一种染料光敏化剂及其制备方法和应用_3

文档序号:8937164阅读:来源:国知局
优选为氯仿;所述干燥的干燥剂优选为无水硫酸 钢。 阳191] 得到具有式(1-10)结构的化合物,所述具有式(1-10)结构的化合物与四下基氣 化氨混合,进行反应。其中,所述四下基氣化氨与制备具有式(1-10)结构的化合物的原料, 即具有式(1-8)结构的化合物的摩尔比优选为2~20 :1,更优选为5~10 :1。所述反应优 选在有机溶剂中进行,所述有机溶剂优选为二氯甲烧。所述反应的溫度优选为室溫。所述 反应的时间优选为10~24h,更优选为12~16h。反应结束后,得到含有反应产物的溶液。 对所述含有反应产物的溶液进行后处理,得到具有式(I-3-1-2)结构的化合物。
[0192] 在本发明中,上述含有反应产物的溶液进行后处理的过程具体为:含有反应产物 的溶液依次经过泽灭、萃取、干燥、浓缩和柱层析后,得到具有式(I-3-1-2)结构的化合物。 所述泽灭使用的泽灭剂优选为水;所述萃取的萃取剂优选为氯仿;所述干燥的干燥剂优选 为无水硫酸钢;所述柱层析的展开剂优选为氯仿和/或石油酸,更优选为体积比为3:1的氯 仿和石油酸。
[0193] 在本发明中,所述具有式(1-2)结构的化合物与具有式(1-3)结构的化合物混 合反应过程中,所述具有式(1-3)结构的化合物具有式(1-3-1)或式(1-3-2)结构。其 中,所述具有式(1-3-2)结构的化合物具体为具有式(I-3-2-1)结构的化合物或具有式 (I-3-2-2)结构的化合物:
阳 194]
式(J-3-2-]):; 式(1-3-2-2 ):; 阳1巧]式(1-3-2-1)和式(1-3-2-2)中,1?6和1?7分别独立地选自山尸、(:1~(:%控基或Cl~C3e烷氧基取代的控基,优选自H、F、C2~C24控基或C2~C24烷氧基取代的控基,更优 选自H、F、Cz~C12控基或C2~C12烷氧基取代的控基,最优选自H、F、C2~C12烷基或C2~ Ci2烷氧基。R1。为Cl~Cl。烷基,具体为:--邸3、--C2H5、--C3H7、--〔品、-- CsHin--CgH。、--C7H。、站[口、--CgH"或--
[0196]本发明对具有式(I-3-2-1)和式(I-3-2-2)结构的化合物的来源没有特别限定, 可W采用市售商品,也可W按照本领域技术人员熟知的方法进行制备。 阳197] 在本发明中,所述具有式(1-2)结构的化合物与具有式(1-3)结构的化合物混合 反应过程中,具有式(1-3)结构的化合物和制备具有式(1-2)结构的化合物的原料,即具 有式(1-4-1)的化合物或具有式(1-4-2)的化合物的摩尔比优选为0.5~3:1,更优选为 1~2:1,最优选为1. 4~1.6:1。所述反应优选在有机溶剂中进行,所述有机溶剂优选为 二氧六环。所述反应优选在催化剂存在下进行,所述催化剂优选为Pd2(化a)3、P(t-Bu)3和 CS2CO3中一种或多种,更优选为Pd2(化a)3、Pa-Bu)3和Cs2CO3。所述催化剂中Pdz(化a)3、 ?(1:-811)3和〔3 2〔〇3的用量比优选为5~20(111邑):0.01~0.1(1111^:30~100(111邑),更优选 为8~12 (mg) :0.02~0.03 (mL) :60~80 (mg)。所述催化剂中的Pdz(化a)3与制备具有式 (1-2)结构的化合物的原料,即具有式(1-4-1)的化合物或具有式(1-4-2)的化合物的用 量比优选为8~12(mg) :l(mmol)。所述反应优选在惰性气体气氛中进行,所述惰性气体优 选为氣气。所述反应的方式优选为回流反应。所示反应的时间优选为10~24h,更优选为 12~16h。反应结束后,得到含有反应产物的溶液。对所述含有反应产物的溶液进行后处 理,得到具有式(1-1)结构的前体醋。
[0198] 在本发明中,上述含有反应产物的溶液进行后处理的过程具体为:含有反应产物 的溶液依次经过泽灭、萃取、干燥、浓缩和柱层析后,得到具有式(1-1)结构的前体醋。所述 泽灭使用的泽灭剂优选为水;所述萃取的萃取剂优选为氯仿;所述干燥的干燥剂优选为无 水硫酸钢;所述柱层析的展开剂优选为甲苯和/或石油酸,更优选为体积比为2:1的甲苯和 石油酸。 阳199] 在本发明中,所述具有式(1-1)结构的前体醋还可W按照W下方法制备: 阳200] 具有式(1-4)结构的化合物与具有式(1-5)结构的化合物进行反应,得到具有式 (I-I)结构的前体醋; 阳2〇UA--H式(1-4); 式化引;; 阳20引式(1-4)和式(I-f5)中,A为具有式(a)或式化)结构的取代基;Re和R,分别独立 地选自H、F、Cl~C36控基或C1~C36烷氧基取代的控基;R1。为C1~C1。烷基;y为O或1 ; Z为面素。 阳203] 在本发明提供的上述具有式(1-1)结构的前体醋的制备方法中,直接将具有式 (1-4)结构的化合物与具有式(1-5)结构的化合物进行反应,即可得到具有式(1-1)结构的 前体醋,该过程具体为: 阳204] 首先将具有式(1-4)结构的化合物与裡化剂反应,得到裡化反应液;所述裡化反 应液与锡化剂反应,得到具有式(1-13)结构的化合物; 阳2化]
乂(1-13);
[0206] 式中,Ji、Jz和J3分别独立地选自C1~C1。烷基;A为具有式(a)或式化) 结构的取代基;
阳207] -式(aJ
式(b); 阳2〇引式(曰)和式化)中,其中,町、3'1和1?3分别独立地选自山(:1~〔36控基或〇1~〇36 烷氧基取代的控基;R2、R' 2、IVRs和R' 5分别独立地选自C1~C%控基或C1~C%烷氧基 取代的控基。
[0209]在本发明提供的上述具有式(1-13)结构的化合物的制备方法中,首先将具有式 (1-4)结构的化合物与裡化剂混合,进行反应。其中,所述具有式(1-4)结构的化合物具有 式(1-4-1)或式(1-4-2)结构:
阳 210] 式(1-4-1) ;
乂( 1-4-2 ); 悦川式(1-4-1)和式(1-4-2)中,其中,Ri、R' 1和R3分别独立地选自H、Cl~C36控基 或Cl~C36烷氧基取代的控基;R2、R'2、IVRs和R'5分别独立地选自C广C36控基或C广 Cse烷氧基取代的巧基。
[0212] 所述具有式(1-4-1)或式(1-4-2)结构的化合物的具体结构和来源在上文中已经 介绍,在此不再寶述。所述裡化剂优选为下基裡,更优选为正下基裡。所述裡化剂与具有式 (1-4)结构的化合物的摩尔比优选为0. 5~2 :1,更优选为1. 4~1. 6 :1。所述反应优选在 有机溶剂中进行,所述有机溶剂优选为四氨巧喃。所述反应优选在惰性气体气氛中进行,所 述惰性气体优选为氣气。所述反应的溫度优选为-60~-90°C,更优选为-78~-80°C。所 述反应的时间优选为0.5~化,更优选为1~化。反应结束后,得到裡化反应液。所述裡 化反应液与锡化剂混合,进行反应。其中,所述锡化剂优选为=烷基面化锡,其结构如下所 示: 阳21引
[0214] 上式中,Ji、Jz和J3分别独立地选自C广Cio的烷基,优选自Cl~C3的烷基;Z为 面素,优选为C1、化或I。
[0215] 在本发明提供的一个实施例中,所述锡化剂具体为=甲基氯化锡,其结构如下所 示: 阳216]
[0217] 所述裡化反应液与锡化剂混合反应过程中,所述锡化剂与具有式(1-4)结构的化 合物的摩尔比0. 5~2 :1,更优选为1. 4~1. 6 :1。所述反应优选在惰性气体气氛中进行, 所述惰性气体优选为氣气。所述反应的溫度优选为室溫。所述反应的时间优选为8~20h, 更优选为10~15h。反应结束后,得到含有反应产物的溶液。所述含有反应产物的溶液经 过后处理,得到具有式(1-13)结构的化合物。
[0218] 在本发明中,上述含有反应产物的溶液进行后处理的过程具体为:含有反应产物 的溶液依次经过泽灭、萃取、干燥和浓缩后,得到具有式(1-13)结构的化合物。所述泽灭使 用的泽灭剂优选为水;所述萃取的萃取剂优选为氯仿;所述干燥的干燥剂优选为无水硫酸 钢。 阳219] 得到具有式(1-13)结构的化合物后,将所述具有式(1-13)结构的化合物和具 有式(1-5)结构的化合物混合,进行反应。其中,所述具有式(1-5)结构的化合物具有式 (1-5-1)或式(1-5-2)结构:
阳220]
^ (1-5-1 :) ?: 或;(1-5-2.); 阳扣^式(1-5-1)和式(1-5-2)中,Re和R7分别独立地选自H、F、C广Cse控基或C广Cje烷氧基取代的控基;R1。为Cl~Cl。烷基;Z为面素,优选为Cl、化或I;y为0或1。在本 发明中,所述具有式(1-5-1)结构的化合物具体为(I-5-l-a)结构的化合物或(I-5-l-b) 结构的化合物:
阳。2] 式(1-5-'l-a):; 阳扣引式(I-5-l-a)中,Z为面素,优选为Cl、Br或I;Re和Ry分别独立地选自H、F、Ci~Cje控基或C1~C3e烷氧基取代的控基,优选自H、F、C2~C24控基或C2~C24烷氧基取代的 控基,更优选自H、F、Cz~C12控基或C2~C12烷氧基取代的控基,最优选自H、F、C2~C12烧 基或Cz~C12烷氧基;R1。为C广C1。烷基,具体为:--CH3、--C2H5、--C3H7、-- C4H9、 C5H11、 CeHi3、 C7H15、CgHn、 CgHig或 CioHzi。
[0224] 本发明对所述具有(I-5-l-a)结构的化合物的来源没有特别限定,可W采用市售 商品,也可W按照本领域技术人员熟知的方法进行制备。 阳2巧]
式(kM-b); 阳226] 式(I-5-l-b)中,Re和R7分别独立地选自H、F、C1~C%控基或C1~C%烷氧基取 代的控基,Ri。为C1~C1。烷基,Z为面素,优选为Cl、化或I。在本发明中,所述式(I-5-l-b) 结构的化合物与上述式(1-8)结构的化合物的结构相同,在此不再寶述。 阳227] 在本发明中,所述具有式(1-5-2)结构的化合物具体为(I-5-2-a)结构的化合物 或(I-5-2-b)结构的化合物: 阳22引
式(i-5-2-a):
式(1-5-2-b); 阳229] 式(I-5-2-a)和式(I-5-2-b)中,Re和R7分别独立地选自H、F、C1~C%控基或Cl~Cse烷氧基取代的控基;R1。为Cl~Cl。烷基;Z为面素,优选为C1、化或I。本发明对 所述具有式(I-5-2-a)结构的化合物和具有式(I-5-2-b)结构的化合物的来源没有特别限 定,可W选用市售商品,也可W按照本领域技术人员熟知的方法制备。
[0230] 在本发明中,所述具有式(I-5-2-a)结构的化合物优选按照W下方法制备: 阳231] 具有式(1-14)结构的化合物与具有式(1-12)结构的化合物反应,得到具有式 (I-5-2-a)结构的化合物;
阳 2;32] 式(1-14); 阳23引式(1-14)中,Rio为C1~C1。烷基。
[0234] 在本发明提供的上述具有式(I-5-2-a)结构的化合物的制备方法中,直接将具有 式(1-14)结构的化合物与具有式(1-12)结构的化合物反应,即可得到具有式(I-5-2-a) 结构的化合物,该过程具体为:
[0235] 首先将具有式(1-14)结构的化合物与具有式(1-12)结构的化合物混合,进行反 应。其中,所述具有式(1-14)结构的化合物具有如下结构: 阳236]
或(1-141 ; 阳237]式(1-14)中,Rio为Cl~C10烷基,具体为:--邸3、--C2H5、--C3H7、--C4H9、 C5H11、 CeHi3、 C7H15、CgHn、 CgHig或CioHzi。
[0238] 在本发明提供的一个实施例中,所述具有式(1-14)结构的化合物具体为2-簇酸 乙醋嚷吩,其结构如下: 阳239]
[0240]本发明对所述具有式(1-14)结构的化合物的来源没有特别限定,可W采用市售 商品,也可W按照本领域技术人员熟知的方法进行制备。 阳241]在本发明中,所述具有式(1-14)结构的化合物与具有式(1-12)结构的化合物混 合反应过程中,所述具有式(1-14)结构的化合物与具有式(1-12)结构的化合物的摩尔比 优选为1 :〇. 5~2,更优选为1 :1~1. 1。所述反应优选在有机溶剂中进行,所述有机溶剂 优选为甲苯。所述反应优选在催化剂存在下进行,所述催化剂优选为Pd(0Ac)2、P切3 ?皿F4、 PivOH和KzCA中一种或多种,更优选为Pd(OAc)2、P切3?皿?4、PivOH和KzCA。所述催化剂中 ?(1(04。)2、?切3.皿尸4、口1¥(^和1(2〇)3的质量比优选为40~50:130 ~160:90 ~110:680 ~ 720。所述催化剂与具有式(1-14)结构的化合物的用量比优选为20~50 (mg) :0. 5 (mmol), 更优选为900~1100 (mg) :3~3. 5 (mmol)。所述反应优选在惰性气体气氛中进行,所述惰 性气体优选为氣气。所述反应的方式优选为回流反应。所示反应的时间优选为10~24h, 更优选为12~16h。反应结束后,得到含有反应产物的溶液。对所述含有反应产物的溶液 进行后处理,得到具有式(I-5-2-a)结构的化合物。 阳242] 在本发明中,上述含有反应产物的溶液进行后处理的过程具体为:含有反应产物 的溶液依次经过泽灭、萃取、干燥、浓缩和柱层析后,得到具有式(I-5-2-a)结构的化合物。 所述泽灭使用的泽灭剂优选为水;所述萃取的萃取剂优选为氯仿;所述干燥的干燥剂优选 为无水硫酸钢;所述柱层析的展开剂优选为氯仿和/或石油酸,更优选为体积比为3:1的氯 仿和石油酸。 阳243] 在本发明中,所述具有式(I-5-2-b)结构的化合物优选按照W下方法制备:
[0244] 具有式(1-15)结构的化合物与具有式(1-12)结构的化合物反应,得到具有式 (I-5-2-b)结构的化合物;
[0245] 式(M5) ? 阳246] 式(I-巧)中,Ri。为C1~C1。烷基。 阳247] 在本发明提供的上述具有式(I-5-2-b)结构的化合物的制备方法中,直接将具有 式(1-15)结构的化合物与具有式(1-12)结构的化合物反应,即可得到具有式(I-5-2-b) 结构的化合物,该过程具体为:
[0248] 首先将具有式(1-15)结构的化合物与具有式(1-12)结构的化合物混合,进行反 应。其中,所述具有式(1-15)结构的化合物具有如下结构:
[0249]
乂( 1-13 ); 阳巧0] 式(1-15)中,Rio为Cl~Cio烷基,具体为:--邸3、--C2H5、--C3H7、-- C4H9、 C5H11、 CeHi3、 C7H15、CgHn、 CgHig或 CioHzi。 阳251] 在本发明提供的一个实施例中,所述具有式(1-15)结构的化合物具体为具有式 (I-15-a)结构的化合物: 阳巧2]
阳253] 本发明对所述具有式(1-15)结构的化合物的来源没有特别限定,可W采用市售 商品,也可W按照本领域技术人员熟知的方法进行制备。 阳巧4] 在本发明中,所述具有式(1-15)结构的化合物与具有式(1-12)结构的化合物混 合反应过程中,所述具有式(1-15)结构的化合物与具有式(1-12)结构的化合物的摩尔比 优选为1:〇.5~2,更优选为1 :0. 9~1.1。所述反应优选在有机溶剂中进行,所述有机溶 剂优选为甲苯。所述反应优选在催化剂存在下进行,所述催化剂优选为Pd(P化3) 2〇2、S苯 基麟、舰化亚铜和二异丙基胺中一种或多种,更优选为PcKP化3) 2〇2、^苯基麟、舰化亚铜和 二异丙基胺。所述催化剂中PcKP化3)2〇2、^苯基麟、舰化亚铜和二异丙基胺的用量比优选 为60~70 (mg) :40~50 (mg) : 10~20 (mg) : 1. 5~2.5 (mL)。所述催化剂中的Pd任化3)2CI2 与具有式(1-15)结构的化合物的用量比优选为60~70(mg) :5(mmol),更优选为60~ 65(mg) :5(mmol)。所述反应优选在惰性气体气氛中进行,所述惰性气体优选为氣气。所述 反应的溫度优选为70~90°C。所示反应的时间优选为10~2地,更优选为12~16h。反 应结束后,得到含有反应产物的溶液。对所述含有反应产物的溶液进行后处理,得到具有式 (I-5-2-b)结构的化合物。 阳255] 在本发明中,上述含有反应产物的溶液进行后处理的过程具体为:含有反应产物 的溶液依次经过泽灭、萃取、干燥、浓缩和柱层析后,得到具有式(I-5-2-b)结构的化合物。 所述泽灭使用的泽灭剂优选为水;所述萃取的萃取剂优选为氯仿;所述干燥的干燥剂优选 为无水硫酸钢;所述柱层析的展开剂优选为甲苯和/或石油酸,更优选为体积比为3:1的甲 苯和石油酸。
[0256] 在本发明中,所述具有式(1-13)结构的化合物和具有式(1-5)结构的化合物混合 反应的过程中,所述式(1-5)结构的化合物与制备式(1-13)结构化合物的原料,即具有式 (1-4)结构的化合物的摩尔比优选为0. 5~3 :1,更优选为1~2 :1,最优选为1. 4~1. 6 : 1。所述反应优选在催化剂存在下进行,所述催化剂优选为Pd(P化3) 2〇2。所述催化剂与制备 式(1-13)结构化合物的原料,即具有式(1-4)结构的化合物的用量比优选为30~50 (mg): 1~2(mmol),更优选为40~50(mg) :1~1. 1 (mmol)。所述反应优选在有机溶剂中进行,所 述有机溶剂优选为甲苯。所述反应优选在惰性气体气氛中进行,所述惰性气体优选为氣气。 所述反应的方式优选回流反应。所述反应的时间优选为10~24h,更优选为12~16h。反 应结束后,得到含有反应产物的溶液。对所述含有反应产物的溶液进行后处理,得到具有式 (I-I)结构的前体醋。 阳257] 在本发明中,上述含有反应产物的溶液进行后处理的过程具体为:含有反应产物 的溶液依次经过泽灭、萃取、干燥、浓缩和柱层析后,得到具有式(1-1)结构的前体醋。所述 泽灭使用的泽灭剂优选为水;所述萃取的萃取剂优选为氯仿;所述干燥的干燥剂优选为无 水硫酸钢;所述柱层析的展开剂优选为甲苯和/或石油酸,更优选为体积比为2:1的甲苯和 石油酸。 阳25引在本发明中,所述具有式(1-1)结构的前体醋与碱性化合物和溶剂混合进行水解 的过程中,所述碱性化合物优选为氨氧化钟和/或氨氧化钢。所述碱性化合物与制备所述 前体醋所用的原料,即具有式(1-2)或(1-4)结构的化合物的摩尔比优选为1~10 :1,更优 选为2~4:1。所述溶剂优选为水和有机溶剂,所述有机溶剂优选为四氨巧喃。所述碱性 水解的溫度优选为60~90°C,更优选为70~80°C。所示碱性水解的时间优选为3~化, 更优选为5~化。碱性水解结束后,得到前体醋对应的盐。 阳巧9] 得到所述前体醋对应的盐后,所述前体醋对应的盐与与酸混合,进行复分解反应。 所述酸优选为憐酸。所述憐酸与制备前体醋对应的盐所用的原料,即具有式(1-2)或(1-4) 结构的化合物的摩尔比优选为2~10 :1,更优选为3~5 :1。反应结束后,得到含反应产物 的溶液。所述含反应产物的溶液进行后处理,得到具有式(I)结构的染料光敏化剂。
[0260] 在本发明中,上述含有反应产物的溶液进行后处理的过程具体为:含有反应产物 的溶液依次经过泽灭、萃取、干燥、浓缩和柱层析后,得到具有式(I)结构的染料光敏化剂。 所述泽灭使用的泽灭剂优选为水;所述萃取的萃取剂优选为氯仿;所述干燥的干燥剂优选 为无水硫酸钢;所述柱层析的展开剂优选为=氯甲烧和/或甲醇,更优选为体积比为1:20 的S氯甲烧和甲醇。 阳261] 采用本发明提供的方法能够制得具有式(I)结构的光敏染料,采用该光敏染料制 备的染料敏化太阳能电池的光电转换效率较高。本发明提供的制备方法原料来源丰富、成 本较低,制备过程简单,产品得率高,工业化生产前景较好。 阳%2] 本发明提供了一种染料敏化太阳能电池,所述染料敏化太阳能电池的染料层由上 述技术方案所述的染料光敏化剂制成或者由上述技术方案所述的制备方法制得的染料光 敏化剂制成。 阳%3] 本发明提供的染料敏化太阳能电池的染料层由上文所述的染料光敏化剂制成。
[0264] 本发明提供的染料敏化太阳能电池包括:相对的第一和第二透明基底层;导电 层、光吸收层、空穴输运层和对电极;在所述第一和第二透明基底层中间,所述导电层、光吸 收层、空穴输运层和对电极顺次连接;所
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