Synthesis and Characterization of BODIPY Dyes for Optoelectronic Applications

Abstract

Målet for dette masterprosjektet var å syntetisere nye kromoforer basert på bor dipyrrometen difluorid (F-BODIPY) kromoforen. Reaksjonsruten mot de ønskede kromoforene er vist i skjema 2. De ferdige fargestoffene skulle brukes for optoelektroniske formål rettet mot solceller. "One-pot"-reaksjonen har blitt brukt for å lage BODIPY-fargestoffene 3a/d fra syreklorider a/d og pyrrol, og to-trinns reaksjonen med dipyrrometaner 1b/c/e som mellomprodukt, har blitt brukt til å lage BODIPY-fargestoffer 3b/e. Skjema 2: Syntese av F-BODIPY 3 fra pyrrol og syreklorid eller aldehyd. Topp venstre: "Onepot"- reaksjon med dipyrrometen 2a/d som et teoretisk intermediat. Bunn venstre: To-trinns reaksjon med dipyrrometaner 1b/c/e som mellomprodukter, og BODIPY-fargestoffene 3b/c/e som produkter. Høyre: Bromineringsreaksjon utført på BODIPY kromoforene 3a og 3e. Suzuki koblingsreaksjon mellom 2,6-dibrominert BODIPY 5a og pyren-1-borsyre. De innledende "one-pot"-reaksjonene var vellykket, BODIPY-produktet 3a ble laget, men lavt utbytte og utfordrende etterarbeid (work up) begrenset prosedyrens anvendbarhet. En ny, modifisert "one-pot"-metode ga høyere utbytte (10 %) og mindre sammenklumpet reaksjonsblanding. Totrinns prosedyren utført med dodecanal (b) ga 90 % utbytte av dipyrrometan 1b i det første trinnet, men ikke noe utbytte av BODIPY 3b i det andre trinnet. Fenotiazinaldehyde ga gode resultater med et utbytte på henholdsvis 73 % og 89 % for første og andre trinn. Brominering av BODIPY 3a og 3e har blitt utført. Meso-alkyl-BODIPY 3a hadde et utbytte på 38 % og 27 % av henholdsvis 2-mono- and 2,6-dibrominert BODIPY, skjema 2. Brominering av meso-fenotiazin-BODIPY 3e resulterte i problemer med overbrominering. Ved lavere temperaturer ble en blanding av alfa,beta-mono- og dibrominerte produkter dannet. En Suzuki-krysskoblingsreaksjon mellom 2,6-dibrominert meso-alkyl BODIPY 5a og pyren-1-borsyre ble forsøkt ved mild temperatur. Problemer med stabilitet ledet til at produkt ikke ble dannet. Optisk og elektrokjemisk karakterisering av rene kromoforer ble utført, i tillegg til standard struktur karakterisering ved hjelp av COSY, HSQC og HMBC samt 1H og 13C NMR eksperimenter.