以下に本発明をさらに詳細に説明する。
本発明のトリアリールアミン化合物は上記一般式(1)で示される。
本発明のトリアリールアミン化合物、及び本発明のトリアリールアミン化合物の製造中間体として有用な、上記一般式(3)で示されるベンゾジオキソリルアニリン化合物(以下、「本発明の中間体」ということがある。)におけるR1a、R1b、Y及びZの定義について説明する。
R1a及びR1bで表される炭素数1〜8のアルキル基は、直鎖状、分岐状又は環状アルキル基のいずれでもよく、具体的には、メチル基、シクロヘキシルメチル基、エチル基、2−シクロペンチルエチル基、プロピル基、2,2−ジメチルプロピル基、3−シクロプロピルプロピル基、イソプロピル基、シクロプロピル基、ブチル基、2−メチルブチル基、3−メチルブチル基、2−ブチル基、3−メチルブタン−2−イル基、tert−ブチル基、シクロブチル基、ペンチル基、2−メチルペンチル基、3−エチルペンチル基、2,4−ジメチルペンチル基、2−ペンチル基、2−メチルペンタン−2−イル基、4,4−ジメチルペンタン−2−イル基、3−ペンチル基、3−エチルペンタン−3−イル基、シクロペンチル基、2,5−ジメチルシクロペンチル基、3−エチルシクロペンチル基、ヘキシル基、2−メチルヘキシル基、3,3−ジメチルヘキシル基、4−エチルヘキシル基、2−ヘキシル基、2−メチルヘキサン−2−イル基、5,5−ジメチルヘキサン−2−イル基、3−ヘキシル基、2,4−ジメチルヘキサン−3−イル基、シクロヘキシル基、4−エチルシクロヘキシル基、4,4−ジメチルシクロヘキシル基、ヘプチル基、2−ヘプチル基、3−ヘプチル基、4−ヘプチル基、オクチル基、2−オクチル基、3−オクチル基、4−オクチル基、シクロオクチル基等を例示することができる。
これらのうち、色素増感太陽電池における増感色素として性能が良い点で、直鎖状アルキル基が好ましく、中でもメチル基及びブチル基がさらに好ましい。また、同一炭素原子上のR1a及びR1bは一体となって該炭素原子を含んで飽和又は不飽和の5又は6員炭化水素基を形成することもできる。具体的には次の(I)から(XIV)で示される基を例示することができる。これらのうち、合成が容易である点で、(VIII)で示される基が好ましい。
また、R1a及びR1bとしては水素原子又はフェニル基も好ましい。
Yで表されるカルコゲン原子としては、酸素原子、硫黄原子、セレン原子、テルル原子等を例示することができる。色素増感太陽電池における増感色素として性能が良い点で、硫黄原子が好ましい。
Yで表されるニクトゲン原子としては、窒素原子、リン原子、ヒ素原子、アンチモン原子、ビスマス原子を例示することができ、色素増感太陽電池における増感色素として性能が良い点で、窒素原子が好ましい。これらのニクトゲン原子は炭素数1〜6のアルキル基で置換されていてもよく、このような炭素数1〜6のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、シクロプロピル基、ブチル基、2−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基等を例示することができ、色素増感太陽電池における増感色素として性能が良い点で、炭素数1〜4のアルキル基が好ましく、メチル基がさらに好ましい。
Zで表されるハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等を例示することができ、反応性が良い点で臭素原子が好ましい。
Zで表されるB(OR3)2において、R3は、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基又はフェニル基を表し、B(OR3)2の2つのR3は同一又は異なっていても良い。また、2つのR3は一体となって酸素原子及びホウ素原子を含んで環を形成することもできる。具体的には、B(OH)2、B(OMe)2、B(OiPr)2、B(OBu)2等を例示できる。また、2つのR3が一体となって酸素原子及びホウ素原子を含んで環を形成した場合のB(OR3)2の例としては、次の(XV)から(XX)で示される基を例示することができる。これらのうち、収率が良い点で、B(OH)2又は(XVI)で示される基が好ましい。
次に、本発明のトリアリールアミン化合物の製造方法について説明する。
本発明のトリアリールアミン化合物に含まれる、上記一般式(1a)で示されるトリアリールアミン化合物[以下、本発明のトリアリールアミン化合物(1a)と称する。]は、次の反応式に示される工程1により製造することができる。
(式中、R1a、R1b、R3、n及びYは前記と同じ意味を表す。L1は脱離基を表す。)
工程1は、本発明のベンゾオキソリルアニリン化合物(3a)と化合物(4)とを、塩基及びパラジウム触媒の存在下にカップリング反応させ、本発明のトリアリールアミン化合物(1a)を製造する工程であり、一般的な鈴木−宮浦反応の反応条件を適用することにより、収率よく目的物を得ることができる。
L1で表される脱離基としては、例えば、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子、p−トルエンスホネ−ト、メタンスルホネ−ト、トリフルオロメタンスルホネ−ト等のスルホネ−ト、水素原子等を挙げることができる。これらのうち、反応性が良い点で、臭素原子が好ましい。
工程1に用いる化合物(4)は、例えば、Journal of the American Chemical Society,2013年,135巻,17144−17154頁に開示されている方法を用いて製造することができる。また、市販品を用いても良い。本発明のベンゾオキソリルアニリン化合物(3a)と化合物(4)とのモル比に特に制限はないが、1:10〜10:1が好ましく、収率が良い点で1:5〜2:1がさらに好ましい。
工程1に用いる塩基としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム等の金属水酸化物塩、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム、炭酸セシウム等の金属炭酸塩、酢酸カリウム、酢酸ナトリウム等の金属酢酸塩、リン酸カリウム、リン酸ナトリウム等の金属リン酸塩、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化セシウム等の金属フッ化物塩、ナトリウムメトキシド、カリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムイソプロピルオキシド、カリウムtert−ブトキシド等の金属アルコキシド等を挙げることができる。これらのうち、収率が良い点で炭酸カリウムが好ましい。
塩基と本発明のベンゾオキソリルアニリン化合物(3a)とのモル比に特に制限はないが、塩基:本発明のベンゾオキソリルアニリン化合物(3a)が、1:2〜10:1の範囲が好ましく、収率が良い点で1:1〜4:1の範囲がさらに好ましい。
工程1に用いるパラジウム触媒としては、具体的には、塩化パラジウム、酢酸パラジウム、トリフルオロ酢酸パラジウム、硝酸パラジウム等の塩を例示することができる。さらに、π−アリルパラジウムクロリドダイマー、パラジウムアセチルアセトナト、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム等の錯化合物、及びジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム、ジクロロ(1,1’−ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン)パラジウム、ビス(トリ−tert−ブチルホスフィン)パラジウム等の第三級ホスフィンを配位子として有するパラジウム錯体を例示することができる。中でも、第三級ホスフィンを配位子として有するパラジウム錯体が収率が良い点で好ましく、トリフェニルホスフィンを配位子として有するパラジウム錯体がさらに好ましい。工程1で用いるパラジウム触媒の量に制限はないが、収率が良い点で、パラジウム触媒と本発明のベンゾオキソリルアニリン化合物(3a)とのモル比は、1:50〜1:10が好ましい。
なお、これらの第三級ホスフィンを配位子として有するパラジウム錯体は、パラジウム塩又は錯化合物に第三級ホスフィンを添加し、反応系中で調製することもできる。第三級ホスフィンとしては、具体的には、トリフェニルホスフィン、トリメチルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリ(tert−ブチル)ホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、tert−ブチルジフェニルホスフィン、9,9−ジメチル−4,5−ビス(ジフェニルホスフィノ)キサンテン、2−(ジフェニルホスフィノ)−2’−(N,N−ジメチルアミノ)ビフェニル、2−(ジ−tert−ブチルホスフィノ)ビフェニル、2−(ジシクロヘキシルホスフィノ)ビフェニル、ビス(ジフェニルホスフィノ)メタン、1,2−ビス(ジフェニルホスフィノ)エタン、1,3−ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパン、1,4−ビス(ジフェニルホスフィノ)ブタン、1,1’−ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン、トリ(2−フリル)ホスフィン、トリ(o−トリル)ホスフィン、トリス(2,5−キシリル)ホスフィン、(±)−2,2’−ビス(ジフェニルホスフィノ)−1,1’−ビナフチル、2−ジシクロヘキシルホスフィノ−2’,4’,6’−トリイソプロピルビフェニル等を例示することができる。これらのうち、入手容易であり、収率が良い点で、トリフェニルホスフィンが好ましい。第三級ホスフィンとパラジウム塩又は錯化合物とのモル比は、第三級ホスフィン:パラジウム塩又は錯化合物が、1:10〜20:1の範囲が好ましく、収率が良い点で1:2〜10:1の範囲がさらに好ましい。
工程1は溶媒中で実施することができる。用いることのできる溶媒に特に制限はなく、反応を阻害しない溶媒であれば良い。このような溶媒としては、具体的には、水、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン(THF)、1,2−ジメトキシエタン、1,4−ジオキサン等のエーテル、トルエン、キシレン、メシチレン等の芳香族炭化水素、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド等を例示することができ、これらを任意の比で混合して用いても良い。溶媒の使用量に特に制限はない。これらのうち、収率が良い点で水、THF、1,4−ジオキサン、DMF及びこれらの混合溶媒を用いることが望ましい。
工程1を実施する際の反応温度には特に制限はないが、0〜200℃から適宜選択された温度にて実施することができる。収率が良い点で40〜130℃から適宜選択された温度にて実施することが好ましい。
本発明のトリアリールアミン化合物(1a)は、工程1の反応の終了後に通常の処理を行うことで得ることができる。必要に応じて、中和、再結晶、カラムクロマトグラフィー又は昇華等で精製しても良い。また、精製することなく、次工程へ供しても良い。
また、本発明のトリアリールアミン化合物に含まれる、上記一般式(1b)で示されるトリアリールアミン化合物[以下、本発明のトリアリールアミン化合物(1b)と称する。]は、次の反応式に示される工程2により製造することができる。
(式中、R1a、R1b、n及びYは前記と同じ意味を表す。)
工程2は、本発明のトリアリールアミン化合物(1a)とシアノ酢酸とを脱水縮合させることにより、本発明のトリアリールアミン化合物(1b)を製造する工程であり、一般的な脱水縮合反応の反応条件を適用することにより、収率よく目的物を得ることができる。
工程2に用いるシアノ酢酸は市販されている。
工程2における脱水縮合反応は、酸又は塩基の存在下に実施することができる。このような酸としては、例えば、塩酸、硝酸、硫酸等の鉱酸、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、トリフルオロ酢酸、トリフルオロメタンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸等の有機酸を挙げることができる。また、塩基としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化カルシウム等の金属水酸化物塩、ナトリウムメトキシド、カリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムイソプロピルオキシド、カリウムtert−ブトキシド等の金属アルコキシド、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸セシウム、炭酸カルシウム等の金属炭酸塩、リン酸カルシウム、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム等の金属リン酸塩、ピリジン、ピペリジン、ピペラジン、モルホリン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、ジイソプロピルアミン、ジイソプロピルエチルアミン、ジアザビシクロウンデカン等のアミン等を挙げることができる。また、これらの酸及び塩基を混合して用いてもよく、その混合比に特に制限はないが、収率が良い点で、酸:塩基の混合比は10:1〜1:10が好ましく、さらに好ましくは2:1〜1:2である。工程2の収率が良い点で有機酸及びアミンを混合して用いることが好ましく、酢酸及びピペリジンを混合して用いることがさらに好ましい。酸及び塩基の混合物とトリアリールアミン化合物(1a)とのモル比に特に制限はないが、酸及び塩基の混合物:トリアリールアミン化合物(1a)が、100:1〜1:3の範囲が好ましく、収率が良い点で10:1〜2:1の範囲がさらに好ましい。
工程2は溶媒中で実施することができる。用いることのできる溶媒に特に制限はなく、反応を阻害しない溶媒であれば良い。このような溶媒としては、具体的には、ヘキサン、ペンタン、デカリン等の炭化水素、ジクロロメタン、クロロホルム、1,2−ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素、ジエチルエーテル、THF、1,2−ジメトキシエタン、1,4−ジオキサン、メチルシクロペンチルエーテル等のエーテル、トルエン、キシレン、メシチレン、クロロベンゼン、1,2−ジクロロベンゼン、ニトロベンゼン等の芳香族炭化水素、DMF、ジメチルスルホキシド等を例示することができ、これらを任意の比で混合して用いても良い。溶媒の使用量に特に制限はない。これらのうち、収率が良い点で芳香族炭化水素を用いることが好ましく、トルエンがさらに好ましい。
工程2を実施する際の反応温度には特に制限はないが、0〜200℃から適宜選択された温度にて実施することができる。収率が良い点で、40〜130℃から適宜選択された温度にて実施することが好ましい。
本発明のトリアリールアミン化合物(1b)は、工程2の反応の終了後に通常の処理を行うことで得ることができる。必要に応じて、中和、再結晶、カラムクロマトグラフィー又は昇華等で精製しても良い。
次に、本発明の中間体の製造方法について説明する。
本発明のトリアリールアミン化合物(1a)を製造する工程1に用いる本発明の中間体(3a)及びその原料となる本発明の中間体(3b)は、次の反応式に示される方法により製造することができる。
(式中、R1a、R1b及びR3は前記と同じ意味を表す。L2はハロゲン原子を表す。)
工程3は、ヨウ化ベンゾジオキソール(5)とハロゲン化アニリン(6)とを、塩基及び銅触媒の存在下に反応させ、本発明の中間体(3b)を製造する工程であり、一般的なウルマン反応の反応条件を適用することにより、収率よく目的物を得ることができる。
L2で表されるハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子を挙げることができ、次工程における反応性が良い点で、臭素原子が好ましい。
工程3に用いるヨウ化ベンゾジオキソール(5)は、例えば、後述する参考例1〜4に示した方法を用いて製造することができる。また、市販品を用いても良い。
工程3に用いるハロゲン化アニリン(6)は市販されており、容易に入手できる。ヨウ化ベンゾジオキソール(5)及びハロゲン化アニリン(6)とのモル比に特に制限はないが、10:1〜1:1が好ましく、収率が良い点で3:1〜2:1がさらに好ましい。
工程3に用いる塩基としては、工程1にて例示した塩基と同様のものを例示することができる。収率が良い点で水酸化カリウムが好ましい。塩基とハロゲン化アニリン(6)とのモル比に特に制限はないが、塩基:ハロゲン化アニリン(6)が、20:1〜1:1の範囲が好ましく、収率が良い点で10:1〜2:1の範囲がさらに好ましい。
工程3に用いる銅触媒としては、具体的には、銅粉、青銅粉等の金属銅、塩化第一銅、塩化第二銅、臭化第一銅、臭化第二銅、ヨウ化第一銅、ヨウ化第二銅、酸化第一銅、酸化第二銅、硫酸銅、硝酸銅、炭酸銅、酢酸銅、水酸化第二銅等の銅塩等を例示することができる。これらのうち、反応性が良い点で銅粉及びヨウ化第一銅が好ましい。
また、工程3に用いる銅触媒は、銅塩に配位子を添加し、反応系中で調製することもできる。このような配位子としては、例えば、1,10−フェナントロリン、2,2’−ビピリジン、N,N’−ジメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、1,2−シクロヘキサンジアミン、ジメチルグリシン、1−ブチルイミダゾール、1−メチルイミダゾ−ル及びDL−アラニン等を挙げることができる。これらのうち、収率が良い点で、1,10−フェナントロリンが好ましい。銅塩と配位子とのモル比に特に制限はないが、収率が良い点で、銅塩:配位子が、10:1〜1:10の範囲が好ましく、1:1〜1:3の範囲がさらに好ましい。工程3に用いる銅触媒の量に制限はないが、銅触媒とハロゲン化アニリン(6)とのモル比は、収率が良い点で、銅触媒:ハロゲン化アニリン(6)が、1:1000〜1:1の範囲が好ましく、1:50〜1:2の範囲がさらに好ましい。
工程3は溶媒中で実施することができる。用いることのできる溶媒に特に制限はなく、反応を阻害しない溶媒であれば良い。該溶媒として具体的には、ヘキサン、ペンタン、デカリン等の炭化水素、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン(THF)、1,2−ジメトキシエタン、1,4−ジオキサン等のエーテル、トルエン、キシレン、メシチレン等の芳香族炭化水素、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド等を例示することができ、これらを任意の比で混合して用いても良い。溶媒の使用量に特に制限はない。収率が良い点で、トルエンを用いることが望ましい。
工程3を実施する際の反応温度には特に制限はないが、40〜250℃から適宜選択された温度にて実施することができ、収率が良い点で80〜130℃から適宜選択された温度にて実施することが好ましい。
本発明の中間体(3b)は、工程3の反応の終了後に通常の処理を行うことで得ることができる。必要に応じて、再結晶、カラムクロマトグラフィー又は昇華等で精製しても良い。また、精製することなく、次工程へ供しても良い。
工程4は、本発明の中間体(3b)と上記一般式(7)で示されるジボロン化合物とを、塩基及びパラジウム触媒の存在下に反応させることにより、本発明の中間体(3a)を製造する工程である。例えば、The Journal of Organic Chemistry,60巻,7508−7510,1995年、又はThe Journal of Organic Chemistry,65巻,164−168,2000年に開示されている反応条件を適用することにより、反応収率よく目的物を得ることができる。本発明の中間体(3a)は、本発明のトリアリールアミン化合物(1a)を製造する工程1で、ベンゾオキソリルアニリン化合物(3a)として用いられる。
工程4で用いるジボロン化合物(7)は市販品を用いることができる。工程4で用いるジボロン化合物(7)と本発明の中間体(3b)とのモル比に特に制限はないが、収率が良い点で、ジボロン化合物(7):本発明の中間体(3b)が、10:1〜1:1の範囲が好ましい。
工程4に用いる塩基としては、工程1にて例示した塩基と同様のものを例示することができる。中でも収率が良い点で、酢酸カリウムが好ましい。塩基と本発明の中間体(3b)とのモル比に特に制限はないが、塩基:本発明の中間体(3b)が、1:2〜10:1がの範囲好ましく、収率が良い点で1:1〜4:1の範囲がさらに好ましい。
工程4に用いるパラジウム触媒としては、工程1にて例示したパラジウム触媒と同様のものを例示することができる。中でも、第三級ホスフィンを配位子として有するパラジウム錯体が収率が良い点で好ましく、ジクロロ(1,1’−ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン)パラジウムがさらに好ましい。工程1で用いるパラジウム触媒の量に制限はないが、収率が良い点で、パラジウム触媒と本発明の中間体(3b)とのモル比は、パラジウム触媒:本発明の中間体(3b)が、1:50〜1:10の範囲が好ましい。
なお、第三級ホスフィンを配位子として有するパラジウム錯体は、パラジウム塩又は錯化合物に第三級ホスフィンを添加し、反応系中で調製することもできる。用いることのできる第三級ホスフィンとしては、工程1にて例示した第三級ホスフィンと同様のものを例示することができる。収率が良い点で、1,1’−ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセンが好ましい。第三級ホスフィンとパラジウム塩又は錯化合物とのモル比は、第三級ホスフィン:パラジウム塩又は錯化合物が、1:10〜20:1の範囲が好ましく、収率が良い点で1:2〜10:1の範囲がさらに好ましい。
工程4は溶媒中で実施することができる。用いることのできる溶媒に特に制限はなく、反応を阻害しない溶媒であれば良い。このような溶媒としては、具体的には、水、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン(THF)、1,2−ジメトキシエタン、1,4−ジオキサン等のエーテル、トルエン、キシレン、メシチレン等の芳香族炭化水素、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド等を例示することができ、これらを任意の比で混合して用いても良い。溶媒の使用量に特に制限はない。これらのうち、収率が良い点で、水、THF、1,4−ジオキサン、DMF及びこれらの混合溶媒を用いることが望ましい。
工程4を実施する際の反応温度には特に制限はないが、40〜200℃から適宜選択された温度にて実施することができ、収率が良い点で60〜130℃から適宜選択された温度にて実施することが好ましい。
本発明の中間体(3a)は、工程4の反応の終了後に通常の処理を行うことで得ることができる。必要に応じて、再結晶、カラムクロマトグラフィー又は昇華等で精製しても良い。また、精製することなく、次工程へ供しても良い。
次に、本発明のトリアリールアミン化合物(1b)を含む半導体電極(以下、「本発明の半導体電極」という)の製造方法について説明する。
本発明の半導体電極は、金属半導体ペーストを作製する工程5、基板上に金属半導体薄膜を形成する工程6、及び金属半導体薄膜に本発明のトリアリールアミン化合物(1b)を吸着させる工程7を経ることにより得られる。
工程5は、金属半導体を溶媒、ポリマー及び界面活性剤等と混練し、金属半導体ペーストを作製する工程である。工程5に用いる金属半導体としては、例えば、TiO2、ZnO、In2O3、SnO2、ZrO2、Ta2O5、Nb2O5、Fe2O3、Ga2O3、WO3、SrTiO3等の金属酸化物及び複合酸化物、AgI、AgBr、CuI、CuBr等の金属ハロゲン化物、ZnS、TiS2、ZnO、In2S3、SnS、SnS2、ZrS2、Ag2S、PbS、CdS、TaS2、CuS、Cu2S、WS2、MoS2、CuInS2等の金属硫化物、CdSe、TiSe2、ZrSe2、Bi2Se3、In2Se3、SnSe、SnSe2、Ag2Se、TaSe2、CuSe、Cu2Se、WSe2、MoSe2、CuInSe2、CdTe、TiTe2、ZrTe2、Bi2Te3、In2Te3、SnTe、SnTe2、Ag2Te、TaTe2、CuTe、Cu2Te、WTe2、MoTe2等の金属カルコゲン化物等を挙げることができる。
これらのうち、入手容易である点でTiO2、ZnO、SnO2等の金属酸化物が好ましく、色素増感太陽電池における半導体電極としての性能が良い点でTiO2がさらに好ましい。
工程5で用いる金属半導体の形状は、金属半導体ペーストを作製できれば特に制限はないが、焼結後に表面積の大きな多孔質構造を形成できる点で微粒子状が好ましい。この際、微粒子の粒子径は、1nm〜10μmが好ましく、さらに好ましくは5〜1000nmである。
工程5で用いる溶媒としては、水の他、塩酸水溶液、硝酸水溶液、酢酸水溶液等の酸性水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、アンモニア水溶液等の塩基性水溶液、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール等のアルコール、ジエチルエーテル、THF、1,4−ジオキサン等のエーテル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酪酸メチル、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル等のエステル、DMF、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル等を例示することができ、これらを任意の比で混合して用いても良い。極性が高く金属半導体の分散が良い点で水、酸性水溶液又はアルコールが好ましく、中でも水、硝酸水溶液、メタノール、又はエタノールがさらに好ましい。溶媒の使用量に特に制限はなく、金属半導体に対し好ましくは1〜200重量%、さらに好ましくは15〜50重量%から適宜選ばれた量を加えることができる。
工程5で用いるポリマーとしては、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリプロピレングリコール(PPG)、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリメタクリル酸エステル等を例示することができ、これらを任意の比で混合して用いても良い。金属半導体の分散が良い点でPEGが好ましい。ポリマーの使用量に特に制限はなく、金属半導体に対し好ましくは1〜95重量%、さらに好ましくは1〜10重量%から適宜選ばれた量を加えることができる。
工程5で用いる界面活性剤としては、例えば、カルボン酸塩、スルホン酸塩、硝酸エステル塩等のアニオン界面活性剤、第四級アンモニウム塩等のカチオン界面活性剤、多価アルコール等の非イオン界面活性剤を挙げることができ、これらを任意の比で混合して用いても良い。これらのうち、金属半導体の分散が良い点で非イオン界面活性剤が好ましく、オクチルフェノキシポリエトキシエタノール(商品名:Toriton X−100)がさらに好ましい。界面活性剤の使用量に特に制限はなく、金属半導体に対し、好ましくは1〜95重量%、さらに好ましくは1〜10重量%から適宜選ばれた量を加えることができる。 工程5における混練方法としては、例えば、撹拌、振盪、ボールミル等、一般的な手法を用いることができる。
金属半導体ペーストは市販品をそのまま用いても良い。
工程6は、基板上に金属半導体ペーストを塗布し、次いで焼結することにより、金属半導体薄膜を形成する工程である。基板としては、導電性及び光透過性を持つものであれば特に制限はなく、例えば、ITO、フッ素でドープされた酸化スズ(FTO)、又はアルミニウムでドープされた酸化亜鉛(AZO)等の導電性透明酸化物半導体薄膜をコートしたガラス又はプラスチック基板等が挙げられる。これらのうち、耐薬品性が高く電気抵抗が低い点から、FTOコートガラスが好ましい。
工程6において金属半導体ペーストを塗布する方法に特に制限はなく、例えば、ディップ法、キャスト法、スピンコート法、ドクターブレード法、スクリーン印刷法等を挙げることができる。これらのうち、簡便に平坦な膜を得られる点でドクターブレード法又はスクリーン印刷法が好ましい。
工程6における焼結条件は、用いる金属半導体の焼結体が生成する条件であれば特に制限はない。TiO2を金属半導体に用いる場合には、好ましくは200〜1000℃にて5分から10時間、さらに好ましくは400〜600℃にて15分から1時間の条件から適宜選ばれた条件で焼結することにより、良好な金属半導体薄膜を形成することができる。
工程7は、本発明のトリアリールアミン化合物(1b)を含む溶液を調製し、ここに金属半導体薄膜を浸漬させることにより、金属半導体薄膜に本発明のトリアリールアミン化合物(1b)を吸着させ、本発明の半導体電極を得る工程である。
工程7において、本発明のトリアリールアミン化合物(1b)を含む溶液の調製に用いる溶媒に特に制限はなく、本発明のトリアリールアミン化合物(1b)が溶解すれば良い。このような溶媒として、具体的には、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール等のアルコール、ジエチルエーテル、THF、1,4−ジオキサン等のエーテル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酪酸メチル、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル等のエステル、ジクロロメタン、クロロホルム、ジクロロエタン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素、トルエン、DMF、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル等を挙げることができ、これらを任意の比で混合して用いても良い。これらのうち、本発明のトリアリールアミン化合物(1b)の金属電極に対する吸着性が良い点で、アルコール、ハロゲン化炭化水素、トルエン、又はアセトニトリルが好ましく、アセトニトリルがさらに好ましい。溶媒の使用量に特に制限はなく、得られる溶液の濃度が好ましくは1×10−6〜1×10−2M、吸着が良好な点でさらに好ましくは5×10−5〜9×10−4Mの範囲から適宜選ばれた濃度となる量の溶媒を用いることができる。
工程7において、本発明のトリアリールアミン化合物(1b)を含む溶液に金属半導体薄膜を浸漬させる際の温度に制限はなく、好ましくは−50〜150℃、さらに好ましくは0〜60℃の範囲から適宜選ばれた温度にて浸漬させることができる。
工程7において、本発明のトリアリールアミン化合物(1b)を含む溶液に金属半導体薄膜を浸漬させる際の時間に制限はなく、好ましくは30分〜100時間、さらに好ましくは2〜24時間の範囲から適宜選ばれた時間にて浸漬させることができる。
工程7において、本発明のトリアリールアミン化合物(1b)を含む溶液に金属半導体薄膜を浸漬させた後は、当業者における通常の技術手段に従って後処理を施しても良い。該後処理としては、例えば、アセトニトリル等の有機溶媒を用いて金属半導体薄膜を洗浄し、乾燥させる処理等を挙げることができる。
次に、本発明の半導体電極を有する色素増感型太陽電池素子(以下、「本発明の太陽電池素子」という。)の製造方法について説明する。
本発明の太陽電池素子は、スペーサーを介して本発明の半導体電極と対極を貼り合わせ、空隙に電解液を注入することで製造される。スペーサーの材質としては当業者が通常用いるものであれば特に制限はなく、具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンビニルアセテート、又は熱あるいは光可塑性樹脂などのポリマーフィルムが好ましい。スペーサーの膜厚は、好ましくは1μm〜1mm、さらに好ましくは15〜100μmの範囲から適宜選択することができる。対極としては当業者が通常用いるものであれば特に制限はなく、具体例としては、Fe、Al、Cu、Ti等の卑金属、Ag、Au、Pt、Rh、Ru等の貴金属、又はカーボンを例示することができる。これらのうち、耐薬品性が高い点で、貴金属が好ましく、導電性の点でPtがさらに好ましい。また、これらの卑金属、貴金属及びカーボンは、工程6に例示した導電性透明酸化物半導体薄膜をコートしたガラス又はプラスチック基板にコートして用いることもできる。電解液としては当業者が通常用いるものであれば特に制限はなく、具体的には、ヨウ素、ヨウ化リチウム、ヨウ化イミダゾウリウム、チオシアン酸グアジニウム及び4−tert−ブチルピリジン等をアセトニトリル等に溶解したものを用いることができる(例えば、Chem.Commun.,2198−2200,2009年参照)。
以下、実施例、参考例、試験例及び比較例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定して解釈されるものではない。
実施例−1
アルゴン雰囲気下、100mLフラスコに2−{4−[ビス(1,3−ベンゾジオキソール−5−イル)アミノ]}フェニル−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン(1.09g,2.40mmol)及びPd(PPh3)2Cl2(84mg,0.12mmol)をとり、5−ブロモチオフェン−2−カルボキサアルデヒド(856μL,7.20mmol)、2M−炭酸カリウム水溶液(4.80mL,9.60mmol)及びTHF(45mL)を加え、80℃で15時間加熱還流した。放冷後、低沸分を減圧留去し、得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離溶媒:ヘキサン/酢酸エチル=3/1)により精製し、目的の5−{4−[ビス(1,3−ベンゾジオキソール−5−イル)アミノ]フェニル}チオフェン−2−カルボキサアルデヒドを黄色粘稠固体として得た(697mg,1.57mmol,65%)。
1H−NMR(400MHz,CDCl3):δ9.84(s,1H),7.69(d,J=4.0Hz,1H),7.48(d,J=8.8Hz,2H),7.27(d,J=4.0Hz,1H),6.93(d,J=8.8Hz,2H),6.75(d,J=8.2Hz,2H),6.66(d,J=2.1Hz,2H),6.62(dd,J=8.2,2.1Hz,2H),5.97(s,4H).
実施例−2
アルゴン雰囲気下、50mL二口フラスコに2−{4−[ビス(2,2−ジメチル−1,3−ベンゾジオキソール−5−イル)アミノ]}フェニル−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン(129mg,0.25mmol)、Pd(PPh3)2Cl2(8.8mg,0.013mmol)をとり、5−ブロモチオフェン−2−カルボキサアルデヒド(81μL,0.75mmol)、2M−炭酸カリウム水溶液(0.50mL,1.00mmol)及びTHF(5mL)を加え、80℃で18時間加熱還流した。放冷後、低沸分を減圧留去し、得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離溶媒:ヘキサン/酢酸エチル=3/1)により精製し、目的の5−{4−[ビス(2,2−ジメチル−1,3−ベンゾジオキソール−5−イル)アミノ]フェニル}チオフェン−2−カルボキサアルデヒドを黄色粘稠固体として得た(95mg,0.18mmol,74%)。
1H−NMR(400MHz,CDCl3):δ9.83(s,1H),7.69(d,J=4.0Hz,1H),7.46(d,J=8.8Hz,2H),7.25(d,J=4.0Hz,1H),6.91(d,J=8.8Hz,2H),6.65(d,J=7.7Hz,2H),6.60(dd,J=7.7,2.1Hz,2H),6.57(brs,2H),1.69(s,12H).
実施例−3
アルゴン雰囲気下、100mLフラスコに2−{4−[ビス(2,2−ジブチル−1,3−ベンゾジオキソール−5−イル)アミノ]}フェニル−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン(950mg,1.39mmol)、Pd(PPh3)2Cl2(49mg,0.07mmol)をとり、5−ブロモチオフェン−2−カルボキサアルデヒド(496μL,4.17mmol)、2M−炭酸カリウム水溶液(2.8mL,5.60mmol)及びTHF(26mL)を加え、80℃で17時間加熱還流した。放冷後、低沸分を減圧留去し、得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離溶媒:ヘキサン/酢酸エチル=3/1)により精製し、目的の5−{4−[ビス(2,2−ジブチル−1,3−ベンゾジオキソール−5−イル)アミノ]フェニル}チオフェン−2−カルボキサアルデヒドを黄色粘稠固体として得た(506mg,0.76mmol,54%)。
1H−NMR(400MHz,CDCl3):δ9.83(s,1H),7.68(d,J=4.0Hz,1H),7.46(d,J=8.8Hz,2H),7.25(d,J=4.0Hz,1H),6.90(d,J=8.8Hz,2H),6.63(d,J=8.8Hz,2H),6.57(d,J=2.1Hz,2H),6.56(dd,J=8.8,2.1Hz,2H),1.83−1.95(m,8H),1.30−1.50(m,16H),0.92(t,J=7.2Hz,12H).
実施例−4
アルゴン雰囲気下、50mLフラスコに2−{4−{ビス[スピロ(1,3−ベンゾジオキソール−2,1’−シクロヘキサン−5−イル)]アミノ}フェニル}−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン(589mg,0.99mmol)、Pd(PPh3)2Cl2(35mg,0.05mmol)をとり、5−ブロモチオフェン−2−カルボキサアルデヒド(321μL,2.97mmol)、2M−炭酸カリウム水溶液(1.98mL,3.96mmol)及びTHF(20mL)を加え、80℃で23時間加熱還流した。放冷後、低沸分を減圧留去し、得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離溶媒:ヘキサン/酢酸エチル=3/1)により精製し、目的の5−{4−{ビス[スピロ(1,3−ベンゾジオキソール−2,1’−シクロヘキサン−5−イル)]アミノ}フェニル}チオフェン−2−カルボキサアルデヒドを黄色粘稠固体として得た(358mg,0.62mmol,62%)。
1H−NMR(400MHz,CDCl3):δ9.83(s,1H),7.68(d,J=3.9Hz,1H),7.45(d,J=8.8Hz,2H),7.25(d,J=3.9Hz,1H),6.90(d,J=8.8Hz,2H),6.66(d,J=8.8Hz,2H),6.58(d,J=2.1Hz,2H),6.57(dd,J=8.8,2.1Hz,2H),1.92(t,J=5.9Hz,8H),1.67−1.72(m,8H),1.53−1.45(m,4H).
実施例−5
アルゴン雰囲気下、200mLシュレンク型反応容器に2−{4−[ビス(2,2−ジフェニル−1,3−ベンゾジオキソール−5−イル)アミノ]}フェニル−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン(987mg,1.29mmol)、Pd(PPh3)2Cl2(45mg,0.065mmol)をとり、5−ブロモチオフェン−2−カルボキサアルデヒド(461μL,3.88mmol)、2M−炭酸カリウム水溶液(2.60mL,5.20mmol)及びTHF(24mL)を加え、80℃で23時間加熱還流した。放冷後、低沸分を減圧留去し、得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離溶媒:ヘキサン/酢酸エチル=3/1)により精製し、目的の5−{4−[ビス(2,2−ジフェニル−1,3−ベンゾジオキソール−5−イル)アミノ]フェニル}チオフェン−2−カルボキサアルデヒドを黄色粘稠固体として得た(654mg,0.87mmol,68%)。
1H−NMR(400MHz,CDCl3):δ9.83(s,1H),7.68(d,J=4.0Hz,1H),7.53−7.60(m,8H),7.44(d,J=8.8Hz,2H),7.35−7.42(m,12H),7,24(d,J=4.0Hz,1H),6.89(d,J=8.8Hz,2H),6.78(d,J=8.3Hz,2H),6.70(d,J=2.2Hz,2H),6.60(dd,J=8.3,2.2Hz,2H).
実施例−6
アルゴン雰囲気下、100mLシュレンク管に2−{4−ビス[スピロ(1,3−ベンゾジオキソール−2,1’−シクロヘキサン−5−イル)]アミノ}フェニル−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン(362mg,0.61mmol)、5−(5−ブロモ−N−メチルピロール−2−イル)チオフェン−2−カルボキサルデヒド(82mg,0.30mmol)及びビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)ジクロリド(21mg,0.031mmol)をとり、2M−炭酸カリウム水溶液(1.22mL,2.44mmol)及びTHF(12mL)を加え、80℃で18時間加熱還流した。放冷後、低沸分を減圧留去し、得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離溶媒:ヘキサン/クロロホルム=3/7)により精製して、目的の5−{{4−{ビス[スピロ(1,3−ベンゾジオキソール−2,1’−シクロヘキサン−5−イル)]アミノ}フェニル}−N−メチルピロール−2−イル}チオフェン−2−カルボキサアルデヒドを橙色粘調固体として得た(184mg,0.28mmol,93%)。
1H−NMR(400MHz,CDCl3):δ9.85(s,1H),7.70(d,J=4.0Hz,1H),7.20(d,J=8.7Hz,2H),7.16(d,J=4.0Hz,1H),6.95(d,J=8.7Hz,2H),6.65(d,J=8.0Hz,2H),6.61(d,J=3.8Hz,1H),6.60(d,J=2.2Hz,2H),6.58(dd,J=8.0,2.2Hz,2H),6.23(d,J=3.8Hz,1H),3.76(s,3H),1.92(t,J=5.9Hz,8H),1.72(brs,8H),1.48−1.52(m,4H).
実施例−7
アルゴン雰囲気下、200mLフラスコに5−{4−[ビス(1,3−ベンゾジオキソール−5−イル)アミノ]フェニル}チオフェン−2−カルボキサアルデヒド(515mg,1.20mmol)、シアノ酢酸(122mg,1.40mmol)をとり、ピペリジン−酢酸塩のトルエン溶液(0.1M,14.0mL,1.40mmol)及びトルエン(110mL)を加え、120℃で2時間加熱還流した。反応終了後、溶媒を常圧蒸留し、さらにトルエン(100mL)を加え、同様に濃縮した。放冷後、残差に水及びクロロホルムを加え、有機層を分離した後、水層をクロロホルムで抽出した。合わせた有機層を硫酸ナトリウムで乾燥後、減圧濃縮し粗生成物を得た。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離溶媒:クロロホルム/メタノ−ル=95/5)により精製し、目的の(E)−3−{5−{4−[ビス(1,3−ベンゾジオキソール−5−イル)アミノ]フェニル}チオフェン−2−イル}−2−シアノアクリル酸を赤色固体として得た(570mg,1.12mmol,93%)。
1H−NMR(400MHz,CDCl3):δ8.30(s,1H),7.75(d,J=4.1Hz,1H),7.51(d,J=8.8Hz,2H),7.31(d,J=4.1Hz,1H),6.92(d,J=8.8Hz,2H),6.76(d,J=8.3Hz,2H),6.66(d,J=2.0Hz,2H),6.63(dd,J=8.3,2.0Hz,2H),5.98(s,4H).
実施例−8
アルゴン雰囲気下、50mL二口フラスコに5−{4−[ビス(2,2−ジメチル−1,3−ベンゾジオキソール−5−イル)アミノ]フェニル}チオフェン−2−カルボキサアルデヒド(46mg,0.09mmol)及びシアノ酢酸(9.1mg,0.11mmol)をとり、ピペリジン−酢酸塩のトルエン溶液(0.1M,1.07mL,0.11mmol)及びトルエン(8mL)を加え、120℃で2時間加熱還流した。反応終了後、溶媒を常圧蒸留し、さらにトルエン(10mL)を加え、同様に濃縮した。放冷後、残差に水及びクロロホルムを加え、有機層を分離した後、水層をクロロホルムで抽出した。合わせた有機層を硫酸ナトリウムで乾燥後、減圧濃縮し粗生成物を得た。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離溶媒:クロロホルム/メタノ−ル=95/5)により精製し、目的の(E)−3−{5−{4−[ビス(2,2−ジメチル−1,3−ベンゾジオキソール−5−イル)アミノ]フェニル}チオフェン−2−イル}−2−シアノアクリル酸を赤色固体として得た(54mg,0.11mmol,quant.)。
1H−NMR(400MHz,CDCl3):δ8.27(s,1H),7.73(d,J=4.0Hz,1H),7.49(d,J=8.9Hz,2H),7.28(d,J=4.0Hz,1H),6.90(d,J=8.9Hz,2H),6.66(d,J=8.2Hz,2H),6.59(brd,J=8.2Hz,2H),5.56(brs,2H)1.69(s,12H).
実施例−9
アルゴン雰囲気下、200mLフラスコに5−{4−[ビス(2,2−ジブチル−1,3−ベンゾジオキソール−5−イル)アミノ]フェニル}チオフェン−2−カルボキサアルデヒド(430mg,0.64mmol)及びシアノ酢酸(68mg,0.77mmol)をとり、ピペリジン−酢酸塩のトルエン溶液(0.1M,0.77mL,0.77mmol)及びトルエン(60mL)を加え、120℃で2時間加熱還流した。反応終了後、溶媒を常圧蒸留し、さらにトルエン(60mL)を加え、同様に濃縮した。放冷後、残差に水及びクロロホルムを加え、有機層を分離した後、水層をクロロホルムで抽出した。
合わせた有機層を硫酸ナトリウムで乾燥後、減圧濃縮し粗生成物を得た。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離溶媒:クロロホルム/メタノ−ル=95/5)により精製し、目的の(E)−3−{5−{4−[ビス(2,2−ジブチル−1,3−ベンゾジオキソール−5−イル)アミノ]フェニル}チオフェン−2−イル}−2−シアノアクリル酸を赤色固体として得た(376mg,0.51mmol,80%)。
1H−NMR(400MHz,CDCl3):δ8.29(s,1H),7.75(d,J=4.2Hz,1H),7.50(d,J=8.9Hz,2H),7.29(d,J=4.2Hz,1H),6.89(d,J=8.9Hz,2H),6.64(dd,J=7.1,1.6Hz,2H),6.57(dd,J=7.1,2.1Hz,2H),6.56(brs,2H),1.84−1.94(m,8H),1.28−1.50(m,16H),0.92(t,J=7.2Hz,12H).
実施例−10
アルゴン雰囲気下、100mLフラスコに5−{4−{ビス[スピロ(1,3−ベンゾジオキソール−2,1’−シクロヘキサン−5−イル)]アミノ}フェニル}チオフェン−2−カルボキサアルデヒド(320mg,0.55mmol)及びシアノ酢酸(56mg,0.66mmol)をとり、ピペリジン−酢酸塩のトルエン溶液(0.1M,6.60mL,0.66mmol)及びトルエン(50mL)を加え、120℃で2時間加熱還流した。反応終了後、溶媒を常圧蒸留し、さらにトルエン(40mL)を加え、同様に濃縮した。放冷後、残差に水及びクロロホルムを加え、有機層を分離した後、水層をクロロホルムで抽出した。合わせた有機層を硫酸ナトリウムで乾燥後、減圧濃縮し粗生成物を得た。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離溶媒:クロロホルム/メタノ−ル=95/5)により精製し、目的の(E)−3−{5−{4−{ビス[スピロ(1,3−ベンゾジオキソール−2,1’−シクロヘキサン−5−イル)]アミノ}フェニル}チオフェン−2−イル}−2−シアノアクリル酸を赤色固体として得た(378mg,0.58mmol,quant.)。
1H−NMR(400MHz,CDCl3):δ8.28(s,1H),7.74(d,J=3.9Hz,1H),7.49(d,J=8.7Hz,2H),7.28(d,J=3.9Hz,1H),6.89(d,J=8.7Hz,2H),6.66(d,J=8.9Hz,2H),6.59(dd,J=8.9,2.1Hz,2H),6.58(brs,2H),1.92(t,J=5.8Hz,8H),1.66−1.77(m,8H),1.44−1.57(m,4H).
実施例−11
アルゴン雰囲気下、100mL二口フラスコに5−{4−[ビス(2,2−ジフェニル−1,3−ベンゾジオキソール−5−イル)アミノ]フェニル}チオフェン−2−カルボキサアルデヒド(312mg,0.42mmol)及びシアノ酢酸(43mg,0.50mmol)をとり、ピペリジン−酢酸塩のトルエン溶液(0.1M,5mL,0.50mmol)及びトルエン(40mL)を加え、120℃で2時間加熱還流した。反応終了後、溶媒を常圧蒸留し、さらにトルエン(40mL)を加え、同様に濃縮した。放冷後、残渣に水及びクロロホルムを加え、有機層を分離した後、水層をクロロホルムで抽出した。合わせた有機層を硫酸ナトリウムで乾燥後、減圧濃縮し粗生成物を得た。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離溶媒:クロロホルム/メタノール=97/3)により精製し、目的の(E)−3−{5−{4−[ビス(2,2−ジフェニル−1,3−ベンゾジオキソール−5−イル)アミノ]フェニル}チオフェン−2−イル}−2−シアノアクリル酸を赤色固体として得た(155mg,0.19mmol,45%)。
1H−NMR(400MHz,CDCl3):δ8.28(s,1H),7.74(d,J=4.2Hz,1H),7.56−7.59(m,8H),7.47(d,J=8.9Hz,2H),7.35−7.42(m,12H),7.28(d,J=4.2Hz,1H),6.88(d,J=8.9Hz,2H),6.79(d,J=8.2Hz,2H),6.70(d,J=2.2Hz,2H),6.61(dd,J=8.2,2.2Hz,2H).
実施例−12
アルゴン雰囲気下、50mL二口フラスコに5−{{4−{ビス[スピロ(1,3−ベンゾジオキソール−2,1’−シクロヘキサン−5−イル)]アミノ}フェニル}−N−メチルピロール−2−イル}チオフェン−2−カルボキサアルデヒド(109mg,0.17mmol)及びシアノ酢酸(17mg,0.20mmol)をとり、ピペリジン−酢酸塩のトルエン溶液(0.1M,2mL,0.20mmol)及びトルエン(16mL)を加え、120℃で2時間加熱還流した。反応終了後、溶媒を常圧蒸留し、さらにトルエン(10mL)を加え、同様に濃縮した。放冷後、残渣に水及びクロロホルムを加え、有機層を分離した後、水層をクロロホルムで抽出した。合わせた有機層を硫酸ナトリウムで乾燥後、減圧濃縮し粗生成物を得た。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離溶媒:クロロホルム/メタノール=97/3)により精製し、目的の(E)−3−{5−{{4−{ビス[スピロ(1,3−ベンゾジオキソール−2,1’−シクロヘキサン−5−イル)]アミノ}フェニル}−N−メチルピロール−2−イル}チオフェン−2−イル}−2−シアノアクリル酸を赤色固体として得た(87mg,0.12mmol,71%)。
1H−NMR(400MHz,CDCl3):δ8.27(s,1H),7.75(d,J=4.3Hz,1H),7.20(d,J=4.3Hz,1H),7.20(d,J=8.8Hz,2H),6.95(d,J=8.8Hz,2H),6.71(d,J=3.9Hz,1H),6.66(d,J=8.5Hz,2H),6.60(d,J=2.2Hz,2H),6.59(dd,J=8.5,2.2Hz,2H),6.26(d,J=3.9Hz,1H),3.80(s,3H),1.92(t,J=5.9Hz,8H),1.72(brs,8H),1.49−1.51(m,4H).
実施例−13
アルゴン雰囲気下、ディ−ンスタ−ク付き50mLフラスコに参考例−1にて合成した5−ヨード−1,3−ベンゾジオキソール(2.09mL,15.0mmol)、4−ブロモアニリン(1.03g,6.00mmol)、1,10−フェナントロリン(108mg,0.60mmol)、ヨウ化銅(114mg,0.60mmol)及び水酸化カリウム(5.39g,96.0mmol)をとり、トルエン(30mL)を加え、125℃で16時間加熱還流した。放冷後、反応混合物にクロロホルムを加え、シリカゲルろ過した。ろ液を減圧濃縮し、得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離溶媒:ヘキサン/クロロホルム=2/1)により精製し、目的のN,N−ビス(1,3−ベンゾジオキソール−5−イル)−4−ブロモアニリンを褐色粘稠固体として得た(1.44g,3.49mmol,51%)。
1H−NMR(400MHz,CDCl3):δ7.26(d,J=8.8Hz,2H),6.81(d,J=8.8Hz,2H),6.71(d,J=8.3Hz,2H),6.60(d,J=2.0Hz,2H),6.54(dd,J=8.3,2.0Hz,2H),5.94(s,4H).
実施例−14
アルゴン雰囲気下、ディ−ンスタ−ク付き100mLフラスコに参考例−2にて合成した2,2−ジメチル−5−ヨード−1,3−ベンゾジオキソール(9.00g,32.6mmol)、4−ブロモアニリン(2.70g、15.5mmol),1,10−フェナントロリン(140mg,0.78mmol)、ヨウ化銅(148mg,0.78mmol)及び水酸化カリウム(7.00g,124mmol)をとり、トルエン(3mL)を加え、120℃で14.5時間加熱還流した。放冷後、反応混合物にクロロホルムを加え、シリカゲルろ過した。ろ液を減圧濃縮し、得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離溶媒:ヘキサン/クロロホルム=2/1)により精製し、目的のN,N−ビス(2,2−ジメチル−1,3−ベンゾジオキソール−5−イル)−4−ブロモアニリンを淡紫色固体として得た(3.00g,6.41mmol,41%)。
1H−NMR(400MHz,CDCl3):δ7.23(d,J=9.0Hz,2H),6.80(d,J=9.0Hz,2H),6.61(d,J=8.8Hz,2H),6.51(s,2H),6.51(d,J=8.8Hz,2H),1.67(s,12H).
実施例−15
アルゴン雰囲気下、100mLフラスコに参考例−3にて合成した2,2−ジブチル−5−ヨード−1,3−ベンゾジオキソール(11.0g,30.4mmol)、4−ブロモアニリン(2.49g,14.5mmol)、1,10−フェナントロリン(131mg,0.73mmol)、ヨウ化銅(138mg,0.73mmol)及び水酸化カリウム(6.51g,116mmol)をとり、トルエン(6mL)を加え、120℃で14.5時間加熱還流した。放冷後、反応混合物に水及びクロロホルムを加え、有機層を分離した後、水層をクロロホルムで抽出した。合わせた有機層を硫酸ナトリウムで乾燥後、減圧濃縮し粗生成物を得た。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離溶媒:ヘキサン/クロロホルム=2/1)により精製し、目的のN,N−ビス(2,2−ジブチル−1,3−ベンゾジオキソール−5−イル)−4−ブロモアニリンを褐色粘稠固体として得た(1.68g,2.64mmol,18%)。
1H−NMR(400MHz,CDCl3):δ7.23(d,J=8.9Hz,2H),6.80(d,J=8.9Hz,2H),6.58(d,J=7.9Hz,2H),6.47(dd,J=7.9,2.2Hz,2H),6.49(brs,2H),1.85−1.95(m,8H),1.27−1.48(m,16H),0.91(t,J=7.2Hz,12H).
実施例−16
アルゴン雰囲気下、50mLシュレンク管反応容器に参考例−4にて合成した5−ヨード−1,3−ベンゾジオキソール−2−スピロシクロヘキサン(1.82g,5.70mmol)、4−ブロモアニリン(465mg,2.70mmol)、1,10−フェナントロリン(24mg,0.14mmol)、ヨウ化銅(26mg,0.14mmol)及び水酸化カリウム(1.21g,21.6mmol)をとり、トルエン(1mL)を加え、120℃で16.5時間加熱還流した。放冷後、反応混合物にクロロホルムを加え、シリカゲルろ過した。ろ液を減圧濃縮し、得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離溶媒:ヘキサン/クロロホルム=2/1)により精製し、目的のN,N−ビス[スピロ(1,3−ベンゾジオキソール−2,1’−シクロヘキサン−5−イル)]−4−ブロモアニリンを褐色粘稠固体として得た(757mg,1.38mmol,51%)。
1H−NMR(400MHz,CDCl3):δ7.22(d,J=8.9Hz,2H),6.79(d,J=8.9Hz,2H),6.61(d,J=8.1Hz,2H),6.52(d,J=2.1Hz,2H),6.49(dd,J=8.1,2.1Hz,2H),1.90(t,J=6.0Hz,8H),1.65−1.76(m,8H),1.45−1.53(m,4H).
実施例−17
アルゴン雰囲気下、50mLシュレンク管反応容器に参考例−5にて合成した2,2−ジフェニル−5−ヨード−1,3−ベンゾジオキソール(6.43g,16.0mmol)、4−ブロモアニリン(1.32g,7.60mmol)、1,10−フェナントロリン(69mg,0.38mmol)、ヨウ化銅(72mg,0.38mmol)及び水酸化カリウム(3.41g,61.0mmol)をとり、トルエン(3.4mL)を加え、120℃で16時間加熱還流した。放冷後、反応混合物にクロロホルムを加え、シリカゲルろ過した。ろ液を減圧濃縮し、得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離溶媒:ヘキサン/クロロホルム=2/1)により精製し、目的のN,N−ビス(2,2−ジフェニル−1,3−ベンゾジオキソール−5−イル)−4−ブロモアニリンを褐色粘稠固体として得た(3.25g,4.53mmol,60%)。
1H−NMR(400MHz,CDCl3):δ7.53−7.59(m,8H),7.33−7.42(m,12H),7.22(d,J=9.0Hz,2H),6.78(d,J=9.0Hz,2H),6.73(d,J=8.3Hz,2H),6.63(d,J=2.2Hz,2H),6.51(dd,J=8.3,2.2Hz,2H).
実施例−18
アルゴン雰囲気下、100mLフラスコにN,N−ビス(1,3−ベンゾジオキソール−5−イル)−4−ブロモアニリン(1.24g,3.00mmol)、(pin)2B2(914mg,3.60mmol)、塩化パラジウム(27mg,0.15mmol)、dppf(83mg,0.15mmol)及び酢酸カリウム(883g,9.00mmol)をとり、1,4−ジオキサン(35mL)を加え、110℃で22時間加熱還流した。放冷後、溶媒を減圧留去し、得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離溶媒:ヘキサン/クロロホルム=1/1)により精製し、目的の2−{4−[ビス(1,3−ベンゾジオキソール−5−イル)アミノ]}フェニル−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロランを褐色粘稠固体として得た(1.29g,2.80mmol,93%)。
1H−NMR(400MHz,CDCl3):δ7.61(d,J=8.4Hz,2H),6.89(d,J=8.4Hz,2H),6.71(d,J=8.3Hz,2H),6.63(d,J=2.0Hz,2H),6.58(dd,J=8.3,2.0Hz,2H),5.95(s,4H),1.32(s,12H).
実施例−19
アルゴン雰囲気下、200mL二口フラスコにN,N−ビス(2,2−ジメチル−1,3−ベンゾジオキソール−5−イル)−4−ブロモアニリン(2.20g,4.70mmol)、(pin)2B2(1.42g,5.60mmol)、塩化パラジウム(42mg,0.24mmol)、dppf(130mg,0.24mmol)及び酢酸カリウム(1.38g,14.1mmol)をとり、1,4−ジオキサン(50mL)を加え、110℃で22時間加熱還流した。放冷後、溶媒を減圧留去し、粗生成物を得た。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離溶媒:ヘキサン/クロロホルム=1/1)により精製し、目的の2−{4−[ビス(2,2−ジメチル−1,3−ベンゾジオキソール−5−イル)アミノ]}フェニル−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロランを褐色粘稠固体として得た(1.90g,3.69mmol,79%)。
1H−NMR(400MHz,CDCl3):δ7.59(d,J=8.6Hz,2H),6.87(d,J=8.6Hz,2H),6.62(dd,J=7.4,1.2Hz,2H),6.55(dd,J=7.4,2.2Hz,2H),6.54(brs,2H),1.67(s,12H),1.31(s,12H).
実施例−20
アルゴン雰囲気下、100mLフラスコにN,N−ビス(2,2−ジブチル−1,3−ベンゾジオキソール−5−イル)−4−ブロモアニリン(1.48g,2.33mmol)、(pin)2B2(710mg,2.80mmol)、塩化パラジウム(21mg,0.12mmol)、dppf(65mg,0.12mmol)及び酢酸カリウム(686mg,6.99mmol)をとり、1,4−ジオキサン(27mL)を加え、110℃で26.5時間加熱還流した。放冷後、溶媒を減圧留去し、得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離溶媒:ヘキサン/クロロホルム=1/1)により精製し、目的の2−{4−[ビス(2,2−ジブチル−1,3−ベンゾジオキソール−5−イル)アミノ]}フェニル−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロランを褐色粘稠固体として得た(1.17g,1.71mmol,73%)。
1H−NMR(400MHz,CDCl3):δ7.59(d,J=8.6Hz,2H),6.86(d,J=8.6Hz,2H),6.59(d,J=8.8Hz,2H),6.53(d,J=2.1Hz,2H),6.52(dd,J=8.8,2.1Hz,2H),1.84−1.92(m,8H),1.28−1.48(m,16H),1.31(s,12H),0.91(t,J=7.2Hz,12H).
実施例−21
アルゴン雰囲気下、50mLフラスコにN,N−ビス[スピロ(1,3−ベンゾジオキソール−2,1’−シクロヘキサン−5−イル)]−4−ブロモアニリン(757mg,1.38mmol)、(pin)2B2(421mg,1.66mmol)、塩化パラジウム(12mg,0.07mmol)、dppf(38mg,0.07mmol)及び酢酸カリウム(406mg,4.14mmol)をとり、1,4−ジオキサン(15mL)を加え、110℃で24時間加熱還流した。放冷後、溶媒を減圧留去し、得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離溶媒:ヘキサン/クロロホルム=1/1)により精製し、目的の2−{4−{ビス[スピロ(1,3−ベンゾジオキソール−2,1’−シクロヘキサン−5−イル)]アミノ}フェニル}−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロランを褐色粘稠固体として得た(589mg,0.99mmol,72%)。
1H−NMR(400MHz,CDCl3):δ7.59(d,J=8.2Hz,2H),6.86(d,J=8.2Hz,2H),6.62(d,J=8.7Hz,2H),6.50−6.58(m,4H),1.91(t,J=5.6Hz,8H),1.65−1.76(m,8H),1.44−1.52(m,4H),1.31(s,12H).
実施例−22
アルゴン雰囲気下、200mLシュレンク型反応容器にN,N−ビス(2,2−ジフェニル−1,3−ベンゾジオキソール−5−イル)−4−ブロモアニリン(1.90g,2.60mmol)、(pin)2B2(806mg,3.20mmol)、塩化パラジウム(23mg,0.13mmol)、dppf(72mg,0.13mmol)及び酢酸カリウム(765mg,7.80mmol)をとり、1,4−ジオキサン(27mL)を加え、110℃で22時間加熱還流した。放冷後、溶媒を減圧留去し、得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離溶媒:ヘキサン/クロロホルム=1/1)により精製し、目的の2−{4−[ビス(2,2−ジフェニル−1,3−ベンゾジオキソール−5−イル)アミノ]}フェニル−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロランを褐色粘稠固体として得た(1.15g,1.51mmol,58%)。
1H−NMR(400MHz,CDCl3):δ7.55−7.60(m,10H),7.34−7.42(m,12H),6.86(d,J=8.7Hz,2H),6.74(d,J=8.3Hz,2H),6.66(d,J=2.2Hz,2H),6.56(dd,J=8.3,2.2Hz,2H),1.31(s,12H).
参考例−1
アルゴン雰囲気下、1LフラスコにN−ヨードコハク酸イミド(14.8g,66.0mmol)をとり、1,3−ベンゾジオキソール(6.31mL,55.0mmol)及び酢酸(470mL)を加え、室温で65時間撹拌した。反応終了後、酢酸を減圧留去し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液を用いて中和した。ここへチオ硫酸ナトリウム、水及びクロロホルムを加え、有機層を分離した後、水層をクロロホルムで抽出した。合わせた有機層を硫酸ナトリウムで乾燥後、減圧濃縮し、粗生成物を得た。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離溶媒:ヘキサン)により精製し、目的の5−ヨード−1,3−ベンゾジオキソールを無色液体として得た(11.3g,45.7mmol,83%)。
1H−NMR(400MHz,CDCl3):δ7.14(dd,J=8.0,1.6Hz,1H),7.12(d,J=1.6Hz,1H),6.59(d,J=8.0Hz,1H),5.95(s,2H).
参考例−2
アルゴン雰囲気下、500mLフラスコに2,2−ジメチル−1,3−ベンゾジオキソール(7.95g,52.9mmol)、N−ヨードコハク酸イミド(15.0g,66.7mmol)をとり、酢酸(200mL)を加え、室温で24時間撹拌した。反応終了後、酢酸を減圧留去し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液を用いて中和した。ここへチオ硫酸ナトリウム、水及びクロロホルムを加え、有機層を分離した後、水層をクロロホルムで抽出した。合わせた有機層を硫酸ナトリウムで乾燥後、減圧濃縮し、粗生成物を得た。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離溶媒:ヘキサン)により精製し、目的の2,2−ジメチル−5−ヨード−1,3−ベンゾジオキソールを無色液体として得た(12.2g,44.2mmol,84%)。
1H−NMR(400MHz,CDCl3):δ7.09(dd,J=8.1,1.7Hz,1H),7.02(d,J=1.7Hz,1H),6.50(d,J=8.1Hz,
1H),1.66(s,6H).
参考例−3
アルゴン雰囲気下、1Lフラスコに2,2−ジブチル−1,3−ベンゾジオキソール(14.0g,60.0mmol)、N−ヨードコハク酸イミド(16.2g,72.0mmol)をとり、酢酸(500mL)を加え、室温で75時間撹拌した。反応終了後、酢酸を減圧留去し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液を用いて中和した。ここへチオ硫酸ナトリウム、水及びクロロホルムを加え、有機層を分離した後、水層をクロロホルムで抽出した。合わせた有機層を硫酸ナトリウムで乾燥後、減圧濃縮し、粗生成物を得た。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離溶媒:ヘキサン)により精製し、目的の2,2−ジブチル−5−ヨード−1,3−ベンゾジオキソールを無色液体として得た(22.2g,61.6mmol,quant.)。
1H−NMR(400MHz,CDCl3):δ7.06(dd,J=8.1,1.7Hz,1H),7.00(d,J=1.7Hz,1H),6.48(d,J=8.1Hz,1H),1.82−1.93(m,4H),1.25−1.45(m,8H),0.89(t,J=7.2Hz,6H).
参考例−4
アルゴン雰囲気下、200mLフラスコに1,3−ベンゾジオキソール−2−スピロシクロヘキサン(1.26g,6.60mmol)、N−ヨードコハク酸イミド(1.78g,7.92mmol)をとり、酢酸(55mL)を加え、室温で40時間撹拌した。反応終了後、酢酸を減圧留去し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液を用いて中和した。ここへチオ硫酸ナトリウム、水及びクロロホルムを加え、有機層を分離した後、水層をクロロホルムで抽出した。合わせた有機層を硫酸ナトリウムで乾燥後、減圧濃縮し、粗生成物を得た。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離溶媒:ヘキサン)により精製し、目的の5−ヨード−1,3−ベンゾジオキソール−2−スピロシクロヘキサンを無色液体として得た(1.82g,5.74mmol,87%)。
1H−NMR(400MHz,CDCl3):δ7.07(dd,J=8.1,1.7Hz,1H),7.02(d,J=1.7Hz,1H),6.51(d,J=8.1Hz,1H),1.88(t,J=6.2Hz,4H),1.68−1.75(m,4H),1.45−1.53(m,2H).
参考例−5
アルゴン雰囲気下、500mLフラスコに2,2−ジフェニル−1,3−ベンゾジオキソール(6.86g,25.0mmol)、N−ヨードコハク酸イミド(6.75g,30.0mmol)をとり、酢酸(220mL)を加え、室温で65時間撹拌した。反応終了後、酢酸を減圧留去し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液を用いて中和した。ここへチオ硫酸ナトリウム、水及びクロロホルムを加え、有機層を分離した後、水層をクロロホルムで抽出した。合わせた有機層を硫酸ナトリウムで乾燥後、減圧濃縮し、粗生成物を得た。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離溶媒:ヘキサン)により精製し、目的の2,2−ジフェニル−5−ヨード−1,3−ベンゾジオキソールを無色液体として得た(7.53g,19.0mmol,75%)。
1H−NMR(400MHz,CDCl3):δ7.51−7.58(m,4H),7.35−7.43(m,6H),7.18(d,J=1.7Hz,1H),7.15(dd,J=8.1,1.7Hz,1H),6.66(d,J=8.1Hz,1H).
参考例−6
本化合物((E)−3−{5−[4−(ジフェニルアミノ)フェニル]チオフェン−2−イル}−2−シアノアクリル酸)は公知であり、The Journal of Organic Chemistry,2007年,72巻,9550−9556頁に開示されている方法に従い合成した。
試験例及び比較例.
酸化チタンペースト(日揮触媒化成工業社製、PST−18NR D,0.5mL)をFTOガラス基板上に取り、50μm程度の厚みに塗布した。これを室温で1時間乾燥させた後、電気炉にて焼成した(450℃,30分、次いで550℃,30分)。放冷後、この基板を、実施例7で得られたトリアリールアミン化合物(1b)のアセトニトリル溶液(0.5mM)に浸し、室温で16時間浸漬させた。基盤をアセトニトリルで洗浄後、乾燥し、半導体電極を得た。
アルゴン雰囲気下、ヨウ化1,2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウム(2.66g,10.0mmol)、ヨウ化リチウム(67mg,0.50mmol)、4−tert−ブチルピリジン(676mg,5.0mmol)、ヨウ素(76mg,0.05mmol)及びグアニジンチオシアナート(118mg,1.0mmol)を取り、無水アセトニトリル及びバレロニトリルの混合溶液(MeCN:BuCN=85:15,10mL)を加え、電解質溶解液を調製した。
先に作製した半導体電極及びPt板を、高分子製スペ−サ−を介して張り合わせ、間隙に電解質溶解液を20μL注入し、色素増感太陽電池素子を得た。色素増感太陽電池素子の電流密度−電圧特性はソーラーシミュレータ(AM1.5,100mW/cm2)を用いて測定した。得られた短絡電流密度(Jsc)、開放電圧(Voc)、フィルファクター(ff)及び光電変換効率(Efficiency)を表1に示した。
表1に示すその他の色素増感太陽電池素子も、用いたトリアリールアミン化合物を表1に示すトリアリールアミン化合物に置き換えた以外は全く同じ方法で作製した。
試験例−1〜6に示したように、本発明のトリアリールアミン化合物を用いた色素増感太陽電池素子は、比較例に示した公知化合物を用いた素子と比して、大きな短絡電流密度及び高い光電変換効率を与えた。色素増感太陽電池素子の解放電圧についても、本発明のトリアリールアミン化合物を用いることで増加する傾向がある。