鈀催化之碳氫鍵活化反應： 發展省步驟且具位向選擇性新合成途徑 快速製備有機光電材料重要之π-A-π結構

以作者查詢圖書館館藏

、以作者查詢臺灣博碩士

、以作者查詢全國書目

、勘誤回報

、線上人數：95

、訪客IP：18.227.209.84

姓名

劉冠廷(Kuan-Ting Liu) 查詢紙本館藏

畢業系所

化學工程與材料工程學系

論文名稱

鈀催化之碳氫鍵活化反應：發展省步驟且具位向選擇性新合成途徑快速製備有機光電材料重要之π-A-π結構
(Direct C-H Arylation as Rapid and Regioselective Access to Organic-Electronics-Versatile π-A-π Type Building Blocks)

相關論文

★ 人類胚胎幹細胞在無滋養層及無異種條件的培養下於帶有生長因子的表面進行培養	★ 鈣鈦礦膜缺陷控制及製備高效率鈣鈦礦太陽能電池
★ 噻吩并[3,4-c]吡咯-4, 6-二酮(TPD)之鈀催化直接碳氫鍵芳香環化反應之研究: 以高步驟經濟效益合成策略製備含TPD之功能性π-共軛小分子	★ 銅觸媒催化之直接碳氫鍵芳香環化反應：以高效率低成本之新合成策略製備含噻吩并[3,4-c]吡咯-4, 6 -二酮(TPD)之功能性有機材料
★ 芳香雜環碘化物之水相自身耦合反應：有機光電材料重要前驅物之綠色化學合成法之研究	★ 鈷觸媒催化之芳香雜環溴化物還原性烷基化反應：以一鍋化反應製備烷基噻吩、呋喃、硒吩與吡咯之有機光電材料重要前驅物
★ 利用碳氫鍵芳香環化反應高效率合成小分子有機半導體材料之末端基與其在染料敏化太陽能電池之應用	★ 銅催化之碳氫鍵芳香環化反應於染料敏化太陽能電池之綠色合成與應用
★ 利用交叉脫氫耦合反應快速製備各式D-π-A有機染料分子：C-H/C-H合成法研究與其在染料敏化太陽能電池之應用	★ 發展功能性π共軛小分子之綠色合成方法學及其於太陽能電池之應用
★ 利用碳氫鍵芳香環化反應一步合成含EDOT電洞傳輸材料及其於鈣鈦礦太陽能電池之應用	★ 碳氫鍵活化反應於鈣鈦礦太陽能電池之應用：高效能電洞傳輸材料合成捷徑之研究
★ 結合C-H/C-Br與C-H/C-H反應快速合成快速合成有機光敏化劑並探討內部拉電子基對於有機光敏化劑並探討內部拉電子基對於有機光敏化劑並探討內部拉電子基對於有機光敏化劑並探討內部拉電子基對於有機光敏化劑並探討內部拉電子基對於有機光敏化劑並探討內部拉電子基對於染料敏化太陽能電池效率之染料敏化太陽能電池效率之染料敏化太陽能電池效率之染料敏化太陽能電池效率之影響	★ 一鍋化連續式碳氫鍵芳香環化反應於染料敏化太陽能電池與鈣鈦礦太陽能電池之應用
★ 利用反應條件最佳化之碳-氫/碳-溴合成策略快速製備以并三?吩為核心結構之電洞傳輸材料	★ 含?唑與吩??之電洞傳輸材料於鈣鈦礦太陽能電池之應用：發展碳氫鍵芳香環化之省步驟合成法

檔案

[Endnote RIS 格式]

[Bibtex 格式]

[相關文章]

[文章引用]

[完整記錄]

[館藏目錄]

[檢視]

[下載]

本電子論文使用權限為同意立即開放。
已達開放權限電子全文僅授權使用者為學術研究之目的，進行個人非營利性質之檢索、閱讀、列印。
請遵守中華民國著作權法之相關規定，切勿任意重製、散佈、改作、轉貼、播送，以免觸法。

摘要(中)

無論是在小分子與高分子有機光電材料中，在拉電子基團 (Acceptor) 兩側嵌上不同的官能基團所合成的π-A-π結構都是分子設計中不可或缺的一環，對比於步驟複雜需要事先合成許多前置化合物的傳統合成方法，本文將介紹具有步驟經濟效益且具高度選擇性的方法學來合成有機光電材料中的π-A-π結構，也就是利用鈀催化直接芳香環化反應達到此目的，此方法可以將傳統方法的四步合成減少至一步合成，大幅減少反應路徑，並在經過各式酸、配位基、反應時間、鹼以及溶劑的篩選後得到最佳化反應條件。而為了證明此條件的廣泛度以及適用性，於此嘗試各種拉電子基團 (Acceptor) 與芳香雜環的變化且可成功合成各類型π-A-π結構，證實此反應條件廣闊的應用性。
本實驗所合成的π-A-π結構具有可以做為後續反應位置的氫，藉由接上不同的功能性分子，可以使其應用在有機光伏電池 (OPVCs)、有機場效電晶體 (OFETs)、有機發光二極體 (OLEDs) 與染料敏化太陽能電池 (DSSCs) 之中，而本研究將以一鍋化的方式合成有機染料分子，並應用在染料敏化太陽能電池 (DSSCs) 上，合成出一條新結構的D-π-A-π-A’的產物CYL-11，並測得其能源轉換效率 (PCE) 為3.15 %

摘要(英)

A Pd-catalyzed C-H (hetero) arylation methodology is well optimized for the efficient synthesis of versatile π-A-π type building blocks required in different organic electronic materials. This report not only provides a broad substrate scope of target π-A-π type building blocks but reduces the synthetic steps from four steps to a single step. After the reaction finish, it remains two possible positions for further arylable C-H bonds generated. By coupling with different types of functional groups, various types of organic electronic materials can be synthesized easily. For applications in dye-sensitized solar cells (DSSCs), we demonstrate that one D-π-A-π-A’ type new organic sensitizer (CYL-11) can be step-economically synthesized by using the one-pot condition which is adjusted from our best reaction condition. CYL-11 gives a Voc of 0.66 V, a Jsc of 6.61 mA/cm2, and the FF of 72.3 %, which corresponds to an overall power conversion efficiency (PCE) of 3.15 %. This work is expected to become a practical synthetic alternative aiming at guiding material scientists to access small-molecule materials of interest with less synthetic transformations.

關鍵字(中)

★ 鈀催化
★ 碳氫鍵活化
★ 有機光電材料
★ 位向選擇性

關鍵字(英)

★ Pd-catalyzed
★ C-H arylation
★ Regioselective

論文目次

目錄
一、緒論 - 1 -
1-1 π-A-π結構在小分子有機太陽能光伏電池的應用 - 3 -
1-2 π-A-π結構在高分子有機光伏電池的應用 - 6 -
1-3 π-A-π結構在有機場效電晶體的應用 - 9 -
1-4 π-A-π結構在染料敏化太陽能電池的應用 - 12 -
1-5 有機光電材料中π-A-π結構的合成 - 15 -
二、研究動機 - 18 -
三、結果與討論 - 21 -
3-1 尋找碳氫鍵芳香環化之最佳化操作條件 - 21 -
3-2 合成各式π-A-π核心 (π-Acceptor-π Cores) - 30 -
3-3 反應機制 - 41 -
3-4 π-A-π在染料敏化太陽能電池的合成與應用 - 44 -
3-5 結論與展望 - 54 -
四、儀器設備與藥品溶劑 - 56 -
4-1 實驗儀器 - 56 -
4-2 藥品與溶劑 - 60 -
五、合成步驟與化合物鑑定 - 61 -
5-1 General procedure A for Table 1: - 61 -
5-2 General procedure B for Table 2: - 64 -
5-3 Synthesis and characterization of compounds 4a and CYL-11 (Scheme 2): - 91 -
5-4 General Procedure D: Knoevenagel condensations - 94 -
參考文獻 - 96 -
NMR圖譜 - 102 -

參考文獻

參考文獻
[1] Mitschke, U.; Bauerle, P. J. Mater. Chem. 2000, 10, 1471-1507. (b) Chen, C.-T. Chem. Mater. 2004, 16, 4389-4400. (c) Kulkarni, A. P.; Tonzola, C. J.; Babel, A.; Jenekhe, S. A. Chem. Mater. 2004, 16, 4556-4573. (d) Facchetti, A. Mater. Today 2007, 10, 28-37. (e) Cheng, Y.-J.; Yang, S.-H.; Hsu, C.-S. Chem. Rev. 2009, 109, 5868-5923. (f) Heeger, A. J. Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 2354-2371. (g) Ma, H.; Yip, H.-L.; Huang, F.; Jen, A. K. Y. Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 1371-1388. (h) Duarte, A.; Pu, K.-Y.; Liu, B.; Bazan, G. C. Chem. Mater. 2011, 23, 501-515. (i) Facchetti, A. Chem. Mater. 2011, 23, 733-758. (j) Usta, H.; Facchetti, A.; Marks, T. J. Acc. Chem. Res. 2011, 44, 501-510. (k) Zhou, H.; Yang, L.; You, W. Macromolecules 2012, 45, 607-632. (l) Facchetti, A. Mater. Today 2013, 16, 123-132. (m) Lan, T.; Lu, X.; Zhang, L.; Chen, Y.; Zhou, G.; Wang, Z.-S. J. Mater. Chem. A. 2015, 3, 9869-9881. (n) Wu, Y.; Marszalek, M.; Zhang, Q.; Tian, H.; Grätzel, M.; Zhu, W. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 8261-8272.
[2] (a) Zhang, Y.; Hau, S. K.; Yip, H.-L.; Sun, Y.; Acton, O.; Jen, A. K. Y. Chem. Mater. 2010, 22, 2696-2698. (b) Zou, Y.; Najari, A.; Berrouard, P.; Beaupré, S.; Réda Aïch, B.; Tao, Y.; Leclerc, M. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 5330-5331. (c) Chu, T.-Y.; Lu, J.; Beaupré, S.; Zhang, Y.; Pouliot, J.-R.; Wakim, S.; Zhou, J.; Leclerc, M.; Li, Z.; Ding, J.; Tao, Y. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 4250-4253. (d) Lin, Y.; Cheng, P.; Liu, Y.; Zhao, X.; Li, D.; Tan, J.; Hu, W.; Li, Y.; Zhan, X. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2012, 99, 301-307.

[3] (a) Walker, B.; Tamayo, A. B.; Dang, X.-D.; Zalar, P.; Seo, J. H.; Garcia, A.; Tantiwiwat, M.; Nguyen, T.-Q. Adv. Funct. Mater. 2009, 19, 3063-3069. (b) Bronstein, H.; Chen, Z.; Ashraf, R. S.; Zhang, W.; Du, J.; Durrant, J. R.; Shakya Tuladhar, P.; Song, K.; Watkins, S. E.; Geerts, Y.; Wienk, M. M.; Janssen, R. A. J.; Anthopoulos, T.; Sirringhaus, H.; Heeney, M.; McCulloch, I. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 3272-3275. (c) Loser, S.; Bruns, C. J.; Miyauchi, H.; Ortiz, R. P.; Facchetti, A.; Stupp, S. I.; Marks, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 8142-8145. (d) Qu, S.; Tian, H. Chem. Commun. 2012, 48, 3039-3051.
[4] Nazim, M.; Ameen, S.; Akhtar, M. S.; Seo, H.-K.; Shin, H.-S. RSC Adv. 2015, 5, 6286-6293.
[5] Li, W.; Du, C.; Li, F.; Zhou, Y.; Fahlman, M.; Bo, Z.; Zhang, F. Chem. Mater. 2009, 21, 5327-5334.
[6] Sonar, P.; Ng, G.-M.; Lin, T. T.; Dodabalapur, A.; Chen, Z.-K. J. Mater. Chem. 2010, 20, 3626-3636.
[7] (a) Yoon, M.-H.; Facchetti, A.; Stern, C. E.; Marks, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 5792-5801. (b) Jones, B. A.; Facchetti, A.; Wasielewski, M. R.; Marks, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 15229-15278.
[8] Ha, J.-J.; Kim, Y. J.; Park. J.-G.; An, T. K.; Kwon, S.-K.; Park, C. E.; Kim, Y.-H. Chem. Asian J. 2014, 9, 1045-1053.
[9] Huany, J.; Zhan, C.; Zhao, X.; Zhao, Y.; Lu, Z.; Jia, H.; Jiang, B.; Ye, J.; Zhang, S.; Tang, A.; Liu, Y.; Pei, Q.; Yao, J. ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 2033-2039.
[10] (a) Hou, J.; Chen, H.-Y, Zhang, S.; Yang, Y. J. Phys. Chem. C. 2009, 113, 21202-21207. (b) Najari, A.; Berrouard, P.; Ottone, C.; Boivin, M.; Zou, Y.; Gendron, D.; Caron, W.-O.; Legros, P.; Allen, C. N.; Sadki, S.; Leclerc, M. Macromolecules 2012, 45, 1833-1838. (c) Mahmood, K.; Lu, H.; Liu, Z.-P.; Li, C.; Lu, Z.; Liu, X.; Fang, T.; Peng, Q.; Li, G.; Li, L.; Bo, Z. Polym. Chem. 2014, 5, 5037-5045. Abdo, N. I.; Ku, J.; El-Shehawy, A. A.; Shim, H.-S.; Min, J.-K.; El-Barbary, A. A.; Jang, Y. H.; Lee, J.-S. J. Mater. Chem. A 2013, 1, 10306-10317.
[11] Kearns, D.; Calvin, M.; J Chem. Phys, 1958, 29, 950-951.
[12] Yu, G.; Zhang, Gao, J.; Hummelen, J. C. Wudi, F.; Heeger, A. J. Science 1992, 27, 1474-1476.
[13] Shaheen, S. E.; Brabec, C. J.; Sariciftci, N. S.; Padinger, F.; Fromherz, T.; Hummelen, J. C. Appl. Phys. Lett. 2001, 78, 841-843.
[14] Le, Y.; Huang, J.; Uetani, Y.; Karakawa, M.; Aso, Y. Macromolecules 2012, 45, 4564-4571.
[15] Hou, L.; Zhang, S.; Guo, X.; Xu, F.; Li, Y.; Hou, J.; Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 9697-9702.
[16] Koezuka, H.; Tsumura, A.; Ando, T. Synth. Met. 1987, 18, 699-704.
[17] Ie, Y.; Ueta, M.; Nitani, M.; Tohnai, N.; Miyata, M.; Tada, H.; Aso, Y. Chem. Mater. 2012, 24, 3285-3293.
[18] Shoji, K.; Nishida, J.-I.; Kumaki, D.; Tokito, S.; Yamashita, Y. J. Mater. Chem. 2010, 20, 6472-6478.
[19] Bharath, D.; Chithiravel, S.; Sasikumar, M.; Chereddy, N. R.; Shanigaram, B.; Bhanuprakash, K.; Krishnamoorthy, K.; Rao, V. J. RSC Adv. 2015, 5, 94859-94865.
[20] O’Regan, B.; Grätzel, M.; Nature 1991, 353, 737-740
[21] (a) Chen, C.-H.; Hsu, Y.-C.; Chou, H.-H.; Thomas, K. R. J.; Lin, J. T.; Hsu, C.-P. Chem. Eur. J. 2010, 16, 3184-3193. (b) Chou, H.-H.; Chen, Y.-C.; Huang, H.-J.; Lee, T.-H.; Lin, J. T.; Tsai, C.; Chen, K. J. Mater. Chem. 2012, 22, 10929-10938.
[22] (a) Yen, Y.-S.; Hsu, Y.-C.; Lin, J. T.; Chang, C.-W.; Hsu, C.-P.; Yin, D.-J. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 12557-12567. (b) Barea, E. M.; Zafer, C.; Gultekin, B.; Aydin, B.; Koyuncu, S.; Icli, S.; Santiago, F. F.; Bisquert, J. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 19840-19848.
[23] Li, W.; Wu, Y.; Zhang, Q.; Tian, H.; Zhu, W.; ACS Appl. Mater. Interfaces 2012, 4, 1822-1830.
[24] Du, C.-F.; Jiang, L.; Sun, L.; Huang, N.-Y.; Deng, W.-Q. RSC Adv. 2015, 5, 37574-37580.
[25] Chou, H.-H.; Chen, Y.-C, Huang, H.-J, Lee, T.-H.; Lin, J. T.; Tsai, C.; Chen, K. J. Mater. Chem. 2012, 22, 19029-10938.
[26] (a)Campeau, L.-C.; Fagnou, K. Chem. Commun. 2006, 1253-1264. (b) Battace, A.; Lemhadri, M.; Zair, T.; Doucet, H.; Santelli, M. Adv. Synth. Catal. 2007, 349, 2507-2516. (c) Liégault, B.; Lapointe, D.; Caron, L.; Vlassova, A.; Fagnou, K. J. Org. Chem. 2009, 74, 1826-1834.
[27] (a) Wang, D.; Liu, W.; Yi, F.; Zhao, Y.; Chen, J. Org. Biomol. Chem. 2016, 14, 1921-1924. (b) Li, M.; Li, X.; Chang, H.; Gao, W.; Wei, W. Org. Biomol. Chem. 2016, 14, 2421-2426. (c) Ye, M.; Edmunds, A. J. F.; Morris, J. A.; Sale, D.; Zhang, Y.; Yu, J.-Q. Chem. Sci. 2013, 4, 2374-2379. (d) Chen, F.; Min, Q.-Q.; Zhang, X. J. Org. Chem. 2012, 77, 2992-2998. (e) Parella, R.; Badu, S. A. J. Org. Chem. 2015, 80, 2339-2355. (f) Rampon, D. S.; Wessjohann, L. A.; Schneider, P. H. J. Org. Chem. 2014, 79, 5987-5992. (g) Shigenobu, M.; Takenaka, K.; Sasai, H. Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 9572-9576. (h) Muselli, M.; Baudequin, C.; Hoarau, C.; Bischoff, L. Chem. Commun. 2015, 51, 745-748.
[28] Gorelsky, S. I.; Lapointe, D.; Fagnou, K. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 10848-10849.
[29] Huang, Y.; Zhao, Y.; He, W.; Lu, Z.; Jiang, B.; Zhan, C.; Pei, Q.; Liu, Y.; Yao, J. Polym. Chem. 2012, 3, 2832-2841.
[30] Zhang, G.; Guo, J.; Zhang, J.; Li, W.; Wang, X.; Lu, H.; Qiu, L. Dyes and Pigments 2016, 126, 20-28. Cao, J.; Zhang, W.; Xiao, Z.; Liao, L.; Zhu, W.; Zuo, Q.; Ding, L. Macromolecules 2012, 45, 1710-1714.
[31] (a) Cui, C.; Fan, X.; Zhang, M.; Zhang, J.; Min, J.; Li, Y. Chem. Commun. 2011, 47, 11345-11347. (b) Cui, C.; Fan, H.; Guo, X.; Zhang, M.; He, Y.; Zhan, X.; Li, Y. Polym. Chem. 2012, 9, 99-104.
[32] Jessica, D. D.; Gianmarco, G.; Thomas, W. H.; Eric, P. Y.; Olivia, P. L.; Mark, S. C.; Jean, M. F. Macromolecules 2012, 45, 4069-4074.
[33] Chen, L.; Shen, X.; Chen, Y.; Chin. J. Chem. 2012, 30, 2219-2224.
[34] (a) Yoshida, R.; Matsumura, T.; Nakahodo, T.; Fujihara, H. Chem. Commun. 2014, 50, 15183-15186. (b) Nagura, K.;Saito, S.; Yusa, H.; Yamawaki, H.; Fujihisa, H.; Sato, H.; Shimoikeda, Y.; Yamaguchi, S. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 10322-10325.
[35] Lim, C. J.; Li, L.; Lei, Y.; Zhou, F.; Wu, B.; Liu, X.; Zhu, F.; Ong, B. S.; Hu, X.; Su, H.; Ng, S.-C. Tetrahedron Lett. 2016, 57, 1523-1527.
[36] Hawker, D. D.; Silverman, R. B. Bioorg. Med. Chem. 2012, 20, 5763-5773.
[37] Nicolas, M.; Guittard, F.; Géribaldi, S. J. Polym. Sci. A Polym. Chem. 2007, 4707-4719.

指導教授

劉青原(Ching-Yuan Liu)

審核日期

2016-8-30

推文