ТИОКСАНТОНЫ С НИЗКОЙ ЭКСТРАГИРУЕМОСТЬЮ
LOW-EXTRACTABLE THIOXANTHONES

Область техники
Данное изобретение относится к замещенным производным тиоксантона, которые могут быть использованы в качестве фотоинициаторов и сенсибилизаторов, к фотополимеризуемым композициям, содержащим указанные производные, и к способу покрытия субстрата путем нанесения указанных композиций.
Описание изобретения
Фотополимеризуемые системы содержат фотоинициаторы, имеющие в молекуле функциональную группу, образующую в ходе радиоактивного облучения с соответствующей длиной волны радикалы, обладающие способностью к инициации полимеризации.
Хорошо известно, что фотоинициаторы должны отвечать жестким требованиям: обладать низкой токсичностью, низкой летучестью, низкой экстрагируемостью (низкой миграцией) и слабовыраженным запахом, и должны быть высоко совместимы с фотополимеризуемой системой. Эти свойства являются необходимыми в отрасли упаковки пищевых продуктов, в частности для красок, используемых для печатания на упаковочных материалах.
Загрязненность фотоинициатором может изменить органолептические характеристики пищи и является запрещенной действующими законодательными положениями.
Кроме того, в фотополимеризуемых системах необходимо снижать миграцию соединений, способных вызывать нежелательные эффекты, такие как потеря адгезии к субстрату.
Известно, что изопропиловый тиоксантон (ITX) и его производные представляют собой очень хорошие фотоинициаторы и сенсибилизаторы для пигментированных систем; однако ITX не применим для упаковки пищевых продуктов, так как имеет тенденцию к миграции из фотополимеризованного покрытия вследствие косвенного контакта, в частности из печатных красок в упакованный пищевой продукт.
Как правило, в основе структурных модификаций, предназначенных для предотвращения миграции производных тиоксантона, лежит введение ненасыщенных сополимеризованных групп, как, например, описано в US 4348530, или синтез олигомерных производных тиоксантона, таких как OMNIPOL TX (IGM Resins) или продуктов, описанных в CN 1660837.
К сожалению, оказалось, что химическая реакционная способность этих производных тиоксантона всегда ниже, чем реакционная способность ITX. В частности, олигомерные производные определенно менее реакционноспособны, чем ITX.
Из литературы (Journal of Photochemistry, 35(1986), 353-356) известно, что некоторые высокомолекулярные производные тиоксантона, подходяще замещенные, могут иметь реакционную способность, сопоставимую с реакционной способностью ITX. В частности, наличие электроноакцепторных групп в положении 1 или 3 тиоксантона вызывает длинноволновой сдвиг в поглощении света, который приводит к повышению реакционной способности. Такого рода повышение реакционной способности компенсирует увеличение молекулярной массы, что, при использовании равного по массе количества фотоинициаторов, снижает практическую эффективность фотополимеризуемой композиции.
US 4505794 описывает получение нескольких сложных эфиров и амидов тиоксантона, замещенных в 1 и 3 положениях, с целью увеличения их растворимости в составах по сравнению с ITX. В частности, метиловый сложный эфир и N-изопропиловый амид тиоксантона в положении 1 представляют собой продукты с высокой активностью, несмотря на то, что только этиловый и н-бутиловый сложные эфиры, но не амиды, описаны как заместители в положении 3.
Заявители обнаружили, что введение сложного эфира или амида в положении 1 или 3 не эквивалентно с точки зрения их реакционной способности, и что, в частности, производные, замещенные в положении 3, заметно более активны. Кроме того, неожиданно, что общие характеристики (т.е. реакционная способность, растворимость и совместимость с фотополимеризуемыми системами и низкая экстрагируемость) сложных эфиров, тиоэфиров и амидов в положении 3 тиоксантона строго зависят от длины алкильной цепи, присоединенной к кислороду или азоту. Эти цепи, подобранные соответствующим образом, уменьшают или устраняют экстрагируемость производных тиоксантона в составах, таким образом поддерживая высокую совместимость и реакционную способность.
Таким образом, задача данного изобретения представляет собой специфические сложные эфиры и амиды тиоксантона, которые содержат алкильные цепи соответствующей длины и могут использоваться в качестве фотоинициаторов или сенсибилизаторов в фотополимеризуемых системах, в частности, для получения покрытий, совместимых с пищевым использованием.
Под сенсибилизатором заявитель подразумевает соединение, которое в ходе процесса передачи энергии активирует фотоинициатор на длине волны, на которой фотоинициатор, как таковой, неактивен.
Описание изобретения
Задача данного изобретения представляет собой фотополимеризуемую композицию, содержащую от 70 до 99,9% по массе, предпочтительно от 70 до 98,9% по массе, по меньшей мере, одного фотополимеризуемого соединения и от 0,1 до 20% по массе, предпочтительно от 0,2 до 7% по массе, по меньшей мере, одного производного тиоксантона формулы I
где
1
1
2
3
R представляет собой OR, SR или NRR;
1
4
R' представляет собой водород или линейную или разветвленную алкильную цепь C-C;
1
8
16
R представляет собой линейную или разветвленную алкильную цепь C-C;
2
3
4
8
R и R могут быть одинаковыми или разными и представляют собой линейную или разветвленную цепь С-С или могут быть скомбинированы с целью образования необязательно замещенного кольца с 5 или 6 звеньями, содержащего до двух дополнительных гетероатомов.
Дальнейшая задача данного изобретения представляет собой производное тиоксантона формулы I
1
1
12
2
3
2
3
где R представляет собой OR, и R представляет собой С линейную алкильную цепь; или R представляет собой NRR, и R и R представляют собой изобутил, и R' представляет собой водород или R' представляет собой метил в положении 7.
Еще одна задача изобретения представляет собой использование вышеописанных фотополимеризуемых композиций в производстве упаковок пищевых продуктов, в частности в качестве фотосшиваемых пигментированных красок.
Дополнительный вариант осуществления данного изобретения представляет собой способ покрытия субстрата, содержащий следующие стадии:
I) нанесение по изобретению на указанный субстрат вышеупомянутой фотополимеризуемой композиции в количестве, достаточном для получения после полимеризации толщины покрытия, содержащей от 0,2 до 100 микрон;
II) фотополимеризация композиции источником света, имеющим полосы испускания в ультрафиолетовой видимой области спектра.
Конечная задача данного изобретения представляет собой использование субстратов, покрытых описанным выше способом, в производстве упаковок пищевых продуктов.
Подробное описание изобретения
1
2
3
Для получения фотополимеризуемых композиций предпочтительными являются производные тиоксантона формулы I, где R представляет собой OR или NRR.
Предпочтительно R' представляет собой водород или R' представляет собой метил в положении 7.
1
12
2
3
Особенно предпочтительными являются производные, где R представляет собой линейную С цепь, и R или R оба представляют собой изобутиловую группу.
Производные тиоксантона формулы I по изобретению могут быть получены в соответствии с общепринятыми способами, известными из уровня техники.
В частности, производные тиоксантона могут быть получены путем циклизации соединений формулы II или II'
где R' имеет то же значение, что и в формуле I, по схеме:
схема 1
Процесс циклизации соединений может быть успешно проведен в присутствии протонированных кислот или кислот Льюиса при температурах в интервале между -50°С и 150°С и предпочтительно между -10°С и 50°С в течение периода времени, достаточного для прохождения реакции, обычно находящегося в интервале между 15 мин и 2 ч.
Примерами подходящих протонированных кислот являются концентрированная серная кислота, хлорсульфоновая кислота, метансульфоновая кислота и полифосфорная кислота. Примерами кислот Льюиса являются трихлорид алюминия, трибромид алюминия, трифторид бора, хлорид цинка и трихлорид железа.
Соединения формулы II могут быть получены в результате взаимодействия соединения формулы III или IV или одного из их производных с соединением формулы V
В соединениях III и IV R' имеет то же значение, что и в формуле I, Y может представлять собой OMe, OEt, Cl, Br или OY', где Y' может представлять собой водород, щелочной или щелочноземельный металл, и Z может представлять собой тиольную группу, одну из ее солей с щелочным или щелочноземельным металлом или одно из ее хлорированных производных.
В соединении формулы V группа X представляет собой хорошую уходящую группу, например атом Cl, Br, а Y принимает то же значение, как описано раньше.
Реакцию проводят при температуре в интервале между 0 и 300°С, но предпочтительно между 50 и 200°С, в присутствии органического растворителя, предпочтительно апротонного растворителя, такого как диметилсульфоксид, N,N-диметилформамид, N,N-диметилацетамид, N-метилпирролидон, и в присутствии медного порошка и безводного карбоната калия, как описано в US 3904647 по реакционной схеме:
Примерами соединения III, которые могут быть использованы, являются тиосалициловая кислота и ее производные, в то время как примерами соединения IV являются дитиосалициловая кислота и ее производные.
Соединения формулы II' могут быть получены, как описано в US 4505794, в результате реакции соединения формулы VI или его производного с соединением формулы VII,
где R', X, Y и Z имеют значение, как описано выше, по схеме:
Дифениловый тиоэфир может быть успешно получен в результате взаимодействия щелочнометаллической соли тиольной группы с нитробензол-замещенным в высококипящем полярном органическом растворителе, таком как указанный ранее, или их смеси. Температура смеси поддерживается в интервале между 50°С и 150°С в течение периода времени, достаточного для прохождения реакции, обычно между 2 и 7 часами.
Сложный эфир или тиоэфир формулы I успешно получают в результате реакции карбоновой кислоты, полученной по схеме 1, или одного из ее производных, например хлористого ацила, со спиртом или тиолом, необязательно в органическом растворителе, таком как толуол или метиленхлорид, но реакцию предпочтительно осуществляют в избытке спирта или тиола при кипячении реакционной массы с обратным холодильником. Использование карбоновой кислоты требует присутствия дегидратирующих средств, таких как газообразная HCl или концентрированная серная кислота, в то время как использование хлористого ацила требует присутствия органического основания, такого как триэтиламин или пиридин.
Вторичные амиды формулы I получают в результате взаимодействия карбоновых кислот, полученных по схеме 1, или одного из их производных с соответствующим вторичным амином в подходящем инертном растворителе, например метиленхлориде, толуоле, диоксане, необязательно в присутствии избытка амина, при температуре в интервале между 20 и 100°С.
Превращение кислоты, полученной по схеме 1, в одно из ее производных, в частности в хлористый ацил, может быть проведено с использованием хлорирующих средств, таких как тионилхлорид, оксалилхлорид, пентахлорид фосфора, необязательно в присутствии инертного растворителя при избытке хлорирующего средства.
Фотополимеризуемые композиции по изобретению могут также включать коинициатор, представляющий собой молекулу, действующую как донор водорода, что повышает скорость полимеризации. Коинициаторы известны из уровня техники и представляют собой обычные спирты, тиолы, амины и сложные эфиры, имеющие доступный атом водорода, связанный с углеродом, соседним с гетероатомом. Такого рода коинициаторы присутствуют в количестве от 0,2 до 15% по массе, предпочтительно от 0,2 до 8% по массе. Подходящие коинициаторы включают алифатические, циклоалифатические, ароматические, арил-алифатические, гетероциклические, олигомерные или полимерные амины, но не ограничиваются ими. Они могут быть представлены первичными, вторичными или третичными аминами, например бутиламином, дибутиламином, трибутиламином, циклогексиламином, бензилдиметиламином, дициклогексиламином, триэтиламином, фенилдиэтаноламином, пиперидином, пиперазином, морфолином, пиридином, хинолином, эфирами диметиламинобензойной кислоты, кетоном Михлера (4,4'-бис-диметиламинобензофеноном). Для упаковки пищевых продуктов рекомендуется использовать неэкстрагируемые коинициаторы, например Esacure A198 (бис-N,N-[4-диметиламинобензоил)оксиэтилен-1-ил]метиламин), производимый Lamberti S.p.A., IT.
Фотополимеризуемая композиция по изобретению может также легко включать другие фотоинициаторы. Примерами фотоинициаторов, которые могут быть использованы в комбинации с производными тиоксантона формулы I, являются бензофеноны, кетосульфоны, α-аминокетоны, бензоин и эфиры бензоина, бензилкетали, α-гидроксикетоны.
Предпочтительные фотоинициаторы, подходящие для упаковки пищевых продуктов, принадлежат к классу α-гидроксикетонов, кетосульфонов и бифункциональных фотоинициаторов, например Esacure 1001 и Esacure ONE (производимые Lamberti S.p.A., IT).
Дополнительные фотоинициаторы могут быть добавлены к фотополимеризуемой композиции по изобретению в количестве от 0,5 до 10% по массе, предпочтительно от 1 до 5% по массе.
В частности, в предпочтительном варианте осуществления изобретения производные тиоксантона формулы I используются в качестве сенсибилизаторов для сенсибилизируемых фотоинициаторов в фотополимеризуемых композициях.
В этом случае фотополимеризуемая композиция содержит от 70 до 98,9% по массе по меньшей мере одного фотополимеризуемого соединения, от 0,1 до 5% по массе по меньшей мере одного производного тиоксантона формулы I, от 1 до 10% по массе по меньшей мере одного сенсибилизируемого фотоинициатора, например, кетосульфона или α-аминокетона и, возможно, коинициатора.
Предпочтительный сенсибилизируемый фотоинициатор представляет собой 1-[4-[(бензоилфенил)тио]фенил],2-метил,2-[(4-метилфенил)сульфонил]пропан-1-он (Esacure 1001).
В вышеупомянутых предпочтительных композициях коинициатор присутствует в количестве от 0,2 до 15% по массе, предпочтительно от 0,2 до 8% по массе.
Под фотополимеризуемыми соединениями заявители понимают мономер, олигомер, преполимер, типичные этиленненасыщенные соединения или их смеси, способные подвергаться радикальной полимеризации. Также могут быть использованы комбинации мономеров, олигомеры и преполимеры с различными степенями функционализации.
Мономеры и олигомеры фотополимеризуемой композиции по данному изобретению могут быть выбраны из виниловых сложных эфиров; N-винилпирролидона, моно- и полифункциональных аллиловых эфиров, таких как триметилолпропановый диаллиловый эфир; стиролов и альфа-метилстиролов; сложных эфиров (мет)акриловой кислоты и алифатического спирта, гликолей, полигидроксильных соединений, таких как пентаэритрит или триметилолпропан; сложного эфира винилового спирта и акриловой или алифатической кислот, производных фумаровой и малеиновой кислот.
Подходящие олигомеры или преполимеры для данного изобретения включают, например, сложные полиэфиры, полиакрилаты, полиуретаны, эпоксидные смолы, полиэфиры акриловой, малеиновой или фумаровой кислот.
Кроме вышеперечисленных соединений к фотополимеризуемой композиции по изобретению могут быть добавлены другие компоненты, используемые в данной области и известные специалистам из уровня техники. Например, термические стабилизаторы, стабилизаторы фотоокисления, антиоксиданты, наполнители, диспергаторы, пигменты, красящие и/или контрастирующие вещества и другие добавки общего назначения. Другие компоненты фотополимеризуемой композиции по изобретению могут представлять собой нефотополимеризуемые полимеры в виде химически инертных веществ, например нитроцеллюлозу, полиакриловые сложные эфиры, полиолефины и т.п. Предпочтительно компоненты обладают реакционной способностью и токсичностью, подходящими для упаковки пищевых продуктов.
Производные тиоксантона формулы I в целом совместимы как с прозрачными фотополимеризуемыми композициями, так и с непрозрачными или пигментированными композициями и используются также, например, в получении фотополимеризуемых красок.
1
1
12
2
3
2
3
Производные тиоксантона формулы I, где R представляет собой OR, и R представляет собой С линейную алкильную цепь; или R представляет собой NRR, и R и R представляют собой изобутил, и R' представляет собой водород или R' представляет собой метил в положении 7, в высокой степени подходят для получения пигментированных фотополимеризуемых красок, особенно для упаковки пищевых продуктов.
Композиции, заявленные в данном изобретении, используются в обработке металлических, деревянных, бумажных и пластиковых поверхностей.
Примерами подходящих для фотополимеризации композиций источников света по изобретению являются ртутные или лампы, обеспечивающие актиничное излучение; металлогалогенные, т.е. иодид-железные или эксимерные лампы; LED с полосами испускания в ультрафиолетовой видимой области спектра, в частности между 180 и 450 нм; или лазер, излучающий на соответствующей длине волны (например, 405 нм) с хорошей мощностью. В число подходящих источников света могут быть также включены солнечный свет и другие источники, испускающие электромагнитную радиацию с длиной волны от 180 нм до ИК-области.
Фотополимеризуемая композиция по данному изобретению в целом хорошо подходит для получения покрытий, пригодных для контакта с пищевыми продуктами, в частности для получения фотополимеризуемых красок, используемых для упаковки пищевых продуктов.
В нижеследующих абзацах с иллюстративной, но не ограничивающей целью, описаны примеры получения по изобретению производных тиоксантона формулы I и фотополимеризуемых композиций.
ПРИМЕРЫ
Получение 7-метил-9-оксо-9H-тиоксантен-3-карбоновой кислоты
3
10 г (80,65 ммоль) 4-метилбензолтиола помещают в трехгорлую колбу, снабженную термометром и конденсатором, и растворяют в 50 см диметилформамида. Добавляют 3,39 г (84,75 ммоль) измельченного гидроксида натрия и непрерывно перемешивают раствор в течение получаса при комнатной температуре. Затем 18,89 г (79,04 ммоль) диметил 2-нитробензола-1,4-дикарбоксилата добавляют, поддерживая температуру 75°С в течение 1,5 ч. По завершении реакции смесь охлаждают и добавляют 100 мл воды. Образовавшийся осадок отфильтровывают и в течение 1 часа размешивают, нагревая с обратным холодильником, с раствором 9,33 г (16,67 ммоль) гидроксида калия в 120 мл метанола.
Смесь охлаждают и выливают в воду, содержащую активированный уголь для обесцвечивания, после 1 часа перемешивания смесь отфильтровывают на целите. Органический растворитель упаривают на роторном испарителе и оставшийся осадок промывают метиленхлоридом (дважды). Водную фазу затем подкисляют 37% соляной кислотой. Полученный осадок отфильтровывают на воронке Бюхнера, промывают водой и высушивают в вакуумной печи с итоговым получением 21,72 г (выход продукта: 95%) 2-(п-толилтио)бензол-1,4-дикарбоновой кислоты в виде белого твердого вещества.
2-(п-толилтио)бензол-1,4-дикарбоновую кислоту медленно переносят в колбу, содержащую 100 мл хлорсульфоновой кислоты. Температуру поддерживают при помощи водяной бани между 5 и 10°С. По окончании переноса вещества раствор оставляют для выстаивания и через час выливают в воду со льдом. Осадок отфильтровывают, промывают водой и высушивают в вакуумной печи с получением 19,69 г (выход продукта: 96,7%) 7-метил-9-оксо-тиоксантен-3-карбоновой кислоты в виде желтого твердого вещества.
Температура плавления >250°С
Получение 7-метил-9-оксо-тиоксантен-3-карбонил хлорида
2
8 г 7-метил-9-оксо-тиоксантен-3-карбоновой кислоты суспендируют в 100 мл толуола, содержащего 7 капель ДМФА и 7,2 г тионилхлорида. Температуру поддерживают на уровне 75-80°С и раствор перемешивают в течение приблизительно 1 часа. Реакцию завершают добавлением дополнительных 2 г SOCl и перемешиванием в течение еще 1/2 часа.
2
2
Растворитель упаривают на роторном испарителе и осадок растворяют в CHCl с получением желтого раствора, используемого без дополнительной очистки в нижеследующих реакциях.
Пример 1. Синтез додецил-7-метил-9-оксо-9Н-тиоксантен-3-карбоксилата
2
2
2
2
2
1,5 г (8,06 ммоль) додекан-1-ола и 1,0 г (9,90 ммоль) триэтиламина добавляют к раствору CHCl, содержащему 2,26 г (7,41 ммоль) 7-метил-9-оксо-тиоксантен-3-карбонил хлорида. После приблизительно 1 часа перемешивания при комнатной температуре смесь выливают в воду, органическую фазу отделяют и еще раз промывают водой. Затем органическую фазу отделяют, обезвоживают и после очистки флэш-хроматографией (SiO - элюент: CHCl:AcOEt 8:2) высушивают с получением 1,62 г (49,8%) желтого твердого вещества с нижеследующими спектральными свойствами:
1
3
H-ЯМР (CDCl): δ (м.д.): 8,65 (д, 1H), 8,4 (с, 1H), 8,2 (с, 1H), 8,0 (д, 1H), 7,45 (м, 2H), 4,35 (т, 2H), 2,45 (с, 3H), 1,8 (м, 2H), 1,5-1,15 (шир.м, 18H), 0,85 (т, 3H).
Пример 2 (сравнительный). Синтез пентил 7-метил-9-оксо-9Н-тиоксантен-3-карбоксилата
2
2
2
2
2
1,0 г (11,36 ммоль) пентан-1-ола (также содержащего -пентан-2-ол) и 1,0 г (9,90 ммоль) триэтиламинхлорида добавляют к раствору CHCl, содержащему 2,26 г (7,41 ммоль) 7-метил-9-оксо-тиоксантен-3-карбонил хлорида. После приблизительно 1 часа перемешивания при комнатной температуре смесь выливают в воду, органическую фазу отделяют и еще раз промывают водой. Затем органическую фазу отделяют, обезвоживают и после очистки флэш-хроматографией (SiO - элюент: CHCl:AcOEt 8:2) высушивают с получением 1,74 г (71,6%) желтого твердого вещества с нижеследующими спектральными свойствами:
1
3
H-ЯМР (CDCl): δ (м.д.): 8,65 (д, 1H), 8,4 (с, 1H), 8,2 (с, 1H), 8,0 (д, 1H), 7,45 (м, 2H), 4,35 (т, 2H), 2,45 (с, 3H), 1,8 (т, 2H), 1,4 (м, 4H), 0,95 (т, 3H).
Пример 3 (сравнительный). Синтез метил 7-метил-9-оксо-9Н-тиоксантен-3-карбоксилата
2
2
2
2
2
1,0 г (31,3 ммоль) метанола и 1,0 г (9,90 ммоль) триэтиламина добавляют к раствору CHCl, содержащему 2,26 г (7,41 ммоль) 7-метил-9-оксо-тиоксантен-3-карбонил хлорида. После приблизительно 1 часа перемешивания при комнатной температуре смесь выливают в воду, органическую фазу отделяют и еще раз промывают водой. Затем органическую фазу отделяют, обезвоживают и после очистки флэш-хроматографией (SiO - элюент: CHCl:AcOEt 8:2) высушивают с получением 1,22 г (58%) желтого твердого вещества с нижеследующими спектральными свойствами:
1
3
H-ЯМР (CDCl): δ (м.д.): 8,65 (д, 1H2H), 8,4 (с, 1H), 8,25 (с, 1H), 8,0 (с, 1H), 7,45 (м, 2H), 4,0 (с, 3H), 2,5 (с, 3H).
Пример 4 (сравнительный). Синтез аллил 7-метил-9-оксо-9Н-тиоксантен-3-карбоксилата
2
2
2
2
2
1,13 г (19,4 ммоль) проп-2-ен-1-ола и 2,06 г (20,4 ммоль) триэтиламина добавляют к раствору CHCl, содержащему 5,34 г (18,5 ммоль) 7-метил-9-оксо-тиоксантен-3-карбонил хлорида. После приблизительно 1 часа перемешивания при комнатной температуре смесь выливают в воду, органическую фазу отделяют и еще раз промывают водой. Затем органическую фазу отделяют, обезвоживают и высушивают после очистки флэш-хроматографией (SiO - элюент: CHCl). Получают 3,02 г (52,6%) желтого твердого вещества с нижеследующими спектральными свойствами:
1
3
H-ЯМР (CDCl): δ (м.д.): 8,65 (д, 1H), 8,35 (с, 1H), 8,2 (с, 1H), 8,0 (д, 1H), 7,45 (м, 2H), 6,05 (м, 1H), 5,5-5,3 (дд, 2H), 4,85 (д, 2H), 2,45 (с, 3H).
Пример 5. Синтез N,N-диизобутил 7-метил-9-оксо-9Н-тиоксантен-3-карбоксамида
3
2
2
2
2
2
2
2
Раствор 5,0 г (38,8 ммоль) диизобутиламина и 5,0 г (49,5 ммоль) триэтиламина в 40 см CHCl выливают по каплям в раствор CHCl, содержащий 7,47 г (25,9 ммоль) 7-метил-9-оксо-тиоксантен-3-карбонил хлорида. После приблизительно 1 часа перемешивания при комнатной температуре смесь выливают в воду, органическую фазу отделяют и еще раз промывают водой. Затем органическую фазу отделяют, обезвоживают и высушивают после очистки флэш-хроматографией (SiO - элюент: CHCl:AcOEt 9:1). Получают 5,4 г (54,7%) желтого твердого вещества с нижеследующими спектральными свойствами:
1
3
H-ЯМР (CDCl): δ (м.д.): 8,65 (д, 1H), 8,4 (с, 1H), 7,5 (с, 1H), 7,45 (д, 2H), 7,35 (д, 1H), 3,35 (д, 2H), 3,05 (д, 2H), 2,45 (с, 3H), 2,15 (м, 1H), 1,85 (м,1H), 1,0 (д, 3H), 0,75 (д, 3H).
Пример 6. Синтез 4-метилпиперазинил 7-метил-9-оксо-9Н-тиоксантен-3-карбоксамида
3
2
2
2
2
2
2
2
Раствор 3,0 г (31 ммоль) 4-метилпиперазина и 3,1 г (31 ммоль) триэтиламина в 40 см CHCl выливают по каплям в раствор CHCl, содержащий 7,47 г (25,9 ммоль) 7-метил-9-оксо-тиоксантен-3-карбонил хлорида. После приблизительно 1 часа перемешивания при комнатной температуре смесь выливают в воду, органическую фазу отделяют и еще раз промывают водой. Затем органическую фазу отделяют, обезвоживают и высушивают после очистки флэш-хроматографией (SiO - элюент: CHCl:AcOEt 9:1) с получением 4,63 г (50,8%) желтого твердого вещества с нижеследующими спектральными свойствами:
1
3
H-ЯМР (CDCl): δ (м.д.): 8,65 (д, 1H), 8,4 (с, 1H), 7,6 (с, 1H), 7,5-7,4 (м, 3H), 3,85 (шир.с, 2H), 3,45 (шир.с, 2H), 2,55 (шир.с, 3H), 2,45 (с, 3H), 2,4 (шир.с, 2H), 2,3 (с, 3H).
Получение 7-метил-9-оксо-9Н-тиоксантен-1-карбоновой кислоты
3
28,0 г (0,23 моль) 4-метилбензолтиола растворяют в 180 см диметилформамида. Добавляют 14,8 г (0,26 моль) измельченного гидроксида калия и перемешивают раствор в течение получаса при комнатной температуре.
2
Затем добавляют 48,8 г (0,20 моль) диметил-3-нитрофталата при температуре 75°С. Реакция завершается через 3 часа. После охлаждения добавляют 400 мл воды. Органическую фазу экстрагируют диэтиловым эфиром, высушивают, а растворитель упаривают на роторном испарителе, затем очищают при помощи флэш-хроматографии (SiO - элюент: толуол:AcOEt 8:2) с получением 1,66 г желтого масла. 1,60 г желтого масла растворяют в 120 мл метанола в присутствии 5 г (75,8 ммоль) гидроксида калия и перемешивают, нагревая с обратным холодильником, в течение 1 часа.
Смесь охлаждают и выливают в разбавленную соляную кислоту; органическую фазу экстрагируют диэтиловым эфиром. Органический растворитель отгоняют с получением 1,32 г (4,88 ммоль) (90,4%) 3-(п-толилтио)бензол-1,2-дикарбоновой кислоты в виде белого твердого вещества.
3-(п-толилтио)бензол-1,2-дикарбоновую кислоту медленно добавляют к 18 г хлорсульфоновой кислоты, охлаждая при 5 и 10°С при помощи водяной бани. Через 1 час смесь выливают в ледяную воду. Осадок отфильтровывают, промывают водой и высушивают с получением 1,20 г (87,7%) 7-метил-9-оксо-9Н-тиоксантен-1-карбоновой кислоты в виде желтого твердого вещества.
1
H-ЯМР (ДМСО): δ (м.д.): 8,4 (д, 1H), 7,85 (д, 1H), 7,35 (т, 1H), 7,15 (с, 1H), 7,5-7,4 (м, 2H), 2,45 (с, 3H).
Получение 7-метил-9-оксо-9Н-тиоксантен-1-карбонил хлорида
0,21 г (0,78 ммоль) 7-метил-9-оксо-9Н-тиоксантен-1-карбоновой кислоты суспендируют в 30 мл толуола, содержащего 2 капли ДМФА и 0,35 г тионилхлорида. После 1 часа перемешивания при температуре 80°С массу охлаждают до комнатной температуры с получением желтого раствора 7-метил-9-оксо-9Н-тиоксантен-1-карбонил хлорида.
Пример 7 (сравнительный). Синтез N,N-диизобутил-7-метил-9-оксо-9Н-тиоксантен-1-карбоксамида
1,0 г (7,75 ммоль) диизобутиламина добавляют по каплям в толуоловый раствор 7-метил-9-оксо-9Н-тиоксантен-1-карбонил хлорида (0,22 г, 0,78 ммоль).
2
2
2
После 2 часов перемешивания при комнатной температуре смесь выливают в воду, органическую фазу отделяют и промывают водой. После испарения растворителя получают неочищенное масло. 11,5 мг желтого твердого вещества отделяют от неочищенного масла при помощи флэш-хроматографии (SiO - элюент: CHCl:MeOH 96:4).
1
3
H-ЯМР (CDCl): δ (м.д.): 8,40 (д, 1H), 7,55 (д, 2H), 7,35 (с, 1H), 7,25 (м, 3H), 3,5 (д, 2H), 3,0 (м, 2H), 2,5 (с, 3H), 2,45-2,3 (м, 1H), 2,0-1,75 (м, 1H), 1,1 (м, 6H), 0,75 (м, 6H).
Пример 8 (сравнительный). Синтез додецил 7-метил-9-оксо-9Н-тиоксантен-1-карбоксилата
2
0,43 г (2,31 ммоль) 1-додецилового спирта добавляют к толуоловому раствору, содержащему 0,22 г (0,76 ммоль) 7-метил-9-оксо-9Н-тиоксантен-1-карбонил хлорида. После 1 часа перемешивания при комнатной температуре смесь выливают в воду, органическую фазу отделяют и промывают водой. После испарения растворителя масло очищают при помощи флэш-хроматографии (SiO - элюент: петролейный эфир:AcOEt 8:2) с получением 50 мг желтого твердого вещества.
1
3
H-ЯМР (CDCl): δ (м.д.): 8,40 (д, 1H), 7,6 (д, 2H), 7,40-7,30 (м, 2H), 4,45 (т, 2H), 2,45 (с, 3H), 1,8-1,7 (м, 2H), 1,5-1,15 (шир.м, 18H), 0,85 (т, 3H).
ПРИКЛАДНЫЕ ТЕСТЫ
Оценка возможности образования состава посредством оценки растворимости в метиленхлориде
10 г исследуемых производных тиоксантона взвешивают и суспендируют в равных количествах растворителя; температуру при перемешивании смеси поддерживают на уровне комнатной.
Через 2 мин оценивают прозрачность раствора: если образец не растворился, добавляют аликвоты растворителя, после каждого добавления перемешивая смесь в течение 2 мин до полного растворения. Результаты показаны в таблице 1.
Таблица 1
Соединение
Растворимость
ITX*
50%
Пример 4*
5%
Пример 3*
нерастворимо
Пример 2*
33%
Пример 1
33%
Пример 5
50%
Пример 6
5%
*Сравнительные
Производные тиоксантона по изобретению показывают растворимость, пригодную при применении в качестве фотоинициаторов.
Оценка производных тиоксантона в пигментированной фотополимеризуемой композиции посредством инфракрасного Фурье-спектрометра
Пигментированные фотополимеризуемые композиции приготавливают смешиванием 3% по массе обоих фотоинициаторов формулы I (примеры 1-6) и коинициатора Esacure A198 (бис-N,N-[4-диметиламинобензоил)оксиэтилен-1-ил]метиламина), производимого Lamberti S.p.A., и до 100% по массе синей краски для офсетного нанесения краски.
Изопропиловый тиоксантон (ITX) выбирают в качестве эталонного фотоинициатора.
Фотополимеризуемые композиции измельчают при помощи мельницы с тремя цилиндрами (лабораторного масштаба) с целью гомогенизации смеси и получения толщины покрытия в 3 мкм на гладком полиэтиленовом субстрате при помощи установки для нанесения пленочных покрытий (RK Print Coater Instrument Ltd).
Образец, помещенный в отделение для образца инфракрасного Фурье-спектрометра (FT-IR 430-Jasco), облучают при высоком давлении 120 Вт/см (L8868 Light-cure, Hamamatsu) ртутным/ксеноновым источником света, установленным на расстоянии 8 см от образца под углом 30°.
-1
Во время фотополимеризации инфракрасные спектры получают, соблюдая фиксированные временные интервалы, а уменьшение с течением времени площади пика до 1408 см, обусловленное наличием акриловой двойной связи, было определено при помощи программного обеспечения (Perkin Elmer, Spectrum ONE v. 2.0).
Такой анализ позволяет определить изменение степени полимеризации с течением времени и определить, таким образом, эффективность фотоинициатора.
Значения (в %) степени полимеризации, изменяющиеся с течением времени, представлены в таблице 2.
Таблица 2
Соединение
% через 1 сек
% через 2 сек
% через 5 сек
ITX*
10,0
18,9
33,0
Пример 4*
5,9
18,3
35,3
Пример 3*
нерастворимо
нерастворимо
нерастворимо
Пример 2*
2,5
3,1
7,2
Пример 1
19,86
36,1
47,2
Пример 5
18,0
33,7
45,9
Пример 6
10,0
17,2
34,1
*Сравнительные
Производные тиоксантона примеров 1, 5 и 6 равны по эффективности или более эффективны по сравнению с ITX.
Соединения, описанные в примерах, были также оценены как сенсибилизаторы в пигментированной композиции, как описано ниже.
Пигментированные фотополимеризуемые композиции приготавливают смешиванием 3% по массе обоих Esacure 1001 и коинициатора Esacure A198 (оба вещества производимы Lamberti S.p.A.), 0,5% по массе производных тиоксантона примеров, перечисленных в таблице 1, и до 100% по массе синей краски для офсетного нанесения краски.
ITX используют в качестве эталонного сенсибилизатора.
Фотополимеризуемые композиции измельчают при помощи мельницы с тремя цилиндрами (лабораторного масштаба) с целью гомогенизации смеси и получения толщины покрытия в 3 мкм на гладком полиэтиленовом субстрате при помощи установки для нанесения пленочных покрытий (RK Print Coater Instrument Ltd).
Образец, помещенный в отделение для образца инфракрасного Фурье-спектрометра (FT-IR 430-Jasco), облучают при высоком давлении 120 Вт/см (L8868 Light-cure, Hamamatsu) ртутным/ксеноновым источником света, установленным на расстоянии 8 см от образца под углом 30°.
-1
Во время фотополимеризации инфракрасные спектры получают, соблюдая фиксированные временные интервалы, и уменьшение с течением времени площади пика до 1408 см, обусловленное наличием акриловой двойной связи, было определено при помощи ИК программного обеспечения (Perkin Elmer, Spectrum ONE v. 2.0).
Это позволяет определить изменение степени полимеризации с течением времени и, таким образом, эффективность фотоинициатора.
Результаты (в %) изменения степени полимеризации с течением времени представлены в таблице 3.
По изобретению эффективность производных тиоксантона в качестве сенсибилизаторов выше или лишь незначительно ниже эффективности ITX.
Оценка степени полного высыхания
Тесты "полного высыхания" применяются для оценки степени сшивки глубоких слоев распределенного на субстрате состава (пленки). Пленку считают полностью сшитой, если она неотделима от субстрата или повреждена в ходе "теста на кручение большим пальцем". Тест проводят на различных скоростях облучения ультрафиолетовым источником света. Чем выше скорость, тем выше реакционная способность системы.
Таблица 3
Соединение
% через 1 сек
% через 2 сек
% через 5 сек
ITX*
19,6
31,4
40,9
Пример 4*
20,6
33,2
43,2
Пример 3*
нерастворимо
нерастворимо
нерастворимо
Пример 2*
не реагирует
не реагирует
не реагирует
Пример 1
17,8
29,9
40,7
Пример 5
22,3
36,7
45,8
Пример 6
19,8
31,5
41,2
*Сравнительные
Продукты, описанные в примерах, были протестированы и как фотоинициаторы, и как сенсибилизаторы. Для оценки продукта как фотоинициатора используют нижеследующий состав (по массе): 3% производного тиоксантона формулы I, 3% Esacure A198 и до 100% синей краски для офсетного нанесения краски. Для оценки продукта как сенсибилизатора состав формируют следующим образом (по массе): 0,5% производного тиоксантона формулы I, 3% Esacure A198, 3% Esacure 1001, до 100% синей краски для офсетного нанесения краски.
Полученные смеси измельчают при помощи трехцилиндрической мельницы (лабораторного масштаба) и наносят на картон с толщиной покрытия в 3 мкм при помощи установки для нанесения пленочных покрытий (RK Print Coater Instrument Ltd), затем облучают ртутной лампой на различных скоростях при высоком давлении 120 Вт/см.
ITX в том же количестве используют в качестве эталона.
Результаты представлены в таблице 4.
Таблица 4
Соединение
Полное высыхание (фотоинициатор), м/мин
Полное высыхание (сенсибилизатор), м/мин
ITX*
95
60
Пример 4*
70
60
Пример 3*
нерастворимо
нерастворимо
Пример 2*
5
не реагирует
Пример 1
85
53
Пример 5
90
60
Пример 6
80
60
*Сравнительные
Производные тиоксантона по изобретению обладают активностью, сравнимой с активностью ITX, как в качестве фотоинициаторов, так и в качестве сенсибилизаторов.
Оценка экстрагируемости в ходе офсетного нанесения краски
2
2
Составы, полученные для тестов "полного высыхания" (фотоинициатор), наносили на картон с толщиной покрытия в 3 мкм (3 г/м; площадь печати 71,4 см) при помощи установки для нанесения пленочных покрытий (RK Print Coater Instrument Ltd) и облучали ртутной лампой при высоком давлении с силой 160 Вт/см со скоростью 30 м/мин. После фотополимеризации покрытую поверхность вводят в контакт с другим покрытым картоном и оставляют под давлением двадцати килограмм на 10 дней при комнатной температуре. По истечении этого периода картон с офсетной печатью погружают в 200 мл смеси этанол/вода 10/90 или 95/5 и хранят в течение 10 дней при температуре 40°С.
Количество производных тиоксантона, экстрагированное из контактного раствора, определяют по среднему значению высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ метод: Column Water Novapak C18, подвижная фаза в 15 мин от 30%/70% ацетонитрила/0,08М фосфорной кислоты к 90%/10% ацетонитрилу/0,08М фосфорной кислоте, λ 310 нм). Каждый тест был проведен трижды, результаты (средние значения) представлены в таблице 5.
Таблица 5
Соединение
EtOH 10%
EtOH 95%
ITX*
75 млрд<sup>-1</sup>
749 млрд<sup>-1</sup>
Пример 4*
<50 млрд<sup>-1</sup>
76 млрд<sup>-1</sup>
Пример 1
<50 млрд<sup>-1</sup>
<50 млрд<sup>-1</sup>
Пример 5
<50 млрд<sup>-1</sup>
<50 млрд<sup>-1</sup>
Пример 6
<50 млрд<sup>-1</sup>
<50 млрд<sup>-1</sup>
*Сравнительные
Соединения, описанные в примерах 1, 5 и 6, не имеют тенденции к миграции в контактном растворе в противоположность ITX и соединению, взаимодействующему по двойной связи, описанному в примере 4.
Сравнение реакционной способности 1 и 3 производных тиоксантона по среднему значению Photo DSC.
Соединение примера 1 (додецил 7-метил-9-оксо-9Н-тиоксантен-3-карбоксилат) и соединение примера 8 (додецил 7-метил-9-оксо-9Н-тиоксантен-1-карбоксилат, сравнительный) были получены и оценены при помощи Photo DSC.
Соединение примера 5 (N,N-диизобутил-7-метил-9-оксо-9Н-тиоксантен-3-карбоксамид) и соединение примера 7 (N,N-диизобутил-7-метил-9-оксо-9Н-тиоксантен-1-карбоксамид, сравнительный) также были получены и сопоставлены при помощи Photo DSC.
Составы были получены растворением в диакрилате трипропиленгликоля соединений, описанных в примерах 1, 8, 5 и 7, с концентрацией 0,1% масс./масс. и EDB (этил 4-диметиламинобензоат) с концентрацией 0,1% масс./масс.
Тест Photo DSC
2
Примерно 1 мг состава (точно взвешенного) помещали на алюминиевую панель калориметра и анализировали при помощи калориметра Mettler DSC1, оснащенного LED с длиной волны 400 нм и силой 450 мВт. LED был установлен с целью облучения состава с интенсивностью 24,3 мВт/см.
Результаты
Во время воздействия LED на длине волны 400 нм теплота, выделявшаяся в ходе полимеризации составов, полученных из соединений, описанных в примерах 1, 8, 5 и 7, была зарегистрирована в виде высоты пика и площади пика (ΔH). Высота пика пропорциональна скорости полимеризации: чем выше пик, тем быстрее полимеризация.
Результаты представлены в таблице 6.
Сравнение двух составов, полученных из сложных эфиров изомера 3 (пример 1) и сложного эфира изомера 1 (пример 8), показало, что изомер 3 в приблизительно 1,5 раза более реакционноспособный, чем изомер 1, и ΔH полимеризации изомера 3 в 1,2 раза больше, чем ΔH полимеризации изомера 1.
Аналогичный эффект был выявлен при сравнении двух составов, полученных из амида изомера 3 (пример 5) и амида изомера 1 (пример 7). Амид изомера 3 в 3,5 раза более реакционноспособный, чем амид изомера 1, и ΔH полимеризации амида изомера 3 в приблизительно 2 раза больше, чем ΔH полимеризации изомера 1.
Таблица 6
Соединение примера
Высота пика (Вт/г)
ΔH (площадь пика) (Дж/г)
1
58,9
266,4
8
38,4
208,5
5
39,0
224,8
7
11,1
111,4