JPWO2007119525A1 - 有機化合物及びそれを用いた半導体薄膜電極、光電変換素子、光電気化学太陽電池 - Google Patents
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Abstract
Description
この太陽電池は、ルテニウム錯体からなる増感剤を用い、ナノ粒子の酸化チタンや酸化亜鉛などの大きいバンドギャップを有する酸化物半導体のナノポーラス薄膜電極、ヨウ素レドックス電解液及び対極から構成される。7〜10%の太陽エネルギー変換効率を示し、比較的高い光電変換効率が得られる点と低コスト製造の可能性から、近年次世代太陽電池の一つとして注目され、研究開発が活発におこなわれている。
これまでに用いられてきた有機色素には、フェニルキサンテン色素、フタロシアニン色素、シアニン色素、メロシアニン色素、ポルフィリン色素、アゾ色素などが挙げられる(非特許文献3,4)。とくに、クマリン色素(非特許文献5)は吸収波長領域がルテニウム錯体とほぼ同等であり、高い光電変換効率を示した。しかしながら、一般的に有機色素を用いた色素増感太陽電池の場合、ルテニウム錯体を用いた太陽電池に比べて、開放電圧が低く、変換効率が低いのが問題点であった。
〈1〉下記一般式(1)で表される有機化合物。
〈2〉〈1〉に記載の有機化合物を有機色素として用いることを特徴とする半導体薄膜電極。
〈3〉〈2〉に記載の半導体薄膜電極を用いることを特徴とする光電変換素子。
〈4〉〈3〉に記載の光電変換素子を用いることを特徴とする光電気化学太陽電池。
2 レドックス電解液層
3 色素吸着半導体薄膜電極層
4 導電性透明ガラス
置換基としては、例えば、メチル基、ヘキシル基などの直鎖型又はイソブチル基、2−エチルオクチル基などの分岐型の炭素数1〜20、好ましくは1〜12のアルキル基;メトキシ基、ブトキシ基などの炭素数1〜20、好ましくは1〜12アルコキシ基;フェニル基、ナフチル基などの炭素数3〜20、好ましくは5〜12のアリール基;メチルアミノ基、オクチルアミノ基などの炭素数1〜20、好ましくは1〜12のアルキル基を有するモノアルキルアミノ基、ジエチルアミノ基などの炭素数1〜20、好ましくは1〜12のアルキル基を有するジアルキルアミノ基;ピペリジル基などの環構成元素数5〜8、好ましくは5〜6の環状アミノ基;クロロ基、ブロモ基、ヨード基などのハロゲン基;水酸基;ニトロ基;アミノ基が挙げられる。
この連結基としては下記一般式(2)で表されるものを示すことができる。
この連結基としては下記一般式(4)で表されるものを示すことができる。
次に、前記一般式(1)で表される化合物(有機色素)の具体例を以下に示すが、本発明は、これらの化合物に限定されない。
この場合、半導体薄膜電極の基板としては、従来公知のものがそのまま適用することができる。たとえば、フッ素あるいはアンチモンドープの酸化スズ(NESA)、スズドープの酸化インジウム(ITO)、アルミニウムドープの酸化亜鉛などの導電性透明酸化物半導体薄膜をコートしたガラスあるいはプラスチック基板である。好ましくは、フッ素ドープの酸化スズ薄膜コートガラスである。
化合物半導体材料は、例えば、TiO2、ZnO、In2O3、SnO2、ZrO2、Ta2O5、Nb2O5、Fe2O3、Ga2O3、WO3、SrTiO3などの金属酸化物および複合酸化物、AgI、AgBr、CuI、CuBrなどの金属ハロゲン化物、さらに、ZnS、TiS2、ZnO、In2S3、SnS、SnS2、ZrS2、Ag2S、PbS、CdS、TaS2、CuS、Cu2S、WS2、MoS2、CuInS2などの金属硫化物、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などの金属セレン化物ならび金属テルル化物などを挙げることができるが、これらに限定されない。好ましくは、TiO2、ZnO、SnO2などの酸化物半導体材料である。
前記半導体薄膜電極の膜厚は、通常、0.5〜100μmであり、好ましくは、5〜20μmである。
マグネシウム93mgに2−ブロモ−3−ヘキシルチオフェン903mgのエーテル溶液10mLを滴下し、完全に滴下し終わった後、反応溶液を加熱還流させ、グリニア試薬を調整する。反応溶液を室温に戻し、[1,3−ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパン]ニッケルクロリドを19mg加える。その反応溶液に(32)で表される3−ヨウド−9−エチルカルバゾール1.12gのエーテル溶液20mLを滴下し、室温で1時間攪拌する。その後、塩化アンモニウム溶液を加えエーテルにより抽出する。有機層を水及び飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧下で留去し粗生成物を得た。その粗生成物をカラムクロマトグラフィー(溶媒:へキサン)により精製し、(33)で表される目的生成物であるカルバゾール誘導体を930mg得た。収率は74%であった。
(33)で表される化合物の1H NMRデータ(300MH z,CDCl3):δ8.14 (1H, d, J = 1.5 Hz), 8.10 (1H, d, J = 7.7 Hz), 7.54 (1H, dd, J = 8.3, 1.5 Hz), 7.50-7.41 (3H, m), 7.27-7.25 (1H, m), 7.23 (1H, d, J= 5.2 Hz), 7.01 (1H, d, J = 5.2 Hz), 4.40 (2H, q, J = 7.2 Hz), 2.71 (2H, dd, J = 8.2, 7.4 Hz), 1.67-1.63 (2H, m), 1.47 (3H, t, J = 7.2 Hz), 1.35-1.26 (6H, m), 0.84 (3H, t, J = 6.8 Hz).
(34)で表される化合物の1H NMRデータ(300MHz,CDCl3):δ8.09 (1H, d, J = 7.7 Hz), 8.08 (1H, s), 7.53-7.40 (4H, m), 7.25 (1H, ddd, J = 7.7, 6.8, 1.1 Hz), 6.96 (1H, s), 4.39 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.63 (2H, t, J = 7.7 Hz), 1.65-1.55 (2H, m), 1.47 (3H, t, J = 7.1 Hz), 1.35-1.24 (6H, m), 0.84 (3H, t, J = 6.8 Hz).
(36)で表される化合物の1H NMRデータ(300MHz,CDCl3):δ8.17 (1H, d, J = 1.1 Hz), 8.12 (1H, d, J = 7.7 Hz), 7.56 (1H, dd, J = 8.4, 1.8 Hz), 7.53-7.42 (3H, m), 7.29-7.23 (1H, m), 7.09 (1H, s), 7.04 (1H, d, J = 1.3 Hz), 6.80 (1H, br s), 4.40 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.70 (2H, t, J = 7.8 Hz), 2.60 (2H, t, J = 7.8 Hz), 1.73-1.60 (4H, m), 1.48 (3H, t, J = 7.1 Hz), 1.40-1.24 (12H, m), 0.91 (3H, t, J = 6.6 Hz), 0.86 (3H, t, J = 6.6 Hz).
(37)で表される化合物の1H NMRデータ(300MHz,CDCl3):δ8.17 (1H, d, J = 1.1 Hz), 8.12 (1H, d, J = 7.7 Hz), 7.56 (1H, dd, J = 8.4, 1.8 Hz), 7.53-7.42 (3H, m), 7.29-7.23 (1H, m), 7.09 (1H, s), 7.01 (1H, s), 6.98 (1H, br s), 6.89 (1H, br s), 4.40 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.77-2.67 (4H, m), 2.62 (2H, t, J = 7.8 Hz), 1.74-1.61 (6H, m), 1.48 (3H, t, J = 7.1 Hz), 1.40-1.24 (18H, m), 0.94-0.82 (9H, m).
(38)で表される化合物の1H NMRデータ(300MHz,CDCl3):δ8.19 (1H, s), 8.13 (1H, d, J = 7.7 Hz), 7.57 (1H, d, J = 8.2 Hz), 7.54-7.43 (3H, m), 7.30-7.25 (1H, m), 7.12 (1H, s), 7.04 (1H, s), 7.00 (1H, br s), 6.99 (1H, s), 6.92 (1H, br s), 4.41 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.83-2.69 (6H, m), 2.64 (2H, t, J = 7.7 Hz), 1.78-1.62 (8H, m), 1.49 (3H, t, J = 7.1 Hz), 1.48-1.26 (24H, m), 0.95-0.85 (12H, m).
(39)で表される化合物の1H NMRデータ(400 MHz, THF-d8) δ8.18 (1H, br s), 8.12 (1H, d, J = 7.9 Hz), 7.60-7.51 (3H, m), 7.44 (1H, br t, J = 8.0 Hz), 7.19 (1H, br t, J = 7.8 Hz), 7.17 (1H, s), 7.11 (1H, s), 7.06 (1H, s), 7.04-7.03 (3H, m), 4.47 (2H, q, J = 7.2 Hz), 2.85-2.76 (4H, m), 2.73 (2H, t, J = 7.7 Hz), 2.66-2.58 (4H, m), 1.73-1.60 (10H, m), 1.43 (3H, t, J = 7.0 Hz), 1.42-1.25 (30H, m), 0.94-0.82 (15H, m).
(40)で表される化合物の1H NMRデータ(400 MHz, THF-d8) δ8.19 (1H, br s), 8.12 (1H, d, J = 7.8 Hz), 7.60-7.51 (3H, m), 7.44 (1H, ddd, J = 8.0, 7.0, 1.0 Hz), 7.19 (1H, br t, J = 7.4 Hz), 7.18 (1H, s), 7.12 (1H, s), 7.064 (1H, s), 7.061 (1H, s), 7.05 (1H, s), 7.03 (2H, m), 4.47 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.87-2.76 (8H, m), 2.73 (2H, t, J = 7.7 Hz), 2.63 (2H, t, J = 7.7 Hz), 1.77-1.64 (12H, m), 1.43 (3H, t, J = 7.1 Hz), 1.40-1.26 (36H, m), 0.95-0.89 (15H, m), 0.85 (3H, t, J = 6.9 Hz).
(41)で表される化合物の1H NMRデータ(300MHz,CDCl3):δ 10.02 (1H, s), 8.17 (1H, d, J = 1.4 Hz), 8.12 (1H, d, J = 7.7 Hz), 7.55 (1H, dd, J = 8.5, 1.7 Hz), 7.53-7.42 (3H, m), 7.29-7.23 (1H, m), 7.14 (1H, s), 7.05 (2H, br s), 4.40 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.95 (2H, t, J = 7.7 Hz), 2.82 (2H, t, J = 7.7 Hz), 2.71 (2H, t, J = 7.7 Hz), 1.74-1.61 (6H, m), 1.48 (3H, t, J = 7.1 Hz), 1.44-1.24 (18H, m), 0.94-0.83 (9H, m).
(5)で示される色素化合物の1H NMRデータ(300MHz,DMSO-d6):δ 8.23-8.16 (3H, m), 7.65 (1H, d, J = 8.8 Hz), 7.62 (1H, d, J = 8.5 Hz), 7.51-7.44 (2H, m), 7.32 (1H, s), 7.25 (1H, s), 7.23 (1H, s), 7.19 (1H, d, J = 7.4 Hz), 4.45 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.80-2.70 (4H, m), 2.64 (2H, t, J = 7.7 Hz), 1.68-1.52 (6H, m), 1.32 (3H, t, J = 7.7 Hz), 1.38-1.14 (18H, m), 0.83 (3H+3H, t, J = 6.6 Hz), 0.75 (3H, t, J = 6.6 Hz)
DMF1mLに冷却(0度)下、オキシ塩化リン0.1mLを滴下し、室温で1時間攪拌し、Vilsmeier試薬を合成する。(38)で表されるヘキシル置換チオフェン環が4個連なったカルバゾール誘導体270mgのDMF溶液5mLに上記のVilsmeier試薬を室温で滴下し、70度で4時間攪拌する。その後10%の酢酸ナトリウム水溶液30mLを加え中和し、酢酸エチルで抽出を行う。有機層を水及び飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧下で留去し粗生成物を得た。その粗生成物をカラムクロマトグラフィー(溶媒:へキサン/酢酸エチル=20/1)により粗精製し、さらに液体クロマトグラフィーにより精製し、(42)で表されるアルデヒド誘導体225mgを得た。収率は81%であった。
(42)で表される化合物の1H NMRデータ(300MHz,CDCl3):δ 10.03 (1H, s), 8.18 (1H, d, J = 1.4 Hz), 8.13 (1H, d, J = 7.7 Hz), 7.56 (1H, dd, J = 8.5, 1.7 Hz), 7.54-7.43 (3H, m), 7.30-7.24 (1H, m), 7.13 (1H, s), 7.06 (1H, s), 7.04 (1H, s), 7.01 (1H, s), 4.40 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.96 (2H, t, J = 7.7 Hz), 2.84 (2H, t, J = 7.7 Hz), 2.80 (2H, t, J = 7.7 Hz), 2.72 (2H, t, J = 7.7 Hz), 1.77-1.64 (8H, m), 1.48 (3H, t, J = 7.1 Hz), 1.44-1.26 (24H, m), 0.96-0.84 (12H, m).
(6)で示される色素化合物の1H NMRデータ(300MHz,THF-d8):δ 8.39 (1H, s), 8.16 (1H, s), 8.08 (1H, d, J = 7.7 Hz), 7.56-7.39 (4H, m), 7.17 (1H, d, J = 7.7 Hz), 7.14 (1H, s), 7.05 (2H, s), 6.59 (1H, s), 4.42 (2H, q, J = 6.9 Hz), 2.86-2.66 (8H, m), 1.71-1.60 (8H, m), 1.40 (3H, t, J = 6.9 Hz), 1.40-1.25 (24H, m), 0.95-0.82 (12H, m).
DMF1mLに冷却(0度)下、オキシ塩化リン0.1mLを滴下し、室温で1時間攪拌し、Vilsmeier試薬を合成する。(39)で表されるヘキシル置換チオフェン環が5個連なったカルバゾール誘導体181mgのDMF溶液3mLに上記のVilsmeier試薬を室温で滴下し、70度で4時間攪拌する。その後10%の酢酸ナトリウム水溶液30mLを加え中和し、酢酸エチルで抽出を行う。有機層を水及び飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧下で留去し粗生成物を得た。その粗生成物をカラムクロマトグラフィー(溶媒:へキサン/酢酸エチル=20/1)により粗精製し、さらに液体クロマトグラフィーにより精製し、(43)で表されるアルデヒド誘導体159mgを得た。収率は84%であった。
(43)で表される化合物の1H NMRデータ(400MHz,CDCl3):δ 10.02 (1H, s), 8.16 (1H, d, J = 1.1 Hz), 8.12 (1H, d, J = 7.4 Hz), 7.56 (1H, dd, J = 8.5, 1.7 Hz), 7.50 (1H, br t, J = 7.7 Hz), 7.45 (1H, d, J = 8.5 Hz), 7.44 (1H, br d, J = 7.7 Hz), 7.26 (1H, m), 7.10 (1H, s), 7.05 (1H, s), 7.02 (1H, s), 7.00 (1H, s), 6.99 (1H, s), 4.41 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.95 (2H, t, J = 7.7 Hz), 2.85-2.76 (6H, m), 2.70 (2H, t, J = 7.7 Hz), 1.76-1.66 (10H, m), 1.48 (3H, t, J = 7.1 Hz), 1.44-1.24 (30H, m), 0.94-0.88 (12H, m), 0.85 (3H, t, J = 7.1 Hz).
(7)で示される色素化合物の1H NMRデータ(300MHz,THF-d8):δ 8.41 (1H, s), 8.18 (1H, s), 8.12 (1H, d, J = 7.7 Hz), 7.62-7.50 (4H, m), 7.45-7.40 (1H, m), 7.24 (1H, d, J = 3.4 Hz), 7.25-7.05 (4H, m), 4.47 (2H, q, J = 7.2 Hz), 2.99-2.80 (6H, m), 2.73 (2H, t, J = 7.8 Hz), 1.72-1.55 (5H, m), 1.54-1.25 (30H, m), 0.99-0.75 (12H, m).
DMF1mLに冷却(0度)下、オキシ塩化リン0.1mLを滴下し、室温で1時間攪拌し、Vilsmeier試薬を合成する。(40)で表されるヘキシル置換チオフェン環が6個連なったカルバゾール誘導体253mgのDMF溶液4mLに上記のVilsmeier試薬を室温で滴下し、70度で4時間攪拌する。その後10%の酢酸ナトリウム水溶液30mLを加え中和し、酢酸エチルで抽出を行う。有機層を水及び飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧下で留去し粗生成物を得た。その粗生成物をカラムクロマトグラフィー(溶媒:へキサン/酢酸エチル=10/1)により粗精製し、さらに液体クロマトグラフィーにより精製し、(44)で表されるアルデヒド誘導体97mgを得た。収率は38%であった。
(44)で表される化合物の1H NMRデータ(400MHz,THF-d8):δ 10.03 (1H, s), 8.18 (1H, d, J = 1.0 Hz), 8.12 (1H, d, J = 7.7 Hz), 7.60-7.51 (3H, m), 7.44 (1H, ddd, J = 8.2, 7.0, 1.1 Hz), 7.19 (1H, ddd, J = 8.0, 7.0, 1.0 Hz), 7.19 (1H, s), 7.18 (1H, s), 7.12 (2H, s), 7.09 (1H, s), 7.07 (1H, s), 4.47 (2H, q, J = 7.1 Hz), 3.00 (2H, t, J = 7.8 Hz), 2.90-2.81 (8H, m), 2.73 (2H, t, J = 7.8 Hz), 1.77-1.66 (12H, m), 1.44 (3H, t, J = 7.1 Hz), 1.42-1.26 (36H, m), 0.94-0.88 (12H, m), 0.85 (3H, t, J = 7.0 Hz).
(8)で表される化合物の1H NMRデータ(400MHz,THF-d8):δ 8.41 (1H, s), 8.19 (1H, br s), 8.11 (1H, d, J = 7.7 Hz), 7.60-7.50 (3H, m), 7.43 (1H, ddd, J = 8.2, 7.2, 1.0 Hz), 7.25 (1H, s), 7.19 (1H, br t, J = 7.2 Hz), 7.18 (1H,s), 7.13 (1H, s), 7.12 (1H, s), 7.09 (1H, s), 7.07 (1H, s), 4.46 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.91 (2H, t, J = 7.7 Hz), 2.89-2.80 (8H, m), 2.73 (2H, t, J = 7.7 Hz), 1.77-1.64 (12H, m), 1.43 (3H, t, J = 7.1 Hz), 1.46-1.26 (36H, m), 0.96-0.88 (15H, m), 0.85 (3H, t, J = 7.0 Hz).
(45)で表される9−エチルカルバゾール−3−ボロン酸エステル130mgと(46)で表されるモノブロモ−クウォーターチオフェン誘導体183mgを混合させ、テトラキス(トリフェニホスフィン)パラジウム37mgおよび2mol/L濃度の炭酸ナトリウム水溶液1mL存在下、ジメトキシエタン中、24時間加熱還流を行う。室温に冷却後、酢酸エチルで希釈し、有機層を水及び飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧下で留去し粗生成物を得た。その粗生成物をカラムクロマトグラフィー(溶媒:へキサン/酢酸エチル=50/1)により粗精製し、さらに液体クロマトグラフィー(溶媒:へキサン/酢酸エチル=50/1)により精製し、(47)で表されるカルバゾール誘導体197mgを得た。収率は90%であった。
(47)で表される化合物の1H NMRデータ(300MHz,CDCl3):δ 8.35 (1H, d, J = 1.7 Hz), 8.18 (1H, br d, J = 7.7 Hz), 7.75 (1H, dd, J = 8.5, 1.7 Hz), 7.52 (1H, ddd, J = 8.2, 7.1, 1.1 Hz), 7.43 (1H, d, J = 8.5 Hz), 7.39 (1H, d, J = 8.5 Hz), 7.33 (1H, dd, J = 5.2, 1.1 Hz), 7.31 (1H, d, J = 3.8 Hz), 7.29 (1H, m), 7.18 (1H, dd, J = 3.6, 1.1 Hz), 7.16 (1H, d, J = 3.8 Hz), 7.10 (1H, dd, J = 5.2, 3.6 Hz), 7.058 (1H, s), 7.055 (1H, s), 4.36 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.85 (2H, t, J = 7.7 Hz), 2.78 (2H, t, J = 7.7 Hz), 1.81-1.65 (4H, m), 1.46 (3H, t, J = 7.1 Hz), 1.42-1.31 (12H, m), 0.96 (3H, t, J = 6.7 Hz), 0.95 (3H, t, J = 6.7 Hz).
(48)で表される化合物の1H NMRデータ(400MHz,CDCl3):δ 9.88 (1H, s), 8.32 (1H, d, J = 1.7 Hz), 8.15 (1H, d, J = 7.7 Hz), 7.74 (1H, dd, J = 8.5, 1.7 Hz), 7.70 (1H, d, J =4.0 Hz), 7.50 (1H, ddd, J = 8.2, 7.1, 1.0 Hz), 7.42 (1H, d, J = 8.2 Hz), 7.41 (1H, d, J = 8.5 Hz), 7.30 (1H, d, J = 3.6 Hz), 7.27 (1H, br t, J = 7.4 Hz), 7.22 (1H, d, J = 4.0 Hz), 7.14 (1H, d, J = 3.6 Hz), 7.07 (1H, s), 7.04 (1H, s), 4.39 (2H, q, J = 7.2 Hz), 2.83 (2H, t, J = 7.8 Hz), 2.76 (2H, t, J = 7.8 Hz), 1.76-1.66 (4H, m), 1.46 (3H, t, J = 7.2 Hz), 1.43-1.30 (12H, m), 0.92 (3H, t, J = 6.7 Hz), 0.90 (3H, t, J = 6.7 Hz).
(9)で表される化合物の1H NMRデータ(400MHz,THF-d8):δ 8.40 (1H, br s), 8.31 (1H, s), 8.07 (1H, d, J = 7.6 Hz), 7.64 (1H, d, J = 7.9 Hz), 7.58 (1H br s), 7.46-7.37 (2H, m), 7.35 (1H, d, J = 7.1 Hz), 7.29 (1H, br s), 7.18-7.08 (3H, m), 7.05 (1H, br s), 7.00 (1H, br s), 4.31 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.82-2.68 (4H, m), 1.78-1.63 (4H, m), 1.50-1.28 (15H, m), 0.91 (3H, t, J = 6.9 Hz), 0.88 (3H, t, J = 6.9 Hz).
(45)で表される9−エチルカルバゾール−3−ボロン酸エステル180mgと(49)で表されるモノブロモ−クウォーターチオフェン誘導体226mgを混合させ、テトラキス(トリフェニホスフィン)パラジウム27mgおよび2mol/L濃度の炭酸ナトリウム水溶液1mL存在下、ジメトキシエタン中、24時間加熱還流を行う。室温に冷却後、酢酸エチルで希釈し、有機層を水及び飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧下で留去し粗生成物を得た。その粗生成物をカラムクロマトグラフィー(溶媒:へキサン/酢酸エチル=50/1)により粗精製し、さらに液体クロマトグラフィー(溶媒:へキサン/酢酸エチル=20/1)により精製し、(50)で表されるカルバゾール誘導体166mgを得た。収率は61%であった。
(50)で表される化合物の1H NMRデータ(300MHz,CDCl3):δ 8.32 (1H, br s), 8.15 (1H, br d, J = 7.7 Hz), 7.72 (1H, br d, J = 8.0 Hz), 7.50 (1H, br dd, J = 8.0, 7.1 Hz), 7.42 (1H, br d, J = 7.7 Hz), 7.40 (1H, d, J = 8.0 Hz), 7.26 (1H, br dd, J = 8.0, 7.1 Hz), 7.21-7.15 (4H, m), 7.09 (1H, br s), 7.04 (1H, d, J = 3.9 Hz), 6.95 (1H, d, J = 5.2 Hz)), 4.39 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.83-2.77 (4H, m), 1.81-1.61 (4H, m), 1.46 (3H, t, J = 7.1 Hz), 1.41-1.29 (12H, m), 0.93 (3H, t, J = 6.7 Hz), 0.91 (3H, t, J = 6.7 Hz).
(51)で表される化合物の1H NMRデータ(300MHz,CDCl3):δ 9.80 (1H, s), 8.31 (1H, br s), 8.14 (1H, d, J = 7.7 Hz), 7.56 (1H, s), 7.49 (1H, br dd, J = 8.0, 7.1 Hz), 7.41 (1H, d, J = 8.0 Hz), 7.38 (1H, d, J = 8.5 Hz), 7.27 (1H, br dd, J = 8.0, 7.1 Hz), 7.21-7.14 (4H, m), 7.08 (1H, d, J = 3.6 Hz), 4.35 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.83 (2H, t, J = 7.7 Hz), 2.81 (2H, t, J = 7.7 Hz), 1.81-1.63 (4H, m), 1.44 (3H, t, J = 7.1 Hz), 1.42-1.24 (12H, m), 0.95-0.87 (6H, m).
(10)で示される色素化合物の1H NMRデータ(400MHz,DMSO-d8):δ 8.46 (1H, s), 8.23 (1H, d, J = 7.7 Hz), 8.15 (1H, s), 7.70 (1H, dd, J = 8.5, 1.8 Hz), 7.63 (1H, s), 7.60 (1H, d, J = 8.5 Hz), 7.58 (1H, d, J = 8.5 Hz), 7.46 (1H, ddd, J = 8.1, 7.1, 1.0 Hz), 7.45 (1H, s), 7.37, (1H, d, J = 4.0 Hz), 7.36 (1H, d, J = 4.0 Hz), 7.27 (1H, d, J = 4.0 Hz), 7.22 (1H, br t, J = 7.6 Hz), 7.15 (1H, s), 4.41 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.76 (2H, t, J = 7.7 Hz), 2.73 (2H, t, J = 7.7 Hz), 1.72-1.55 (4H, m), 1.42-1.21 (12H, m), 1.30 (3H, t, J = 7.1 Hz), 0.87-0.82 (6H, m).
(52)で表されるカルバゾール誘導体336mgと市販されている(53)のビチオフェンボロン酸エステル243mgを混合させ、テトラキス(トリフェニホスフィン)パラジウム65mgおよび2mol/L濃度の炭酸ナトリウム水溶液1mL存在下、ジメトキシエタン中、24時間加熱還流を行う。室温に冷却後、酢酸エチルで希釈し、有機層を水及び飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧下で留去し粗生成物を得た。その粗生成物をカラムクロマトグラフィー(溶媒:へキサン/酢酸エチル=50/1)により粗精製し、さらに液体クロマトグラフィー(溶媒:へキサン/酢酸エチル=25/1)により精製し、(54)で表されるカルバゾール誘導体365mgを得た。収率は95%であった。
(54)で表される化合物の1H NMRデータ(300MHz,CDCl3):δ 8.17 (1H, br s), 8.13 (1H, d, J = 7.7 Hz), 7.56 (1H, dd, J = 8.5, 1.7 Hz), 7.54-7.43 (3H, m), 7.29-7.19 (4H, m), 7.14 (1H, d, J = 3.9 Hz), 7.10 (1H, s), 7.05 (1H, d, J = 3.9 Hz), 7.03 (1H, s), 4.41 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.78 (2H, t, J = 7.7 Hz), 2.70 (2H, t, J = 7.7 Hz), 1.76-1.63 (4H, m), 1.48 (3H, t, J = 7.1 Hz), 1.44-1.24 (12H, m), 0.91 (3H, t, J = 6.7 Hz), 0.86 (3H, t, J = 6.7 Hz).
(55)で表される化合物の1H NMRデータ(300MHz,CDCl3):δ 9.86 (1H, s), 8.17 (1H, br s), 8.12 (1H, d, J = 7.7 Hz), 7.66 (1H, d, J = 3.8 Hz), 7.54-7.43 (3H, m), 7.32 (1H, d, J = 3.8 Hz), 7.29-7.23 (2H, m), 7.12 (1H, s), 7.09 (1H, d, J = 3.8 Hz), 7.04 (1H, s), 4.40 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.78 (2H, t, J = 7.7 Hz), 2.71 (2H, t, J = 7.7 Hz), 1.76-1.63 (4H, m), 1.48 (3H, t, J = 7.1 Hz), 1.44-1.24 (12H, m), 0.92 (3H, t, J = 6.6 Hz), 0.86 (3H, t, J = 6.6 Hz).
(11)で示される色素化合物の1H NMRデータ(400MHz,THF-d8):δ 8.35 (1H, s), 8.13 (1H, s), 8.11 (1H, d, J = 7.6 Hz), 7.77 (1H, br s), 7.54-7.49 (3H, m), 7.46 (1H, br s), 7.43 (1H, ddd, J = 8.0, 7.0, 1.0 Hz), 7.37 (1H, br s), 7.21-7.16 (3H, m), 7.13 (1H, s), 4.45 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.72 (2H, t, J = 7.7 Hz), 2.72 (2H, t, J = 7.7 Hz), 1.76-1.65 (4H, m), 1.42 (3H, t, J = 7.1 Hz), 1.39-1.25 (12H, m), 0.91 (3H, t, J = 6.9 Hz), 0.84 (3H, t, J = 6.9 Hz).
(56)で表されるカルバゾール誘導体を用いて、前記[0047]で示される臭素化反応及び前記[0048]で示されるスズキカップリング反応を2回ずつ繰り返すことにより、(57)で表されるカルバゾール誘導体を合成することができる。
(57)で表される化合物の1H NMRデータ(300MHz,CDCl3):δ 8.32 (1H, d, J = 1.4 Hz), 8.15 (1H, d, J = 7.7 Hz), 7.73 (1H, br d, J = 8.2 Hz), 7.50 (1H, t, J = 7.7 Hz), 7.42 (1H, d, J = 7.0 Hz), 7.39 (1H, d, J = 8.0 Hz), 7.30-7.25 (2H, m), 7.17 (1H, d, J = 3.6 Hz), 7.10 (1H, d, J = 3.8 Hz), 7.07 (1H, d, J = 3.8 Hz), 7.01 (1H, s), 6.98 (1H, br s), 6.91 (1H, br s), 4.37 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.75 (2H, t, J = 7.7 Hz), 2.62 (2H, t, J = 7.7 Hz), 1.73-1.60 (4H, m), 1.45 (3H, t, J = 7.1 Hz), 1.44-1.26 (12H, m), 0.94-0.89 (6H, m).
(58)で表される化合物の1H NMRデータ(400MHz,CDCl3):δ 10.01 (1H, s), 8.32 (1H, d, J = 1.7 Hz), 8.15 (1H, d, J = 7.6 Hz), 7.73 (1H, dd, J = 8.5, 1.7 Hz), 7.50 (1H, ddd, J = 8.2, 7.0, 1.1 Hz), 7.43 (1H, d, J = 8.2 Hz), 7.42 (1H, d, J = 8.5 Hz), 7.28 (1H, d, J = 3.8 Hz), 7.27 (1H, br t, J = 7.4 Hz), 7.19 (1H, d, J = 3.8 Hz), 7.13 (2H, s), 7.04 (2H, s), 4.40 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.95 (2H, t, J = 7.8 Hz), 2.81 (2H, t, J = 7.8 Hz), 1.75-1.66 (4H, m), 1.46 (3H, t, J = 7.1 Hz), 1.42-1.30 (12H, m), 0.91 (3H, t, J = 7.0 Hz), 0.90 (3H, t, J = 7.0 Hz).
(12)で示される色素化合物の1H NMRデータ(400MHz,DMSO-d6):δ 8.47 (1H, d, J = 1.6 Hz), 8.23 (1H, d, J = 7.6 Hz), 8.14 (1H, s), 7.74 (1H, dd, J = 8.7, 1.5 Hz), 7.62-7.60 (2H, m), 7.50 (1H, dd, J = 3.8 Hz), 7.47 (1H, ddd, J = 8.2, 7.0, 1.2 Hz), 7.36 (1H, d, J = 3.8 Hz), 7.34 (1H, d, J = 3.8 Hz), 7.29 (1H, d, J = 3.8 Hz), 7.28 (1H, s), 7.22 (1H, br t, J = 7.4 Hz), 7.19 (1H, s), 4.43 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.76 (2H, br t, J = 7.6 Hz), 2.72 (2H, br t, J = 7.6 Hz), 1.68-1.52 (4H, m), 1.30 (3H, t, J = 7.1 Hz), 1.37-1.21 (12H, m), 0.85 (3H, t, J = 7.0 Hz), 0.84 (3H, t, J = 7.0 Hz).
マグネシウム204mgに(59)で表される4−ヘキシルオキシブロモベンゼン1.8gのテトラヒドロフラン溶液4mLを滴下し、完全に滴下し終わった後、反応溶液を加熱還流させ、グリニア試薬を調整する。[1,3−ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパン]ニッケルクロリド50mg存在下、0度に冷却した(32)で表される3−ヨウド−9−エチルカルバゾール1.0gのテトラヒドロフラン溶液10mLに、先に調整したグリニア試薬を滴下した。滴下後、反応溶液を一晩加熱還流を行った。その後、反応溶液を室温に戻し、塩化アンモニウム溶液を加えて反応を終了させ、酢酸エチルにより抽出する。有機層を水及び飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧下で留去し粗生成物を得た。その粗生成物をカラムクロマトグラフィー(溶媒:へキサン)により精製し、(60)で表される目的生成物であるカルバゾール誘導体を471mg得た。収率は40%であった。
(60)で表される化合物の1H NMRデータ(300MHz,CDCl3):δ8.28 (1H, d, J = 1.6 Hz), 8.15 (1H, d, J = 7.8 Hz), 7.66 (1H, dd, J = 6.7, 1.8 Hz), 7.64 (2H, d, J = 8.7 Hz), 7.52-7.40 (1H, m), 7.45 (2H, d, J = 8.4 Hz), 7.25 (1H, t, J = 7.3 Hz), 7.02 (2H, d, J = 8.7 Hz), 4.40 (2H, q, J = 7.2 Hz), 4.03 (2H, t, J = 6.6 Hz), 1.90-1.78 (2H, m), 1.55-1.34 (9H, m), 0.94 (3H, t, J = 7.0 Hz).
(61)で表される化合物の1H NMRデータ(300MHz,CDCl3):δ 8.36 (1H, d, J = 1.2 Hz), 8.32 (1H, d, J = 1.0 Hz), 7.74 (1H, dd, J = 8.6, 1.7 Hz), 7.70 (1H, dd, J = 8.7, 1.8 Hz), 7.67 (2H, d, J = 8.9 Hz), 7.43 (1H, d, J = 8.6), 7.39 (1H, d, J = 8.6), 7.22 (1H, s), 7.04 (2H, d, J = 8.7 Hz), 7.02 (1H, s), 6.93 (1H, s), 4.36 (2H, q, J = 7.2 Hz), 4.05 (2H, t, J = 6.6 Hz), 2.83 (4H, m), 2.65 (2H, t, J = 7.6 Hz), 1.92-1.60 (8H, m), 1.60-1.28 (27H, m), 1.0-0.87 (12H, m).s
(62)で表される化合物の1H NMRデータ(300MHz,CDCl3):δ 8.37 (1H, d, J = 1.4 Hz), 8.32 (1H, d, J = 1.4 Hz), 7.74 (1H, dd, J = 8.5, 1.7 Hz), 7.70 (1H, dd, J = 8.6, 1.6 Hz), 7.66 (2H, d, J = 8.7 Hz), 7.43 (1H, d, J = 8.5 Hz), 7.39 (1H, d, J = 8.6 Hz), 7.23 (1H, s), 7.04 (1H, s), 7.03 (2H, d, J = 8.7 Hz), 7.04-6.99 (2H, m), 6.29 (1H, s), 4.37 (2H, q, J = 7.2 Hz), 4.04 (2H, t, J = 6.6 Hz), 2.91-2.75 (6H, m), 2.64 (2H, t, J = 7.7 Hz), 1.92-1.63 (9H, m), 1.58-1.26 (34H, m), 1.00-0.85 (15H, m).
(63)で表される化合物の1H NMRデータ(300MHz,CDCl3):δ10.0 (1H, s), 8.35 (1H, d, J = 1.6 Hz), 8.30 (1H, d, J = 1.6 Hz), 7.74 (1H, dd, J = 8.5, 1.7 Hz), 7.68 (1H, dd, J = 8.4, 1.6 Hz), 7.64 (2H, d, J = 8.6 Hz), 7.45 (1H, d, J = 8.5 Hz), 7.40 (1H, d, J = 8.6 Hz), 7.22 (1H, s), 7.05 (1H, s), 7.03 (1H, s), 7.02 (2H, d, J = 8.8 Hz), 4.39 (2H, q, J = 7.2 Hz), 4.03 (2H, t, J = 6.6 Hz), 2.95 (2H, t, J = 7.7 Hz), 2.84 (4H, t, J = 7.8 Hz), 1.89-1.66 (8H, m), 1.55-1.27 (27H, m), 0.98-0.85 (12H, m).
(15)で示される色素化合物の1H NMRデータ(300MHz,CDCl3):δ8.47 (1H, s), 8.41 (1H, s), 8.40 (1H, s), 7.74 (1H, d, J = 8.4 Hz), 7.70 (1H, d, J = 8.6 Hz), 7.65 (2H, d, J = 8.7 Hz), 7.53 (1H, d, J = 4.8 Hz), 7.51 (1H, d, J = 4.8 Hz), 7.36 (1H, s), 7.23 (1H, s), 7.13 (1H, s), 6.99 (2H, d, J = 8.8 Hz), 4.45 (2H, q, J = 7.1 Hz), 4.01 (2H, t, J = 6.5 Hz), 2.95-2.82 (6H, m), 1.85-1.63 (8H, m), 1.58-1.28 (27H, m), 0.98-0.87 (12H, m).
(62)で表されるカルバゾール誘導体のホルミル化は、前記[0049]に示される条件と同様、Vilsmeier反応により行った。178mgのカルバゾール誘導体(62)を用い反応を行い、粗生成物をカラムクロマトグラフィー(溶媒:へキサン/酢酸エチル=20/1)により粗精製し、さらに液体クロマトグラフィー(溶媒:へキサン/酢酸エチル=15/1)により精製し、(64)で表されるアルデヒド誘導体154mgを得た。収率は85%であった。
(64)で表される化合物の1H NMRデータ(300MHz,CDCl3):δ 10.0 (1H, s), 8.35 (1H, br s), 8.30 (1H, br s), 7.74-7.65 (2H, m), 7.64 (2H, d, J = 8.5 Hz), 7.44 (1H, d, J = 8.6 Hz), 7.39 (1H, d, J = 8.6 Hz), 7.21 (1H, s), 7.05 (1H, s), 7.02 (1H, s), 7.02 (2H, d, J = 8.3 Hz), 4.38 (2H, q, J = 7.2 Hz), 4.03 (2H, t, J = 6.5 Hz), 2.95 (2H, t, J = 7.6 Hz), 2.90-2.78 (6H, m), 1.89-1.63 (9H, m), 1.58-1.24 (34H, m), 0.98-0.85 (15H, m).
(16)で示される色素化合物の1H NMRデータ(300MHz,CDCl3):δ8.47 (1H, s), 8.41 (1H, s), 8.40 (1H, s), 7.74 (1H, d, J = 8.3 Hz), 7.70 (1H, d, J = 8.8 Hz), 7.65 (2H, d, J = 7.9 Hz), 7.55-7.48 (2H, m), 7.35 (1H, s), 7.24 (1H, s), 7.13 (1H, s), 7.10 (1H, s), 6.99 (2H, d, J = 8.2 Hz), 4.46 (2H, d, J = 6.9 Hz), 4.01 (2H, t, J = 6.3 Hz), 2.96-2.78 (8H, m), 1.83-1.64 (10H, m), 1.57-1.28 (33H, m), 1.00-0.85 (15H, m).
(67)で表されるアルデヒド誘導体40mgとシアノ酢酸14mgを、ピペリジン0.5mL存在下、アセトニトリル−クロロホルム混合溶媒中で加熱還流を4時間行った。その後反応溶液を室温に戻し、析出してきた結晶を濾過し、クロロホルム−エタノールから再結晶により精製し、(65)で示される色素化合物40mgを得た。収率は87%であった。
(65)で示される色素化合物の1H NMRデータ(300MHz,DMSO-d6):δ 8.50 (1H, s), 8.25 (1H, d, J = 7.7 Hz), 8.12 (1H, s), 7.78 (1H, dd, J = 8.5, 1.7 Hz), 7.72 (1H, d, J = 3.8 Hz), 7.66 (1H, d, J = 8.8 Hz), 7.62 (1H, d, J = 8.5 Hz), 7.53 (1H, d, J = 3.8 Hz), 7.50-7.45 (3H, m), 7.44 (1H, d, J = 3.8 Hz), 7.37 (1H, d, J = 3.8 Hz), 7.23 (1H, t, J = 7.4 Hz), 4.45 (2H, q, J = 7.1 Hz), 1.32 (3H, t, J = 7.1 Hz).
(1)有機色素吸着酸化チタン薄膜電極の作製
チタン・テトライソプロポキシドの加水分解により作製した酸化チタンコロイドをオートクレービングすることにより結晶性の酸化チタンナノ粒子を得た。これに、バインダーとしてエチルセルロース、溶媒としてα−テルピネオールを混合した有機性のペーストを作製した。あるいは、市販の酸化チタンペースト(たとえば、Solaronix社製)を用いても良い。上記酸化チタンペーストをスクリーン印刷法により、酸化スズコート導電性ガラス上に塗布し、空気中500℃で1〜2時間焼成することにより、膜厚が3〜20ミクロンの酸化チタン薄膜電極を得た。この電極を、0.3mMの有機色素溶液(溶媒は、トルエン、t−ブタノール、アセトニトリル1:1:1混合溶媒)に浸漬し、室温で10時間以上放置することにより、有機色素吸着酸化チタン薄膜電極を得た。
前記(1)で作製した酸化チタン薄膜電極(膜厚6ミクロン)に表1記載の色素を吸着させ、白金をスパッタした酸化スズコート導電性ガラスを対極として、ポリエチレンフィルムスペーサーを挟んで重ね合わせ、その隙間に電解液である0.6 Mヨウ化1,2-ジメチル-3-プロピルイミダゾリウム−0.1 Mヨウ化リチウム−0.05 Mヨウ素−0.5 M t-ブチルピリジンのアセトニトリル溶液を注入し、ゼムクリップでとめセルを作製した。セルの光電変換特性の測定は、光源としてキセノンランプとAMフィルターからなるソーラーシミュレーターを用い、光電流電圧特性は、ソースメーターを用いて測定した。
前記(2)で作製した本発明で合成した有機色素を用いた太陽電池における、酸化チタン電極中の電子寿命を、励起レーザー光およびポテンシオスタットを用いたIntensity-modulated photovoltage spectroscopy (IMVS法、例えば、J. Phys. Chem. B, 109, 3480 (2005), J. Phys. Chem. B, 109, 23776 (2005))により評価した。酸化チタン中の電子寿命は、色素からの電離注入量により変化することから、Jsc値が10 mA/cm2の条件での電子寿命値で比較した。
この太陽電池は、ルテニウム錯体からなる増感剤を用い、ナノ粒子の酸化チタンや酸化亜鉛などの大きいバンドギャップを有する酸化物半導体のナノポーラス薄膜電極、ヨウ素レドックス電解液及び対極から構成される。7〜10%の太陽エネルギー変換効率を示し、比較的高い光電変換効率が得られる点と低コスト製造の可能性から、近年次世代太陽電池の一つとして注目され、研究開発が活発におこなわれている。
これまでに用いられてきた有機色素には、フェニルキサンテン色素、フタロシアニン色素、シアニン色素、メロシアニン色素、ポルフィリン色素、アゾ色素などが挙げられる(非特許文献3,4)。とくに、クマリン色素(非特許文献5)は吸収波長領域がルテニウム錯体とほぼ同等であり、高い光電変換効率を示した。しかしながら、一般的に有機色素を用いた色素増感太陽電池の場合、ルテニウム錯体を用いた太陽電池に比べて、開放電圧が低く、変換効率が低いのが問題点であった。
〈1〉下記一般式(1)で表される有機化合物。
〈2〉〈1〉に記載の有機化合物を有機色素として用いることを特徴とする半導体薄膜電極。
〈3〉〈2〉に記載の半導体薄膜電極を用いることを特徴とする光電変換素子。
〈4〉〈3〉に記載の光電変換素子を用いることを特徴とする光電気化学太陽電池。
置換基としては、例えば、メチル基、ヘキシル基などの直鎖型又はイソブチル基、2−エチルオクチル基などの分岐型の炭素数1〜20、好ましくは1〜12のアルキル基;メトキシ基、ブトキシ基などの炭素数1〜20、好ましくは1〜12アルコキシ基;フェニル基、ナフチル基などの炭素数3〜20、好ましくは5〜12のアリール基;メチルアミノ基、オクチルアミノ基などの炭素数1〜20、好ましくは1〜12のアルキル基を有するモノアルキルアミノ基、ジエチルアミノ基などの炭素数1〜20、好ましくは1〜12のアルキル基を有するジアルキルアミノ基;ピペリジル基などの環構成元素数5〜8、好ましくは5〜6の環状アミノ基;クロロ基、ブロモ基、ヨード基などのハロゲン基;水酸基;ニトロ基;アミノ基が挙げられる。
この連結基としては下記一般式(2)で表されるものを示すことができる。
この連結基としては下記一般式(4)で表されるものを示すことができる。
次に、前記一般式(1)で表される化合物(有機色素)の具体例を以下に示すが、本発明は、これらの化合物に限定されない。
この場合、半導体薄膜電極の基板としては、従来公知のものがそのまま適用することができる。たとえば、フッ素あるいはアンチモンドープの酸化スズ(NESA)、スズドープの酸化インジウム(ITO)、アルミニウムドープの酸化亜鉛などの導電性透明酸化物半導体薄膜をコートしたガラスあるいはプラスチック基板である。好ましくは、フッ素ドープの酸化スズ薄膜コートガラスである。
化合物半導体材料は、例えば、TiO2、ZnO、In2O3、SnO2、ZrO2、Ta2O5、Nb2O5、Fe2O3、Ga2O3、WO3、SrTiO3などの金属酸化物および複合酸化物、AgI、AgBr、CuI、CuBrなどの金属ハロゲン化物、さらに、ZnS、TiS2、ZnO、In2S3、SnS、SnS2、ZrS2、Ag2S、PbS、CdS、TaS2、CuS、Cu2S、WS2、MoS2、CuInS2などの金属硫化物、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などの金属セレン化物ならび金属テルル化物などを挙げることができるが、これらに限定されない。好ましくは、TiO2、ZnO、SnO2などの酸化物半導体材料である。
前記半導体薄膜電極の膜厚は、通常、0.5〜100μmであり、好ましくは、5〜20μmである。
マグネシウム93mgに2−ブロモ−3−ヘキシルチオフェン903mgのエーテル溶液10mLを滴下し、完全に滴下し終わった後、反応溶液を加熱還流させ、グリニア試薬を調整する。反応溶液を室温に戻し、[1,3−ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパン]ニッケルクロリドを19mg加える。その反応溶液に(32)で表される3−ヨウド−9−エチルカルバゾール1.12gのエーテル溶液20mLを滴下し、室温で1時間攪拌する。その後、塩化アンモニウム溶液を加えエーテルにより抽出する。有機層を水及び飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧下で留去し粗生成物を得た。その粗生成物をカラムクロマトグラフィー(溶媒:へキサン)により精製し、(33)で表される目的生成物であるカルバゾール誘導体を930mg得た。収率は74%であった。
(33)で表される化合物の1H NMRデータ(300MH z,CDCl3):δ8.14 (1H, d, J = 1.5 Hz), 8.10 (1H, d, J = 7.7 Hz), 7.54 (1H, dd, J = 8.3, 1.5 Hz), 7.50-7.41 (3H, m), 7.27-7.25 (1H, m), 7.23 (1H, d, J= 5.2 Hz), 7.01 (1H, d, J = 5.2 Hz), 4.40 (2H, q, J = 7.2 Hz), 2.71 (2H, dd, J = 8.2, 7.4 Hz), 1.67-1.63 (2H, m), 1.47 (3H, t, J = 7.2 Hz), 1.35-1.26 (6H, m), 0.84 (3H, t, J = 6.8 Hz).
(34)で表される化合物の1H NMRデータ(300MHz,CDCl3):δ8.09 (1H, d, J = 7.7 Hz), 8.08 (1H, s), 7.53-7.40 (4H, m), 7.25 (1H, ddd, J = 7.7, 6.8, 1.1 Hz), 6.96 (1H, s), 4.39 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.63 (2H, t, J = 7.7 Hz), 1.65-1.55 (2H, m), 1.47 (3H, t, J = 7.1 Hz), 1.35-1.24 (6H, m), 0.84 (3H, t, J = 6.8 Hz).
(36)で表される化合物の1H NMRデータ(300MHz,CDCl3):δ8.17 (1H, d, J = 1.1 Hz), 8.12 (1H, d, J = 7.7 Hz), 7.56 (1H, dd, J = 8.4, 1.8 Hz), 7.53-7.42 (3H, m), 7.29-7.23 (1H, m), 7.09 (1H, s), 7.04 (1H, d, J = 1.3 Hz), 6.80 (1H, br s), 4.40 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.70 (2H, t, J = 7.8 Hz), 2.60 (2H, t, J = 7.8 Hz), 1.73-1.60 (4H, m), 1.48 (3H, t, J = 7.1 Hz), 1.40-1.24 (12H, m), 0.91 (3H, t, J = 6.6 Hz), 0.86 (3H, t, J = 6.6 Hz).
(37)で表される化合物の1H NMRデータ(300MHz,CDCl3):δ8.17 (1H, d, J = 1.1 Hz), 8.12 (1H, d, J = 7.7 Hz), 7.56 (1H, dd, J = 8.4, 1.8 Hz), 7.53-7.42 (3H, m), 7.29-7.23 (1H, m), 7.09 (1H, s), 7.01 (1H, s), 6.98 (1H, br s), 6.89 (1H, br s), 4.40 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.77-2.67 (4H, m), 2.62 (2H, t, J = 7.8 Hz), 1.74-1.61 (6H, m), 1.48 (3H, t, J = 7.1 Hz), 1.40-1.24 (18H, m), 0.94-0.82 (9H, m).
(38)で表される化合物の1H NMRデータ(300MHz,CDCl3):δ8.19 (1H, s), 8.13 (1H, d, J = 7.7 Hz), 7.57 (1H, d, J = 8.2 Hz), 7.54-7.43 (3H, m), 7.30-7.25 (1H, m), 7.12 (1H, s), 7.04 (1H, s), 7.00 (1H, br s), 6.99 (1H, s), 6.92 (1H, br s), 4.41 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.83-2.69 (6H, m), 2.64 (2H, t, J = 7.7 Hz), 1.78-1.62 (8H, m), 1.49 (3H, t, J = 7.1 Hz), 1.48-1.26 (24H, m), 0.95-0.85 (12H, m).
(39)で表される化合物の1H NMRデータ(400 MHz, THF-d8) δ8.18 (1H, br s), 8.12 (1H, d, J = 7.9 Hz), 7.60-7.51 (3H, m), 7.44 (1H, br t, J = 8.0 Hz), 7.19 (1H, br t, J = 7.8 Hz), 7.17 (1H, s), 7.11 (1H, s), 7.06 (1H, s), 7.04-7.03 (3H, m), 4.47 (2H, q, J = 7.2 Hz), 2.85-2.76 (4H, m), 2.73 (2H, t, J = 7.7 Hz), 2.66-2.58 (4H, m), 1.73-1.60 (10H, m), 1.43 (3H, t, J = 7.0 Hz), 1.42-1.25 (30H, m), 0.94-0.82 (15H, m).
(40)で表される化合物の1H NMRデータ(400 MHz, THF-d8) δ8.19 (1H, br s), 8.12 (1H, d, J = 7.8 Hz), 7.60-7.51 (3H, m), 7.44 (1H, ddd, J = 8.0, 7.0, 1.0 Hz), 7.19 (1H, br t, J = 7.4 Hz), 7.18 (1H, s), 7.12 (1H, s), 7.064 (1H, s), 7.061 (1H, s), 7.05 (1H, s), 7.03 (2H, m), 4.47 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.87-2.76 (8H, m), 2.73 (2H, t, J = 7.7 Hz), 2.63 (2H, t, J = 7.7 Hz), 1.77-1.64 (12H, m), 1.43 (3H, t, J = 7.1 Hz), 1.40-1.26 (36H, m), 0.95-0.89 (15H, m), 0.85 (3H, t, J = 6.9 Hz).
(41)で表される化合物の1H NMRデータ(300MHz,CDCl3):δ 10.02 (1H, s), 8.17 (1H, d, J = 1.4 Hz), 8.12 (1H, d, J = 7.7 Hz), 7.55 (1H, dd, J = 8.5, 1.7 Hz), 7.53-7.42 (3H, m), 7.29-7.23 (1H, m), 7.14 (1H, s), 7.05 (2H, br s), 4.40 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.95 (2H, t, J = 7.7 Hz), 2.82 (2H, t, J = 7.7 Hz), 2.71 (2H, t, J = 7.7 Hz), 1.74-1.61 (6H, m), 1.48 (3H, t, J = 7.1 Hz), 1.44-1.24 (18H, m), 0.94-0.83 (9H, m).
(5)で示される色素化合物の1H NMRデータ(300MHz,DMSO-d6):δ 8.23-8.16 (3H, m), 7.65 (1H, d, J = 8.8 Hz), 7.62 (1H, d, J = 8.5 Hz), 7.51-7.44 (2H, m), 7.32 (1H, s), 7.25 (1H, s), 7.23 (1H, s), 7.19 (1H, d, J = 7.4 Hz), 4.45 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.80-2.70 (4H, m), 2.64 (2H, t, J = 7.7 Hz), 1.68-1.52 (6H, m), 1.32 (3H, t, J = 7.7 Hz), 1.38-1.14 (18H, m), 0.83 (3H+3H, t, J = 6.6 Hz), 0.75 (3H, t, J = 6.6 Hz)
DMF1mLに冷却(0度)下、オキシ塩化リン0.1mLを滴下し、室温で1時間攪拌し、Vilsmeier試薬を合成する。(38)で表されるヘキシル置換チオフェン環が4個連なったカルバゾール誘導体270mgのDMF溶液5mLに上記のVilsmeier試薬を室温で滴下し、70度で4時間攪拌する。その後10%の酢酸ナトリウム水溶液30mLを加え中和し、酢酸エチルで抽出を行う。有機層を水及び飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧下で留去し粗生成物を得た。その粗生成物をカラムクロマトグラフィー(溶媒:へキサン/酢酸エチル=20/1)により粗精製し、さらに液体クロマトグラフィーにより精製し、(42)で表されるアルデヒド誘導体225mgを得た。収率は81%であった。
(42)で表される化合物の1H NMRデータ(300MHz,CDCl3):δ 10.03 (1H, s), 8.18 (1H, d, J = 1.4 Hz), 8.13 (1H, d, J = 7.7 Hz), 7.56 (1H, dd, J = 8.5, 1.7 Hz), 7.54-7.43 (3H, m), 7.30-7.24 (1H, m), 7.13 (1H, s), 7.06 (1H, s), 7.04 (1H, s), 7.01 (1H, s), 4.40 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.96 (2H, t, J = 7.7 Hz), 2.84 (2H, t, J = 7.7 Hz), 2.80 (2H, t, J = 7.7 Hz), 2.72 (2H, t, J = 7.7 Hz), 1.77-1.64 (8H, m), 1.48 (3H, t, J = 7.1 Hz), 1.44-1.26 (24H, m), 0.96-0.84 (12H, m).
(6)で示される色素化合物の1H NMRデータ(300MHz,THF-d8):δ 8.39 (1H, s), 8.16 (1H, s), 8.08 (1H, d, J = 7.7 Hz), 7.56-7.39 (4H, m), 7.17 (1H, d, J = 7.7 Hz), 7.14 (1H, s), 7.05 (2H, s), 6.59 (1H, s), 4.42 (2H, q, J = 6.9 Hz), 2.86-2.66 (8H, m), 1.71-1.60 (8H, m), 1.40 (3H, t, J = 6.9 Hz), 1.40-1.25 (24H, m), 0.95-0.82 (12H, m).
DMF1mLに冷却(0度)下、オキシ塩化リン0.1mLを滴下し、室温で1時間攪拌し、Vilsmeier試薬を合成する。(39)で表されるヘキシル置換チオフェン環が5個連なったカルバゾール誘導体181mgのDMF溶液3mLに上記のVilsmeier試薬を室温で滴下し、70度で4時間攪拌する。その後10%の酢酸ナトリウム水溶液30mLを加え中和し、酢酸エチルで抽出を行う。有機層を水及び飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧下で留去し粗生成物を得た。その粗生成物をカラムクロマトグラフィー(溶媒:へキサン/酢酸エチル=20/1)により粗精製し、さらに液体クロマトグラフィーにより精製し、(43)で表されるアルデヒド誘導体159mgを得た。収率は84%であった。
(43)で表される化合物の1H NMRデータ(400MHz,CDCl3):δ 10.02 (1H, s), 8.16 (1H, d, J = 1.1 Hz), 8.12 (1H, d, J = 7.4 Hz), 7.56 (1H, dd, J = 8.5, 1.7 Hz), 7.50 (1H, br t, J = 7.7 Hz), 7.45 (1H, d, J = 8.5 Hz), 7.44 (1H, br d, J = 7.7 Hz), 7.26 (1H, m), 7.10 (1H, s), 7.05 (1H, s), 7.02 (1H, s), 7.00 (1H, s), 6.99 (1H, s), 4.41 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.95 (2H, t, J = 7.7 Hz), 2.85-2.76 (6H, m), 2.70 (2H, t, J = 7.7 Hz), 1.76-1.66 (10H, m), 1.48 (3H, t, J = 7.1 Hz), 1.44-1.24 (30H, m), 0.94-0.88 (12H, m), 0.85 (3H, t, J = 7.1 Hz).
(7)で示される色素化合物の1H NMRデータ(300MHz,THF-d8):δ8.41 (1H, s), 8.18 (1H, s), 8.12 (1H, d, J = 7.7 Hz), 7.62-7.50 (4H, m), 7.45-7.40 (1H, m), 7.24 (1H, d, J = 3.4 Hz), 7.25-7.05 (4H, m), 4.47 (2H, q, J = 7.2 Hz), 2.99-2.80 (6H, m), 2.73 (2H, t, J = 7.8 Hz), 1.72-1.55 (5H, m), 1.54-1.25 (30H, m), 0.99-0.75 (12H, m).
DMF1mLに冷却(0度)下、オキシ塩化リン0.1mLを滴下し、室温で1時間攪拌し、Vilsmeier試薬を合成する。(40)で表されるヘキシル置換チオフェン環が6個連なったカルバゾール誘導体253mgのDMF溶液4mLに上記のVilsmeier試薬を室温で滴下し、70度で4時間攪拌する。その後10%の酢酸ナトリウム水溶液30mLを加え中和し、酢酸エチルで抽出を行う。有機層を水及び飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧下で留去し粗生成物を得た。その粗生成物をカラムクロマトグラフィー(溶媒:へキサン/酢酸エチル=10/1)により粗精製し、さらに液体クロマトグラフィーにより精製し、(44)で表されるアルデヒド誘導体97mgを得た。収率は38%であった。
(44)で表される化合物の1H NMRデータ(400MHz,THF-d8):δ 10.03 (1H, s), 8.18 (1H, d, J = 1.0 Hz), 8.12 (1H, d, J = 7.7 Hz), 7.60-7.51 (3H, m), 7.44 (1H, ddd, J = 8.2, 7.0, 1.1 Hz), 7.19 (1H, ddd, J = 8.0, 7.0, 1.0 Hz), 7.19 (1H, s), 7.18 (1H, s), 7.12 (2H, s), 7.09 (1H, s), 7.07 (1H, s), 4.47 (2H, q, J = 7.1 Hz), 3.00 (2H, t, J = 7.8 Hz), 2.90-2.81 (8H, m), 2.73 (2H, t, J = 7.8 Hz), 1.77-1.66 (12H, m), 1.44 (3H, t, J = 7.1 Hz), 1.42-1.26 (36H, m), 0.94-0.88 (12H, m), 0.85 (3H, t, J = 7.0 Hz).
(8)で表される化合物の1H NMRデータ(400MHz,THF-d8):δ 8.41 (1H, s), 8.19 (1H, br s), 8.11 (1H, d, J = 7.7 Hz), 7.60-7.50 (3H, m), 7.43 (1H, ddd, J = 8.2, 7.2, 1.0 Hz), 7.25 (1H, s), 7.19 (1H, br t, J = 7.2 Hz), 7.18 (1H,s), 7.13 (1H, s), 7.12 (1H, s), 7.09 (1H, s), 7.07 (1H, s), 4.46 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.91 (2H, t, J = 7.7 Hz), 2.89-2.80 (8H, m), 2.73 (2H, t, J = 7.7 Hz), 1.77-1.64 (12H, m), 1.43 (3H, t, J = 7.1 Hz), 1.46-1.26 (36H, m), 0.96-0.88 (15H, m), 0.85 (3H, t, J = 7.0 Hz).
(45)で表される9−エチルカルバゾール−3−ボロン酸エステル130mgと(46)で表されるモノブロモ−クウォーターチオフェン誘導体183mgを混合させ、テトラキス(トリフェニホスフィン)パラジウム37mgおよび2mol/L濃度の炭酸ナトリウム水溶液1mL存在下、ジメトキシエタン中、24時間加熱還流を行う。室温に冷却後、酢酸エチルで希釈し、有機層を水及び飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧下で留去し粗生成物を得た。その粗生成物をカラムクロマトグラフィー(溶媒:へキサン/酢酸エチル=50/1)により粗精製し、さらに液体クロマトグラフィー(溶媒:へキサン/酢酸エチル=50/1)により精製し、(47)で表されるカルバゾール誘導体197mgを得た。収率は90%であった。
(47)で表される化合物の1H NMRデータ(300MHz,CDCl3):δ 8.35 (1H, d, J = 1.7 Hz), 8.18 (1H, br d, J = 7.7 Hz), 7.75 (1H, dd, J = 8.5, 1.7 Hz), 7.52 (1H, ddd, J = 8.2, 7.1, 1.1 Hz), 7.43 (1H, d, J = 8.5 Hz), 7.39 (1H, d, J = 8.5 Hz), 7.33 (1H, dd, J = 5.2, 1.1 Hz), 7.31 (1H, d, J = 3.8 Hz), 7.29 (1H, m), 7.18 (1H, dd, J = 3.6, 1.1 Hz), 7.16 (1H, d, J = 3.8 Hz), 7.10 (1H, dd, J = 5.2, 3.6 Hz), 7.058 (1H, s), 7.055 (1H, s), 4.36 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.85 (2H, t, J = 7.7 Hz), 2.78 (2H, t, J = 7.7 Hz), 1.81-1.65 (4H, m), 1.46 (3H, t, J = 7.1 Hz), 1.42-1.31 (12H, m), 0.96 (3H, t, J = 6.7 Hz), 0.95 (3H, t, J = 6.7 Hz).
(48)で表される化合物の1H NMRデータ(400MHz,CDCl3):δ 9.88 (1H, s), 8.32 (1H, d, J = 1.7 Hz), 8.15 (1H, d, J = 7.7 Hz), 7.74 (1H, dd, J = 8.5, 1.7 Hz), 7.70 (1H, d, J =4.0 Hz), 7.50 (1H, ddd, J = 8.2, 7.1, 1.0 Hz), 7.42 (1H, d, J = 8.2 Hz), 7.41 (1H, d, J = 8.5 Hz), 7.30 (1H, d, J = 3.6 Hz), 7.27 (1H, br t, J = 7.4 Hz), 7.22 (1H, d, J = 4.0 Hz), 7.14 (1H, d, J = 3.6 Hz), 7.07 (1H, s), 7.04 (1H, s), 4.39 (2H, q, J = 7.2 Hz), 2.83 (2H, t, J = 7.8 Hz), 2.76 (2H, t, J = 7.8 Hz), 1.76-1.66 (4H, m), 1.46 (3H, t, J = 7.2 Hz), 1.43-1.30 (12H, m), 0.92 (3H, t, J = 6.7 Hz), 0.90 (3H, t, J = 6.7 Hz).
(9)で表される化合物の1H NMRデータ(400MHz,THF-d8):δ 8.40 (1H, br s), 8.31 (1H, s), 8.07 (1H, d, J = 7.6 Hz), 7.64 (1H, d, J = 7.9 Hz), 7.58 (1H br s), 7.46-7.37 (2H, m), 7.35 (1H, d, J = 7.1 Hz), 7.29 (1H, br s), 7.18-7.08 (3H, m), 7.05 (1H, br s), 7.00 (1H, br s), 4.31 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.82-2.68 (4H, m), 1.78-1.63 (4H, m), 1.50-1.28 (15H, m), 0.91 (3H, t, J = 6.9 Hz), 0.88 (3H, t, J = 6.9 Hz).
(45)で表される9−エチルカルバゾール−3−ボロン酸エステル180mgと(49)で表されるモノブロモ−クウォーターチオフェン誘導体226mgを混合させ、テトラキス(トリフェニホスフィン)パラジウム27mgおよび2mol/L濃度の炭酸ナトリウム水溶液1mL存在下、ジメトキシエタン中、24時間加熱還流を行う。室温に冷却後、酢酸エチルで希釈し、有機層を水及び飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧下で留去し粗生成物を得た。その粗生成物をカラムクロマトグラフィー(溶媒:へキサン/酢酸エチル=50/1)により粗精製し、さらに液体クロマトグラフィー(溶媒:へキサン/酢酸エチル=20/1)により精製し、(50)で表されるカルバゾール誘導体166mgを得た。収率は61%であった。
(50)で表される化合物の1H NMRデータ(300MHz,CDCl3):δ 8.32 (1H, br s), 8.15 (1H, br d, J = 7.7 Hz), 7.72 (1H, br d, J = 8.0 Hz), 7.50 (1H, br dd, J = 8.0, 7.1 Hz), 7.42 (1H, br d, J = 7.7 Hz), 7.40 (1H, d, J = 8.0 Hz), 7.26 (1H, br dd, J = 8.0, 7.1 Hz), 7.21-7.15 (4H, m), 7.09 (1H, br s), 7.04 (1H, d, J = 3.9 Hz), 6.95 (1H, d, J = 5.2 Hz)), 4.39 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.83-2.77 (4H, m), 1.81-1.61 (4H, m), 1.46 (3H, t, J = 7.1 Hz), 1.41-1.29 (12H, m), 0.93 (3H, t, J = 6.7 Hz), 0.91 (3H, t, J = 6.7 Hz).
(51)で表される化合物の1H NMRデータ(300MHz,CDCl3):δ 9.80 (1H, s), 8.31 (1H, br s), 8.14 (1H, d, J = 7.7 Hz), 7.56 (1H, s), 7.49 (1H, br dd, J = 8.0, 7.1 Hz), 7.41 (1H, d, J = 8.0 Hz), 7.38 (1H, d, J = 8.5 Hz), 7.27 (1H, br dd, J = 8.0, 7.1 Hz), 7.21-7.14 (4H, m), 7.08 (1H, d, J = 3.6 Hz), 4.35 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.83 (2H, t, J = 7.7 Hz), 2.81 (2H, t, J = 7.7 Hz), 1.81-1.63 (4H, m), 1.44 (3H, t, J = 7.1 Hz), 1.42-1.24 (12H, m), 0.95-0.87 (6H, m).
(10)で示される色素化合物の1H NMRデータ(400MHz,DMSO-d8):δ 8.46 (1H, s), 8.23 (1H, d, J = 7.7 Hz), 8.15 (1H, s), 7.70 (1H, dd, J = 8.5, 1.8 Hz), 7.63 (1H, s), 7.60 (1H, d, J = 8.5 Hz), 7.58 (1H, d, J = 8.5 Hz), 7.46 (1H, ddd, J = 8.1, 7.1, 1.0 Hz), 7.45 (1H, s), 7.37, (1H, d, J = 4.0 Hz), 7.36 (1H, d, J = 4.0 Hz), 7.27 (1H, d, J = 4.0 Hz), 7.22 (1H, br t, J = 7.6 Hz), 7.15 (1H, s), 4.41 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.76 (2H, t, J = 7.7 Hz), 2.73 (2H, t, J = 7.7 Hz), 1.72-1.55 (4H, m), 1.42-1.21 (12H, m), 1.30 (3H, t, J = 7.1 Hz), 0.87-0.82 (6H, m).
(52)で表されるカルバゾール誘導体336mgと市販されている(53)のビチオフェンボロン酸エステル243mgを混合させ、テトラキス(トリフェニホスフィン)パラジウム65mgおよび2mol/L濃度の炭酸ナトリウム水溶液1mL存在下、ジメトキシエタン中、24時間加熱還流を行う。室温に冷却後、酢酸エチルで希釈し、有機層を水及び飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧下で留去し粗生成物を得た。その粗生成物をカラムクロマトグラフィー(溶媒:へキサン/酢酸エチル=50/1)により粗精製し、さらに液体クロマトグラフィー(溶媒:へキサン/酢酸エチル=25/1)により精製し、(54)で表されるカルバゾール誘導体365mgを得た。収率は95%であった。
(54)で表される化合物の1H NMRデータ(300MHz,CDCl3):δ 8.17 (1H, br s), 8.13 (1H, d, J = 7.7 Hz), 7.56 (1H, dd, J = 8.5, 1.7 Hz), 7.54-7.43 (3H, m), 7.29-7.19 (4H, m), 7.14 (1H, d, J = 3.9 Hz), 7.10 (1H, s), 7.05 (1H, d, J = 3.9 Hz), 7.03 (1H, s), 4.41 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.78 (2H, t, J = 7.7 Hz), 2.70 (2H, t, J = 7.7 Hz), 1.76-1.63 (4H, m), 1.48 (3H, t, J = 7.1 Hz), 1.44-1.24 (12H, m), 0.91 (3H, t, J = 6.7 Hz), 0.86 (3H, t, J = 6.7 Hz).
(55)で表される化合物の1H NMRデータ(300MHz,CDCl3):δ 9.86 (1H, s), 8.17 (1H, br s), 8.12 (1H, d, J = 7.7 Hz), 7.66 (1H, d, J = 3.8 Hz), 7.54-7.43 (3H, m), 7.32 (1H, d, J = 3.8 Hz), 7.29-7.23 (2H, m), 7.12 (1H, s), 7.09 (1H, d, J = 3.8 Hz), 7.04 (1H, s), 4.40 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.78 (2H, t, J = 7.7 Hz), 2.71 (2H, t, J = 7.7 Hz), 1.76-1.63 (4H, m), 1.48 (3H, t, J = 7.1 Hz), 1.44-1.24 (12H, m), 0.92 (3H, t, J = 6.6 Hz), 0.86 (3H, t, J = 6.6 Hz).
(11)で示される色素化合物の1H NMRデータ(400MHz,THF-d8):δ 8.35 (1H, s), 8.13 (1H, s), 8.11 (1H, d, J = 7.6 Hz), 7.77 (1H, br s), 7.54-7.49 (3H, m), 7.46 (1H, br s), 7.43 (1H, ddd, J = 8.0, 7.0, 1.0 Hz), 7.37 (1H, br s), 7.21-7.16 (3H, m), 7.13 (1H, s), 4.45 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.72 (2H, t, J = 7.7 Hz), 2.72 (2H, t, J = 7.7 Hz), 1.76-1.65 (4H, m), 1.42 (3H, t, J = 7.1 Hz), 1.39-1.25 (12H, m), 0.91 (3H, t, J = 6.9 Hz), 0.84 (3H, t, J = 6.9 Hz).
(56)で表されるカルバゾール誘導体を用いて、前記[0045]で示される臭素化反応及び前記[0046]で示されるスズキカップリング反応を2回ずつ繰り返すことにより、(57)で表されるカルバゾール誘導体を合成することができる。
(57)で表される化合物の1H NMRデータ(300MHz,CDCl3):δ 8.32 (1H, d, J = 1.4 Hz), 8.15 (1H, d, J = 7.7 Hz), 7.73 (1H, br d, J = 8.2 Hz), 7.50 (1H, t, J = 7.7 Hz), 7.42 (1H, d, J = 7.0 Hz), 7.39 (1H, d, J = 8.0 Hz), 7.30-7.25 (2H, m), 7.17 (1H, d, J = 3.6 Hz), 7.10 (1H, d, J = 3.8 Hz), 7.07 (1H, d, J = 3.8 Hz), 7.01 (1H, s), 6.98 (1H, br s), 6.91 (1H, br s), 4.37 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.75 (2H, t, J = 7.7 Hz), 2.62 (2H, t, J = 7.7 Hz), 1.73-1.60 (4H, m), 1.45 (3H, t, J = 7.1 Hz), 1.44-1.26 (12H, m), 0.94-0.89 (6H, m).
(58)で表される化合物の1H NMRデータ(400MHz,CDCl3):δ 10.01 (1H, s), 8.32 (1H, d, J = 1.7 Hz), 8.15 (1H, d, J = 7.6 Hz), 7.73 (1H, dd, J = 8.5, 1.7 Hz), 7.50 (1H, ddd, J = 8.2, 7.0, 1.1 Hz), 7.43 (1H, d, J = 8.2 Hz), 7.42 (1H, d, J = 8.5 Hz), 7.28 (1H, d, J = 3.8 Hz), 7.27 (1H, br t, J = 7.4 Hz), 7.19 (1H, d, J = 3.8 Hz), 7.13 (2H, s), 7.04 (2H, s), 4.40 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.95 (2H, t, J = 7.8 Hz), 2.81 (2H, t, J = 7.8 Hz), 1.75-1.66 (4H, m), 1.46 (3H, t, J = 7.1 Hz), 1.42-1.30 (12H, m), 0.91 (3H, t, J = 7.0 Hz), 0.90 (3H, t, J = 7.0 Hz).
(12)で示される色素化合物の1H NMRデータ(400MHz,DMSO-d6):δ 8.47 (1H, d, J = 1.6 Hz), 8.23 (1H, d, J = 7.6 Hz), 8.14 (1H, s), 7.74 (1H, dd, J = 8.7, 1.5 Hz), 7.62-7.60 (2H, m), 7.50 (1H, dd, J = 3.8 Hz), 7.47 (1H, ddd, J = 8.2, 7.0, 1.2 Hz), 7.36 (1H, d, J = 3.8 Hz), 7.34 (1H, d, J = 3.8 Hz), 7.29 (1H, d, J = 3.8 Hz), 7.28 (1H, s), 7.22 (1H, br t, J = 7.4 Hz), 7.19 (1H, s), 4.43 (2H, q, J = 7.1 Hz), 2.76 (2H, br t, J = 7.6 Hz), 2.72 (2H, br t, J = 7.6 Hz), 1.68-1.52 (4H, m), 1.30 (3H, t, J = 7.1 Hz), 1.37-1.21 (12H, m), 0.85 (3H, t, J = 7.0 Hz), 0.84 (3H, t, J = 7.0 Hz).
マグネシウム204mgに(59)で表される4−ヘキシルオキシブロモベンゼン1.8gのテトラヒドロフラン溶液4mLを滴下し、完全に滴下し終わった後、反応溶液を加熱還流させ、グリニア試薬を調整する。[1,3−ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパン]ニッケルクロリド50mg存在下、0度に冷却した(32)で表される3−ヨウド−9−エチルカルバゾール1.0gのテトラヒドロフラン溶液10mLに、先に調整したグリニア試薬を滴下した。滴下後、反応溶液を一晩加熱還流を行った。その後、反応溶液を室温に戻し、塩化アンモニウム溶液を加えて反応を終了させ、酢酸エチルにより抽出する。有機層を水及び飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧下で留去し粗生成物を得た。その粗生成物をカラムクロマトグラフィー(溶媒:へキサン)により精製し、(60)で表される目的生成物であるカルバゾール誘導体を471mg得た。収率は40%であった。
(60)で表される化合物の1H NMRデータ(300MHz,CDCl3):δ8.28 (1H, d, J = 1.6 Hz), 8.15 (1H, d, J = 7.8 Hz), 7.66 (1H, dd, J = 6.7, 1.8 Hz), 7.64 (2H, d, J = 8.7 Hz), 7.52-7.40 (1H, m), 7.45 (2H, d, J = 8.4 Hz), 7.25 (1H, t, J = 7.3 Hz), 7.02 (2H, d, J = 8.7 Hz), 4.40 (2H, q, J = 7.2 Hz), 4.03 (2H, t, J = 6.6 Hz), 1.90-1.78 (2H, m), 1.55-1.34 (9H, m), 0.94 (3H, t, J = 7.0 Hz).
(61)で表される化合物の1H NMRデータ(300MHz,CDCl3):δ8.36 (1H, d, J = 1.2 Hz), 8.32 (1H, d, J = 1.0 Hz), 7.74 (1H, dd, J = 8.6, 1.7 Hz), 7.70 (1H, dd, J = 8.7, 1.8 Hz), 7.67 (2H, d, J = 8.9 Hz), 7.43 (1H, d, J = 8.6), 7.39 (1H, d, J = 8.6), 7.22 (1H, s), 7.04 (2H, d, J = 8.7 Hz), 7.02 (1H, s), 6.93 (1H, s), 4.36 (2H, q, J = 7.2 Hz), 4.05 (2H, t, J = 6.6 Hz), 2.83 (4H, m), 2.65 (2H, t, J = 7.6 Hz), 1.92-1.60 (8H, m), 1.60-1.28 (27H, m), 1.0-0.87 (12H, m).s
(62)で表される化合物の1H NMRデータ(300MHz,CDCl3):δ 8.37 (1H, d, J = 1.4 Hz), 8.32 (1H, d, J = 1.4 Hz), 7.74 (1H, dd, J = 8.5, 1.7 Hz), 7.70 (1H, dd, J = 8.6, 1.6 Hz), 7.66 (2H, d, J = 8.7 Hz), 7.43 (1H, d, J = 8.5 Hz), 7.39 (1H, d, J = 8.6 Hz), 7.23 (1H, s), 7.04 (1H, s), 7.03 (2H, d, J = 8.7 Hz), 7.04-6.99 (2H, m), 6.29 (1H, s), 4.37 (2H, q, J = 7.2 Hz), 4.04 (2H, t, J = 6.6 Hz), 2.91-2.75 (6H, m), 2.64 (2H, t, J = 7.7 Hz), 1.92-1.63 (9H, m), 1.58-1.26 (34H, m), 1.00-0.85 (15H, m).
(63)で表される化合物の1H NMRデータ(300MHz,CDCl3):δ10.0 (1H, s), 8.35 (1H, d, J = 1.6 Hz), 8.30 (1H, d, J = 1.6 Hz), 7.74 (1H, dd, J = 8.5, 1.7 Hz), 7.68 (1H, dd, J = 8.4, 1.6 Hz), 7.64 (2H, d, J = 8.6 Hz), 7.45 (1H, d, J = 8.5 Hz), 7.40 (1H, d, J = 8.6 Hz), 7.22 (1H, s), 7.05 (1H, s), 7.03 (1H, s), 7.02 (2H, d, J = 8.8 Hz), 4.39 (2H, q, J = 7.2 Hz), 4.03 (2H, t, J = 6.6 Hz), 2.95 (2H, t, J = 7.7 Hz), 2.84 (4H, t, J = 7.8 Hz), 1.89-1.66 (8H, m), 1.55-1.27 (27H, m), 0.98-0.85 (12H, m).
(15)で示される色素化合物の1H NMRデータ(300MHz,CDCl3):δ8.47 (1H, s), 8.41 (1H, s), 8.40 (1H, s), 7.74 (1H, d, J = 8.4 Hz), 7.70 (1H, d, J = 8.6 Hz), 7.65 (2H, d, J = 8.7 Hz), 7.53 (1H, d, J = 4.8 Hz), 7.51 (1H, d, J = 4.8 Hz), 7.36 (1H, s), 7.23 (1H, s), 7.13 (1H, s), 6.99 (2H, d, J = 8.8 Hz), 4.45 (2H, q, J = 7.1 Hz), 4.01 (2H, t, J = 6.5 Hz), 2.95-2.82 (6H, m), 1.85-1.63 (8H, m), 1.58-1.28 (27H, m), 0.98-0.87 (12H, m).
(62)で表されるカルバゾール誘導体のホルミル化は、前記[0048]に示される条件と同様、Vilsmeier反応により行った。178mgのカルバゾール誘導体(62)を用い反応を行い、粗生成物をカラムクロマトグラフィー(溶媒:へキサン/酢酸エチル=20/1)により粗精製し、さらに液体クロマトグラフィー(溶媒:へキサン/酢酸エチル=15/1)により精製し、(64)で表されるアルデヒド誘導体154mgを得た。収率は85%であった。
(64)で表される化合物の1H NMRデータ(300MHz,CDCl3):δ 10.0 (1H, s), 8.35 (1H, br s), 8.30 (1H, br s), 7.74-7.65 (2H, m), 7.64 (2H, d, J = 8.5 Hz), 7.44 (1H, d, J = 8.6 Hz), 7.39 (1H, d, J = 8.6 Hz), 7.21 (1H, s), 7.05 (1H, s), 7.02 (1H, s), 7.02 (2H, d, J = 8.3 Hz), 4.38 (2H, q, J = 7.2 Hz), 4.03 (2H, t, J = 6.5 Hz), 2.95 (2H, t, J = 7.6 Hz), 2.90-2.78 (6H, m), 1.89-1.63 (9H, m), 1.58-1.24 (34H, m), 0.98-0.85 (15H, m).
(16)で示される色素化合物の1H NMRデータ(300MHz,CDCl3):δ8.47 (1H, s), 8.41 (1H, s), 8.40 (1H, s), 7.74 (1H, d, J = 8.3 Hz), 7.70 (1H, d, J = 8.8 Hz), 7.65 (2H, d, J = 7.9 Hz), 7.55-7.48 (2H, m), 7.35 (1H, s), 7.24 (1H, s), 7.13 (1H, s), 7.10 (1H, s), 6.99 (2H, d, J = 8.2 Hz), 4.46 (2H, d, J = 6.9 Hz), 4.01 (2H, t, J = 6.3 Hz), 2.96-2.78 (8H, m), 1.83-1.64 (10H, m), 1.57-1.28 (33H, m), 1.00-0.85 (15H, m).
(67)で表されるアルデヒド誘導体40mgとシアノ酢酸14mgを、ピペリジン0.5mL存在下、アセトニトリル−クロロホルム混合溶媒中で加熱還流を4時間行った。その後反応溶液を室温に戻し、析出してきた結晶を濾過し、クロロホルム−エタノールから再結晶により精製し、(65)で示される色素化合物40mgを得た。収率は87%であった。
(65)で示される色素化合物の1H NMRデータ(300MHz,DMSO-d6):δ 8.50 (1H, s), 8.25 (1H, d, J = 7.7 Hz), 8.12 (1H, s), 7.78 (1H, dd, J = 8.5, 1.7 Hz), 7.72 (1H, d, J = 3.8 Hz), 7.66 (1H, d, J = 8.8 Hz), 7.62 (1H, d, J = 8.5 Hz), 7.53 (1H, d, J = 3.8 Hz), 7.50-7.45 (3H, m), 7.44 (1H, d, J = 3.8 Hz), 7.37 (1H, d, J = 3.8 Hz), 7.23 (1H, t, J = 7.4 Hz), 4.45 (2H, q, J = 7.1 Hz), 1.32 (3H, t, J = 7.1 Hz).
(1)有機色素吸着酸化チタン薄膜電極の作製
チタン・テトライソプロポキシドの加水分解により作製した酸化チタンコロイドをオートクレービングすることにより結晶性の酸化チタンナノ粒子を得た。これに、バインダーとしてエチルセルロース、溶媒としてα−テルピネオールを混合した有機性のペーストを作製した。あるいは、市販の酸化チタンペースト(たとえば、Solaronix社製)を用いても良い。上記酸化チタンペーストをスクリーン印刷法により、酸化スズコート導電性ガラス上に塗布し、空気中500℃で1〜2時間焼成することにより、膜厚が3〜20ミクロンの酸化チタン薄膜電極を得た。この電極を、0.3mMの有機色素溶液(溶媒は、トルエン、t−ブタノール、アセトニトリル1:1:1混合溶媒)に浸漬し、室温で10時間以上放置することにより、有機色素吸着酸化チタン薄膜電極を得た。
前記(1)で作製した酸化チタン薄膜電極(膜厚6ミクロン)に表1記載の色素を吸着させ、白金をスパッタした酸化スズコート導電性ガラスを対極として、ポリエチレンフィルムスペーサーを挟んで重ね合わせ、その隙間に電解液である0.6 Mヨウ化1,2-ジメチル-3-プロピルイミダゾリウム−0.1 Mヨウ化リチウム−0.05 Mヨウ素−0.5 M t-ブチルピリジンのアセトニトリル溶液を注入し、ゼムクリップでとめセルを作製した。セルの光電変換特性の測定は、光源としてキセノンランプとAMフィルターからなるソーラーシミュレーターを用い、光電流電圧特性は、ソースメーターを用いて測定した。
前記(2)で作製した本発明で合成した有機色素を用いた太陽電池における、酸化チタン電極中の電子寿命を、励起レーザー光およびポテンシオスタットを用いたIntensity-modulated photovoltage spectroscopy (IMVS法、例えば、J. Phys. Chem. B, 109, 3480 (2005), J. Phys. Chem. B, 109, 23776 (2005))により評価した。酸化チタン中の電子寿命は、色素からの電離注入量により変化することから、Jsc値が10 mA/cm2の条件での電子寿命値で比較した。
2 レドックス電解液層
3 色素吸着半導体薄膜電極層
4 導電性透明ガラス
Claims (4)
- 請求項1に記載の有機化合物を有機色素として用いることを特徴とする半導体薄膜電極。
- 請求項2に記載の半導体薄膜電極を用いることを特徴とする光電変換素子。
- 請求項3の光電変換素子を用いることを特徴とする光電気化学太陽電池。
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