[發明專利]一種含芴酮的N-丁基咔唑類化合物及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201610218907.4
• 申請日: 2016-04-08
• 公開（公告）號: CN105777613A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 韓亮;馮明倩;郝學良;高建榮;李郁錦;葉青
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: C07D209/86
• 分類號: C07D209/86;C07D405/10;C07D409/12;H01G9/20
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 吳秉中

技術領域

本發明涉及一種含芴酮的N-丁基咔唑類化合物及其制備方法和 應用。

背景技術

染料敏化太陽能電池(DyeSensitizedSolarCell，DSSC)憑借其 成本低、可弱光發電、光電轉化率不受溫度影響等特點，極有希望替 代硅半導體光電轉換部件，成為下一代實用型高性能太陽能電池。染 料敏化劑是DSSC中決定可見光吸收和光電轉換效率的關鍵結構材 料，具有結構易修飾、加工成本低和穩定性好等特點。

國內外染料敏化劑的研究主要分兩類，一類為有機金屬配合物， 另一類為非金屬有機染料。而相比于貴金屬敏化劑，有機非金屬染料 具有分子結構多樣、較為廉價、且更加環境友好、摩爾消光系數更高 等優點，是近年來染料敏化劑的研究熱點。傳統的非金屬有機染料敏 化劑的結構通式為“給體-π共軛橋-受體”(Donor-πBridge-Acceptor， D-π-A)。

咔唑及其衍生物是一類重要的含氮芳雜環化合物，其特殊的剛性 稠環結構使其表現出許多獨特的性能及生物活性，在光電材料、染料、 醫藥、超分子識別等多領域得以廣泛應用。更為重要的是咔唑類化合 物易于進行結構修飾，在咔唑環上可方便地引入各種功能基，因而咔 唑衍生物的合成及其開拓咔唑類化合物潛在的新用途，成為近些年來 十分活躍的研究領域。2008年，Koumura小組報道了一類高效的咔 唑敏化劑，系統地研究了N-己基取代的低聚噻吩π橋對組裝的染料 敏化電池性能的影響；2010年，Yang小組以咔唑作為電子供體，羅 丹寧乙酸作為受體，設計合成了一系列咔唑類染料敏化劑，其光電轉 化效率最高為4.63％；2011年，Tan小組則報道了以連三苯胺的咔唑 為敏化劑電子給體，得到高達7.03％的效率。本發明以原料易得的咔 唑作為給體，連芳環的芴酮作為橋鍵，氰乙酸作為受體，設計合成了 三個咔唑類染料敏化劑。目前，尚無文獻報道該結構的太陽能電池應 用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種含芴酮的N-丁基咔唑類化合物及其 制備方法和應用，具體將其應用于染料敏化太陽能電池。

所述的一種含芴酮的N-丁基咔唑類化合物，其特征在于包括如 式(Ⅰ)、式(Ⅱ)及式(III)所示的化合物Ⅰ、化合物Ⅱ和化合物 III：

所述的一種含芴酮的N-丁基咔唑類化合物，其特征在于化合物 Ⅰ、化合物Ⅱ和化合物III中電子受體為2-氰基丙烯酸。

所述的含芴酮的N-丁基咔唑類化合物的制備方法，其特征在于 包括如下步驟：在有機溶劑中，將式(IVa)、式(IVb)、式(IVc) 所示的化合物IVa、化合物IVb、化合物IVc分別與式(V)所示的化 合物V混合，在堿性化合物的作用下，加熱回流攪拌反應1～10h， 反應完全后，旋干溶劑，殘余物用洗脫劑溶劑進行硅膠柱層析，獲得 式(I)、式(II)和式(III)所示的化合物Ⅰ、化合物Ⅱ和化合物III；

所述的含芴酮的N-丁基咔唑類化合物的制備方法，其特征在于堿 性化合物為哌啶、吡啶、三乙胺或者三甲胺中的一種或多種混合物。

所述的含芴酮的N-丁基咔唑類化合物的制備方法，其特征在于 有機溶劑為乙腈、氯仿、四氫呋喃或1,4-二氧六環中的一種或多種混 合物。

所述的含芴酮的N-丁基咔唑類化合物的制備方法，其特征在于 洗脫劑溶劑為鹵代甲烷、醇及醋酸的混合物，所述鹵代甲烷為氯仿或 二氯甲烷，所所述醇為甲醇或乙醇，優選洗脫劑溶劑為體積比為 400:4:1的二氯甲烷、甲醇和醋酸的混合溶劑。

所述的含芴酮的N-丁基咔唑類化合物的制備方法，其特征在于 式(IVa～IVc)化合物、式(V)化合物和堿性化合物的物質的量之 比為1:1.0～3.0:1.0～4.0；有機溶劑體積用量以式(IVa～IVc)化合物 的物質的量計為10～30mL/mmol，優選為15mL/mmol。。

所述的含芴酮的N-丁基咔唑類化合物的制備方法，其特征在于 所述反應時間為8～12h，優選為12h。

式(IVa～IVc)所示的化合物可按照以下方法制備得到：將原料 VI、VII、和Pd(PPh₃)₄溶于四氫呋喃中，注入碳酸鉀溶液，氮氣保 護下加熱回流制備得到。