晶性の観点からは、水熱合成法により合成することが好ましい。   Examples of the method for producing the semiconductor fine particles include a sol-gel method such as a hydrothermal synthesis method, a sulfuric acid method, and a chlorine method. The method is not limited as long as the method can produce the desired fine particles. Is preferably synthesized by a hydrothermal synthesis method.

前記懸濁液に用いる分散媒としては、エチレングリコールモノメチルエーテル等のグライム系溶媒;イソプロピルアルコール等のアルコール類;イソプロピルアルコール/トルエン等の混合溶媒;水等が挙げられる。   Examples of the dispersion medium used for the suspension include glyme solvents such as ethylene glycol monomethyl ether; alcohols such as isopropyl alcohol; mixed solvents such as isopropyl alcohol / toluene; water and the like.

前記懸濁液の塗布は、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法、スクリーン印刷法等の通常の塗布方法により行うことができる。懸濁液の塗布後に行う塗膜の乾燥、焼成の条件は、例えば、大気下または不活性ガス雰囲気下、50℃以上800℃以下程度の範囲内で、10秒から12時間程度とすることができる。この乾燥および焼成は、単一の温度で1回または複数回行ってもよく、温度を変化させて複数回行ってもよい。   The suspension can be applied by a usual application method such as a doctor blade method, a squeegee method, a spin coating method, or a screen printing method. The conditions of drying and baking of the coating film performed after application of the suspension are, for example, about 10 seconds to 12 hours in the range of about 50 ° C. to 800 ° C. in the air or in an inert gas atmosphere. it can. This drying and baking may be performed once or a plurality of times at a single temperature, or may be performed a plurality of times by changing the temperature.

多孔性の半導体層以外の他の種類の半導体層は、光電気化学電池用光電変換素子に用いられる半導体層の通常の形成方法を用いて形成することができる。   Other types of semiconductor layers other than the porous semiconductor layer can be formed using a normal method for forming a semiconductor layer used in a photoelectric conversion element for a photoelectrochemical cell.

<光電変換用色素の吸着方法>
前記光電変換用色素は、上述したとおりである。半導体層1に前記色素を吸着させる方法としては、例えば、前記色素を溶かした溶液に、半導体基板(すなわち半導体層1を備えた導電性基板)を浸漬させる方法、あるいは前記色素の溶液を半導体層1に塗布して吸着させる方法が挙げられる。
<Adsorption method of photoelectric conversion dye>
The photoelectric conversion dye is as described above. As a method for adsorbing the dye to the semiconductor layer 1, for example, a method in which a semiconductor substrate (that is, a conductive substrate having the semiconductor layer 1) is immersed in a solution in which the dye is dissolved, or a solution of the dye is used as a semiconductor layer. The method of apply | coating to 1 and making it adsorb | suck is mentioned.

この色素溶液の溶媒としては、アセトニトリル、プロピオニトリル、メトキシアセトニトリル等のニトリル系溶媒;メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール系溶媒;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒;酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶媒;テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶媒;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン等のアミド系溶媒;ジクロロメタン、クロロホルム、ジクロロエタン、トリクロロエタン、クロロベンゼン等のハロゲン系溶媒;トルエン、キシレン、シクロヘキサン等の炭化水素系溶媒;水を挙げることができる。これらは、単独で用いても、2種以上混合して用いてもよい。   Solvents for this dye solution include nitrile solvents such as acetonitrile, propionitrile, methoxyacetonitrile; alcohol solvents such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol; ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone; acetic acid Ester solvents such as ethyl and butyl acetate; ether solvents such as tetrahydrofuran and dioxane; amide solvents such as N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide and N-methyl-2-pyrrolidone; dichloromethane, chloroform, And halogen solvents such as dichloroethane, trichloroethane, and chlorobenzene; hydrocarbon solvents such as toluene, xylene, and cyclohexane; and water. These may be used alone or in combination of two or more.

色素溶液に半導体基板を浸漬させる方法を採用する場合、前記色素溶液に前記半導体基板を浸漬させている際に、溶液を攪拌したり、加熱還流をしたり、超音波を印加したりすることもできる。   When the method of immersing the semiconductor substrate in the dye solution is employed, the solution may be stirred, heated to reflux, or ultrasonic waves may be applied when the semiconductor substrate is immersed in the dye solution. it can.

色素の吸着処理を行った後、吸着されずに残った色素を取り除くために、アルコール等の溶媒で洗浄することが望ましい。   After the dye adsorption treatment, it is desirable to wash with a solvent such as alcohol in order to remove the dye remaining without being adsorbed.

色素の担持量は、例えば、1×10−10mol/cm以上1×10−4mol/cm以下の範囲内に設定でき、1×10−9mol/cm以上9.0×10−6mol/cm以下の範囲が好ましい。この範囲内であれば、経済的且つ十分に光電変換効率向上の効果を得ることができる。 The amount of the dye supported can be set, for example, within a range of 1 × 10 −10 mol / cm 2 to 1 × 10 −4 mol / cm 2 , and is 1 × 10 −9 mol / cm 2 to 9.0 × 10. A range of −6 mol / cm 2 or less is preferred. Within this range, the effect of improving the photoelectric conversion efficiency can be obtained economically and sufficiently.

また、光電変換できる波長域をできるだけ広くするとともに変換効率を上げるために、二種以上の光電変換用色素を混合して用いてもよく、その場合、前記色素の吸収波長域と強度を考慮して、前記色素の種類と割合を適宜選択することが好ましい。また、色素同士の会合による変換効率の低下を抑制するため、色素を吸着させる際に添加剤を併用してもよい。このような添加剤としては、カルボキシ基を有するステロイド系化合物(例えば、デオキシコール酸、コール酸、ケノデオキシコール酸等)が挙げられる。   Further, in order to make the wavelength range capable of photoelectric conversion as wide as possible and increase the conversion efficiency, two or more types of photoelectric conversion dyes may be used in combination, in which case the absorption wavelength range and intensity of the dye are taken into consideration. Thus, it is preferable to appropriately select the type and ratio of the pigment. In addition, an additive may be used in combination when adsorbing the dye in order to suppress a decrease in conversion efficiency due to the association between the dyes. Examples of such additives include steroidal compounds having a carboxy group (for example, deoxycholic acid, cholic acid, chenodeoxycholic acid, etc.).

<対電極>
本例における対電極8は、基板7上に触媒層6を有している。この光電気化学電池用光電変換素子では、光の入射に起因して半導体層1に吸着した色素から発生したホールが、電解質層5を通して対電極8まで運ばれるが、対電極8は電子とホールが効率よく対消滅するという機能を果たせれば材料に制限はない。
<Counter electrode>
The counter electrode 8 in this example has a catalyst layer 6 on a substrate 7. In this photoelectric conversion element for a photoelectrochemical cell, holes generated from the dye adsorbed on the semiconductor layer 1 due to the incidence of light are carried to the counter electrode 8 through the electrolyte layer 5. There is no limit to the material as long as it can perform the function of effectively eliminating the pair.

触媒層6は、例えば、蒸着法などによって、例えば、基板7上に金属蒸着膜として形成することができる。触媒層6は、例えば、基板7に形成されたPt層であってもよい。また、触媒層6は、ナノカーボン材料を含んでいてもよい。例えば、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーンまたはカーボンファイバーを含んだペーストを多孔性絶縁膜上に焼結して触媒層6を形成してもよい。ナノカーボン材料は比表面積が大きく、電子とホールの対消滅確率を向上できる。   The catalyst layer 6 can be formed as a metal vapor deposition film on the substrate 7, for example, by vapor deposition or the like. The catalyst layer 6 may be, for example, a Pt layer formed on the substrate 7. Further, the catalyst layer 6 may contain a nanocarbon material. For example, the catalyst layer 6 may be formed by sintering a paste containing carbon nanotubes, carbon nanohorns, or carbon fibers on the porous insulating film. Nanocarbon materials have a large specific surface area and can improve the probability of annihilation of electrons and holes.

基板7としては、ガラスや高分子フィルム等の透明基板、金属板(箔)などが挙げられる。光透過性の対電極8を作製する場合は、基板7として透明電導膜付きガラスを選択し、その上に蒸着法やスパッタ法を用いて白金やカーボンなどを触媒層6として形成して作製することができる。   Examples of the substrate 7 include a transparent substrate such as glass and a polymer film, and a metal plate (foil). In the case of producing the light-transmitting counter electrode 8, a glass with a transparent conductive film is selected as the substrate 7, and platinum, carbon, or the like is formed as the catalyst layer 6 using a vapor deposition method or a sputtering method. be able to.

<電解質層(電荷輸送層)>
電解質層(電荷輸送層)5は、光の入射に起因して半導体層1に吸着した色素から発生したホールを対電極8へ輸送する機能を有する。電解質層5には電荷輸送材料が含まれている。電解質層5としては、酸化還元対を有機溶媒に溶解した電解液、酸化還元対を有機溶媒に溶解した液体をポリマーマトリックスに含浸したゲル電解質、酸化還元対を含有する溶融塩、固体電解質、有機正孔輸送材料等を用いることができる。
<Electrolyte layer (charge transport layer)>
The electrolyte layer (charge transport layer) 5 has a function of transporting holes generated from the dye adsorbed on the semiconductor layer 1 due to incidence of light to the counter electrode 8. The electrolyte layer 5 contains a charge transport material. The electrolyte layer 5 includes an electrolytic solution in which a redox couple is dissolved in an organic solvent, a gel electrolyte in which a liquid in which the redox couple is dissolved in an organic solvent is impregnated in a polymer matrix, a molten salt containing the redox couple, a solid electrolyte, an organic A hole transport material or the like can be used.

前記電解質層は、電解質、溶媒および添加剤から構成することができる。電解質としては、LiI、NaI、KI、CsI、CaI等の金属ヨウ化物、テトラアルキルアンモニウムヨーダイド、ピリジニウムヨーダイド、イミダゾリウムヨーダイド等の4級アンモニウム化合物のヨウ素塩等のヨウ化物とIとの組み合わせ;LiBr、NaBr、KBr、CsBr、CaBr等の金属臭化物、テトラアルキルアンモニウムブロマイド、ピリジニウムブロマイド等の4級アンモニウム化合物の臭素塩等の臭化物とBrとの組み合わせ;フェロシアン酸塩−フェリシアン酸塩やフェロセン−フェリシニウムイオン等の金属錯体;ポリ硫化ナトリウム、アルキルチオール−アルキルジスルフィドなどのイオウ化合物;ビオロゲン色素;ヒドロキノン−キノン等が挙げられる。これらの中でも、LiIとピリジニウムヨーダイドとの組み合わせ、またはイミダゾリウムヨーダイドとIとの組み合わせが好ましい。また、上記の電解質は単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。また、電解質として、室温で溶融状態の溶融塩を用いることもでき、この場合は溶媒を用いなくてもよい。 The electrolyte layer can be composed of an electrolyte, a solvent, and an additive. As the electrolyte, LiI, NaI, KI, CsI , CaI 2 , etc. of the metal iodides, tetraalkylammonium iodide, pyridinium iodide, imidazolium iodide iodide and I 2, such as iodine salts of quaternary ammonium compounds such as id A combination of a bromide such as a bromide of a quaternary ammonium compound such as a metal bromide such as LiBr, NaBr, KBr, CsBr or CaBr 2 or a tetraalkylammonium bromide or pyridinium bromide; and a Br 2 salt; Metal complexes such as ferricyanate and ferrocene-ferricinium ions; sulfur compounds such as sodium polysulfide and alkylthiol-alkyl disulfides; viologen dyes; hydroquinone-quinone and the like. Among these, a combination of LiI and pyridinium iodide, or a combination of imidazolium iodide and I 2 is preferable. Moreover, said electrolyte may be used independently or may be used in mixture of 2 or more types. In addition, a molten salt that is in a molten state at room temperature can be used as the electrolyte. In this case, a solvent need not be used.

前記溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート系溶媒;N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミドなどのアミド系溶媒;メトキシプロピオニトリル、プロピオニトリル、メトキシアセトニトリル、アセトニトリル等のニトリル系溶媒;γ−ブチロラクトンやバレロラクトン等のラクトン系溶媒;テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジエチルエーテル、エチレングリコールジアルキルエーテル等のエーテル系溶媒;メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール系溶媒;ジメチルスルホキシド、スルホラン等の非プロトン性極性溶媒;2−メチル−3−オキサゾリジノン、2−メチル−1,3−ジオキソラン等の複素環化合物等が挙げられる。これらの溶媒は単独で用いても、二種以上を混合して用いてもよい。   Examples of the solvent include carbonate solvents such as ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, and propylene carbonate; amide solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone and N, N-dimethylformamide; methoxypropionitrile, pro Nitrile solvents such as pionitrile, methoxyacetonitrile, acetonitrile; lactone solvents such as γ-butyrolactone and valerolactone; ether solvents such as tetrahydrofuran, dioxane, diethyl ether, ethylene glycol dialkyl ether; methanol, ethanol, isopropyl alcohol, etc. Alcohol solvents; aprotic polar solvents such as dimethyl sulfoxide, sulfolane; 2-methyl-3-oxazolidinone, 2-methyl-1,3-dioxola Heterocyclic compounds, and the like and the like. These solvents may be used alone or in combination of two or more.

前記電解質層には、暗電流を抑制するために塩基性化合物を加えてもよい。塩基性化合物の種類としては、特に限定されるものではないが、t−ブチルピリジン、2−ピコリン、2,6−ルチジン等が挙げられる。塩基性化合物を添加する場合の添加濃度は、例えば、0.05mol/L以上2mol/L以下程度とすることができる。   A basic compound may be added to the electrolyte layer in order to suppress dark current. Although it does not specifically limit as a kind of basic compound, t-butyl pyridine, 2-picoline, 2, 6- lutidine, etc. are mentioned. The addition concentration in the case of adding a basic compound can be, for example, about 0.05 mol / L or more and 2 mol / L or less.

前記電解質層として、固体状の電解質を用いることもできる。この固体状の電解質としては、ゲル電解質や完全固体電解質を用いることができる。ゲル電解質としては、ゲル化剤中に電解質若しくは常温溶融塩を添加したもの等を用いることができる。ゲル化の方法としては、ポリマーやオイルゲル化剤の添加、共存する多官能モノマー類の重合、または、ポリマーの架橋反応等の手法によりゲル化できる。ポリマーの添加によりゲル化させる際のポリマーとしては、ポリアクリロニトリルやポリフッ化ビニリデン等が挙げられる。オイルゲル化剤としては、ジベンジルデン−D−ソルビトール、コレステロール誘導体、アミノ酸誘導体、トランス−(1R,2R)−1,2−シクロヘキサンジアミンのアルキルアミド誘導体、アルキル尿素誘導体、N−オクチル−D−グルコンアミドベンゾエート、双頭型アミノ酸誘導体、4級アンモニウム塩誘導体等が挙げられる。   A solid electrolyte can also be used as the electrolyte layer. As this solid electrolyte, a gel electrolyte or a completely solid electrolyte can be used. As gel electrolyte, what added electrolyte or normal temperature molten salt in the gelatinizer can be used. As a gelation method, gelation can be performed by a technique such as addition of a polymer or an oil gelling agent, polymerization of coexisting polyfunctional monomers, or a polymer crosslinking reaction. Examples of the polymer for gelation by adding a polymer include polyacrylonitrile and polyvinylidene fluoride. Oil gelling agents include dibenzylden-D-sorbitol, cholesterol derivatives, amino acid derivatives, alkylamide derivatives of trans- (1R, 2R) -1,2-cyclohexanediamine, alkylurea derivatives, N-octyl-D-gluconamide benzoate Double-headed amino acid derivatives, quaternary ammonium salt derivatives, and the like.

多官能モノマーの重合によりゲル化を行う場合、使用するモノマーとしては、エチレン性不飽和基を2個以上有する化合物であるのが好ましく、例えば、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート等が挙げられる。ゲル化の際、多官能モノマー以外に単官能モノマーを含んでもよい。単官能モノマーとしては、アクリルアミド、N−イソプロピルアクリルアミド、メチルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート等のアクリル酸やα−アルキルアクリル酸類から誘導されるエステル類;アミド類;マレイン酸ジメチル、フマル酸ジエチル、マレイン酸ジブチル等のマレイン酸やフマル酸から誘導されるエステル類;ブタジエン、イソプレン、シクロペンタジエン等のジエン類;スチレン、p−クロロスチレン、スチレンスルホン酸ナトリルム等の芳香族ビニル化合物;酢酸ビニル等のビニルエステル類;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル類;ビニルカルバゾール等の含窒素複素環を有するビニル化合物;4級アンモニウム塩を有するビニル化合物;その他、N−ビニルホルムアミド、ビニルスルホン酸、ビニリデンフルオライド、ビニルアルキルエーテル類、N−フェニルマレイミド等が挙げられる。モノマー全量に占める多官能モノマーは、0.5質量%以上70質量%以下が好ましく、1.0質量%以上50質量%以下がより好ましい。   When gelation is performed by polymerization of a polyfunctional monomer, the monomer used is preferably a compound having two or more ethylenically unsaturated groups, such as divinylbenzene, ethylene glycol dimethacrylate, ethylene glycol diacrylate, Examples include diethylene glycol dimethacrylate, diethylene glycol diacrylate, triethylene glycol dimethacrylate, triethylene glycol diacrylate, pentaerythritol triacrylate, and trimethylolpropane triacrylate. In the gelation, a monofunctional monomer may be included in addition to the polyfunctional monomer. Monofunctional monomers include esters derived from acrylic acid and α-alkyl acrylic acids such as acrylamide, N-isopropylacrylamide, methyl acrylate and hydroxyethyl acrylate; amides; dimethyl maleate, diethyl fumarate, dibutyl maleate Esters derived from maleic acid and fumaric acid such as: Dienes such as butadiene, isoprene and cyclopentadiene; Aromatic vinyl compounds such as styrene, p-chlorostyrene and sodium styrenesulfonate; Vinyl esters such as vinyl acetate Nitriles such as acrylonitrile and methacrylonitrile; vinyl compounds having a nitrogen-containing heterocycle such as vinyl carbazole; vinyl compounds having a quaternary ammonium salt; other N-vinylformamide and vinyl sulfone , Vinylidene fluoride, vinyl alkyl ethers, N- phenylmaleimide, and the like. 0.5 mass% or more and 70 mass% or less are preferable, and, as for the polyfunctional monomer which occupies for the monomer whole quantity, 1.0 mass% or more and 50 mass% or less are more preferable.

ゲル化のための前記モノマーの重合は、ラジカル重合法等により行うことができる。このラジカル重合は、加熱、光、紫外線若しくは電子線により、または電気化学的に行うことができる。加熱により架橋高分子を形成する場合に用いる重合開始剤としては、例えば、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’−アゾビス(ジメチルバレロニトリル)等のアゾ系開始剤、ベンゾイルパーオキシド等の過酸化物系開始剤等が挙げられる。重合開始剤の添加量は、モノマーの総量に対して0.01質量%以上15質量%以下が好ましく、0.05質量%以上10質量%以下がより好ましい。   Polymerization of the monomer for gelation can be performed by a radical polymerization method or the like. This radical polymerization can be carried out by heating, light, ultraviolet light or electron beam, or electrochemically. Examples of the polymerization initiator used when forming a crosslinked polymer by heating include azo initiators such as 2,2′-azobis (isobutyronitrile) and 2,2′-azobis (dimethylvaleronitrile), Examples thereof include peroxide initiators such as benzoyl peroxide. The addition amount of the polymerization initiator is preferably 0.01% by mass or more and 15% by mass or less, and more preferably 0.05% by mass or more and 10% by mass or less with respect to the total amount of monomers.

ポリマーの架橋反応によりゲル化を行う場合、架橋反応に必要な反応性基を有するポリマーおよび架橋剤を併用することが望ましい。好ましい架橋性反応基は、ピリジン環、イミダゾール環、チアゾール環、オキサゾール環、トリアゾール環、モルホリン環、ピペリジン環、ピペラジン環等の含窒素複素環であり、好ましい架橋剤は、ハロゲン化アルキル、ハロゲン化アラルキル、スルホン酸エステル、酸無水物、酸クロライド、イソシアネート等の窒素原子に対して求電子置換反応可能な2官能以上の化合物が挙げられる。   When gelation is performed by a crosslinking reaction of a polymer, it is desirable to use a polymer having a reactive group necessary for the crosslinking reaction and a crosslinking agent in combination. Preferred crosslinkable reactive groups are nitrogen-containing heterocycles such as pyridine ring, imidazole ring, thiazole ring, oxazole ring, triazole ring, morpholine ring, piperidine ring, piperazine ring, and preferred crosslinkers are alkyl halides, halogenated alkyls. Bifunctional or higher functional compounds capable of electrophilic substitution reaction with nitrogen atoms such as aralkyl, sulfonic acid ester, acid anhydride, acid chloride, isocyanate and the like can be mentioned.

前記完全固体電解質としては、例えば、電解質とイオン伝導性高分子化合物の混合物を用いることができる。このイオン伝導性高分子化合物としては、例えば、ポリエーテル類、ポリエステル類、ポリアミン類、ポリスルフィド類等の極性高分子化合物が挙げられる。   As the complete solid electrolyte, for example, a mixture of an electrolyte and an ion conductive polymer compound can be used. Examples of the ion conductive polymer compound include polar polymer compounds such as polyethers, polyesters, polyamines, and polysulfides.

前記電荷輸送材料としては、例えば、ヨウ化銅、チオシアン化銅等の無機の正孔輸送材料を用いることができる。前記無機の正孔輸送材料は、キャスト法、塗布法、スピンコート法、浸漬法、電解めっき等の方法により電極内部に導入することができる。   As the charge transport material, for example, an inorganic hole transport material such as copper iodide or copper thiocyanide can be used. The inorganic hole transport material can be introduced into the electrode by a method such as a casting method, a coating method, a spin coating method, a dipping method, or electrolytic plating.

本例の光電気化学電池用光電変換素子においては、電荷輸送材料として有機の正孔輸送材料を使用することもできる。前記有機の正孔輸送材料としては、2,2’,7,7’−テトラキス(N,N−ジ−p−メトキシフェニルアミン)−9,9’−スピロビフルオレン(例えばAdv.Mater.2005,17,813に記載の化合物)、N,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−(1,1’−ビフェニル)−4,4’−ジアミン等の芳香族ジアミン(例えば米国特許第4,764,625号明細書に記載の化合物)、トリフェニルアミン誘導体(例えば特開平4−129271号公報に記載の化合物)、スチルベン誘導体(例えば特開平2−51162号公報に記載の化合物)、ヒドラゾン誘導体(例えば特開平2−226160号公報に記載の化合物)等が挙げられる。前記有機の正孔輸送材料は、真空蒸着法、キャスト法、スピンコート法、浸漬法、電解重合法等の方法により電極内部に導入することができる。   In the photoelectric conversion element for a photoelectrochemical cell of this example, an organic hole transport material can also be used as the charge transport material. Examples of the organic hole transport material include 2,2 ′, 7,7′-tetrakis (N, N-di-p-methoxyphenylamine) -9,9′-spirobifluorene (for example, Adv. Mater. 2005). , 17, 813), and aromatic diamines such as N, N′-diphenyl-N, N′-bis (3-methylphenyl)-(1,1′-biphenyl) -4,4′-diamine (For example, compounds described in US Pat. No. 4,764,625), triphenylamine derivatives (for example, compounds described in JP-A-4-129271), and stilbene derivatives (for example, JP-A-2-511262). Compounds), hydrazone derivatives (for example, compounds described in JP-A-2-226160) and the like. The organic hole transport material can be introduced into the electrode by a method such as a vacuum deposition method, a cast method, a spin coating method, a dipping method, or an electrolytic polymerization method.

前記電解質層5の作製は、例えば、以下の2通りの方法により行うことができる。一つは、光電変換用色素を吸着させた半導体層1の上に、先に対電極8を貼り合わせて、その隙間に液状の電解質層5を導入する方法である。もう一つは、半導体層1の上に直接電解質層5を形成する方法である。後者の場合、対電極8は電解質層5を形成した後その上に形成することになる。   The electrolyte layer 5 can be produced, for example, by the following two methods. One is a method in which the counter electrode 8 is first bonded onto the semiconductor layer 1 on which the photoelectric conversion dye is adsorbed, and the liquid electrolyte layer 5 is introduced into the gap. The other is a method of forming the electrolyte layer 5 directly on the semiconductor layer 1. In the latter case, the counter electrode 8 is formed on the electrolyte layer 5 after it is formed.

以上に説明した光電気化学電池用光電変換素子を用いて光電気化学電池を提供することができる。この光電気化学電池は、太陽電池として好適に利用することができる。   A photoelectrochemical cell can be provided by using the photoelectric conversion element for a photoelectrochemical cell described above. This photoelectrochemical cell can be suitably used as a solar cell.

以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.

(実施例1)
<アルキン誘導体 TA−1の合成>
下記の反応式に従って、下記の通り、アルキン誘導体TA−1を合成した。

Figure 2014088323
Example 1
<Synthesis of Alkyne Derivative TA-1>
According to the following reaction formula, the alkyne derivative TA-1 was synthesized as follows.
Figure 2014088323

4−ヨード−4’,4’’−ジメトキシトリフェニルアミン30gをジエチルアミン630mLに溶解し、そこにヨウ化銅(CuI)317mgとビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)ジクロリド2.22gを加え、さらにトリメチルシリルアセチレン11.4mLを加え、60℃で1.5時間攪拌した。室温に戻した後、溶媒を減圧下留去し、残渣に水100mLを加え、ジエチルエーテルで抽出し、水100mLで洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧下留去し、残渣をシリカゲルカラム(溶出液:ヘキサン/クロロホルム=3/1)で精製することで化合物A1を31g得た。   30 g of 4-iodo-4 ′, 4 ″ -dimethoxytriphenylamine is dissolved in 630 mL of diethylamine, to which 317 mg of copper iodide (CuI) and 2.22 g of bis (triphenylphosphine) palladium (II) dichloride are added, Further, 11.4 mL of trimethylsilylacetylene was added and stirred at 60 ° C. for 1.5 hours. After returning to room temperature, the solvent was distilled off under reduced pressure, 100 mL of water was added to the residue, extracted with diethyl ether, washed with 100 mL of water, and the organic layer was dried over magnesium sulfate. The solvent was distilled off under reduced pressure, and the residue was purified by a silica gel column (eluent: hexane / chloroform = 3/1) to obtain 31 g of Compound A1.

次に、15.5gのA1をメタノール100mLに溶解し、そこに炭酸カリウム6.92gを加え、室温で1時間攪拌した。セライトろ過し、溶媒を減圧留去し、残渣をシリカゲルカラム(溶出液:ヘキサン/クロロホルム=3/1)で精製することで、A2を7.7g得た。   Next, 15.5 g of A1 was dissolved in 100 mL of methanol, and 6.92 g of potassium carbonate was added thereto, followed by stirring at room temperature for 1 hour. Celite filtration was performed, the solvent was distilled off under reduced pressure, and the residue was purified by a silica gel column (eluent: hexane / chloroform = 3/1) to obtain 7.7 g of A2.

次に、1gのA2と5−ブロモ−5’−ホルミル−2,2’−ビチオフェン0.912gとジイソプロピルアミン60mLの混合溶液に、トリフェニルホスフィン95.4mgとビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)ジクロリド128mgを加え、1時間加熱還流した。室温に戻し、溶媒を減圧下留去し、残渣に水を加え、クロロホルムで抽出した。有機層を水で洗浄し、硫酸マウネシウムで乾燥し、溶媒を減圧下留去した。残渣をシリカゲルカラム(溶出液:ヘキサン/トルエン=2/8)で精製することで化合物A3を0.285g得た(収率12%)。   Next, to a mixed solution of 1 g of A2, 0.912 g of 5-bromo-5′-formyl-2,2′-bithiophene and 60 mL of diisopropylamine, 95.4 mg of triphenylphosphine and bis (triphenylphosphine) palladium (II ) 128 mg of dichloride was added and heated to reflux for 1 hour. The temperature was returned to room temperature, the solvent was distilled off under reduced pressure, water was added to the residue, and the mixture was extracted with chloroform. The organic layer was washed with water and dried over magnesium sulfate, and the solvent was distilled off under reduced pressure. The residue was purified by a silica gel column (eluent: hexane / toluene = 2/8) to obtain 0.285 g of Compound A3 (yield 12%).

次に、1gのA3をクロロホルム50mLに溶解し、そこにシアノ酢酸0.245gとピペリジン0.41gを加え、9.5時間加熱還流させる。放冷後、クロロホルム200mLを加え、0.04N塩酸で洗浄し、さらに水で洗浄した後、有機層を硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧下留去し、残渣をテトラヒドロフラン(THF)に溶解し、ヘキサン/酢酸エチル(5/1)360mL中に再沈させることで、目的のアルキン誘導体TA−1を0.297g得た(収率26%)。   Next, 1 g of A3 is dissolved in 50 mL of chloroform, 0.245 g of cyanoacetic acid and 0.41 g of piperidine are added thereto, and the mixture is heated to reflux for 9.5 hours. After allowing to cool, 200 mL of chloroform was added, washed with 0.04N hydrochloric acid and further washed with water, and then the organic layer was dried over magnesium sulfate. The solvent was distilled off under reduced pressure, the residue was dissolved in tetrahydrofuran (THF), and reprecipitated in 360 mL of hexane / ethyl acetate (5/1) to obtain 0.297 g of the desired alkyne derivative TA-1. Yield 26%).

得られたアルキン誘導体TA−1のH−NMR(THF−d8)の測定結果は次の通りであった:δが8.44(1H,s)、8.01(1H,s)、7.95(1H,d)、7.53−7.55(2H,m)、7.33(2H,d)、7.29(1H,d)、7.12(4H,d)、6.95(4H,d)、6.77(2H,d) The measurement results of 1 H-NMR (THF-d8) of the obtained alkyne derivative TA-1 were as follows: δ was 8.44 (1H, s), 8.01 (1H, s), 7 .95 (1H, d), 7.53-7.55 (2H, m), 7.33 (2H, d), 7.29 (1H, d), 7.12 (4H, d), 6. 95 (4H, d), 6.77 (2H, d)

また、得られたアルキン誘導体TA−1(色素)のTHF中の吸収スペクトル曲線を図2に示す。本アルキン誘導体TA−1のλmaxは462nmであった。 Moreover, the absorption spectrum curve in THF of the obtained alkyne derivative TA-1 (dye) is shown in FIG. Λ max of the alkyne derivative TA-1 was 462 nm.

(実施例2)
<アルキン誘導体 TA−2の合成>
下記の反応式に従って、下記の通り、アルキン誘導体TA−2を合成した。

Figure 2014088323
(Example 2)
<Synthesis of Alkyne Derivative TA-2>
According to the following reaction formula, the alkyne derivative TA-2 was synthesized as follows.
Figure 2014088323

3,4’−ジヘキシル−2,2’−ビチオフェン39.5gのN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)溶液に、0℃にてN−ブロモコハク酸イミド(NBS)21.1gをDMF280mLに溶解したものを滴下した。1時間攪拌した後、ジエチルエーテルで500mLで抽出し、有機層を水、飽和炭酸ナトリウム水溶液、食塩水の順で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧下留去し、残渣をシリカゲルカラム(溶出溶媒:ヘキサン)で精製することで、B1を49.3g得た。   A solution obtained by dissolving 21.1 g of N-bromosuccinimide (NBS) in 280 mL of DMF in a solution of 39.5 g of 3,4′-dihexyl-2,2′-bithiophene in N, N-dimethylformamide (DMF) at 0 ° C. Was dripped. After stirring for 1 hour, the mixture was extracted with diethyl ether at 500 mL, and the organic layer was washed with water, saturated aqueous sodium carbonate solution and brine in that order, and dried over magnesium sulfate. The solvent was distilled off under reduced pressure, and the residue was purified with a silica gel column (elution solvent: hexane) to obtain 49.3 g of B1.

次に、49.3gのB1と4−ヘキシルチオフェン−2−ボラン酸ピナコールエステル38.2gのトルエン溶液に2Mの炭酸ナトリウム水溶液585mLとテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)を加え、48時間加熱還流した。室温に戻し、有機層を水、食塩水の順に洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧下留去し、残渣をシリカゲルカラム(溶出溶媒:ヘキサン)で精製することで、B2を58.3g得た。   Next, 585 mL of 2M aqueous sodium carbonate solution and tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) were added to a toluene solution of 49.3 g of B1 and 4-hexylthiophene-2-boranoic acid pinacol ester 38.2 g, and heated for 48 hours. Refluxed. It returned to room temperature, the organic layer was wash | cleaned in order of water and salt solution, and it dried with magnesium sulfate. The solvent was distilled off under reduced pressure, and the residue was purified with a silica gel column (elution solvent: hexane) to obtain 58.3 g of B2.

次に、58.3gのB2のTHF700mL溶液に、−78℃で、n−ブチルリチウム(1.64Mヘキサン溶液)77.7mLを滴下し、2時間攪拌した。同温でDMF13.5mLを加え、1時間攪拌した。室温に戻し、さらに1時間攪拌した。水を加え、ジエチルエーテルで抽出した。有機層を食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧下留去し、残渣をシリカゲルカラム(溶出溶媒:ヘキサン/酢酸エチル=20/1)で精製することで、B3を39.84g得た。   Next, 77.7 mL of n-butyllithium (1.64 M hexane solution) was added dropwise to 58.3 g of a solution of B2 in 700 mL of THF at −78 ° C., and the mixture was stirred for 2 hours. At the same temperature, 13.5 mL of DMF was added and stirred for 1 hour. The mixture was returned to room temperature and further stirred for 1 hour. Water was added and extracted with diethyl ether. The organic layer was washed with brine and dried over magnesium sulfate. The solvent was distilled off under reduced pressure, and the residue was purified with a silica gel column (elution solvent: hexane / ethyl acetate = 20/1) to obtain 39.84 g of B3.

次に39.84gのB3を480mLのDMFに溶解し、そこに−20℃でNBS13.41gを加え、1時間攪拌した。室温に戻し、2時間攪拌した。ジエチルエーテルで抽出し、水、飽和炭酸ナトリウム水溶液、食塩水の順で洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧下留去し、残渣をシリカゲルカラム(溶出溶媒:ヘキサン/酢酸エチル=20/1)で精製することで、B4を44.59g得た。   Next, 39.84 g of B3 was dissolved in 480 mL of DMF, and 13.41 g of NBS was added thereto at −20 ° C., followed by stirring for 1 hour. It returned to room temperature and stirred for 2 hours. The mixture was extracted with diethyl ether, washed successively with water, a saturated aqueous sodium carbonate solution and brine, and the organic layer was dried over magnesium sulfate. The solvent was distilled off under reduced pressure, and the residue was purified with a silica gel column (elution solvent: hexane / ethyl acetate = 20/1) to obtain 44.59 g of B4.

次に、実施例1で合成したA2を19.5gと30gのB4をジイソプロピルアミン1150mLに溶解し、そこに、トリフェニルホスフィン1.55gとビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)ジクロリド2.08g、ヨウ化銅(CuI)564mgを加え、室温で1時間攪拌後、50℃で30分攪拌した。その後、30分間加熱還流した。室温に戻し、溶媒を減圧下留去した。残渣をシリカゲルカラム(溶出溶媒:ヘキサン/酢酸エチル=20/1)で精製することで、B5を35.3g得た。   Next, 19.5 g of A2 synthesized in Example 1 and 30 g of B4 were dissolved in 1150 mL of diisopropylamine, and 1.55 g of triphenylphosphine and 2.08 g of bis (triphenylphosphine) palladium (II) dichloride were added thereto. Then, 564 mg of copper iodide (CuI) was added, stirred at room temperature for 1 hour, and then stirred at 50 ° C. for 30 minutes. Then, it heated and refluxed for 30 minutes. The temperature was returned to room temperature, and the solvent was distilled off under reduced pressure. The residue was purified by a silica gel column (elution solvent: hexane / ethyl acetate = 20/1) to obtain 35.3 g of B5.

次に、2gのB5とシアノ酢酸0.298gとピペリジン0.497gをクロロホルム60mLに溶解し、9時間加熱還流した。室温に戻し、溶媒を減圧下留去し、クロロホルム200mLを加え、0.04N塩酸で洗浄し、さらに水で洗浄した後、有機層を硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧下留去し、残渣を少量のTHFに溶解し、ヘキサン400mLに再沈することで、目的のTA−2を1.251g得た(収率57%)。   Next, 2 g of B5, 0.298 g of cyanoacetic acid, and 0.497 g of piperidine were dissolved in 60 mL of chloroform and heated to reflux for 9 hours. The temperature was returned to room temperature, the solvent was distilled off under reduced pressure, 200 mL of chloroform was added, washed with 0.04N hydrochloric acid, further washed with water, and then the organic layer was dried over magnesium sulfate. The solvent was distilled off under reduced pressure, and the residue was dissolved in a small amount of THF and reprecipitated in 400 mL of hexane to obtain 1.251 g of the target TA-2 (yield 57%).

得られたアルキン誘導体TA−2のH−NMR(THF−d8)の測定結果は次の通りであった:δが8.22(1H,s)、7.68(1H,s)、7.24−7.27(3H,m)、7.05−7.08(5H,m)、6.87(4H,d)、6.81(2H,d)、3.76(6H,s)、2.7−2.9(6H,m)、1.3−1.9(24H,m)、0.89−0.93(9H,m) The measurement results of 1 H-NMR (THF-d8) of the obtained alkyne derivative TA-2 were as follows: δ was 8.22 (1H, s), 7.68 (1H, s), 7 .24-7.27 (3H, m), 7.05-7.08 (5H, m), 6.87 (4H, d), 6.81 (2H, d), 3.76 (6H, s) ), 2.7-2.9 (6H, m), 1.3-1.9 (24H, m), 0.89-0.93 (9H, m)

また、得られたアルキン誘導体TA−2(色素)のTHF中の吸収スペクトル曲線を図3に示す。本アルキン誘導体TA−2のλmaxは453nmであった。 Moreover, the absorption spectrum curve in THF of obtained alkyne derivative TA-2 (dye) is shown in FIG. Λ max of the alkyne derivative TA-2 was 453 nm.

(実施例3)
<光電気化学電池用光電変換素子の作製>
光電気化学電池用光電変換素子を次のようにして作製した。
(a)光電気化学電池用半導体電極および対電極の作製
まず、光電気化学電池用半導体電極を次の順序で作製した。
サイズが15mm×15mmで厚さが1.1mmのFTO付きガラス(10Ωcm)を、導電性基板(透明導電層付き光透過性基板)として準備した。
(Example 3)
<Production of photoelectric conversion element for photoelectrochemical cell>
A photoelectric conversion element for a photoelectrochemical cell was produced as follows.
(A) Production of Photoelectrochemical Battery Semiconductor Electrode and Counter Electrode First, a photoelectrochemical battery semiconductor electrode was produced in the following order.
A glass with FTO (10 Ωcm 2 ) having a size of 15 mm × 15 mm and a thickness of 1.1 mm was prepared as a conductive substrate (light transmissive substrate with a transparent conductive layer).

また、酸化チタンペースト(半導体層の材料)を次のようにして調製した。市販の酸化チタン粉末(商品名:P25、日本アエロジル(株)製、平均一次粒子径:21nm)5g、15vol%酢酸水溶液20mL、界面活性剤0.1mL(商品名:Triton(登録商標)X−100、シグマアルドリッチ社製)、およびポリエチレングリコール(分子量20000)(和光純薬工業社製、商品コード:168−11285)0.3gを混合し、この混合物を攪拌ミキサーで約1時間攪拌し、酸化チタンペーストを得た。   A titanium oxide paste (semiconductor layer material) was prepared as follows. Commercially available titanium oxide powder (trade name: P25, manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., average primary particle size: 21 nm) 5 g, 15 vol% acetic acid aqueous solution 20 mL, surfactant 0.1 mL (trade name: Triton (registered trademark) X- 100, manufactured by Sigma-Aldrich Co., Ltd.) and 0.3 g of polyethylene glycol (molecular weight 20000) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., product code: 168-11285) were mixed, and this mixture was stirred for about 1 hour with a stirring mixer, and oxidized. A titanium paste was obtained.

次いで、この酸化チタンペーストをFTO付きガラス上にドクターブレード法で膜厚が50μm程度となるように塗布(塗布面積:10mm×10mm)した。その後、酸化チタンペーストを塗布したFTO付きガラスを電気炉に入れ、大気雰囲気にて450℃で約30分間焼成し、自然冷却させることで、FTO付きガラス上の多孔性の酸化チタン膜を得た。   Next, this titanium oxide paste was applied on a glass with FTO by a doctor blade method so that the film thickness was about 50 μm (application area: 10 mm × 10 mm). Thereafter, the glass with FTO coated with the titanium oxide paste was put in an electric furnace, baked at 450 ° C. for about 30 minutes in an air atmosphere, and naturally cooled to obtain a porous titanium oxide film on the glass with FTO. .

さらに、この酸化チタン膜上に、次のようにして光散乱層を形成した。平均粒子径が400nmの酸化チタンペースト(商品名:PST−400C、日揮触媒化成(株)製)をスクリーン印刷法により、上述の酸化チタン膜上に20μmの厚さで塗布した。その後、大気雰囲気にて450℃で約30分間焼成し、自然冷却させることで、酸化チタン膜上の光散乱層を得た。以上のようして、色素が吸着される前の半導体電極を得た。   Further, a light scattering layer was formed on the titanium oxide film as follows. A titanium oxide paste having an average particle diameter of 400 nm (trade name: PST-400C, manufactured by JGC Catalysts & Chemicals Co., Ltd.) was applied to the above-described titanium oxide film with a thickness of 20 μm by a screen printing method. Then, the light-scattering layer on the titanium oxide film was obtained by baking for about 30 minutes at 450 degreeC in air | atmosphere, and allowing it to cool naturally. As described above, a semiconductor electrode before the dye was adsorbed was obtained.

一方、ソーダライムガラス板(厚さ1.1mm)上に、触媒層として平均膜厚1μmの白金層を真空蒸着法により蒸着し、対電極を得た。   On the other hand, a platinum layer having an average film thickness of 1 μm was deposited as a catalyst layer on a soda lime glass plate (thickness 1.1 mm) by a vacuum deposition method to obtain a counter electrode.

(b)色素の吸着
次に、上述の酸化チタン膜および光散乱層からなる半導体層に光電変換用色素を吸着させた。光電変換用色素の吸着には、実施例1のアルキン誘導体TA−1を、2×10−4M程度の濃度でTHF中に溶かした溶液を用いた。この色素溶液中に上述の半導体電極を浸して一晩保管した。その後、色素溶液から半導体電極を取り出し、アセトニトリルでリンスして余分な色素を除去し、空気中で乾燥させ、光電変換用色素が吸着された半導体電極を得た。
(B) Adsorption of dye Next, the dye for photoelectric conversion was adsorbed on the semiconductor layer composed of the titanium oxide film and the light scattering layer. For adsorption of the photoelectric conversion dye, a solution in which the alkyne derivative TA-1 of Example 1 was dissolved in THF at a concentration of about 2 × 10 −4 M was used. The above-mentioned semiconductor electrode was immersed in this dye solution and stored overnight. Thereafter, the semiconductor electrode was taken out from the dye solution, rinsed with acetonitrile to remove excess dye, and dried in air to obtain a semiconductor electrode on which the photoelectric conversion dye was adsorbed.

(c)セル組み立て
上述の光電変換用色素吸着処理後の光電気化学電池用半導体電極と上述の対電極とを、半導体層と触媒層が対向するように配置し、電解質注入前のセルを形成した。次に、電解質が半導体電極と対極との隙間に浸透できるだけの切り目を入れた熱硬化性樹脂フィルムを、セルの外周部に熱圧着した。
(C) Cell assembly The semiconductor electrode for photoelectrochemical cell after the above-mentioned dye conversion treatment for photoelectric conversion and the above-mentioned counter electrode are arranged so that the semiconductor layer and the catalyst layer face each other to form a cell before electrolyte injection did. Next, a thermosetting resin film in which the electrolyte was allowed to penetrate into the gap between the semiconductor electrode and the counter electrode was thermocompression bonded to the outer periphery of the cell.

(d)電解質の注入
上述のセルに、ヨウ素系電解質を上述の切り目を入れたところから注入し、半導体電極と対極との間に浸透させた。ヨウ素系電解質は、溶剤としてアセトニトリルを用い、ヨウ素の濃度が0.5mol/L、ヨウ化リチウムの濃度が0.1mol/L、4−tert−ブチルピリジンの濃度が0.05mol/L、1,2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウムアイオダイドの濃度が0.6mol/Lである溶液を用いた。
(D) Injection of electrolyte An iodine-based electrolyte was injected into the above-described cell from the above-mentioned cut and allowed to penetrate between the semiconductor electrode and the counter electrode. The iodine-based electrolyte uses acetonitrile as a solvent, the iodine concentration is 0.5 mol / L, the lithium iodide concentration is 0.1 mol / L, the 4-tert-butylpyridine concentration is 0.05 mol / L, 1, A solution having a concentration of 2-dimethyl-3-propylimidazolium iodide of 0.6 mol / L was used.

(e)光電流測定
上述のようにして作製した光電気化学電池用光電変換素子に、ソーラーシミュレータでAM1.5条件下の100mW/cmの強度の光を照射して、発生した電気を電流電圧測定装置で測定し、光電変換特性を評価した。その結果、3.3%の光電変換効率であった。
(E) Photocurrent measurement The photoelectric conversion element for a photoelectrochemical cell produced as described above is irradiated with light having an intensity of 100 mW / cm 2 under AM1.5 conditions with a solar simulator, and the generated electricity is converted into a current. It measured with the voltage measuring device and evaluated the photoelectric conversion characteristic. As a result, the photoelectric conversion efficiency was 3.3%.

(実施例4)
アルキン誘導体TA−1に代えて、アルキン誘導体TA−2を用いた以外は、実施例3と同様にして光電変換素子を作製した。得られた光電変換素子の光電変換特性を評価した結果、TA−2を用いた素子では、3.5%の光電変換効率が得られた。
(Example 4)
A photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 3 except that the alkyne derivative TA-2 was used instead of the alkyne derivative TA-1. As a result of evaluating the photoelectric conversion characteristics of the obtained photoelectric conversion element, a 3.5% photoelectric conversion efficiency was obtained in the element using TA-2.

以上のように、本発明のアルキン誘導体、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩は、光電変換用色素に有用である。本発明のアルキン誘導体を含む光電変換用色素は、光電変換特性に優れている。また、ルテニウム等の貴金属を必須としないため資源的な制約の問題が解消され、より安価に太陽電池を供給することが可能となる。したがって、広範な用途に太陽電池を用いることが可能となる。本発明のアルキン誘導体の用途はこれに限定されず、様々な分野において利用可能である。   As described above, the alkyne derivative of the present invention, its tautomer or stereoisomer, or a salt thereof is useful as a photoelectric conversion dye. The photoelectric conversion dye containing the alkyne derivative of the present invention is excellent in photoelectric conversion characteristics. Further, since no precious metal such as ruthenium is essential, the problem of resource limitation is solved, and solar cells can be supplied at a lower cost. Therefore, the solar cell can be used for a wide range of applications. The use of the alkyne derivative of the present invention is not limited to this, and can be used in various fields.

上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。   A part or all of the above-described embodiment can be described as in the following supplementary notes, but is not limited thereto.

(付記1)
下記一般式(1)で表されることを特徴とするアルキン誘導体、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩。

Figure 2014088323
前記式(1)中、
Dは、電子供与性置換基を含む有機基を表し、
Xは、酸性基を有する基を表し、
Zは、チオフェン環、フラン環およびピロール環からなる群から選択される少なくとも一種の複素環を有する連結基を表す。 (Appendix 1)
An alkyne derivative represented by the following general formula (1), a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof.
Figure 2014088323
In the formula (1),
D represents an organic group containing an electron-donating substituent,
X represents a group having an acidic group,
Z represents a linking group having at least one heterocyclic ring selected from the group consisting of a thiophene ring, a furan ring and a pyrrole ring.

(付記2)
前記電子供与性置換基を含む有機基Dが、下記一般式(5)で表わされる基であることを特徴とする付記1記載のアルキン誘導体、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩。

Figure 2014088323
前記式(5)中、ArおよびArは、それぞれ独立に置換若しくは無置換のアルキル基、置換若しくは無置換のアリール基または複素環基を表す。Arは置換若しくは無置換のアリーレン基、または置換もしくは無置換の二価の複素環基を表す。 (Appendix 2)
The alkyne derivative according to appendix 1, wherein the organic group D containing the electron donating substituent is a group represented by the following general formula (5), a tautomer or stereoisomer thereof, salt.
Figure 2014088323
In the formula (5), Ar 1 and Ar 2 each independently represent a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted aryl group or a heterocyclic group. Ar 3 represents a substituted or unsubstituted arylene group or a substituted or unsubstituted divalent heterocyclic group.

(付記3)
前記電子供与性置換基を含む有機基Dが、下記式(D1)〜(D9)のいずれかで表される基であることを特徴とする付記1記載のアルキン誘導体、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩。

Figure 2014088323
前記式(D3)〜(D6)、(D9)中のRは、炭素数1〜8のアルキル基を表す。 (Appendix 3)
The alkyne derivative according to appendix 1, wherein the organic group D containing the electron-donating substituent is a group represented by any of the following formulas (D1) to (D9), a tautomer thereof, or Stereoisomers or their salts.
Figure 2014088323
R in the formulas (D3) to (D6) and (D9) represents an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms.

(付記4)
Xが、酸性基を有する有機基であることを特徴とする付記1から3のいずれかに記載のアルキン誘導体、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩。
(Appendix 4)
The alkyne derivative according to any one of appendices 1 to 3, wherein X is an organic group having an acidic group, a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof.

(付記5)
Xが、Zと共役可能な基に酸性基が結合した基であることを特徴とする付記4記載のアルキン誘導体、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩。
(Appendix 5)
6. The alkyne derivative according to appendix 4, a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof, wherein X is a group in which an acidic group is bonded to a group that can be conjugated with Z.

(付記6)
前記Zと共役可能な基が、炭素間二重結合を有する基であることを特徴とする付記5記載のアルキン誘導体、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩。
(Appendix 6)
6. The alkyne derivative according to appendix 5, a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof, wherein the group capable of conjugating with Z is a group having a carbon-carbon double bond.

(付記7)
Xが、下記式(Xa)〜(Xm)のいずれかで表される基であることを特徴とする付記1から6のいずれかに記載のアルキン誘導体、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩。

Figure 2014088323
Figure 2014088323
前記式(Xa)〜(Xm)中、
Mは、水素原子または塩形成性陽イオンを表し、
は、水酸化物イオンまたは塩形成性陰イオンを表す。 (Appendix 7)
The alkyne derivative according to any one of appendices 1 to 6, wherein X is a group represented by any one of the following formulas (Xa) to (Xm), a tautomer or stereoisomer thereof, Or their salts.
Figure 2014088323
Figure 2014088323
In the formulas (Xa) to (Xm),
M represents a hydrogen atom or a salt-forming cation,
B represents a hydroxide ion or a salt-forming anion.

(付記8)
Xが、下記式(X1)〜(X16)のいずれかで表される基であることを特徴とする付記1から6のいずれかに記載のアルキン誘導体、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩。

Figure 2014088323
Figure 2014088323
(Appendix 8)
X is a group represented by any one of the following formulas (X1) to (X16), the alkyne derivative according to any one of appendices 1 to 6, a tautomer or stereoisomer thereof, Or their salts.
Figure 2014088323
Figure 2014088323

(付記9)
Xが、下記一般式(2)で表される基であることを特徴とする付記1から6のいずれかに記載のアルキン誘導体、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩。

Figure 2014088323
前記式(2)中、Mは、水素原子または塩形成性陽イオンを表す。 (Appendix 9)
X is a group represented by the following general formula (2), the alkyne derivative according to any one of supplementary notes 1 to 6, a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof.
Figure 2014088323
In the formula (2), M represents a hydrogen atom or a salt-forming cation.

(付記10)
Zが、下記一般式(3)で表される構造を含む原子団であることを特徴とする付記1から9のいずれかに記載のアルキン誘導体、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩。

Figure 2014088323
前記式(3)中、R、Rは、それぞれ独立に水素原子、置換若しくは無置換の直鎖若しくは分枝アルキル基、または置換若しくは無置換の直鎖若しくは分枝アルコキシ基を表し、R、Rは互いに連結されて環を形成してもよく、
Yは、酸素原子、硫黄原子またはNRaを表し、
Raは、水素原子、置換若しくは無置換の直鎖若しくは分枝アルキル基、または置換若しくは無置換の直鎖若しくは分枝アリール基を表す。 (Appendix 10)
Z is an atomic group including a structure represented by the following general formula (3), the alkyne derivative according to any one of appendices 1 to 9, a tautomer or stereoisomer thereof, or those Salt.
Figure 2014088323
In the formula (3), R 1 and R 2 each independently represents a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group, or a substituted or unsubstituted linear or branched alkoxy group, and R 1 and R 2 may be connected to each other to form a ring;
Y represents an oxygen atom, a sulfur atom or NRa;
Ra represents a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group, or a substituted or unsubstituted linear or branched aryl group.

(付記11)
下記一般式(4)で表されることを特徴とする付記1から10のいずれかに記載のアルキン誘導体、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩。

Figure 2014088323
前記式(4)中、
ArおよびArは、それぞれ独立に置換若しくは無置換のアルキル基、置換若しくは無置換のアリール基、または、置換若しくは無置換の複素環基を表し、
Arは置換若しくは無置換のアリーレン基、または置換もしくは無置換の二価の複素環基を表し、
Mは、水素原子または塩形成性陽イオンを表し、
Zは、下記一般式(3)で表される構造を含む連結基を表す。
Figure 2014088323
前記式(3)中、
、Rは、それぞれ独立に水素原子、置換若しくは無置換の直鎖若しくは分枝アルキル基、または置換若しくは無置換の直鎖若しくは分枝アルコキシ基を表し、R、Rは互いに連結されて環を形成してもよく、
Yは、酸素原子、硫黄原子、またはNRaを表し、
Raは、水素原子、置換若しくは無置換の直鎖若しくは分枝アルキル基、または置換若しくは無置換のアリール基を表す。 (Appendix 11)
The alkyne derivative according to any one of appendices 1 to 10, which is represented by the following general formula (4), a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof.
Figure 2014088323
In the formula (4),
Ar 1 and Ar 2 each independently represent a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted aryl group, or a substituted or unsubstituted heterocyclic group;
Ar 3 represents a substituted or unsubstituted arylene group, or a substituted or unsubstituted divalent heterocyclic group,
M represents a hydrogen atom or a salt-forming cation,
Z represents a linking group including a structure represented by the following general formula (3).
Figure 2014088323
In the formula (3),
R 1 and R 2 each independently represents a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group, or a substituted or unsubstituted linear or branched alkoxy group, and R 1 and R 2 are connected to each other. To form a ring,
Y represents an oxygen atom, a sulfur atom, or NRa;
Ra represents a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group, or a substituted or unsubstituted aryl group.

(付記12)
およびRにおいて、前記アルキル基の炭素数が1〜12であり、前記アリール基の炭素数が5〜24であることを特徴とする付記11記載のアルキン誘導体、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩。
(Appendix 12)
R 1 and R 2 , wherein the alkyl group has 1 to 12 carbon atoms and the aryl group has 5 to 24 carbon atoms, the alkyne derivative according to appendix 11, a tautomer thereof, or Stereoisomers or their salts.

(付記13)
Zが、下記式(Z1)〜(Z24)のいずれかで表されることを特徴とする付記1から12のいずれかに記載のアルキン誘導体、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩。

Figure 2014088323
Figure 2014088323
Figure 2014088323
(Appendix 13)
Z is represented by any one of the following formulas (Z1) to (Z24), the alkyne derivative according to any one of appendices 1 to 12, its tautomer or stereoisomer, or their salt.
Figure 2014088323
Figure 2014088323
Figure 2014088323

(付記14)
下記式TA−1で表されることを特徴とする付記1記載のアルキン誘導体、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩。

Figure 2014088323
(Appendix 14)
The alkyne derivative according to Supplementary Note 1, represented by the following formula TA-1, a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof.
Figure 2014088323

(付記15)
下記式TA−2で表されることを特徴とする付記1記載のアルキン誘導体、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩。

Figure 2014088323
(Appendix 15)
The alkyne derivative according to Supplementary Note 1, represented by the following formula TA-2, a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof.
Figure 2014088323

(付記16)
付記1から15のいずれかに記載のアルキン誘導体、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩の少なくとも一種を含むことを特徴とする光電変換用色素。
(Appendix 16)
A dye for photoelectric conversion, comprising at least one of the alkyne derivative according to any one of appendices 1 to 15, a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof.

(付記17)
付記16記載の光電変換用色素を含む半導体層を有することを特徴とする光電気化学電池用半導体電極。
(Appendix 17)
A semiconductor electrode for a photoelectrochemical cell, comprising a semiconductor layer containing the photoelectric conversion dye according to appendix 16.

(付記18)
前記半導体層が、単体半導体、化合物半導体、金属カルコゲニド、およびペロブスカイト構造を有する化合物からなる群から選択される少なくとも一つであることを特徴とする付記17記載の光電気化学電池用半導体電極。
(Appendix 18)
The semiconductor electrode for a photoelectrochemical cell according to appendix 17, wherein the semiconductor layer is at least one selected from the group consisting of a single semiconductor, a compound semiconductor, a metal chalcogenide, and a compound having a perovskite structure.

(付記19)
前記単体半導体が、シリコンおよびゲルマニウムの少なくとも一方であることを特徴とする付記18記載の光電気化学電池用半導体電極。
(Appendix 19)
The semiconductor electrode for a photoelectrochemical cell according to appendix 18, wherein the single semiconductor is at least one of silicon and germanium.

(付記20)
前記金属カルコゲニドが、チタン、スズ、亜鉛、鉄、タングステン、インジウム、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、ストロンチウム、ハフニウム、セリウム、またはランタンの酸化物;カドミウム、亜鉛、鉛、銀、アンチモン、またはビスマスの硫化物;カドミウム、鉛のセレン化物;およびカドミウムのテルル化物からなる群から選択される少なくとも一つであることを特徴とする付記18または19記載の光電気化学電池用半導体電極。
(Appendix 20)
The metal chalcogenide is an oxide of titanium, tin, zinc, iron, tungsten, indium, zirconium, vanadium, niobium, tantalum, strontium, hafnium, cerium, or lanthanum; cadmium, zinc, lead, silver, antimony, or bismuth The semiconductor electrode for a photoelectrochemical cell according to appendix 18 or 19, wherein the semiconductor electrode is at least one selected from the group consisting of sulfides; selenides of cadmium and lead; and tellurides of cadmium.

(付記21)
前記化合物半導体が、付記20記載の金属カルコゲニド;亜鉛、ガリウム、インジウム、またはカドミウムのリン化物;ガリウム砒素;銅−インジウム−セレン化物;および銅−インジウム−硫化物からなる群から選択される少なくとも一つであることを特徴とする付記18から20のいずれかに記載の光電気化学電池用半導体電極。
(Appendix 21)
21. The metal chalcogenide according to appendix 20, wherein at least one selected from the group consisting of zinc, gallium, indium, or cadmium phosphide; gallium arsenide; copper-indium-selenide; and copper-indium-sulfide The semiconductor electrode for photoelectrochemical cells according to any one of appendices 18 to 20, wherein

(付記22)
前記ペロブスカイト構造を有する化合物が、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、およびニオブ酸カリウムからなる群から選択される少なくとも一つであることを特徴とする付記18から21のいずれかに記載の光電気化学電池用半導体電極。
(Appendix 22)
The photoelectrochemistry according to any one of appendices 18 to 21, wherein the compound having a perovskite structure is at least one selected from the group consisting of barium titanate, strontium titanate, and potassium niobate. Semiconductor electrode for batteries.

(付記23)
前記半導体層が、酸化チタンまたは酸化亜鉛を含むことを特徴とする付記17から22のいずれかに記載の光電気化学電池用半導体電極。
(Appendix 23)
23. The semiconductor electrode for a photoelectrochemical cell according to any one of appendices 17 to 22, wherein the semiconductor layer contains titanium oxide or zinc oxide.

(付記24)
付記17から23のいずれかに記載の光電気化学電池用半導体電極を有することを特徴とする光電気化学電池用光電変換素子。
(Appendix 24)
A photoelectric conversion element for a photoelectrochemical cell, comprising the semiconductor electrode for a photoelectrochemical cell according to any one of appendices 17 to 23.

(付記25)
さらに、前記光電気化学電池用半導体電極に対向する対電極を有しており、
前記光電気化学電池用半導体電極と前記対電極との間に電荷輸送材料を含んでいることを特徴とする付記24記載の光電気化学電池用光電変換素子。
(Appendix 25)
Furthermore, it has a counter electrode facing the semiconductor electrode for photoelectrochemical cells,
The photoelectric conversion element for a photoelectrochemical cell according to appendix 24, wherein a charge transport material is included between the semiconductor electrode for the photoelectrochemical cell and the counter electrode.

(付記26)
付記24または25記載の光電気化学電池用光電変換素子を有することを特徴とする光電気化学電池。
(Appendix 26)
A photoelectrochemical cell comprising the photoelectric conversion element for a photoelectrochemical cell according to appendix 24 or 25.

(付記27)
下記一般式(I)で表される化合物と、下記一般式(II)で表される化合物とのカップリング反応により、下記一般式(III)で表される化合物を製造する第1カップリング工程、
下記一般式(III)で表される化合物を脱保護して下記一般式(IV)で表される化合物を製造する脱保護工程、
下記一般式(IV)で表される化合物と下記一般式(V)で表される化合物とをカップリング反応させて下記一般式(VI)で表される化合物を製造する第2カップリング工程、および、
下記一般式(VI)中のQを変換して酸性基Xを導入し、前記一般式(1)で表される化合物を製造する酸性基導入工程を含むことを特徴とする付記1から15のいずれかに記載のアルキン誘導体、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩の製造方法。

Figure 2014088323
前記一般式(I)、(III)、(IV)および(VI)中、
Dは、前記一般式(1)と同じであり、
前記一般式(II)および(III)中、
は、保護基であり、
前記一般式(I)中、
Halは、ハロゲンであり、
前記一般式(V)中、
Halは、ハロゲンであり、
HalとHalは同一でも異なっていてもよく、
前記一般式(V)および(VI)中、
Zは、前記一般式(1)と同じであり、
は、酸性基Xに変換可能な任意の置換基である。 (Appendix 27)
The 1st coupling process which manufactures the compound represented by the following general formula (III) by the coupling reaction of the compound represented by the following general formula (I), and the compound represented by the following general formula (II) ,
A deprotection step for producing a compound represented by the following general formula (IV) by deprotecting the compound represented by the following general formula (III);
A second coupling step in which a compound represented by the following general formula (IV) and a compound represented by the following general formula (V) are subjected to a coupling reaction to produce a compound represented by the following general formula (VI); and,
Supplementary notes 1 to 15 including an acidic group introduction step of converting the Q 2 in the following general formula (VI) to introduce an acidic group X to produce the compound represented by the general formula (1) Or a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof.
Figure 2014088323
In the general formulas (I), (III), (IV) and (VI),
D is the same as the general formula (1),
In the general formulas (II) and (III),
Q 1 is a protecting group,
In the general formula (I),
Hal 1 is halogen,
In the general formula (V),
Hal 2 is halogen,
Hal 1 and Hal 2 may be the same or different,
In the general formulas (V) and (VI),
Z is the same as the general formula (1),
Q 2 is an arbitrary substituent that can be converted to the acidic group X.

(付記28)
前記第1カップリング工程および前記第2カップリング工程の少なくとも一方を、パラジウム触媒および塩基の存在下で行うことを特徴とする付記27記載の製造方法。
(Appendix 28)
The production method according to appendix 27, wherein at least one of the first coupling step and the second coupling step is performed in the presence of a palladium catalyst and a base.

(付記29)
前記第1カップリング工程および前記第2カップリング工程の少なくとも一方を、パラジウム触媒、銅触媒および塩基の存在下で行うことを特徴とする付記27記載の製造方法。
(Appendix 29)
The production method according to appendix 27, wherein at least one of the first coupling step and the second coupling step is performed in the presence of a palladium catalyst, a copper catalyst, and a base.

(付記30)
前記一般式(V)および(VI)中、
が、下記一般式(VII)で表されるアシル基であり、
前記一般式(I)中、
Xが、下記一般式(VIII)で表される酸性基であり、
前記酸性基導入工程において、Qにシアノ酢酸を反応させてXに変換することを特徴とする付記27から29のいずれか一項に記載の製造方法。

Figure 2014088323
前記一般式(VII)および(VIII)中、
10は、水素原子、置換若しくは無置換のアルキル基、または置換若しくは無置換のアリール基であり、
前記一般式(VIII)中、
−COOHのHは、例えば、前記一般式(2)と同じMで置換してもよい。 (Appendix 30)
In the general formulas (V) and (VI),
Q 2 is an acyl group represented by the following general formula (VII),
In the general formula (I),
X is an acidic group represented by the following general formula (VIII),
In the acid group-introducing step, the manufacturing method according to any one of Appendixes 27 29 and converting by reacting cyanoacetic acid to Q 2 in X.
Figure 2014088323
In the general formulas (VII) and (VIII),
R 10 is a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group, or a substituted or unsubstituted aryl group,
In the general formula (VIII),
For example, H in —COOH may be substituted with the same M as in the general formula (2).

1 半導体層
2 透明導電層
3 光透過性基板
4 光電気化学電池用半導体電極
5 電解質層(電荷輸送層)
6 触媒層
7 基板
8 対電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor layer 2 Transparent conductive layer 3 Light transmissive substrate 4 Semiconductor electrode for photoelectrochemical cells 5 Electrolyte layer (charge transport layer)
6 Catalyst layer 7 Substrate 8 Counter electrode

Claims (10)

下記一般式(1)で表されることを特徴とするアルキン誘導体、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩。
Figure 2014088323
前記式(1)中、
Dは、電子供与性置換基を含む有機基を表し、
Xは、酸性基を有する基を表し、
Zは、チオフェン環、フラン環およびピロール環からなる群から選択される少なくとも一種の複素環を有する連結基を表す。
An alkyne derivative represented by the following general formula (1), a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof.
Figure 2014088323
In the formula (1),
D represents an organic group containing an electron-donating substituent,
X represents a group having an acidic group,
Z represents a linking group having at least one heterocyclic ring selected from the group consisting of a thiophene ring, a furan ring and a pyrrole ring.
Xが、下記式(Xa)〜(Xm)のいずれかで表される基であることを特徴とする請求項1記載のアルキン誘導体、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩。
Figure 2014088323
Figure 2014088323
前記式(Xa)〜(Xm)中、
Mは、水素原子または塩形成性陽イオンを表し、
は、水酸化物イオンまたは塩形成性陰イオンを表す。
X is a group represented by any of the following formulas (Xa) to (Xm), the alkyne derivative, its tautomer or stereoisomer, or a salt thereof according to claim 1.
Figure 2014088323
Figure 2014088323
In the formulas (Xa) to (Xm),
M represents a hydrogen atom or a salt-forming cation,
B represents a hydroxide ion or a salt-forming anion.
Zが、下記一般式(3)で表される構造を含む原子団であることを特徴とする請求項1または2記載のアルキン誘導体、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩。
Figure 2014088323
前記式(3)中、R、Rは、それぞれ独立に水素原子、置換若しくは無置換の直鎖若しくは分枝アルキル基、または置換若しくは無置換の直鎖若しくは分枝アルコキシ基を表し、R、Rは互いに連結されて環を形成してもよく、
Yは、酸素原子、硫黄原子またはNRaを表し、
Raは、水素原子、置換若しくは無置換の直鎖若しくは分枝アルキル基、または置換若しくは無置換の直鎖若しくは分枝アリール基を表す。
The alkyne derivative, its tautomer or stereoisomer, or a salt thereof according to claim 1 or 2, wherein Z is an atomic group including a structure represented by the following general formula (3).
Figure 2014088323
In the formula (3), R 1 and R 2 each independently represents a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group, or a substituted or unsubstituted linear or branched alkoxy group, and R 1 and R 2 may be connected to each other to form a ring;
Y represents an oxygen atom, a sulfur atom or NRa;
Ra represents a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group, or a substituted or unsubstituted linear or branched aryl group.
下記一般式(4)で表されることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のアルキン誘導体、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩。
Figure 2014088323
前記式(4)中、
ArおよびArは、それぞれ独立に置換若しくは無置換のアルキル基、置換若しくは無置換のアリール基、または、置換若しくは無置換の複素環基を表し、
Arは置換若しくは無置換のアリーレン基、または置換もしくは無置換の二価の複素環基を表し、
Mは、水素原子または塩形成性陽イオンを表し、
Zは、下記一般式(3)で表される構造を含む連結基を表す。
Figure 2014088323
前記式(3)中、
、Rは、それぞれ独立に水素原子、置換若しくは無置換の直鎖若しくは分枝アルキル基、または置換若しくは無置換の直鎖若しくは分枝アルコキシ基を表し、R、Rは互いに連結されて環を形成してもよく、
Yは、酸素原子、硫黄原子、またはNRaを表し、
Raは、水素原子、置換若しくは無置換の直鎖若しくは分枝アルキル基、または置換若しくは無置換のアリール基を表す。
The alkyne derivative, the tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof according to any one of claims 1 to 3, which is represented by the following general formula (4).
Figure 2014088323
In the formula (4),
Ar 1 and Ar 2 each independently represent a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted aryl group, or a substituted or unsubstituted heterocyclic group;
Ar 3 represents a substituted or unsubstituted arylene group, or a substituted or unsubstituted divalent heterocyclic group,
M represents a hydrogen atom or a salt-forming cation,
Z represents a linking group including a structure represented by the following general formula (3).
Figure 2014088323
In the formula (3),
R 1 and R 2 each independently represents a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group, or a substituted or unsubstituted linear or branched alkoxy group, and R 1 and R 2 are connected to each other. To form a ring,
Y represents an oxygen atom, a sulfur atom, or NRa;
Ra represents a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group, or a substituted or unsubstituted aryl group.
請求項1から4のいずれか一項に記載のアルキン誘導体、その互変異性体若しくは立体異性体、またはそれらの塩の少なくとも一種を含むことを特徴とする光電変換用色素。   A dye for photoelectric conversion comprising the alkyne derivative according to any one of claims 1 to 4, a tautomer or stereoisomer thereof, or a salt thereof. 請求項5記載の光電変換用色素を含む半導体層を有することを特徴とする光電気化学電池用半導体電極。   A semiconductor electrode for a photoelectrochemical cell, comprising a semiconductor layer containing the photoelectric conversion dye according to claim 5. 前記半導体層が、酸化チタンまたは酸化亜鉛を含むことを特徴とする請求項6記載の光電気化学電池用半導体電極。   The semiconductor electrode for photoelectrochemical cells according to claim 6, wherein the semiconductor layer contains titanium oxide or zinc oxide. 請求項6または7記載の光電気化学電池用半導体電極を有することを特徴とする光電気化学電池用光電変換素子。   A photoelectric conversion element for a photoelectrochemical cell, comprising the semiconductor electrode for a photoelectrochemical cell according to claim 6 or 7. さらに、前記光電気化学電池用半導体電極に対向する対電極を有しており、
前記光電気化学電池用半導体電極と前記対電極との間に電荷輸送材料を含んでいることを特徴とする請求項8に記載の光電気化学電池用光電変換素子。
Furthermore, it has a counter electrode facing the semiconductor electrode for photoelectrochemical cells,
The photoelectric conversion element for a photoelectrochemical cell according to claim 8, further comprising a charge transport material between the semiconductor electrode for the photoelectrochemical cell and the counter electrode.
請求項8または9記載の光電気化学電池用光電変換素子を有することを特徴とする光電気化学電池。   A photoelectrochemical cell comprising the photoelectric conversion element for a photoelectrochemical cell according to claim 8 or 9.
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