[发明专利]一种新型咔唑二羧酸衍生物的制备方法及其应用

说明书

一种新型咔唑二羧酸衍生物的制备方法及其应用，其属于有机合成技术领域。该咔唑二羧酸衍生物的主要特点为引入了两个长碳链，该衍生物与Ru形成配合物时，骨架配体咔唑上引入的两个长碳链对中心金属Ru的配位不产生影响；同时，两个自由摆动的长碳链使得配合物Ru具有极强的疏水性，与碳纳米管之间可以很好地作用结合。该衍生物开拓了咔唑衍生物在染料、医药、有机光电等领域中的应用。

技术领域

本发明涉及一种新型咔唑二羧酸衍生物的制备方法及其应用，其属于有机合成技术领域。

背景技术

人工模拟光合作用的最终目标是要将太阳能转化成氢能或其它可直接利用的化学能。为实现这一目的，就需要构建水分解的光电化学电池，将对水氧化催化剂的研究由均相化学法转移到非均相电极表面，从而实现水的全分解反应。

根据已报道的文献，关于分子催化剂在电极表面的修饰方法可以分为三种：物理吸附、共价键修饰、非共价键修饰。其中，物理吸附法修饰的电极，催化剂与电极表面缺乏结合力，导致这种方法制备的电极稳定性极差，分子催化剂极易从电极表面脱落；而共价键修饰方法由于需要对分子催化剂和电极表面进行复杂繁琐的修饰反应，极大的限制了此方法的实际应用。近些年，利用非共价键修饰方法制备的电极，由于其制备工艺相对简单且具有一定的稳定性，在电化学水分解方面取得了突破性的进展。

2012年，孙立成课题组采用电泳沉积的方法，将羧基化的多壁碳纳米管(MWCNTsCOOH)沉积到ITO导电玻璃表面，选用经大共轭基团芘修饰的催化剂[Ru^II(bda)(Py-py)₂]和MWCNTsCOOH通过π-π堆积作用相结合，制备了复合电催化水氧化电极。此催化电极在1.4V偏压下实现了从中性水溶液或盐水中高效电解水产氢产氧，法拉第效率达到95％以上，电催化产氧速率(TOF)达到0.8s^-1。而且此复合电极展现出很好的稳定性，经过10小时的电催化水氧化，TON达到了11000。但是此复合电极的催化电流密度只有220μA/cm²，且TOF值也很低。

2014年，孙立成课题组在催化剂[Ru^II(pda)(pic)₃]的骨架配体上引入一个12个碳的烷氧基长碳链合成了具有强疏水性的催化剂，并利用其疏水性能与羧基化的多壁碳纳米管(MWCNTsCOOH)相结合，采用过滤的方法共同负载到具有良好导电性的碳材料基底上制备了具有电催化水氧化性能的复合电极。实验证明，此复合电极表现出了很好的电催化水氧化性能，在1.3V的偏压下，初始催化电流密度可达4.5mA/cm²，TOF值高达12.4s^-1，并且可以持续工作10小时以上，法拉第效率达到96％，TON可达170000以上。但是此复合电极的催化电流密度衰减速率很快，稳定性不够好，经1小时反应后，其电流密度降为2mA/cm²，5小时后，其电流密度降至1mA/cm²以下。

咔唑衍生物是一种具有刚性稠环结构的化合物，具有很多独特的性能，在医药，染料，光电领域有很多潜在应用。咔唑衍生物的优势之一就是容易进行结构修饰，在咔唑环上引入官能团，开拓咔唑衍生物的用途。

发明内容

本发明的目的在于，在咔唑环上引入两个十二烷基碳链，合成新的咔唑衍生物，开拓咔唑衍生物在染料、医药、有机光电等领域中的应用；将该咔唑二羧酸衍生物应用于有机光电材料中，以提高其作为催化剂时的稳定性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：新型咔唑衍生物，所述化合物具有以下结构：

本发明的另一个目的，提供了一种新型咔唑衍生物的制备方法，包括以下步骤：

(1)化合物Ⅱ与十二烷酰氯发生Friedel—Crafts反应，

得到化合物Ⅲ：