AT503590B1 - PHOTOREACTIVE SURFACE COATINGS - Google Patents
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Description
2 AT 503 590 B12 AT 503 590 B1
Die vorliegende Erfindung betrifft funktionelle Oberflächenschichten und Oberflächenbeschichtungen, deren Eigenschaften durch Einwirkung von energiereicher Strahlung verändert werden können, wobei diesbezüglich unter energiereicher Strahlung ultraviolettes (UV) Licht, sichtbares Licht, Röntgenstrahlung, Gammastrahlung oder Betastrahlung verstanden wird. Ein Ziel ist eine starke Bindung der Oberflächenschicht an die zu beschichtende Oberfläche sowie die Möglichkeit, in den der Strahlung ausgesetzten Bereichen selektiv weitere Moleküle (z. B. Biomoleküle, Farbstoffe oder Metalle) anzukoppeln.The present invention relates to functional surface layers and surface coatings whose properties can be altered by the action of high-energy radiation, in which context high-energy radiation means ultraviolet (UV) light, visible light, X-radiation, gamma radiation or beta radiation. One goal is to strongly bond the surface layer to the surface to be coated, as well as to selectively couple other molecules (eg, biomolecules, dyes, or metals) in the radiation exposed areas.
Aus der wissenschaftlichen und technischen Literatur sind molekulare Oberflächenbeschichtungen auf Basis von Verbindungen (Molekülen) mit der allgemeinen Struktur A-B-C bekannt. Hierbei ist A eine Ankergruppe zur Ankopplung der Verbindung an eine Oberfläche, B eine verbindende Gruppe („spacer“) und C eine weitere Gruppe, wobei C eine reaktive chemische Gruppe, aber auch eine nicht-reaktive chemische Gruppe (z. B. Alkyl) sein kann. Gegebenenfalls kann das Strukturelement B („spacer“) auch entfallen, sodass auch eine allgemeine Struktur A-C vorliegen kann.From the scientific and technical literature, molecular surface coatings based on compounds (molecules) having the general structure A-B-C are known. Here, A is an anchor group for coupling the compound to a surface, B is a connecting group ("spacer") and C is a further group, where C is a reactive chemical group, but also a non-reactive chemical group (eg alkyl) can be. Optionally, the structural element B ("spacer") also be omitted, so that a general structure A-C may be present.
Als Ankergruppen wurden beispielsweise die Gruppen Trichlorsilyl, Trialkoxysilyl, Thiol oder Phosphonsäure beschrieben. Diese Ankergruppen eignen sich zur Immobilisierung von Molekülen an anorganischen Oberflächen. Der Trichlorsilyl- und der Trialkoxysilyl-Substituent ermöglicht eine kovalente Anbindung an oxidische Oberflächen, beispielsweise Glas, Quarz, Titanoxid. Mit Thiol-Gruppen als Ankergruppen ist bekanntermaßen eine Anbindung an Goldoberflächen möglich; Moleküle enthaltend Phosponatgruppen können beispielsweise an Indium-Zinnoxid-Oberflächen gebunden werden.As anchor groups, for example, the groups trichlorosilyl, trialkoxysilyl, thiol or phosphonic acid have been described. These anchor groups are suitable for the immobilization of molecules on inorganic surfaces. The trichlorosilyl and the trialkoxysilyl substituents allow covalent attachment to oxidic surfaces, for example glass, quartz, titanium oxide. With thiol groups as anchor groups, it is known that attachment to gold surfaces is possible; For example, molecules containing phosphonate groups can be attached to indium-tin oxide surfaces.
Beispielsweise werden Verbindungen mit Trialkoxysilyl-Ankergruppen in der Technik als Haftvermittler, zur Modifizierung von Partikeln und Pigmenten und zur Hydrophobisierung von Oberflächen eingesetzt. In anderen Anwendungsgebieten werden beispielsweise langkettige Al-kanthiole zur Modifizierung von Goldoberflächen eingesetzt. Hierbei bilden sich unter geeigneten Bedingungen Monolagen auf der Metalloberfläche, die in der Literatur als „seif assembled monolayers“ (Abkürzung: SAM) beschrieben werden.For example, compounds having trialkoxysilyl anchor groups are used in the art as adhesion promoters, to modify particles and pigments, and to hydrophobize surfaces. In other fields of application, for example, long-chain alkane thiols are used to modify gold surfaces. Monolayers form on the metal surface under suitable conditions, which are described in the literature as "soap-assembled monolayers" (abbreviation: SAM).
Durch derartige molekulare Oberflächenbeschichtungen können die Eigenschaften von Oberflächen in einem weiten Bereich modifiziert und für technische Anwendungen angepasst werden. Die meisten dieser Oberfächenschichten besitzen die Eigenschaft, dass sie unter Licht unreaktiv sind, sodass die einmal erzeugten Oberflächeneigenschaften auch unter Lichteinfluss über einen längeren Zeitraum erhalten bleiben.Through such molecular surface coatings, the properties of surfaces can be modified in a wide range and adapted for technical applications. Most of these surface layers have the property that they are unreactive under light, so that the surface properties once generated remain intact even under the influence of light over a longer period of time.
In der wissenschaftlichen Literatur liegen nur wenige Beispiele für photoreaktive Verbindungen mit einer allgemeinen Struktur A-B-C bzw. A-C vor, wobei die Gruppe C so beschaffen ist, dass sie unter UV-Bestrahlung eine photochemische Reaktion eingeht.In the scientific literature, there are only a few examples of photoreactive compounds having a general structure A-B-C or A-C, wherein the group C is such that it undergoes a photochemical reaction under UV irradiation.
Beispielsweise wurden Oberflächenschichten enthaltend UV-reaktive Zimtsäureeinheiten, welche dimerisieren können, in den Artikeln von Q. Xia, W.-S. Feng, J. Mu, K.-Z. Yang, Langmuir 14 (1998), 3333-3338 und von J. Zhao, H. Akiyama, K. Abe, Z. Liu, F. Nakanishi, Langmuir 16 (2000), 2275 beschrieben. In ähnlicher Weise sind Moleküle mit Cinnamyliden-Einheiten bekannt (A. Yabe, Y. Kawabata, A. Ouchi, M. Tanaka, Langmuir 3 (1987), 405-409). Durch die Dimerisierung werden Cyclobutanderivate geschaffen, die jedoch keine chemisch reaktiven Gruppen darstellen.For example, surface layers containing UV-reactive cinnamic acid units which can dimerize have been described in the articles of Q. Xia, W.-S. Feng, J. Mu, K.-Z. Yang, Langmuir 14 (1998), 3333-3338 and by J. Zhao, H. Akiyama, K. Abe, Z. Liu, F. Nakanishi, Langmuir 16 (2000), 2275. Similarly, molecules with cinnamylidene units are known (A. Yabe, Y. Kawabata, A. Ouchi, M. Tanaka, Langmuir 3 (1987), 405-409). The dimerization creates cyclobutane derivatives, which are not chemically reactive groups.
Photoinduzierte Spaltungsreaktionen, die zur Abspaltung von Molekülteilen führen, wurden zum Beispiel für Oberflächenbeschichtungen enthaltend ortho-Nitrobenzylester beschrieben, siehe K. Critchley, J. P. Jeyadevan, H. Fukushima, M. Ishida, T. Shimoda, R. J. Bushby, S.D. Evans, Langmuir 21 (2005), 4554-4561 und D. Ryan, B. A. Parviz, V. Linder, V. Semetey, S.K. Sia, J. Su, M. Mrksich, G.M. Whitesides, Langmuir 20 (2004), 9080-9088. 3 AT 503 590 B1Photoinduced cleavage reactions leading to cleavage of moieties have been described, for example, for surface coatings containing ortho-nitrobenzyl esters, see K. Critchley, J.P. Jeyadevan, H. Fukushima, M. Ishida, T. Shimoda, R. J. Bushby, S.D. Evans, Langmuir 21 (2005), 4554-4561 and D. Ryan, B.A. Parviz, V. Linder, V. Semetey, S.K. Sia, J. Su, M. Mrksich, G.M. Whitesides, Langmuir 20 (2004), 9080-9088. 3 AT 503 590 B1
Auch die UV-induzierte Abspaltung von Stickstoff (N2) aus immobilisierten (SAM) Molekülen ist bekannt. Dies betrifft z. B. die Spaltungsreaktion von photolabilen organischen Aziden (R-N3), siehe die Artikel von E. W. Wollman, D. Kang, D. Frisbie, I. M. Lorkovic, M. S. Wrighton, J. Am. Chem. Soc. 116 (1994), 4395-4404, C. D. Frisbie, E. W. Wollman, M. S. Wrighton, Langmuir 11 (2005), 2563-2571 und S. Monsathporn, F. Effenberger, Langmuir 20 (2004), 10375-10378 über organische Azide. Auch aus immobilisierten Diazoketonen (R=N2) kann unter Bestrahlung Stickstoff (N2) entwickelt werden, siehe den Artikel von J. Hu, Y. Liu, C. Khemtong, J. M. El Khoury, T. J. McAfoos, I. S. Taschner, Langmuir 20 (2004), 4933-4938. Sowohl bei Aziden als auch Diazoketonen werden als Folge der UV-Bestrahlung äußerst instabile Reaktionsprodukte (Nitrene bzw. Carbene) gebildet.Also, the UV-induced cleavage of nitrogen (N2) from immobilized (SAM) molecules is known. This concerns z. See, for example, the cleavage reaction of photolabile organic azides (R-N3), see the articles by E.W. Wollman, D. Kang, D. Frisbie, I.M. Lorkovic, M.S. Wrighton, J. Am. Chem. Soc. 116 (1994), 4395-4404, C.D. Frisbie, E.W. Wollman, M.S. Wrighton, Langmuir 11 (2005), 2563-2571 and S. Monsathporn, F. Effenberger, Langmuir 20 (2004), 10375-10378 on organic azides. Nitrogen (N2) can also be developed under irradiation from immobilized diazoketones (R = N2), see the article by J. Hu, Y. Liu, C. Khemtong, JM El Khoury, TJ McAfoos, IS Taschner, Langmuir 20 (2004) , 4933-4938. Both azides and diazoketones form highly unstable reaction products (nitrenes or carbenes) as a result of UV irradiation.
Das reversible photochemische cis-trans-Gleichgewicht von Azobenzoleinheiten wurde ebenfalls an Oberflächen untersucht (A. Manna, P.-L.Chen, H. Akiyama, T.-X. Wie, K. Tamada, W. Knoll, Chem. Mater. 15 (2003), 20-28 und H. Akiyama, K. Tamada, J. Nagasawa, K. Abe, T. Tamaki, J. Phys. Chem B 107 (2003), 130-135), ebenso die photoinduzierten Umwandlungen in Farbstoffen mit Spiro-Struktur (S. Kado, K. Yamada, T. Murakami, K. Kimura, J. Am. Chem. Soc. 127 (2005), 3026-3030). Bei diesen Reaktionen werden durch die UV-Bestrahlung jedoch keine chemisch reaktiven Gruppen gebildet.The reversible photochemical cis-trans equilibrium of azobenzene units has also been studied on surfaces (A. Manna, P.-L.Chen, H. Akiyama, T.-X., Wie, K. Tamada, W. Knoll, Chem. Mater. 15 (2003), 20-28 and H. Akiyama, K. Tamada, J. Nagasawa, K. Abe, T. Tamaki, J. Phys. Chem B 107 (2003), 130-135), as well as the photoinduced transformations in Komats, K. Yamada, T. Murakami, K. Kimura, J. Am. Chem. Soc., 127 (2005), 3026-3030). In these reactions, however, no chemically reactive groups are formed by the UV irradiation.
Weiters werden in der veröffentlichten Patentanmeldung US 2004/0146715 A1 oberflächenaktive Monoschichten beschrieben. Diese bestehen aus Filmen, die hydrophile und hydrophobe Blöcke sowie kovalent gebundene Photoinitiatoren in Form von Arylketonen enthalten. Photoreaktive, polymerisationsfähige Diacetylenstrukturen mit endständiger Thiol-Gruppe werden in JP 2001247540 beschrieben. Bei diesen Reaktionen werden jedoch als Folge einer Bestrahlung keine stabilen und gleichzeitig reaktiven Gruppen gebildet.Furthermore, published patent application US 2004/0146715 A1 describes surface-active monolayers. These consist of films containing hydrophilic and hydrophobic blocks as well as covalently bonded photoinitiators in the form of aryl ketones. Photoreactive, polymerizable diacetylene structures with terminal thiol group are described in JP 2001247540. In these reactions, however, stable and simultaneously reactive groups are not formed as a result of irradiation.
Oberflächenbeschichtungen können auch aus photoreaktiven Verbindungen hergestellt werden, deren Photolyse erst die Ankergruppe zur Oberfläche ergibt. Durch Photolyse werden sehr instabile und in-situ umsetzbare reaktive Gruppen gebildet, mit denen diese Verbindungen an Oberflächen immobilisiert werden. Biokompatible Beschichtungen basierend auf Molekülen, die endständig mit Azidogruppen oder Arylketonen als Photoinitiatoren ausgerüstet sind, werden in EP 0 407 390 B1 beschrieben. In ähnlicher Weise beschreibt US 5,217,492 A ein Immobilisieren von Biomolekülen an Oberflächen, wobei die Biomoleküle mit latent photoreaktiven Gruppen ausgerüstet sind, z. B. Aziden, Oxazidinen, Diazoketonen, aromatischen Ketonen, Diazoni-um-Gruppen oder Benzoylbenzoesäure. Das Ziel dieser Verbindungen ist jedoch eine Ankopplung durch photochemische Reaktion, nicht aber die Erzielung einer photochemisch reaktiven Oberflächenbeschichtung.Surface coatings can also be made from photoreactive compounds whose photolysis first gives the anchor group to the surface. By means of photolysis, very unstable reactive groups that can be reacted in situ are formed, with which these compounds are immobilized on surfaces. Biocompatible coatings based on molecules endowed with azido groups or aryl ketones as photoinitiators are described in EP 0 407 390 B1. Similarly, US 5,217,492 A describes immobilizing biomolecules on surfaces wherein the biomolecules are equipped with latent photoreactive groups, e.g. As azides, oxazidines, diazoketones, aromatic ketones, diazonium groups or benzoylbenzoic acid. The goal of these compounds, however, is a coupling by photochemical reaction, but not the achievement of a photochemically reactive surface coating.
Ein großer Nachteil derartiger in der Literatur beschriebener Verbindungen (und daraus hergestellter Oberflächenbeschichtungen) ist, dass durch die Bestrahlung („Aktivierung“) keine funktionellen Gruppen geschaffen werden, die über längere Zeit stabil sind und zusätzlich eine nachträgliche Umsetzung mit weiteren Molekülen, Ionen oder Metallen ermöglichen. Besonders nachteilig erweist sich in vielen Fällen, dass eine bestrahlte und hierdurch aktivierte Oberfläche nicht lagerungsfähig ist, sodass eine Ankopplung von weiteren Molekülen an diese Oberflächen in-situ erfolgen muss. Daher können bei diesen Methoden Moleküle, die selbst strahlungsempfindlich sind, nur unter erschwerten Bedingungen an die aktivierte Oberfläche angekoppelt werden.A major disadvantage of such compounds described in the literature (and surface coatings produced therefrom) is that the irradiation ("activation") creates no functional groups which are stable for a long time and, in addition, a subsequent reaction with other molecules, ions or metals enable. In many cases, it proves to be particularly disadvantageous that an irradiated and thus activated surface can not be stored, so that coupling of further molecules to these surfaces must take place in situ. Therefore, in these methods, molecules that are themselves radiation sensitive can be coupled to the activated surface only under severe conditions.
Diejenigen der zuvor beschriebenen photochemischen Reaktionen, die zur Abspaltung von Molekülfragmenten bzw. gasförmigen Molekülen führen, weisen zusätzlich den Nachteil auf, dass die Spaltprodukte bei den nachfolgenden Umsetzungen stören können und dass es zu einer Abnahme der Schichtdicke der Oberflächenbeschichtung kommen kann.Those of the photochemical reactions described above, which lead to the cleavage of molecular fragments or gaseous molecules, additionally have the disadvantage that the cleavage products can interfere with the subsequent reactions and that there may be a decrease in the layer thickness of the surface coating.
Die vorliegende Erfindung setzt sich zum Ziel, die genannten Nachteile zu beseitigen. 4 AT 503 590 B1The present invention sets itself the goal of eliminating the disadvantages mentioned. 4 AT 503 590 B1
Dieses Ziel wird durch eine Verbindung gemäß Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Varianten einer erfindungsgemäßen Verbindung sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 5.This object is achieved by a compound according to claim 1. Advantageous variants of a compound according to the invention are the subject matter of claims 2 to 5.
Das erfindungsgemäße Ziel wird durch die Verwendung von Verbindungen des Typs A-B-C oder A-C erreicht, bei welchen unter energiereicher Bestrahlung in der Teilstruktur C Isomerisierungsreaktionen so ablaufen, dass die Gruppe C in eine reaktive Gruppe D umgewandelt wird. Die strahlungsreaktive Gruppe C ist so beschaffen, dass unter Bestrahlung eine praktisch irreversible Isomerisierung (d. h. Umlagerung) zu einer stabilen Gruppe D erfolgt, welche eine andere chemische Reaktivität als die Gruppe C aufweist. Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, dass unter Bestrahlung keine Molekülfragmente aus der Gruppe C abgespalten werden, sodass es zu keiner Entwicklung von gasförmigen oder flüssigen Spaltprodukten kommt bzw. dass derartige Spaltprodukte nur als geringfügige Nebenprodukte entstehen. Gleichzeitig garantiert die Ankergruppe A eine hervorragende Haftung der Verbindungen an der zu beschichtenden Oberfläche.The object according to the invention is achieved by the use of compounds of the type A-B-C or A-C in which, under high-energy irradiation in the substructure C, isomerization reactions take place such that the group C is converted into a reactive group D. The radiation-reactive group C is such that upon irradiation, a virtually irreversible isomerization (i.e., rearrangement) to a stable group D occurs which has a different chemical reactivity than the group C. Another feature of the invention is that under irradiation no molecular fragments are eliminated from the group C, so that there is no development of gaseous or liquid fission products or that such cleavage products arise only as minor by-products. At the same time, the anchor group A guarantees excellent adhesion of the compounds to the surface to be coated.
Durch diese besondere chemische Zusammensetzung der Verbindungen A-B-C oder A-C ist die Möglichkeit gegeben, die Eigenschaften der Oberflächenbeschichtung unter energiereicher Strahlung in genau definierter Weise zu verändern und den Erfordernissen anzupassen. Nachdem mittels lithographischer Techniken auch eine strukturierte (also gemusterte) UV-Belichtung ausgeführt werden kann, kann die Abänderung der Oberflächeneigenschaften auch ortsaufgelöst und strukturiert ausgeführt werden („patterning“).Due to this particular chemical composition of the compounds A-B-C or A-C, it is possible to change the properties of the surface coating under high-energy radiation in a precisely defined manner and to adapt it to the requirements. After using lithographic techniques and a structured (ie patterned) UV exposure can be performed, the modification of the surface properties can also be carried out spatially resolved and structured ("patterning").
Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass durch die Einwirkung von energiereicher Strahlung, wie zum Beispiel UV-Strahlung, sichtbares Licht, Betastrahlung, Röntgen- oder Gammastrahlung, als Ergebnis der Isomerisierungsreaktion stabile funktionelle Gruppen geschaffen werden, die ihrerseits ein Bindungsvermögen für weitere Moleküle, Ionen oder Metalle aufweisen. So kann eine z. B. durch UV-Licht strukturierte Oberflächenbeschichtung in den belichteten Bereichen selektiv durch eine nachfolgende chemische Reaktion modifiziert werden. Eine Oberflächenbeschichtung mit Verbindungen der allgemeinen Struktur A-B-C wird also unter energiereicher Strahlung durch Isomerisierung in eine Beschichtung mit stabilen Verbindungen A-B-D umgewandelt, wobei D die durch Bestrahlung generierte Gruppe ist. Durch eine nachfolgende Reaktion wird diese Oberflächenschicht A-B-D in eine Beschichtung vom Typ A-B-D-E umgewandelt, wobei E für ein angekoppeltes weiteres Molekül, ein Ion oder ein Metall steht. Dies gilt sinngemäß auch für Verbindungen mit der allgemeinen Struktur A-C.A further feature of the present invention is that the action of high energy radiation, such as UV radiation, visible light, beta radiation, X-ray or gamma radiation, as a result of the isomerization reaction, provides stable functional groups, which in turn provide a binding capacity for others Have molecules, ions or metals. So a z. B. structured by UV light surface coating in the exposed areas are selectively modified by a subsequent chemical reaction. A surface coating with compounds of the general structure A-B-C is thus converted by energetic radiation by isomerization into a coating with stable compounds A-B-D, where D is the group generated by irradiation. By a subsequent reaction, this surface layer A-B-D is converted into a coating of the type A-B-D-E, where E stands for a coupled further molecule, an ion or a metal. This also applies mutatis mutandis to compounds having the general structure A-C.
Erfindungsgemäß werden Verbindungen der allgemeinen Struktur A-B-C bzw. A-C beansprucht, wobei die Teilstruktur A eine Ankergruppe ist und beispielsweise sein kann: -SiX(3-n)Yn mit n = 0, 1 oder 2, wobei der Substituent X ein Halogen (Chlor, Brom, Jod) oder eine Hydroxy- oder eine Alko-xygruppe (-OR) sein kann, wobei R ein geradkettiger oder verzweigter CrCi5-Alkylrest, bevorzugt CrC5-Alkylrest, oder auch ein Phenylrest sein kann. Unter den geradkettigen oder verzweigten CrCis-Alkylen der Gruppe R ist beispielsweise Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl oder Pentyl zu verstehen. Hierbei können in der Teilstruktur -SiX(3.n)Yn gleichartige wie auch unterschiedliche Alkoxygruppen (-OR) vorliegen.According to the invention compounds of the general structure ABC or AC are claimed, wherein the substructure A is an anchor group and may be, for example: -SiX (3-n) Yn with n = 0, 1 or 2, wherein the substituent X is a halogen (chlorine, Bromine, iodine) or a hydroxy or an alkoxy group (-OR), where R can be a straight-chain or branched C 1 -C 5 -alkyl radical, preferably C 1 -C 5 -alkyl radical, or else a phenyl radical. Examples of straight-chain or branched CrCis-alkyls of the group R are methyl, ethyl, propyl, butyl or pentyl. In this case, in the substructure -SiX (3.n) Yn, similar as well as different alkoxy groups (-OR) can be present.
Der Substituent Y kann ein geradkettiges oder verzweigtes CrC15-Alkyl, bevorzugt CrC5-Alkyl, oder eine Arylgruppe, beispielsweise Phenyl, oder eine Aralkylgruppe, beispielsweise Benzyl, sein.The substituent Y can be a straight-chain or branched C 1 -C 15 -alkyl, preferably C 1 -C 5 -alkyl, or an aryl group, for example phenyl, or an aralkyl group, for example benzyl.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegen für die Teilstruktur A die Gruppen 5 AT 503 590 B1In a preferred embodiment, the substructures A are the groups 5 AT 503 590 B1
Trichlorsilyl -SiCI3,Trichlorosilyl -SiCl 3,
Tribromsilyl -SiBr3,Tribromosilyl -SiBr3,
Trialkoxysilyl -Si(OR)3 mit R = Methyl, Ethyl oder Propyl,Trialkoxysilyl -Si (OR) 3 with R = methyl, ethyl or propyl,
Dimethylchlorsilyl -SiCI(CH3)2,Dimethylchlorosilyl-SiCl (CH 3) 2,
Methyldichlorsilyl -SiCI2CH3 vor. Die siliciumorganischen Ankergruppen finden bevorzugt für Immobilisierungen auf oxidischen Oberflächen Anwendung.Methyldichlorosilyl -SiCI2CH3 before. The organosilicon anchor groups are preferably used for immobilization on oxidic surfaces.
Weiters kann die Teilstruktur A seinFurthermore, the substructure A can be
Mercapto -SH,Mercapto -SH,
Selenol -SeH,Selenol -SeH,
Silan -SiH.Silane -SiH.
Thiol- und Selenolgruppen finden bevorzugt Anwendung für Immobilisierungen auf Gold- und Silberoberflächen.Thiol and selenol groups are preferably used for immobilization on gold and silver surfaces.
In den erfindungsgemäßen Verbindungen besitzt die Teilstruktur B die Funktion eines spacers, der die Teilstrukturen A und C miteinander verbindet. Die Teilstruktur B kann sein: ein geradkettiges oder verzweigtes CrC20-Alkylen, bevorzugt C2-Ci0-Alkylen das gegebenenfalls ein- oder mehrfach mit einer oder mehreren Cycloalkyl-, Aryl-, Aralkyl-, Heteroaryl- oder Halogengruppen substituiert ist, wobei als Halogengruppe Fluor, Chlor, Brom und Jod zu verstehen sind.In the compounds according to the invention, the substructure B has the function of a spacer which connects the substructures A and C to one another. The partial structure B can be: a straight-chain or branched CrC20-alkylene, preferably C 2 -C 10 -alkylene which is optionally mono- or polysubstituted by one or more cycloalkyl, aryl, aralkyl, heteroaryl or halogen groups, where the halogen group is fluorine , Chlorine, bromine and iodine are to be understood.
Unter den geradkettigen oder verzweigten Ci-C20-Alkylenen der Teilstruktur B ist beispielsweise Methylen, Ethylen, Propylen, Butylen, Pentylen, Hexylen, Heptylen, Octylen, Nonylen, Decylen, Isopropylen, Isobutylen, Neopentylen oder Neohexylen zu verstehen.Examples of straight-chain or branched C 1 -C 20 -alkenes of substructure B are methylene, ethylene, propylene, butylene, pentylene, hexylene, heptylene, octylene, nonylene, decylene, isopropylene, isobutylene, neopentylene or neohexylene.
Bei den Substituenten der Alkylengruppen ist unter Cycloalkyl beispielsweise Cyclopentyl, Cyclohexyl oder Cycloheptyl, unter Aryl beispielsweise Phenyl, unter Aralkyl beispielsweise Benzyl oder Toluyl, unter Heteroaryl beispielsweise Furyl, Pyrrolyl, Thiophenyl oder Pyridinyl, zu verstehen.For the substituents of the alkylene groups, cycloalkyl is, for example, cyclopentyl, cyclohexyl or cycloheptyl, aryl being, for example, phenyl, aralkyl being, for example, benzyl or toluyl, heteroaryl being, for example, furyl, pyrrolyl, thiophenyl or pyridinyl.
Weiters kann die Teilstruktur B seinFurthermore, the substructure B can be
Cycloalkylen-, Arylen-, Heteroarylen oder Arylenalkylen-, wobei unter Cycloalkylen beispielsweise Cyclohexylen und Cyclopentylen, unter Arylen beispielsweise Phenylen oder Biphenylen oder Naphthylen, unter Arylenalkylen beispielsweise Phenylen-methylen, Methylen-phenylen, Phenylen-ethylen, Ethylen-phenylen oder auch Ethylen-phenylen-methylen und unter Heteroarylen beispielsweise Furylen, Pyrrolylen, Thiophenylen zu verstehen ist und die Cycloalkylen-, Arylen-, Arylenalkylen und Heteroarylengruppen auch substituiert sein können, beispielsweise mit Fluor oder Chlor.Cycloalkylene, arylene, heteroarylene or arylenealkylene, where cycloalkylene is, for example, cyclohexylene and cyclopentylene, arylene being, for example, phenylene or biphenylene or naphthylene, arylenealkylene being, for example, phenylene-methylene, methylene-phenylene, phenylene-ethylene, ethylene-phenylene or ethylene- phenylene-methylene and under heteroaryls, for example, furylene, pyrrolylene, thiophenylene is to understand and the cycloalkylene, arylene, arylenealkylene and heteroarylene groups may also be substituted, for example with fluorine or chlorine.
Weiters kann die Teilstruktur B sein:Furthermore, the substructure B can be:
Oligo- und Polyoxymethylen -(0-CH2)n- mit n zwischen 1 und 30,Oligo- and polyoxymethylene - (O-CH2) n- with n between 1 and 30,
Oligo- und Polyethylenglykol -(0-CH2-CH2)n- mit n zwischen 1 und 30,Oligo- and polyethyleneglycol - (O-CH2-CH2) n- with n between 1 and 30,
Oligo- und Polypropylenglykol -(0-CH2-CH2-CH2)n- mit n zwischen 1 und 30,Oligo- and polypropyleneglycol - (O-CH 2 -CH 2 -CH 2) n- with n between 1 and 30,
Oligo- und Polybutylenglykol -(0-CH2-CH2-CH2-CH2)n- mit n zwischen 1 und 30,Oligo- and polybutylene glycol - (O-CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2) n - with n between 1 and 30,
Oligo- und Polysiloxan -(SiR^-O),,-, wobei in der Siloxaneinheit die Substituenten Ri und R2 geradkettige oder verzweigte Ci-Cs-Alkylenreste, beispielsweise Methylen, Ethylen, Propylen, Butylen, Pentylen oder auch Cyclo- 6 AT 503 590 B1 hexylen oder Phenylen sein können.Oligo- and polysiloxane - (SiR ^ -O) ,, -, wherein in the siloxane unit, the substituents Ri and R2 straight-chain or branched Ci-Cs-alkylene radicals, for example methylene, ethylene, propylene, butylene, pentylene or cyclo 6 AT 503 590 B1 hexylene or phenylene.
Die Teilstruktur C ist eine strahlungsempfindliche Gruppe, welche unter energiereicher Strahlung eine Isomerisierungsreaktion unter Ausbildung einer stabilen und gleichzeitig reaktiven Gruppe D eingeht.Substructure C is a radiation-sensitive group which undergoes an isomerization reaction under energy-rich radiation to form a stable and simultaneously reactive group D.
Erfindungsgemäß können als Teilstruktur C vorliegen:According to the invention, substructure C may be:
Ester der Thiocyansäure -R3-SCN,Esters of thiocyanic acid -R3-SCN,
Ester der Selenocyansäure -R3-SeCN,Esters of selenocyanic acid -R3-SeCN,
Ester der Cyansäure -R3-OCN, wobei der Substituent R3 sein kann: eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe, eine substituierte Alkylgruppe, beispielsweise Perfluoralkyl, eine Arylgruppe wie Phenylen, Naphthylen, Phenanthrenylen, Anthracenylen, eine Aralkylgruppe wie z. B. Phenylmethylen, Naphthylmethylen,Esters of cyanic acid -R3-OCN, where the substituent may be R3: a linear or branched alkyl group, a substituted alkyl group, for example perfluoroalkyl, an aryl group, such as phenylene, naphthylene, phenanthrenylene, anthracenylene, an aralkyl group, such as e.g. Phenylmethylene, naphthylmethylene,
Phenanthrenylmethylen, Anthracenylmethylen, wobei im Substituenten R3 zur Erhöhung der Lichtabsorption auch Carbonylgruppen enthalten sein können, wie z. B. Phenacyl (Phenylcarbonylmethyl) oder Naphthacyl (Napththylcarbonyl-methyl).Phenanthrenylmethylen, anthracenylmethylene, wherein in the substituent R3 to increase the light absorption and carbonyl groups may be included, such as. Phenacyl (phenylcarbonylmethyl) or naphthacyl (naphthylcarbonylmethyl).
In Abhängigkeit von der Art des Substituenten R3 tritt in den Teilstrukturen C unter Bestrahlung eine radikalische Umlagerung der Substituenten SCN, SeCN und OCN ein, was zu den isomeren Isothiocyanaten (-R3-NCS), Isoselenocyanaten (-R3-NCSe) und Isocyanaten (-R3-NCO) führt. Diese Gruppen, die durch Photo- bzw. Strahlungsisomerisierung erhalten werden, sind lagerungsstabil und besitzen eine hohe Reaktivität gegenüber aliphatischen und aromatischen Aminen (z. B. mit der Struktur R4-NH2). Unter Additionsreaktion werden die entsprechenden Thioharnstoff-, Selenoharnstoff- bzw. Harnstoffderivate mit den allgemeinen Strukturen R3-NH(C=S)NH-R4, R3-NH(C=Se)NH-R4, R3-NH(C=0)NH-R4 gebildet.Depending on the nature of the substituent R3, a radical rearrangement of the substituents SCN, SeCN and OCN occurs in the substructures C under irradiation, resulting in the isomeric isothiocyanates (-R3-NCS), isoselenocyanates (-R3-NCSe) and isocyanates (- R3-NCO) leads. These groups, which are obtained by photo- or radiation isomerization, are storage stable and have a high reactivity towards aliphatic and aromatic amines (eg with the structure R4-NH2). Under addition reaction, the corresponding thiourea, selenourea or urea derivatives with the general structures R3-NH (C = S) NH-R4, R3-NH (C = Se) NH-R4, R3-NH (C = 0) NH -R4 formed.
In ähnlicher Weise können Thiole (allgemeine Struktur R4-SH) und Alkohole (allgemeine Struktur R4-OH) an die photochemisch gebildeten Gruppen -R3-NCS, -R3-NCSe und Isothiocyanat -R3-NCO addieren, wodurch die entsprechenden Thiocarbamat- und Carbamat-Strukturen entstehen, wie z. B. das Dithiocarbamat -R3-NH(C=S)S-R4 durch Reaktion von -R3-NCS mit dem Thiol R4-SH.Similarly, thiols (general structure R4-SH) and alcohols (general structure R4-OH) can add to the photochemically-formed groups -R3-NCS, -R3-NCSe, and isothiocyanate-R3-NCO, yielding the corresponding thiocarbamate and carbamate Structures arise, such. B. the dithiocarbamate -R3-NH (C = S) S-R4 by reaction of -R3-NCS with the thiol R4-SH.
Die Photoisomerisierung von organischen Thiocyanaten, Selenocyanaten und Cyanaten wurde in der Literatur beschrieben, ebenso die Ankopplung von Aminen und Thiolen an die Photoreaktionsprodukte (W. Kern, AT 400842 (1996), W. Kern, C. Preininger, Austrian patent application A 498/2002, G. Langer, T. Kavc, W. Kern, G. Kranzelbinder, E. Toussaere, Macromol. Chem. Phys. 202, 2001, 3459-3467). Diese Kopplungsreaktion kann für die Immobilisierung von kleinen Molekülen, Farbstoffen und auch Biomolekülen genützt werden.The photoisomerization of organic thiocyanates, selenocyanates and cyanates has been described in the literature, as well as the coupling of amines and thiols to the photoreaction products (W. Kern, AT 400842 (1996), W. Kern, C. Preininger, Austrian Patent Application A 498 / 2002, G. Langer, T. Kavc, W. Kern, G. Kranzelbinder, E. Toussaere, Macromol Chem Phys 202, 2001, 3459-3467). This coupling reaction can be used for the immobilization of small molecules, dyes and biomolecules.
Erfindungsgemäß werden weiters beansprucht Oberflächenbeschichtungen von Metallen, Metalloxiden, oxidischen Oberflächen, anorganischen Oberflächen und Kunststoffoberflächen unter Verwendung der strahlungsreaktiven Verbindungen mit der allgemeinen Struktur A-B-C oder A-C, wie im vorangegangenen Abschnitt beschrieben.The invention further claims surface coatings of metals, metal oxides, oxide surfaces, inorganic surfaces and plastic surfaces using the radiation-reactive compounds having the general structure A-B-C or A-C, as described in the preceding section.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden Oberflächen durch ein- oder mehrmaliges Eintauchen in Lösungen der Verbindung A-B-C in einem geeigneten Lösungsmittel beschichtet. In einer weiteren Ausführungsform werden die Oberflächen durch Auftropfen von Lösungen der Verbindung A-B-C oder durch Rotationsbeschichtung oder Besprühen mit 7 AT 503 590 B1 Lösungen der Verbindung A-B-C beschichtet. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Oberfläche durch Bedampfen mit einer Verbindung A-B-C beschichtet, wobei diese Art der Beschichtung auch unter vermindertem Druck durchgeführt werden kann. Sinngemäß gelten diese Verfahren auch für die Beschichtung von Oberflächen mit Verbindungen der allge-5 meinen Struktur A-C.In a preferred embodiment of the invention, surfaces are coated by one or more immersions in solutions of compound A-B-C in a suitable solvent. In a further embodiment, the surfaces are coated by dropping solutions of compound A-B-C or by spin-coating or spraying with solutions of compound A-B-C. In a further preferred embodiment, the surface is coated by vapor deposition with a compound A-B-C, wherein this type of coating can also be carried out under reduced pressure. Analogously, these methods also apply to the coating of surfaces with compounds of general structure A-C.
Zur Erzielung der Isomerisierungsreaktion in den Oberflächenbeschichtungen enthaltend Verbindungen A-B-C oder A-C, welche zu den Strukturen A-B-D oder A-D führt, wird energiereiche Strahlung eingesetzt. Der Vorgang der Bestrahlung wird im Folgenden auch mit dem Begriff io „Aktivierung“ bezeichnet. Bevorzugt, jedoch nicht ausschließlich, wird Licht im Wellenlängenbereich 150 nm bis 800 nm eingesetzt. Ganz besonders bevorzugt wird ultraviolettes Licht im Wellenlängenbereich 200 nm bis 400 nm verwendet.To achieve the isomerization reaction in the surface coatings containing compounds A-B-C or A-C, which leads to the structures A-B-D or A-D, high-energy radiation is used. The process of irradiation is also referred to below by the term io "activation". Preferably, but not exclusively, light is used in the wavelength range 150 nm to 800 nm. Very particular preference is given to using ultraviolet light in the wavelength range from 200 nm to 400 nm.
Eine strukturierte, das heißt ortsaufgelöste Bestrahlung, wird bevorzugt mit ultraviolettem Licht 15 unter Verwendung von lithographischen Masken (Kontakt- oder Projektionslithographie) ausgeführt.A structured, ie spatially resolved, irradiation is preferably carried out with ultraviolet light 15 using lithographic masks (contact or projection lithography).
In ähnlicher Weise kann als energiereiche Strahlung auch Röntgenstrahlung oder Elektronenstrahlung eingesetzt werden, wobei auch mit diesen Strahlungsarten eine ortsaufgelöste Be-20 Strahlung möglich ist.Similarly, as high-energy radiation and X-ray or electron radiation can be used, with these types of radiation, a spatially resolved Be-20 radiation is possible.
Eine Ankopplung von weiteren Molekülen, Biomolekülen, ionischen Verbindungen, Farbstoffen oder Metallen an die beschriebenen Oberflächenbeschichtungen wird bevorzugt durch Eintauchen der aktivierten Oberflächenbeschichtung in Lösungen oder Dispersionen von weiteren 25 Molekülen, Biomolekülen, ionischen Verbindungen, Farbstoffen oder Metallen ausgeführt. In einer weiteren Ausführungsform kann, die nachfolgende Ankopplung von Molekülen, Biomolekülen, ionischen Verbindungen, Farbstoffen und Metallen durch Aufdampfen erfolgen, gegebenenfalls unter vermindertem Druck. In einer weiteren Ausführungsform wird die Bestrahlung der Oberflächenbeschichtung in Gegenwart der anzukoppelnden Substanz oder in Gegenwart von 30 Lösungen der anzukoppelnden Substanz ausgeführt.A coupling of further molecules, biomolecules, ionic compounds, dyes or metals to the described surface coatings is preferably carried out by immersing the activated surface coating in solutions or dispersions of further molecules, biomolecules, ionic compounds, dyes or metals. In a further embodiment, the subsequent coupling of molecules, biomolecules, ionic compounds, dyes and metals can be carried out by vapor deposition, optionally under reduced pressure. In a further embodiment, the irradiation of the surface coating is carried out in the presence of the substance to be coupled or in the presence of 30 solutions of the substance to be coupled.
Die durch eine strahlungschemische Reaktion erzielten Reaktivitätsunterschiede in der Oberflächenbeschichtung können in bestimmten Fällen auch so genützt werden, dass eine Ankopplungsreaktion bevorzugt auf den nicht-bestrahlten Bereichen der Oberflächenbeschichtung 35 erfolgt.The reactivity differences in the surface coating achieved by a radiation-chemical reaction can, in certain cases, also be utilized in such a way that a coupling reaction preferably takes place on the non-irradiated areas of the surface coating 35.
AusführunasbeispieleAusführunasbeispiele
Beispiel 1: 40Example 1: 40
Herstellung von [4-(Thiocyanatomethyl)phenyl]trimethoxysilan 45Preparation of [4- (thiocyanatomethyl) phenyl] trimethoxysilane 45
+ 1,1 NH4SCN+ 1.1 NH4SCN
7,62 g (100 mmol) Ammoniumthiocyanat werden in 50 mL Methanol gelöst. Zu dieser Lösung 50 werden 20 mL (91 mmol) [4-(Chlormethyl)phenyl]trimethoxysilan zugegeben. Der klare, farblose Ansatz wird unter Lichtausschluss für 2 Tage auf Rückfluss erhitzt. Danach wird der dabei entstandene weiße Niederschlag von Natriumchlorid unter Schutzgasatmosphäre (Argon) mittels einer Umkehrfritte abgetrennt und die verbleibende Lösung im Vakuum (1 mbar) abgedampft. Das verbleibende gelbe Öl wird mit 30 mL Heptan aufgenommen und diese Lösung 55 filtriert. Das n-Heptan wird im Ölpumpenvakuum abgedampft. Das Produkt wird als gelbe Flüs- 8 AT 503 590 B1 sigkeit erhalten. 1H-NMR-Spektrum (δ, 500 MHz, 20 °C, CDCI3): 7,68 (Dublett, 2H, aromatische Protonen), 7,39 (Dublett, 2H, aromatische Protonen), 4,16 (Singulett, 2H, -CH2-), 3,63 (Singu-lett, 9H, -OCH3); 13C{1H}-NMR (δ, 125 MHz, 20 °C, CDCI3): 136,8 (1C, Phenyl-C1), 135,7 (2C, Phenyl-C3' 5), 130,7 (1C, Phenyl-C4), 128,6 (2C, Phenyl-C2·6), 111,9 (1C, -SCN), 51,0 (3C, -OCH3), 38,3 (1C, -CH2-). IR-Daten (Film auf Siliciumscheibe in Transmission, cm'1): 3074-3021, 2976-2892, 2155 (m, SCN), 1603, 1476, 1443, 1392, 1294, 1246, 1166, 1124-1079 (Si-0-), 1022, 962, 785, 715.7.62 g (100 mmol) of ammonium thiocyanate are dissolved in 50 ml of methanol. To this solution 50 is added 20 mL (91 mmol) of [4- (chloromethyl) phenyl] trimethoxysilane. The clear, colorless batch is heated to reflux for 2 days with exclusion of light. Thereafter, the resulting white precipitate of sodium chloride under protective gas atmosphere (argon) is separated by means of a reverse frit and the remaining solution in vacuo (1 mbar) evaporated. The remaining yellow oil is taken up in 30 ml of heptane and this solution is filtered. The n-heptane is evaporated in an oil pump vacuum. The product is obtained as yellow liquid. 1 H NMR spectrum (δ, 500 MHz, 20 ° C, CDCl 3): 7.68 (doublet, 2H, aromatic protons), 7.39 (doublet, 2H, aromatic protons), 4.16 (singlet, 2H, -CH2-), 3.63 (singlet, 9H, -OCH3); 13C {1H} NMR (δ, 125 MHz, 20 ° C, CDCl3): 136.8 (1C, phenyl-C1), 135.7 (2C, phenyl-C3 '5), 130.7 (1C, phenyl -C4), 128.6 (2C, phenyl-C2 x 6), 111.9 (1C, -SCN), 51.0 (3C, -OCH3), 38.3 (1C, -CH2-). IR data (film on silicon wafer in transmission, cm'1): 3074-3021, 2976-2892, 2155 (m, SCN), 1603, 1476, 1443, 1392, 1294, 1246, 1166, 1124-1079 (Si 0-), 1022, 962, 785, 715.
Beispiel 2:Example 2:
Herstellung von 2-(4-Thiocyanatomethyl)phenyl-ethan-1-thiolPreparation of 2- (4-thiocyanatomethyl) phenyl-ethane-1-thiol
Die Addition von Triphenylsilanthiol an die Doppelbindung erfolgt nach einer Vorschrift von B. Hache, Y. Gareau, Tetrahedron Lett. 35 (1994), 1837 bzw. W.C. Black, B. Guay, Synthesis 1998, 1101 mit Triphenylsilathian und Azaisobutyronitril als Radikalstarter. 4,118 g (14,08 mmol) Triphenylsilanthiol, 1,33 ml_ (9,39 mmol) 4-Vinylbenzylchlorid und 0,462 g (2,82 mmol) Azoisobutyronitril werden in 20 mL Benzol gelöst. Der gelbe klare Ansatz wird für eine Stunde auf Rückfluss erhitzt. Das Benzol wird im Vakuum (1 mbar) abgedampft. Der Rückstand wird mit einem Gemisch von Aceton/n-Hexan (1:20) versetzt, man zentrifugiert den weißen Niederschlag ab und verdampft das Lösungsmittel. Das resultierende Öl wird über eine Kieselgel-Säule chromatographisch gereinigt. Als Laufmittel wird ein Gemisch von Aceton und Hexan (Gewichtsanteile: 1 Teil Aceton:20 Teile Hexan) verwendet. Ausbeute: 3,018 g weißes Pulver [2-(4-Chlormethylphenyl)ethylsulfanyl]triphenylsilan. 1H-NMR (δ, 500 MHz, 20 °C, CDCI3): 7,68 (dd, 6H, ph2'2'·2"·6'·6"·6"), 7,46-7,44 (m, 3H, Ph4'·4"·4"), 7,42-7,39 (m, 6H, ph3.3-,i-',5.5-.5")i 7 24 (d 2H ph3,5)| 6 96 (dj 2Hj ph2.6)j 4 54 (Sj 2H] .o-^ciy 2,73-2,65 (m, 4H, -CH2S, CH2Ph). 107 mg (1,42 mmol) Ammoniumthiocyanat werden in 5 mL Methanol gelöst und 573 mg (1,29 mmol) [2-(4-Chloromethylphenyl)ethylsulfanyl]triphenylsilan, gelöst in 5 mL CH2CI2, werden zugegeben. Der Ansatz wird unter Lichtausschluss für 16 Stunden auf Rückfluss erhitzt, wobei sich ein weißer Niederschlag bildet. Das Lösungsmittel wird im Vakuum (1 mbar) abgedampft, der Rückstand in CH2CI2 aufgenommen und filtriert. Das Lösungsmittel wird im Vakuum abgedampft und das verbleibende gelbe Öl wird säulenchromatographisch gereinigt (Laufmittel: 10 % Aceton/n-Hexan, Kieselgel). Ausbeute: 154 mg (57 % der Theorie) gelbe Kristalle. Eine Abspaltung durch Trifluoressigsäure ist nicht mehr erforderlich, da die Triphenylsilylgruppe unter den gewählten Bedingungen (NH4SCN, Hitze) bereits abgespalten wird. Spektroskopische Daten des erhaltenen 2-(4-Thiocyanatomethyl)phenyl-ethan-1-thiol: 1H-NMR (δ, 500 MHz, 20 °C, CDCI3): 7,27 (dd, 4H, aromatische Protonen) 4,15 (s, 2H, -CH2-SCN), 2,94 (t, 2H, -CH2-Ph), 2,79 (m, 2H, -CH2-SH), 1,38 (t, -SH); 13C{1H}-NMR (δ; 125 MHz, 20 °C, CDCI3): 140,9, 135,3,130,3,128,1, (6C, Ph) 112,2 (1C, -SCN), 40,0 (1C, HSCH2CH2-Ph), 38,2 (1C, CH2-SCN), 25,9 (1C, -CH2-SH) IR-Daten (Film auf Siliciumscheibe in Transmission, cm'1): 3068-3011,2931 (w, aliph vCh), 2565 (w, vSH), 2153 (m, vSCn), 1589 (w), 1513 (w), 1485 (w), 1428 (s), 1246 (w), 1186 (w), 1120 (s), 1027 (w), 998 (w), 837 (s), 738 (m), 713 (s), 699 (s), 668 (w), 636 (w), 514 (s). 9 AT 503 590 B1The addition of triphenylsilanethiol to the double bond is carried out according to a procedure of B. Hache, Y. Gareau, Tetrahedron Lett. 35 (1994), 1837 and W.C. Black, B. Guay, Synthesis 1998, 1101 with triphenylsilathiane and azaisobutyronitrile as radical initiator. 4.118 g (14.08 mmol) of triphenylsilanethiol, 1.33 ml (9.39 mmol) of 4-vinylbenzyl chloride and 0.462 g (2.82 mmol) of azoisobutyronitrile are dissolved in 20 ml of benzene. The yellow clear batch is heated to reflux for one hour. The benzene is evaporated in vacuo (1 mbar). The residue is treated with a mixture of acetone / n-hexane (1:20), the white precipitate is centrifuged off and the solvent is evaporated off. The resulting oil is purified by chromatography on a silica gel column. The eluent used is a mixture of acetone and hexane (parts by weight: 1 part of acetone: 20 parts of hexane). Yield: 3.018 g of white powder [2- (4-chloromethylphenyl) ethylsulfanyl] triphenylsilane. 1 H-NMR (δ, 500 MHz, 20 ° C, CDCl 3): 7.68 (dd, 6H, ph 2 '2' x 2 'x 6' x 6 'x 6'), 7.46 to 7.44 ( m, 3H, Ph4 'x 4 "x 4"), 7.42 to 7.39 (m, 6H, ph3.3-, i -', 5.5 -5 ") i 7 24 (d 2H ph3.5 ) | 6 96 (dj 2Hj ph2.6) j 4 54 (Sj 2H] .o- ^ ciy 2,73-2,65 (m, 4H, -CH 2 S, CH 2 Ph) 107 mg (1.42 mmol) of ammonium thiocyanate are dissolved in 5 mL of methanol are dissolved and 573 mg (1.29 mmol) of [2- (4-chloromethylphenyl) ethylsulfanyl] triphenylsilane dissolved in 5 mL of CH 2 Cl 2 are added and the reaction is refluxed for 16 h with exclusion of light The solvent is evaporated in vacuo (1 mbar), the residue is taken up in CH 2 Cl 2 and filtered, the solvent is evaporated in vacuo and the remaining yellow oil is purified by column chromatography (mobile phase: 10% acetone / n-hexane, silica gel). Yield: 154 mg (57% of theory) of yellow crystals, since cleavage by trifluoroacetic acid is no longer necessary because the triphenylsilyl group is already cleaved under the chosen conditions (NH 4 SCN, heat) Spectroscopic data of the obtained 2- (4-thiocyanatomethyl) phenyl ethane-1-thiol: 1 H NMR (δ, 500 MHz, 20 ° C, CDCl 3 ): 7.27 (dd, 4H, aromatic protons) 4.15 (s, 2H, -CH2-SCN), 2.94 (t, 2H, -CH2-Ph), 2.79 (m, 2H, - CH2-SH), 1.38 (t, -SH); 13C {1H} -NMR (δ; 125 MHz, 20 ° C, CDCl 3): 140.9, 135.3, 130.3, 128.2, (6C, Ph) 112.2 (1C, -SCN), 40.0 ( 1C, HSCH2CH2-Ph), 38.2 (1C, CH2-SCN), 25.9 (1C, -CH2-SH) IR data (film on silicon wafer in transmission, cm'1): 3068-3011.2931 ( w, aliph vCh), 2565 (w, vSH), 2153 (m, vSCn), 1589 (w), 1513 (w), 1485 (w), 1428 (s), 1246 (w), 1186 (w), 1120 (s), 1027 (w), 998 (w), 837 (s), 738 (m), 713 (s), 699 (s), 668 (w), 636 (w), 514 (s). 9 AT 503 590 B1
Beispiel 3:Example 3:
Herstellung von photoreaktiven Monolagen und dünnen Schichten von 2-(4-Thiocyanatomethyl)phenyl-ethan-1-thiol auf Gold und deren Reaktion unter UV-BestrahlungPreparation of photoreactive monolayers and thin layers of 2- (4-thiocyanatomethyl) phenyl-ethane-1-thiol on gold and their reaction under UV irradiation
Eine frisch gereinigte Goldfolie wird für 2 Stunden in eine 2 mM Lösung von 2-(4-Thiocyanatomethyl)phenyl-ethan-1-thiol (siehe Beispiel 2) in Toluol getaucht. Die Goldfolie wird herausgenommen und nicht haftendes 2-(4-Thiocyanatomethyl)phenyl-ethan-1-thiol mit Toluol abgewaschen. Durch Infrarotspektroskopie kann man die Thiocyanatbande bei 2153 cm'1 erkennen. Durch Bestrahlen mit UV-Licht von 254 nm kann man die Photoisomerisierung herbeiführen, was durch das Verschwinden der Bande bei 2153 cm'1 (SCN) und das Erscheinen der für NCS-Gruppen typischen Banden bei 2180 cm'1 und 2105 cm'1 erkennbar ist.A freshly purified gold foil is immersed for 2 hours in a 2 mM solution of 2- (4-thiocyanatomethyl) phenyl-ethane-1-thiol (see Example 2) in toluene. The gold foil is removed and non-adherent 2- (4-thiocyanatomethyl) phenyl-ethane-1-thiol washed off with toluene. Infrared spectroscopy reveals the thiocyanate band at 2153 cm'1. Irradiation with UV light at 254 nm may induce photoisomerization as evidenced by the disappearance of the band at 2153 cm'1 (SCN) and the appearance of bands typical of NCS groups at 2180 cm'1 and 2105 cm'1 is.
Beispiel 4:Example 4:
Herstellung von photoreaktiven Monolagen und dünnen Schichten aus [4-(Thiocyanatomethyl)-phenyljtrimethoxysilan auf Siliciumdioxid-OberflächenPreparation of photoreactive monolayers and thin films of [4- (thiocyanatomethyl) phenyl] trimethoxysilane on silica surfaces
Ein frisch oxidiertes Siliciumplättchen (Caro'sche Säure, 10 min, 30 % H202 in konz. H2S04, dann mit bidestillierten Wasser mehrfach gespült und bei 120 °C getrocknet), das nach dieser Behandlung eine Siliciumdioxid-Oberfläche aufweist, wird in eine 0,5 % Lösung von [4-(Thiocyanatomethyl)phenyl]trimethoxysilan (siehe Beispiel 1) in Toluol gelegt, und zwar für 24 Stunden. Nicht reagiertes Edukt wird durch Abspülen mit Toluol abgespült. Im Infrarotspektrum erkennt man wiederum die Bande bei 2153 cm'1. Durch Bestrahlen mit UV-Licht von 254 nm kann man die Photoisomerisierung herbeiführen, was durch das Verschwinden der SCN-Bande bei 2153 cm'1 und das Erscheinen der NCS-Banden bei 2180 cm'1 und 2105 cm'1 erkennbar ist.A freshly oxidized silicon wafer (Caro's acid, 10 min, 30% H 2 O 2 in concentrated H 2 SO 4, then rinsed several times with double-distilled water and dried at 120 ° C.), which has a silicon dioxide surface after this treatment, is converted to a 0, 5% solution of [4- (thiocyanatomethyl) phenyl] trimethoxysilane (see Example 1) in toluene for 24 hours. Unreacted educt is rinsed by rinsing with toluene. The infrared spectrum reveals the band at 2153 cm'1. By irradiation with UV light of 254 nm, photoisomerization can be induced, as evidenced by the disappearance of the SCN band at 2153 cm -1 and the appearance of the NCS bands at 2180 cm -1 and 2105 cm -1.
Beispiel 5:Example 5:
Herstellung und UV-Aktivierung von Thiocyanat enthaltenden photoreaktiven Beschichtungen für Glas und oxidische MaterialienPreparation and UV activation of thiocyanate-containing photoreactive coatings for glass and oxidic materials
Ein Gewichtsteil [4-(Thiocyanatomethyl)phenyl]trimethoxysilan (siehe Beispiel 1) wird mit der vierfachen Menge von Tetraethoxysilan in 10 Teilen Ethanol gemischt. Durch Tauchbeschichtung oder Rotationsbeschichtung (1000 Umdrehungen/min, 60 Sekunden) werden auf Siliciumoder Glasoberflächen transparente Schichten (Schichtdicke ca.1 pm) aufgebracht und danach bei 80 °C bis 100 °C getrocknet. Die resultierende Schicht wird danach mittels UV-Lichts (Hg-Hochdrucklampe) für 10 min bestrahlt. Dadurch wird der Brechungsindex der Beschichtung um den Wert + 0.025 (bei der Wellenlänge 500 nm) erhöht. Durch die Bestrahlung mit UV-Licht nimmt die Bande der SCN-Gruppen bei 2153 cm'1 ab, wohingegen die NCS-Banden bei 2104 cm'1 und 2179 cm'1 entstehen.One part by weight of [4- (thiocyanatomethyl) phenyl] trimethoxysilane (see Example 1) is mixed with four times the amount of tetraethoxysilane in 10 parts of ethanol. By dip coating or spin coating (1000 revolutions / min, 60 seconds) are applied to silicon or glass surfaces transparent layers (layer thickness about 1 pm) and then dried at 80 ° C to 100 ° C. The resulting layer is then irradiated by means of UV light (Hg high-pressure lamp) for 10 min. As a result, the refractive index of the coating is increased by the value + 0.025 (at the wavelength 500 nm). Upon irradiation with UV light, the bands of the SCN groups decrease at 2153 cm'1, whereas the NCS bands are formed at 2104 cm'1 and 2179 cm'1.
Beispiel 6:Example 6:
Reaktion einer UV-aktivierten Beschichtung auf Siliciumdioxid-Oberflächen mit AminenReaction of a UV-activated coating on silica surfaces with amines
Siliciumdioxid-Oberflächen werden nach Beispiel 4 mit [4-(Thiocyanatomethyl)phenyl]trimet-hoxysilan beschichtet und mit ultraviolettem Licht bestrahlt. Anschließend wird die aktivierte Beschichtung mit gasförmigem Propylamin bedampft, wodurch die Isothiocyanatgruppe (NCS) mit dem Propylamin unter Ausbildung eines Thioharnstoffderivates reagiert. Im IR-Spektrum der aktivierten Beschichtung verschwinden dadurch die Banden bei 2180 cm'1 und 2105 cm'1 (NCS) und gleichzeitig werden die für Thioharnstoff-Derivate typischen Banden bei 3363 cm'1 und 3260 cm'1 (N-H Schwingungen) und bei 1554 cm'1 (C=S Schwingung) sichtbar.Silica surfaces are coated according to Example 4 with [4- (thiocyanatomethyl) phenyl] trimet-hoxysilane and irradiated with ultraviolet light. Subsequently, the activated coating is vaporized with gaseous propylamine, whereby the isothiocyanate group (NCS) reacts with the propylamine to form a thiourea derivative. In the IR spectrum of the activated coating, the bands disappear at 2180 cm'1 and 2105 cm'1 (NCS), and at the same time, the bands typical for thiourea derivatives become 3363 cm'1 and 3260 cm'1 (NH oscillations) and at 1554 cm'1 (C = S oscillation) visible.
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2006
- 2006-05-09 AT AT7972006A patent/AT503590B1/en not_active IP Right Cessation
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