불소로 치환된 서브프탈로시아닌-아연포피린 다이오드 및 여러가지 BODIPY-전자받개 시스템의 합성과 물성에 관한 연구

Abstract

불소로 치환된 서브프탈로시아닌-아연포피린 다이오드 및 여러가지 BODIPY-전자받개 시스템의 합성과 물성에 관한 연구 Synthesis and Properties of Fluorine-Substituted Subphthalocyanine-Zinc Porphyrin Dyad and Various BODIPY-Acceptor Systems 본 연구에서는 전자주개 (electron donor) 와 전자받개 (electron acceptor) 를 한 분자내에 다이오드 (dyad) 형태로 연결시 발생하는 전기화학적 전하이동 현상을 규명하고자 강한 전자유발 효과를 가진 불소로 치한된 서브프탈로시아닌 (Subphthalocyanine, acceptor, 이하 SubPc 로 표시) 과 아연-포피린 (Zinc (II)-porphyrin, donor, 이하 Zn-Por 로 표시) 을 치환시켜 목표화합물 1 을 합성하였다. 여기에 수반된 비교물질로는 Zn-Por 에 고리화 (Cyclization) 하여 Tetrakisphenyl 기를 가진 화합물을 비교화합물 2 로 하였고, 불소로 치환된 12F-SubPc 에 Phenoxy 기가 도입된 비교화합물 3 을 합성하여 목표화합물 1 과의 ET (electron transfer) 을 비교하였다. 또한 전자 유발의12F-SubPc (fluorine-subphthalocyanine) 을 전자받개로 하고 최근에 고안된 화합물인 4,4-Difluoro-4-Bora-3a,4a-Diaza-s-Indacene (이하 BODIPY 로 표시) 를 전자주개로 구성된 Dyad를 목표화합물 4로 하였고 Hydroxy-BODIPY의 14화합물과 ET (electron transfer) 특성을 비교하였다. 그리고 높은 전자 친화력 (high electron affinity) 을 가진 강한 전자받개인 Fullerene (C60) 과 전자주개인BODIPY 로 배열한 합성화합물을 목표화합물 5로 하여, Aldehyde-BODIPY 화합물 19와 ET (electron transfer) 특성을 비교하였다. 부록. 새로운 염료감응 태양전지용 BODIPY-시아노아세틱에시드의 합성과 물성에 관한 연구 Appendix. Synthesis and Properties of a Novel BODIPY- Cyanoacetic acid for Dye-sensitized Solar Cell 부록 (appendix) 에는 염료감응 태양전지의 효율성을 측정하기 위해 Cyanoacetic acid 기를 BODIPY-Aldehyde에 Knoevenagel condensation 하여 합성된 새로운 BODIPY계 염료 합성 화합물 6 을 수록하였다. 이와 같은 광유도 전자전이 현상에 대한 연구는 광합성과 같은 자연 현상에서 일어나는 반응 메커니즘을 규명하는 연구는 물론 모방 시스템 개발에 응용할 수 있으며, 3세대 대체에너지원인 염료감응 태양전지 (dye-sensitized solar cell) 의 다양한 염료계 유도체 개발에도 적용할 수 있다. 따라서 상기에 열거한 목표화합물 1, 4, 5와 6과 비교화합물 2및3 의 합성에 대해 1H-, 19F-NMR, 13C-NMR과 MALDI-TOF Mass 등의 기기분석을 통해 화학적 구조를 확인 하였다. 또한, 본 연구목적인Dyad Systems으로 배열된 화합물들의 전자주개로부터 전자받개로의 분자 내 전하 이동 (intermolecular charge transfer) 현상을 예측하기 위해서 Steady-state에서 UV-Vis 분광법과 방출 (emission) 분광법을 측정하여 각각의 목표화합물들의 물성을 정성적으로 관찰하였다.