吲哚[3,2-b]并吡咯染料及其制法和应用制造技术

本发明专利技术公开了一类吲哚[3,2-b]并吡咯染料及其制法和应用，属于精细化工中的光电转化材料领域。本发明专利技术的吲哚[3,2-b]并吡咯染料以吲哚[3,2-b]并吡咯为核心骨架，以氰基乙酸为受体基团。本发明专利技术的吲哚[3,2-b]并吡咯染料由于吲哚[3,2-b]并吡咯结构含有两个氮原子，电子云密度大、给电子能力强，在可见光区有较强吸收，可作为光敏化剂用于染料敏化太阳电池。

【技术实现步骤摘要】
吲哚[3,2-b]并吡咯染料及其制法和应用
本专利技术涉及精细化工中的光电转化材料领域，具体涉及一类吲哚[3,2-b]并吡咯染料及其制法和应用。技术背景染料敏化太阳电池(DSSCs)是一种新型的将太阳能转化为电能的装置。这类电池与传统的硅基太阳电池相比具有结构简单、制作成本低等优点，是一类具有广泛应用前景的光电转换装置。染料的结构设计对于这类电池的光电转换效率至关重要。目前，光电转化效率最高的是钌多吡啶配合物。然而钌属于稀有贵金属，钌多吡啶配合物的分离提纯也有相当的难度，其DSSCs成本较高，限制了其大规模实用化。为此，开发不含金属的有机光敏染料对发展DSSCs至关重要，成为该领域的重要研究方向。与钌多吡啶配合物染料(如N3，N719等)相比，有机光敏染料具有结构多样、制备提纯相对容易、摩尔消光系数高等诸多优点，近年来有机光敏染料发展迅速，品种多样的有机染料得到开发和应用。吲哚[3,2-b]并吡咯含有两个氮原子，电子云密度大、给电子能力强。具有吲哚[3,2-b]并吡咯结构的有机染料在可见光区有较强的吸收。但目前还没有吲哚[3,2-b]并吡咯染料的报道。为了开发高性能有机染料并应用于染料敏化太阳电池，本专利技术设计并合成一类含有富电子的吲哚[3,2-b]并吡咯结构单元、以氰基乙酸为受体的新型染料--吲哚[3,2-b]并吡咯染料。该染料具有结构简单，合成容易，在可见光区有较强的吸收，能作为高效的光敏剂用于染料敏化太阳电池中。
技术实现思路
本专利技术的目的是合成一类吲哚[3,2-b]并吡咯染料。本专利技术合成一类新型的不含金属的纯有机光敏染料，这类染料以富电子的吲哚[3,2-b]并吡咯为核心骨架，氰基乙酸作为电子受体。这类染料能作为高效的光敏化剂应用于染料敏化太阳电池。本专利技术提供吲哚[3,2-b]并吡咯染料，这类染料的结构通式如下：其中：R1、R2为C1～C20的直链烷基、C1～C20的支链烷基或C1～C20的酰胺基，R1、R2相同或不同；Ar1、Ar2为芳香环，Ar1、Ar2相同或不同，且具有如下结构的芳香环：其中，X1～X4为氢、C1～C20的直链烷基、C1～C20的支链烷基、C1～C20的酰胺基或C1～C20的烷氧基，X1～X4相同或不同；X5和X6为氢、C1～C20的直链烷基、C1～C20的支链烷基或C1～C20的烷氧基，X5和X6相同或不同；X7和X8为氢、C1～C20的直链烷基或C1～C20的支链烷基，X7和X8相同或不同。本专利技术吲哚[3,2-b]并吡咯染料合成方法简单，原料价廉易得，合成路线如下：当R1为甲基，R2为异辛基，Ar1为噻吩环，Ar2为CH时，吲哚[3,2-b]并吡咯染料的合成步骤如下：(1)以邻二氯苯为溶剂，先加入1份化合物1，然后加入3.0～5.0份三苯基膦，加热搅拌至回流，待反应完毕，减压除去溶剂，倾入水中，后处理得化合物2；(2)以DMF为溶剂，加入1份化合物2，再加入KOH，NaOH，K2CO3中的一种，室温搅拌0.5h～2h，缓慢加入1.2～2.0份1-溴异辛烷，升温至100℃～130℃反应4h～24h，待反应液冷却后，倒入冷水中，后处理得化合物3；(3)以DMF为溶剂，加入1.0份化合物3，在冰浴下缓慢滴加3.0份用DMF溶解的三氯氧磷，待滴加完毕，室温搅拌0.5h～1h，再缓慢升温至80℃反应过夜，冷却，倒入冰水中，加入NaOH，NaHCO3中的一种中和，后处理得化合物4；(4)以DMF为溶剂，加入1份化合物4，再加入KOH，NaOH，K2CO3中的一种，缓慢加入1.2～2.0份2-噻吩硼酸，升温至100℃～130℃反应12h～24h，待反应液冷却后，倒入冷水中，后处理得化合物5；(5)以乙腈为溶剂，加入1份化合物5，再加入哌啶，醋酸-醋酸铵中的一种，缓慢加入3.0～5.0份氰基乙酸，升温至80℃反应12h～24h，待反应液冷却后，倒入冷水中，后处理得化合物TX-1。进一步优化地，所述制备方法包括如下步骤：惰性气氛下，以邻二氯苯为溶剂，先加入1份化合物1，然后加入3.0份三苯基膦，待反应完毕，减压除去溶剂，倾入水中，加入二氯甲烷萃取，有机层水洗，干燥，浓缩，粗产物通过重结晶或柱层析分离提纯得化合物2；惰性气氛下，以DMF为溶剂，加入1份化合物2，加入KOH，NaOH，K2CO3中的一种，室温搅拌0.5h，缓慢加入1.2份1-溴异辛烷，升温至130℃反应24h。待反应液冷却后，倒入冷水中，加入二氯甲烷萃取，有机层水洗，干燥，浓缩，粗产物通过重结晶或柱层析分离提纯得化合物3；Ar气保护下，以DMF为溶剂，加入1.0份化合物3。在冰浴下缓慢滴加3.0份用DMF溶解的三氯氧磷。待滴加完毕，室温搅拌0.5h，升温至80℃反应过夜。冷却，倒入冰水中，加入二氯甲烷萃取，有机层水洗，干燥，浓缩，粗产物通过重结晶或柱层析分离提纯得化合物4；惰性气氛下，以DMF为溶剂，加入1份化合物4，加入KOH，NaOH，K2CO3中的一种，缓慢加入1.2份2-噻吩硼酸，升温至130℃反应24h。待反应液冷却后，倒入冷水中，加入二氯甲烷萃取，有机层水洗，干燥，浓缩，粗产物通过重结晶或柱层析分离提纯得化合物5；惰性气氛下，以乙腈为溶剂，加入1份化合物5，加入哌啶、醋酸-醋酸铵中的一种，缓慢加入5.0份氰基乙酸，升温至80℃反应24h。待反应液冷却后，倒入冷水中，加入二氯甲烷萃取，有机层水洗，干燥，浓缩，粗产物通过重结晶或柱层析分离提纯得化合物TX-1。上述的一类吲哚[3,2-b]并吡咯染料能在制备染料敏化太阳电池中应用。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：本专利技术填补目前关于吲哚[3,2-b]并吡咯染料应用于染料敏化太阳电池方面的空白，设计并合成一类含有富电子的吲哚[3,2-b]并吡咯结构单元、以氰基乙酸为受体的新型染料--吲哚[3,2-b]并吡咯染料。该染料具有结构简单，合成容易，在可见光区有较强的吸收，能作为高效的光敏剂用于染料敏化太阳电池中。附图说明图1为实施例1及实施例2中所合成的染料在二氯甲烷溶剂中(浓度2×10-5M)的紫外/可见吸收谱图，其中横坐标表示的是吸收波长，纵坐标表示的是吸光强度。图2为实施例3的染料敏化太阳电池器件的光电流和光电压曲线，其中横坐标表示的是电压，纵坐标表示的是电流密度。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步地详细说明，但是本专利技术要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。实施例1吲哚[3,2-b]并吡咯染料TX-2的合成以下反应均在氩气保护下的干燥环境中进行。(1)化合物2的合成将1.41g(5mmol)的化合物1溶于50mL干燥的邻二氯苯中，然后加入3.94g(15mmol)三苯基膦剧烈搅拌回流。待反应完毕，减压除去溶剂。倾入水中，加入二氯甲烷(3×30ml)萃取。有机层水洗，干燥，浓缩。粗产物通过一10cm高的硅胶垫粗提纯，得到土黄色固体0.63g，收率50％。1HNMR(CDCl3,400MHz,ppm):δ7.48-7.53(m,3H),7.18-7.21(m,1H),6.74(d,J＝2.8Hz,1H),6.03(d,J＝2.8Hz,1H),3.96(s,3H).13CNMR(CDCl3,100MHz,ppm):δ141.4,132.4,126本文档来自技高网...

【技术保护点】
一类吲哚[3,2‑b]并吡咯染料，其特征是结构通式如下：其中：R1、R2为C1～C20的直链烷基、C1～C20的支链烷基或C1～C20的酰胺基，R1、R2相同或不同；Ar1、Ar2为芳香环，Ar1、Ar2相同或不同，且其中，X1～X4为氢、C1～C20的直链烷基、C1～C20的支链烷基、C1～C20的酰胺基或C1～C20的烷氧基，X1～X4相同或不同；X5和X6为氢、C1～C20的直链烷基、C1～C20的支链烷基或C1～C20的烷氧基，X5和X6相同或不同；X7和X8为氢、C1～C20的直链烷基或C1～C20的支链烷基，X7和X8相同或不同。

【技术特征摘要】
1.一类吲哚[3,2-b]并吡咯染料，其特征是结构通式如下：其中，R1、R2为C1～C20的直链烷基或C1～C20的支链烷基，R1、R2相同或不同；Ar2为CH，Ar1为以下的任意一种结构：其中，X1～X4为氢、C1～C20的直链烷基、C1～C20的支链烷基、C1～C20的酰胺基或C1～C20的烷氧基，X1～X4相同或不同；X5和X6为氢、C1～C20的直链烷基、C1～C20的支链烷基或C1～C20的烷氧基，X5和X6相同或不同；X7和X8为氢、C1～C20的直链烷基或C1～C20的支链烷基，X7和X8相同或不同。2.制备权利要求1所述一类吲哚[3,2-b]并吡咯染料的方法，其特征在于当R1为甲基，R2为异辛基，Ar1为噻吩环，Ar2为CH的合成路线为：3.根据权利要求2所述的制备一类吲哚[3,2-b]并吡咯染料的方法，其特征在于包括如下步骤：(1)以邻二氯苯为溶剂，先加入1份化合物1，然后加入3.0～5.0份三苯基膦，加热搅拌至回流，待反应完毕，减压除去溶剂，倾入水中，后处理得化合物2；(2)以DMF为溶剂，加入1份化合物2，再加入KOH，NaOH，K2CO3中的一种，室温搅拌0.5h～2h，缓慢...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹德榕，戴学新，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44