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umsetzt, worin X' -NO2 oder -SR' bedeutet und R und R' die unter den Formeln IIa und IIb bzw. I angegebene Bedeutung haben, und anschliessend die Verbindungen der Formel Va durch Hydrolyse in eine Verbindung der Formel I, worin Ml und M2 je -OH bedeuten, R' die unter der Formel I angegebene Bedeutung hat und X -NO2 oder -SR' darstellt, überführt.
8. Verfahren zur Herstellung von Verbindungen der Formel I nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man Verbindungen der Formel I nach Anspruch 7 herstellt, worin Ml und M2 je -OH bedeuten, R' die unter der Formel I angegebene Bedeutung hat und X -NO2 oder -SR' darstellt, und diese Verbindungen thermisch oder unter Zusatz von Dehydratisierungsmitteln in die entsprechenden Verbindungen der Formel I, worin Ml und M2 zusammen -0- bedeuten, überführt.
9. Verwendung von Verbindungen der Formel I nach Anspruch 1, worin M1 und M2 -0- darstellen, als Sensibilisatoren für lichtvernetzbare Polymere.
10. Verwendung von Verbindungen der Formel I nach Anspruch 1, worin M1 und M2 zusammen -0- darstellen, zusammen mit Amin als Initiatoren für die Photopolymerisation äthylenisch ungesättigter Verbindungen oder für die photochemische Vernetzung von Polyolefinen.
Die vorliegende Erfindung betrifft neue 3,5-disubstituierte Phthalsäuren und Phthalsäureanhydride, Verfahren zu deren Herstellung und die Verwendung der neuen 3,5-disubstituierten Phthalsäureanhydride als Sensibilisatoren für lichtvernetzbare Polymere oder als Initiatoren, im Gemisch mit Aminen, für die Photopolymerisation äthylenisch ungesättigter Verbindungen oder für die photochemische Vernetzung von Polyolefinen.
Gegebenenfalls halogenierte, besonders chlorierte, Thioxanthone gehören zu den bekanntesten und wirksamsten Sensibilisatoren für photoinduzierte Vernetzungsreaktionen.
Voraussetzung für eine erfolgreiche derartige Anwendung ist eine gute Verträglichkeit des Sensibilisators im Polymeren, d. h. der Sensibilisator muss bis zu erhöhten Konzentrationen mit dem Polymeren mischbar sein. Ferner müssen die Sensibilisatoren in den bei der Verarbeitung der Polymeren zur Anwendung gelangenden Lösungsmitteln gut löslich sein. Die vorerwähnten Thioxanthone genügen diesen Anforderungen nicht in jeder Hinsicht; insbesondere entmischen sie sich leicht im Polymeren, wodurch dessen Sensibilisatorwirkung stark beeinträchtigt wird.
Es ist auch bekannt, dass man die Photopolymerisation von äthylenisch ungesättigten Verbindungen durch aromatische Ketone vom Typ des Benzophenons, des Anthrachinons, Xanthons und Thioxanthons initiieren kann. Es ist weiterhin aus der US Patentschrift 3 759 807 bekannt, dass die Initiatorwirkung solcher aromatischer Ketone durch den Zusatz von organischen Aminen beschleunigt werden kann.
Da diese Amine allein meist keine Initiatorwirkung besitzen, wirken sie in Kombination mit aromatischen Ketonen als Aktivatoren oder Beschleuniger. Technisch ist dies von grosser Wichtigkeit, da die Produktionsgeschwindigkeit von photochemisch gehärteten Überzügen oder Druckfarben in erster Linie von der Polymerisationsgeschwindigkeit der ungesättigten Verbindung abhängt.
Es wurden nun neue Phthalsäuren und Phthalsäureanhydride der Formel I
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gefunden, worin Ml und M2 je -OH oder zusammen -0-,
X -NO2, -OR', -SR' oder-SO2R' und R Cl 20-Alkyl, C,,-Alkenyl, CS-Alkinyl, C2 4-Mono- hydroxyalkyl, C112-Halogenalkyl, Benzyl, C5 12-Cycloalkyl, Phenyl, Halogenphenyl, Nitrophenyl, Alkyl- oder Alk oxyphenyl mit je 1-4 C-Atomen in den Alkyl- bzw. Alkoxyteilen oder Acetylaminophenyl bedeuten.
Die Phthalsäureanhydride der Formel I (M, und M2 = zusammen -0-) eignen sich ausgezeichnet zur Verwendung als Sensibilisatoren für lichtvernetzbare Polymere.
Sie zeichnen sich insbesondere durch eine gute Verträglichkeit mit dem Polymeren, eine gute Löslichkeit in üblichen organischen Lösungsmitteln und eine hohe Photoempfindlichkeit aus. Überdies kann die UV-Absorption so beeinflusst werden, dass die erfindungsgemässen Phthalsäureanhydride auch bei Bestrahlung mit langwelligem UV-Licht (bis ca. 450 nm) eine sensibilisierende Wirkung ausüben und so die Vernetzung der photoempfindlichen Polymeren bewirken. Photosensibilisierende Phthalsäureanhydride mit Donoren in 3-Stellung waren bisher nicht bekannt.
Die erfindungsgemässen Phthalsäureanhydride eignen sich ferner, im Gemisch mit organischen Aminen, als Initiatoren für die Photopolymerisation äthylenisch ungesättigter Verbindungen oder für die photochemische Vernetzung von Polyolefinen.
Die Verbindungen der Formel I können auf an sich bekannte Weise hergestellt werden, z. B. dadurch, dass man entweder 3,5-Dinitrophthalsäureanhydrid mit einer Verbindung der Formel IIa
R-NH-Y (IIa) oder 3,5-Dinitrophthalsäure mit einer Verbindung der Formel IIb
R-NH-Y' (IIb), worin Y Wasserstoff, -COH oder -CO-NH-R und Y' -COH oder -CO-NH-R, und R Wasserstoff, C, 20-Alkyl, C2 5-Alkenyl, C}5-Alkinyl, C5 ,2-Cycloalkyl, Benzyl, Phenyl oder Toluyl darstellen zu einer Verbindung der Formel III
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umsetzt, die Verbindung der Formel III mit einer Verbindung der Formel IVa
R'-SH (IVa), einem Salz einer Verbindung der Formel IVa oder Gemischen davon zu einer Verbindung der Formel Va
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umsetzt, worin X' -NO2 oder -SR' bedeutet und R und R' die unter den Formeln IIa und IIb bzw.
I angegebene Bedeutung haben, Verbindungen der Formel Va, worin X' -NO2 darstellt, gegebenenfalls anschliessend mit einem Salz einer Verbindung der Formel IVb oder IVc
R'-OH (IVb) oder R'-SO2H (IVc) zu einer Verbindung der Formel Vb
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umsetzt, wobei R und R' die oben angegebene Bedeutung haben und X" -OR' oder -SO2R' darstellt, und anschliessend die Verbindungen der Formel Va oder Vb durch Hydrolyse in eine Verbindung der Formel I, worin M1 und M2 je -OH bedeuten, überführt, und diese gegebenenfalls anschliessend thermisch oder unter Zusatz von Dehydratisierungsmitteln in eine Verbindung der Formel I, worin M und M2 zusammen -0- bedeuten, überführt.
Definitionsgemässe Alkyl-, Monohydroxyalkyl-, Halogenalkyl-, Alkenyl- und Alkinylgruppen R oder R' können geradkettig oder verzweigt sein. Halogenalkylgruppen R' können durch ein oder mehrere Halogenatome, wie Chlor oder Brom und insbesondere Fluor, substituiert sein. Als Beispiele definitionsgemässer Alkyl-, Monohydroxyalkyl-, Halogenalkyl-, Alkenyl- und Alkinylgruppen R bzw.
R' seien erwähnt = Methyl, Äthyl, n-Propyl, Isopropyl, n-, sekund tert-Butyl, n-Pentyl, 2- oder 3-Pentyl, n-Hexyl, n Heptyl, 3-Heptyl, n-Octyl, n-Decyl, n-Dodecyl, n-Tridecyl, n-Tetradecyl, n-Hexadecyl, n-Octadecyl und Eicosyl; 2-Hydroxyäthyl, 2- und 3-Hydroxypropyl, 3- und 4-Hydroxybutyl; Trifluormethyl, 2-Chloräthyl, 2-Bromäthyl, 2,2,2-Trifluoräthyl, -CH2CH2C4Fg, -CH2CH2CöF13, -CH2CH2C8FI7; Vinyl, Allyl, Methallyl, 2-Butenyl, 4-Pentenyl; 2-Propinyl, 3-Butinyl und 4-Pentinyl.
Alkylgruppen R sind bevorzugt geradkettig und weisen insbesondere 1-10 und vor allem 1-6 C-Atome auf. Ganz besonders bevorzugt ist Methyl. Bevorzugte Alkenyl- und Alkinylgruppen R bzw. R' sind: Vinyl (R), Allyl, Methallyl, 2-Butenyl und Propinyl. Alkylgruppen R' weisen vorzugsweise 1-10 C-Atome auf. Besonders bevorzugt sind geradkettige Alkylgruppen R' mit 1-10 und vor allem 1-4 C Atomen.
Halogenalkylgruppen R' sind vorzugsweise ebenfalls geradkettig und weisen 1-10 C-Atome auf. Besonders bevorzugt sind Trifluormethyl, -CH2CF3 und -CH2CH2CnF mitn = 4,6oder8.
Beispiele von Cycloalkylgruppen R bzw. R' sind Cyclopentyl, Cyclohexyl, Cyclooctyl und Cyclododecyl. Bevorzugt ist Cyclohexyl. Als Toluylgruppe R kommt vor allem p Toluyl in Betracht.
Halogenphenyl-, Nitrophenyl-, Alkylphenyl- und Alkoxyphenylgruppen R' können ein- oder mehrfach substituiert sein. Bevorzugt sind Phenylgruppen mit einem oder zwei der genannten Substituenten. Als Halogenatome kommen z. B. Fluor, Brom und insbesondere Chlor in Betracht.
Beispiele derartiger Gruppen sind: 3-Chlor- oder 3-Bromphenyl, 3,4-Dichlorphenyl, 2,5-Dichlorphenyl, 3,4-Dibromphenyl, 4-Chlor-, 4-Brom- oder 4-Fluorphenyl; 3- oder 4-Nitrophenyl, 3,5-Dinitrophenyl; o-, m- und p-Toluyl, 3,4-Dimethylphenyl, 4-Äthylphenyl, 4-n-Butylphenyl; 2-, 3- oder 4 Methoxyphenyl, 3- und 4-Äthoxyphenyl, 2,5-Dimethoxyphenyl, 3,4-Diäthoxyphenyl, 4-n-Propoxyphenyl, 4-Isopropoxyphenyl und 4-n-Butoxyphenyl. Bevorzugt Halogenphenyl-, Alkylphenyl- und Alkoxyphenylgruppen R' sind 3,4 Dichlorphenyl, p-Toluyl und 4-Methoxyphenyl.
Bevorzugt sind Verbindungen der Formel 1, worin M und M2 zusammen + darstellen, X -NO2, Alkyl mit 1-4 C-Atomen, besonders Methoxy, -SO2-Phenyl oder -SR' und R' Cl to-Alkyl, C140-Halogenalkyl, Phenyl, p Methoxyphenyl, p-Toluyl oder 3,4-Dichlorphenyl bedeuten.
Besonders bevorzugt sind Verbindungen der Formel I, worin M1 und M2 zusammen -0-, X -NO2 und R' C"0-n- Alkyl oder Phenyl bedeuten.
Die Ausgangsverbindungen (3,5-Dinitrophthalsäure, 3,5 Dinitrophthalimid, 3,5-Dinitrophthalsäureanhydrid, Verbindungen der Formeln IIa, IIb, IVa und Salze von Verbindungen der Formeln IV, IVb und IVc) sind bekannt oder können nach an sich bekannten Methoden hergestellt werden.
Die obigen Umsetzungen können auf an sich bekannte Weise durchgeführt werden. Die Umsetzung des 3,5-Dinitrophthalsäureanhydrids bzw. der 3,5-Dinitrophthalsäure mit den Verbindungen der Formel Ha oder IIb kann mit oder ohne Zusatz eines geeigneten inerten organischen Lösungsmittels, wie N,N-Dimethylformamid oder aromatische Kohlenwasserstoffe, z. B. Toluol oder Xylole, vorgenommen werden.
Wird die Umsetzung in Gegenwart eines inerten organischen Lösungsmittels durchgeführt, so arbeitet man im allgemeinen bei Rückflusstemperatur. Für das Arbeiten in der Schmelze (ohne Zusatz von Lösungsmittel) liegen die Reaktionstemperaturen bevorzugt zwischen etwa 160 und 220 C. Bei der genannten Umsetzung können intermediär die entsprechenden Amidsäuren gebildet werden, die im allgemeinen durch blosses Erhitzen in die Imide übergehen. Als Verbindungen der Formel IIa bzw. IIb, worin Y bzw. Y' -CO-NH-R beduetet, wird N,N-Dimethylharnstoff bevorzugt. Besonders bevorzugt ist die Umsetzung von 3,5-Dinitrophthalsäureanhydrid mit einer Verbindung der Formel IIa, worin Y -COH und vor allem Wasserstoff bedeutet.
Die Umsetzung der 3,5-Dinitrophthalimide der Formel III mit den Mercaptanen der Formel IVa bzw. deren Salzen sowie die allfällige weitere Umsetzung von Verbindungen der Formel Va mit X' = -NO2 mit Salzen von Verbindungen der Formel IVb oder IVc wird mit Vorteil in Gegenwart eines inerten organischen Lösungsmittels bei Temperaturen zwischen etwa 0 und Rückflusstemperatur, bevorzugt zwischen etwa 20 und 50 "C für Mercaptane der Formel IVa oder deren Salze und Salze von Verbindungen der Formel IVb, und etwa 50-150 "C für die Umsetzung mit Salzen der Formel IVc durchgeführt. Geeignete inerte organische Lösungsmittel sind z.
B. gegebenenfalls chlorierte aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie Methylenchlorid oder Chloroform; aliphatische oder cyclische Äther, wie Diäthyläther, Diisopropyläther, Dimethoxyäthan, Tetrahydrofuran und Dioxan; Alkylester von aliphatischen Monocarbonsäuren mit insgesamt 2-8 C-Atomen, wie Essigsäuremethyl-, -äthylund n-butylester, Buttersäureäthyl- und -n-butylester; N,N Dialkylamide von aliphatischen Monocarbonsäuren mit 1-3 C-Atomen im Säureteil, wie N,N-Dimethylformamid und N,N-Dimethylacetamid; Dialkylsulfoxide, wie Dimethylsulfoxid und Diäthylsulfoxid; Alkylnitrile mit 2-5 C-Atomen, wie Acetonitril und Propionitril; Phosphorsäureamide, wie Hexamethylphosphorsäuretriamid; cyclische Amide, wie N Methylpyrrolidon.
Als Salze von Verbindungen der Formeln IVa, IVb und IVc kommen sowohl Salze mit organischen als auch anorganischen Basen in Betracht. Bevorzugt sind Alkalimetall- und quaternäre Ammoniumsalze, wie die Na-, K-, Tetramethyl-, Tetraäthyl-, Benzyltrimethyl- und Benzyltriäthylammoniumsalze. Die genannten Salze können als solche eingesetzt oder auf an sich bekannte Weise in situ gebildet werden. Im letzteren Fall verwendet man als Basen mit Vorteil Alkalimetallacetate oder -carbonate. Die Verbindungen der Formel Va werden bevorzugt in Form von Salzen eingesetzt. Besonders bevorzugt sind Natrium- und Kaliumphenolate, -alkoholate oder -sulfinate.
Die Hydrolyse der Verbindungen der Formel Va oder Vb zu Phthalsäuren der Formel I und deren Cyclisierung zu den entsprechenden Anhydriden können ebenfalls auf an sich be kannte Weise vorgenommen werden. Die Hydrolyse zu den
Phthalsäuren erfolgt zweckmässig in wässrigem Medium durch Zusatz geeigneter Basen, wie NaOH oder KOH, bei Rückflusstemperatur, wobei vorerst die entsprechenden
Amidsäuren gebildet werden, und anschliessendes Ansäuern des Reaktionsgemisches, bevorzugt mit einer starken Säure, wie HCI. Die erhaltenen Phthalsäuren können auf übliche
Weise thermisch oder unter Zusatz von Dehydratisierungs mitteln zu den Anhydriden cyclisiert werden. Die Phthalsäu ren der Formel I sind somit Zwischenprodukte zur Herstel lung der entsprechenden Anhydride.
Als Dehydratisierungsmittel eignen sich z. B. Anhydride von gegebenenfalls durch Halogenatome oder C14-Alkyl- gruppen substituierten aliphatischen C2 5-Monocarbonsäu- ren, wie Essigsäure-, Propionsäure-, Buttersäure-, Trifluorund Trichlor-, Trimethyl- und Triäthylessigsäureanhydrid; gegebenenfalls halogenierte Acetylhalogenide, wie Acetylchlorid, Chloracetylchlorid und Dichloracetylchlorid; Carbodiimide, wie N,N'-Diisopropylcarbodiimid und N,N'-Dicyclohexylcarbodiimid. Bevorzugtes Dehydratisierungsmittel ist Acetanhydrid.
Die obigen Umsetzungen können auch ohne Zwischen isolierung der Verbindungen der Formeln III, Va oder Vb oder der 3,5-Dinitrophthalsäuren der Formel I durchgeführt werden. Die Herstellung von Verbindungen der Formel Va, worin X' -SR' bedeutet, wird im allgemeinen zweistufig vor genommen, indem man zuerst die -SR'-Gruppe in 3-Stellung und anschliessend eine gleiche oder davon verschiedene
Gruppe -SR' in 5-Stellung einführt.
Die Phthalsäureanhydride der Formel I (Ml und M2 zu sammen -0-) können als Sensibilisatoren für lichtvernetzba re Polymere der verschiedensten Art eingesetzt werden.
Derartige Polymere werden z. B. zur Herstellung von
Druckplatten für das Offsetdruckverfahren, zur Herstellung von Photooffset-Lacken, für die unkonventionelle Photogra phie, z. B. zur Herstellung von photographischen Bildern mittels Photopolymerisation oder Photovernetzung verwen det. Solche Polymere finden insbesondere Anwendung als sogenannte Photoresists zur Herstellung von gedruckten
Schaltungen nach an sich bekannten Methoden. Dabei wird die mit der lichtempfindlichen Schicht versehene Seite der Leiterplatte durch ein das Leiterbild aufweisendes Dianegativ belichtet und dann entwickelt, worauf man die unbelichteten Stellen der Schicht durch Entwicklungsflüssigkeit herausholt.
Als Polymere können an sich beliebige Materialien verwendet werden, deren Lichtempfindlichkeit (Empfindlichkeit gegenüber aktinischen Strahlen) sich durch den Einsatz der erfindungsgemässen Sensibilisatoren erhöhen lässt.
Ganz besonders eignen sich die Anhydride der Formel I als Sensibilisatoren für Polymere der in der deutschen Offenlegungsschrift 2 626 769 beschriebenen Art, d. h. Polymere, die als lichtempfindliche Gruppen solche der Formel VI
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aufweisen, worin G1 und G2 unabhängig voneinander Alkyl mit 1-4 C-Atomen, besonders Methyl, oder G1 und G2 zusammen die Ergänzung zu einem fünf- bis sechsgliedrigen carboxyclischen Ring bedeuten.
Die Phthalsäureanhydride der Formel I können auf an sich bekannte Weise in die lichtvernetzbaren Polymeren eingearbeitet werden. Der Gehalt an Sensibilisator im Polymeren kann je nach Anwendungszweck und Anzahl der im Polymeren vorhandenen lichtvernetzbaren Gruppen stark variieren, liegt jedoch im allgemeinen zwischen etwa 0,1 und 20%, bezogen auf das Gewicht des Polymeren.
Schliesslich finden die Phthalsäureanhydride der Formel I auch Anwendung als Photoinitiatoren. Die Erfindung betrifft daher auch die Verwendung der genannten Verbindungen zusammen mit Aminen als Initiatoren für die Photopolymerisation äthylenisch ungesättigter Verbindungen oder für die photochemische Vernetzung von Polyolefinen.
Die verwendeten organischen Amine können aliphatische,-aromatische, araliphatische, cycloaliphatische oder heterocyclische Amine sein. Sie können primäre, sekundäre oder tertiäre Amine sein. Beispiele hierfür sind: Butylamin, Dibutylamin, Tributylamin, Cyclohexylamin, Benzyldimethylamin, Dicyclohexylamin, Triäthylamin, Phenyl-di-äthanolamin, Piperidin, Piperazin, Morpholin, Pyridin, Chinolin, p-Dimethylaminobenzoesäureäthylester oder Michlers Keton (4,4'-Bis-dimethylamino-benzophenon).
Bevorzugt sind Gemische aus
A) einem Anhydrid der Formel I, worin X und R' die im Vorangehenden angegebenen bevorzugten Bedeutungen haben, und
B) einem aliphatischen tertiären Amin, einem p-Dimethylaminobenzoesäurealkylester oder Michlers Keton.
Beispiele für aliphatische tertiäre Amine sind Trimethylamin, Triäthylamin, Tri-isopropyl-amin, Tributylamin, Dodecyldimethylamin, Octyl-dimethylamin, Triäthanolamin, Tris(hydroxypropyl)amin, N-Methyldiäthanolamin oder N Butyl-diäthanolamin.
Besonders bevorzugt sind Gemische aus
A) einem Anhydrid der Formel I, worin X und R' die im Vorangehenden angegebenen bevorzugten Bedeutungen haben, und
B) Triäthanolamin oder einem Cl 4-Alkyldiäthanolamin.
Die genannten bevorzugten Gemische enthalten die Anhydride der Formel I und die organischen Amine bevorzugt in einem Gewichtsverhältnis von 4:1 bis 1:4.
Photopolymerisierbare Verbindungen sind beispielsweise ungesättigte Monomere wie Ester von Acryl- oder Methacrylsäure, z.B. Methyl-, Äthyl, n- oder tert.-Butyl-, Isooctyloder Hydroxyäthylacrylat, Methyl- oder Äthylmethacrylat, Äthylen-diacrylat, Butandioldiacrylat, Hexandioldiacrylat, Neopentyl-diacrylat, Trimethylolpropan-trisacrylat, Pentaerythrit-tetraacrylat oder Pentaerythrittrisacrylat; Acrylnitril, Methacrylnitril, Acrylamid, Methacrylamid, N-substituierte (Meth)-acrylamide; Vinylester wie z. B.
Vinylacetat, -propionat, -acrylat oder -succinat; sonstige Vinylverbindungen, wie Vinyläther, Vinylketone, Vinylsulfone, Styrol, Alkylstyrole, Halogenstyrole, Divinylbenzol, N,N'-Divinylharnstoff, Vinylnaphthalin, N-Vinylpyrrolidon, Vinylchlorid oder Vinylidenchlorid; Allylverbindungen, wie Diallylphthalat, Diallylmaleat, Triallylisocyanurat, Triallylphosphat oder Äthylenglycoldiallyläther und die Mischungen von solchen ungesättigten Monomeren.
Besonders geeignet sind solche Gemische für die Photopolymerisation von Acrylsäureestern und deren Gemischen.
Weitere Beispiele sind ungesättigte Acrylharze. Hierzu zählen beispielsweise Umsetzungsprodukte von Polyepoxiden (Epoxidharzen) mit Acrylsäure oder Methacrylsäure oder Umsetzungsprodukte von Polyisocyanaten mit Hydroxyalkylacrylaten sowie die Umsetzungsprodukte von hydroxylgruppenhaltigen Polyestern oder Polyäthern mit Acryl- oder Methacrylsäure. Diese ungesättigten Acrylharze werden meist im Gemisch mit einem oder mehreren Acrylaten eines Mono- Di- oder Polyalkohols, wie z. B. Äthyl-, Butyl-, Benzyl-, 2-Äthylhexyl- oder 2-Hydroxypropylacrylat, Athylenglykoldiacrylat, Propylenglykoldiacrylat, Butandioldiacrylat, Hexandiol-diacrylat, Trimethylolpropan-trisacrylat oder Pentaerythrit-tetraacrylat, verwendet.
Die Phthalsäureanhydride der Formel I können auch in photopolymerisierbaren Systemen eingesetzt werden. Derartige Systeme bestehen aus a) mindestens einer äthylenisch ungesättigten Verbindung, b) einem definitionsgemässen Gemisch aus A) und B) und gegebenenfalls c) sonstigen Zusatzstoffen, wie Inhibitoren, Stabilisatoren, UV-Absorbern, Füllstoffen, Pigmenten, Farbstoffen, Thixotropiemitteln und Verlaufshilfsmitteln, z.B. Silikonöl.
Als Inhibitoren, welche vor allem während der Herstellung der Systeme durch Mischen der Komponenten vor einer vorzeitigen Polymerisation schützen sollen, werden beispielsweise Hydrochinon, Hydrochinonderivate, p-Methoxyphenyl oder ss-Naphthole verwendet. Als UV-Absorber können, z. B. solche vom Benztriazol- oder Benzophenontyp eingesetzt werden. Als Füllstoffe kommen z. B. Kieselsäure, Talkum oder Gips in Betracht.
Bevorzugt sind derartige photopolymerisierbare Systeme in den Mengenverhältnissen 99,980 Gew.-% von a) und c) und 0, > 20 Gew.-% von b), wobei die Komponente A) vorzugsweise aus einem Anhydrid der Formel I besteht, worin X und R' die im Vorangehenden angegebenen bevorzugten
Bedeutungen haben.
Als Komponente a) verwendet man bevorzugt einen Acrylsäureester oder ein Gemisch mehrerer Acrylsäureester.
Es können auch Kombinationen mit bekannten Photoinitiatoren, die durch Photofragmentierung Radikale bilden, wie z.B. Benzoinäther, Dialkoxyacetophenone oder Benzilketale, verwendet werden.
Grosse Bedeutung haben solche Initiatorgemische für die
Photohärtung von Druckfarben und weisspigmentierten
Schichten, da die Trocknungszeit des Bindemittels ein mass geblicher Faktor für die Produktionsgeschwindigkeit graphi scher Erzeugnisse ist und in der Grössenordnung von
Bruchteilen von Sekunden liegen soll. Gut geeignet sind die erfindungsgemässen Initiatoren auch für photohärtbare Sy steme zur Herstellung von Druckplatten.
Ein weiteres Einsatzgebiet ist die UV-Härtung von Metallbeschichtungen, beispielsweise bei der Lackierung von Blechen für Tuben, Dosen oder Flaschenverschlüssen, sowie die UV-Härtung von Kunststoffbeschichtungen, beispielsweise von Fussböden- oder Wandbelägen auf PVC-Basis.
Beispiele für die UV-Härtung von Papierbeschichtungen sind die farblose Lackierung von Etiketten, Schallplatten Hüllen oder Buchumschlägen.
Die erwähnten Gemische können auch als Initiatoren zur photochemischen Vernetzung von Polyolefinen verwendet werden. Hierfür kommen z. B. Polypropylen, Polybuten, Polyisobutylen sowie Copolymerisate wie z. B. Athylen-Propylen-Copolymere in Frage, vorzugsweise jedoch Polyäthylen von niedriger, mittlerer oder hoher Dichte.
Der Zusatz der Photoinitiatoren zu den photopolymerisierbaren Systemen geschieht im allgemeinen durch einfaches Einrühren, da die meisten dieser Systeme flüssig oder gut löslich sind. Meist kommt es zu einer Lösung der Initiatoren, wodurch deren gleichmässige Verteilung sowie die Transparenz der Polymerisate gewährleistet ist.
Die Polymerisation erfolgt nach den bekannten Methoden der Photopolymerisation durch Bestrahlung mit Licht, das reich an kurzwelliger Strahlung ist. Als Lichtquellen sind z. B. Quecksilbermitteldruck-, -hochdruck- und -niederdruckstrahler, sowie superaktinische Leuchtstoffröhren geeignet, deren Emissionsmaxima im Bereich zwischen 250 und 450 nm liegen.
Bei der photochemischen Vernetzung von Polyolefinen wird der Photoinitiator dem Polyolefin vor oder während der formgebenden Verarbeitung zugesetzt, beispielsweise durch pulverförmiges Vermischen oder durch Mischen mit dem plastifizierten Polyolefin. Die Vernetzung erfolgt durch Bestrahlung des geformten Gegenstandes in fester Form, beispielsweise in Form von Folien oder Fasern.
Verbindungen der Formel I, worin X die Nitrogruppe und R' Phenyl, Halogenphenyl, Nitrophenyl, Alkyl- oder Alkoxyphenyl mit je 1-4 C-Atomen im Alkyl bzw. Alkoxy oder Acetylaminophenyl bedeuten, eignen sich ferner zur Herstellung von Thioxanthonen, die ihrerseits wertvolle Sensibilisatoren für lichtvernetzbare Polymere darstellen. Derartige Thioxanthone können dadurch erhalten werden, dass man die genannten Verbindungen auf an sich bekannte Weise in Gegenwart einer Protonensäure oder einer Lewis-Säure cyclisiert und die erhaltene ZNitrothioxanthon-l -carbon- säuren gegebenenfalls anschliessend in andere Thioxanthonderivate, wie Ester oder Amide, überführt.
A) Herstellungsbeispiele
Beispiel 1: 3-n-Butylthio-5-nitrophthalsäureanhydrid
883 mg (3 mMol) 3-n-Butylthio-5-nitrophthalsäure-Nmethylimid werden in 9 ml 1 N Natronlauge über Nacht am Rückfluss gehalten, mit 10 ml 2N Salzsäure angesäuert und nach 5 Minuten am Rückfluss abgekühlt. Das Gemisch wird mit Tetrahydrofuran/Toluol extrahiert, und die Extrakte werden mit gesättigter NaC1-Lösung gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und eingedampft. Die erhaltene Säure wird mit 1 ml Acetanhydrid und 10 ml Toluol durch Erhitzen und Eindampfen ins Anhydrid übergeführt. Nach dem Umkristallisieren aus Cyclohexan erhält man 790 mg (94% d. Th.) des obigen Anhydrids als gelbes Produkt; Smp.
9997 C.
Analyse für Cl2HllNO5S (Molgewicht 281,28): berechnet
C 51,24% H 3,94% N 4,98% S 11,40% gefunden
C 51,55% H 3,91% N 5,14% S 11,12%.
Das 3-n-Butylthio-5-nitrophthalsäure-N-methylimid wird wie folgt hergestellt:
25,1 g (100 mMol) 3, 5-Dinitrophthalsäure-N-methyl- imid, 19,8 g (220 mMol) n-Butylmercaptan, 41,5 g (300 mMol) wasserfreies Kaliumcarbonat und 250 ml absolutes Tetrahydrofuran werden über Nacht am Rückfluss gehalten. Das Reaktionsgemisch wird filtriert, das Filtrat wird eingedampft, und der Rückstand wird in Methylenchlorid/ 2N HCI aufgenommen. Die Extrakte werden mit gesättigter NaC1-Lösung gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und eingedampft. Nach dem Umkristallisieren aus Cyclohexan erhält man 11,96 g (41% d.Th.) des obigen Imids; Smp.
106-108 C.
Analyse für C1 3H14N2O4S (Molgewicht 294,33): berechnet
C 53,05% H 4,80% N 9,52% S 10,90% gefunden
C 53,30% H 4,90% N 9,01% S 11,29%.
Das 3,5-Dinitrophthalsäure-N-methylimid wird wie folgt hergestellt: a) 51,22 g (0,2 Mol) 3,5-Dinitrophthalsäure und 8,81 g (0,1 Mol) N,N'-Dimethylharnstoff werden zusammen fein zerrieben und in einem offenen Kolben vorsichtig auf 180 "C erhitzt. Die nach dem Abklingen des Schäumens entstandene dunkle, klare Schmelze wird 6 Stunden bei 180 0C und 1 Stunde bei 200 C gehalten. Nach dem Abkühlen wird der Rückstand in Tetrahydrofuran/Methylenchlorid (Volumenverhältnis 1: 1) gelöst, filtriert und eingedampft.
Nach dem Umkristallisieren aus Tetrahydrofuran/Cyclohexan erhält man 42,37 g (84% d.Th.) 3,5-Dinitrophthalsäure-N-methylimid vom Smp. 174-6 C. Nach einem weiteren Umkristallisieren weist das Produkt einen Smp. von 178-180 "C auf.
b) 238,11 g (1 Mol) 3,5-Dinitrophthalsäureanhydrid werden in 1 Liter Xylol am Rückfluss gelöst. Während 30 Minuten werden 62,02 g (1,05 Mol) N-Methylformamid bei Rückfluss zugetropft. Nach 18 Stunden am Rückfluss werden das entstandene Wasser und die Ameisensäure zusammen mit etwas Xylol (total 140 ml) abdestilliert, wobei der Siedepunkt auf 137 0C steigt. Die Lösung wird heiss filtriert. Nach langsamen Abkühlen und Einengen der Muterlauge erhält man 209,42 g (83% d.Th.) 3,5-Dinitrophthalsäure-N-methylimid; Smp.174-6 C.
Analyse für C9H5N306 (Molgewicht 251,15): berechnet C 43,04% H 2,01% N 16,73% gefunden C 43,40% H 2,00% N 16,5 %.
Beispiel 2: 3,5-Bis-(n-C8F17 (CH2)2)-thiophthalsäureanhydrid
266,05 g (0,223 Mol) 3,5-Bis-(n-C8F17(CH2)2)-thio- phthalsäure-N-p-toluylimid werden in 1,2 1 20%iger NaOH unter Rühren einen Tag am Rückfluss gehalten, worauf man das Reaktionsgemisch abkühlt und filtriert. Der Rückstand wird zerrieben, mit 2N HC1-Lösung verrührt und abfiltriert.
Die so erhaltene Amidsäure wird mit 1,8 1 konz. HCI 5 Stunden auf 120 "C erhitzt, das Gemisch wird abgekühlt und der Niederschlag wird abfiltriert, mit Wasser gewaschen und getrocknet. Das erhaltene Gemisch von Säure und Anhydrid wird durch Erwärmen mit Acetanhydrid und Eindampfen vollständig ins Anhydrid übergeführt. Aus Essigsäureäthylester umkristallisiert erhält man 201 g (81% d. Th.) des obigen Anhydrids vom Smp. 151-154"C.
Analyse für C28H10F34O3S2 (Molgewicht 1104,44): berechnet
C 30,45% H 0,91% F 58,49% S 5,81% gefunden
C 30,1 % H 0,7 % F 58,1 % S 6,2 %.
Das 3,5-Bis-(n-C8FI7(CH2)2)-thiophthalsäure-N-p- toluylimid wird wie folgt hergestellt:
184,6 g (0,243 Mol) 5-Nitro-3-n-C8F17(CH2)2-thio- phthalsäure-N-p-toluylimid, 116,6 g (0,243 Mol) n C8F7(CH2)2-5H, 100,75 g (0,729 Mol) Kaliumcarbonat und 1,8 Liter N,N-Dimethylformamid (DMF) werden 30 Minuten bei 25 "C gerührt. Das Reaktionsgemisch wird portionenweise eingedampft (schäumt stark), der Rückstand wird in CH2Cl2lAceton/Wasser extrahiert, und die organische Phase wird mit Wasser gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und eingedampft. Nach dem Umkristallisieren aus Essigsäureäthylester erhält man 266 g (91% d.Th.) des obigen Imids; Smp. 144-6 C.
Analyse für C3 5H1 7F34NO2S2 (Molgewicht 1193,58): berechnet
C 35,22% H 1,44% F 54,12% N 1,17% S 5,37% gefunden
C 35,0 % H 1,5 % F 54,2 % N 1,2 % S 5,5 %.
Das 3-n-C8F1 7-CH2CH2-thio-5-nitrophthalsäure-N-p- toluylimid wird wie folgt hergestellt:
20 g (0,06 Mol) 3,5-Dinitrophthalsäure-N-p-toluylimid, 32,3 g (0,0673 Mol) n-C8F17(CH2)2-SH, 12,7 g (0,092 Mol) Kaliumcarbonat und 250 ml absolutes Dioxan werden 42 Stunden bei 25 "C gerührt. Das Reaktionsgemisch wird eingeengt, der Rückstand wird in Wasser aufgenommen und dreimal mit CH2CI2 extrahiert. Die Extrakte werden mit Wasser gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und eingeengt. Aus Toluol umkristallisiert erhält man 44,7 g (98% d. Th.) des obigen Imids in Form gelblicher Blättchen; Smp.
169-171 C.
Analyse für C25H13F17N2O4S (Molgewicht 760,42): berechnet
C 39,49% H 1,72% F 42,47% N 3,68% S 4,22% gefunden
C 39,55% H 1,65% F 42,50% N 3,80% S 4,40%.
Das 3,5-Dinitrophthalsäure-N-p-toluylimid wird wie folgt hergestellt:
2 kg (8,4 Mol) 3,5-Dinitrophthalsäureanhydrid und 897 g (8,4 Mol) p-Toluidin werden in 6,21 Eisessig während 3 Stunden am Rückfluss gehalten. Nach dem Abkühlen wird filtriert, mit 21 Wasser nachgewaschen, und der Rückstand wird in 25 1 Wasser suspendiert, abfiltriert und bei 100 "C im Vakuum getrocknet. Ausbeute 2339 g (85% d.Th.); Smp.
182-3 "C.
Analyse für C1 sHoN3Oö (Molgewicht 327,25): berechnet C 55,05% H 2,77% N 12,84% gefunden C 55,05% H 3,02% N 12,91%.
Beispiel 3: 5-n-Decylthio-3-n-C8F1 7(CH2)2-thiophthalsäureanhydrid
0,50 g (0,564 mMol) 5-n-Decylthio-3-n-C8F17 (CH2)2- thiophthalsäure-N-p-toluylimid und 6 ml 20%ige NaOH werden über Nacht bei 120 "C gerührt. Nach dem Abkühlen wird filtriert, und der Niederschlag wird in 5 ml konz. HCI während 3,5 Stunden am Rückfluss erhitzt. Nach dem Abkühlen wird filtriert, der Niederschlag wird mit Wasser gewaschen und aus Isopropanol und n-Hexan umkristallisiert.
Ausbeute an (direkt entstandenem) Anhydrid = 260 mg (60% d.Th.); Smp. 110-111 0C.
Analyse für C28H27F17O3S2 (Molgewicht 798,61): berechnet
C 42,11% H 3,40% F 40,44% S 8,03% gefunden
C 42,45% H 3,45% F 40,75% S 7,75%.
Das 5-n-Decylthio-3-n-C8F17 (CH2)2-thiophthalsäure-N- p-toluylimid wird wie folgt hergestellt:
3 g (3,95 mMol) 5-Nitro-3-n-C8F17(CH2)2-thiophthal- säure-N-p-toluylimid, (hergestellt gemäss Beispiel 2) 0,70 g (4,34 mMol) n-Decanthiol, 1,60 g (11,85 mMol) Kaliumcarbonat und 35 ml DMF werden 17 Stunden bei 25 "C gerührt.
Das Gemisch wird eingedampft, der Rückstand wird in Wasser/CH2Cl2 aufgenommen, und die organische Phase wird mit Wasser gewaschen, über Na2SO4 getrocknet und eingedampft. Nach dem Umkristallisieren aus Essigsäure äthylester erhält man 3,0 g (86% d.Th.) des obigen Imids vomSmp. 117-119 C.
Analyse für C35H34F17NO2S2 (Molgewicht 887,75) berechnet
C 47,35% H 3,86% F 36,38% N 1,58% S 7,22% gefunden
C 47,4 % H 3,7 % F 36,6 % N 1,6 % S 7,1 %.
Beispiel 4:
3-n-Decylthio-5-n-C8F17(CH2)2-thiophthalsäureanhydrid
3,0 g (3,3 mMol) 3-n-Decylthio-5-n-C8FI 7(CH2)2- thiophthalsäure-N-methylimid werden in 40 ml 2N NaOH 18 Stunden am Rückfluss stark gerührt, worauf man das Gemisch bei 0 "C mit 50 ml konz. Salzsäure ansäuert. Nach 5 Stunden Rühren am Rückfluss wird abgekühlt und mit Tetrahydrofuran/Toluol (Volumenverhältnis 1:3) extrahiert.
Die Extrakte werden über Natriumsulfat getrocknet und eingedampft. Der Rückstand wird mit 10 mMol Acetanhydrid in Toluol am Rückfluss ins Anhydrid übergeführt, und die Lösung wird filtriert und eingeengt. Nach dem Umkristallisieren aus heissem n-Hexan erhält man 1,68 g (64% d. Th.) des obigen Anhydrids; Smp. 116-7 C.
Analyse für C28H27F17O352 (Molgewicht 798,608): berechnet
C 42,11% H 3,40% F 40,44% S 8,03% gefunden
C 42,36% H 3,36% F 40,91% S 8,12%.
Das 3-n-Decylthio-5-n-C8 F17 (CH2)2-thiophthalsäure-N- methylimid wird wie folgt hergestellt:
13,07 g (34,6 mMol) 3-n-Decylthio-5-nitrophthalsäure N-methylimid, 18,35 g (38,2 mMol) n-C8Fl7(CH2)2-SH, 14,3 g zerriebenes, wasserfreies Kaliumcarbonat und 450 ml N,N-Dimethylformamid werden 18 Stunden bei 25 "C gerührt, und das Reaktionsgemisch wird eingedampft. Der Rückstand wird in Methylenchlorid/verdünnter Salzsäure aufgenommen. Die organische Phase wird mit gesättigter NaCl-Lösung gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und eingedampft. Nach dem Umkristallisieren aus Toluol erhält man 25,04 g (89% d.Th.) des obigen Imids vom Smp.
117-8"C.
Analyse für C29H30F17NO2S2 (Molgewicht 811,65): berechnet
C 42,91% H 3,73% N 1,73% S 7,90% F 39,79% gefunden
C 42,44% H 3,53% N 1,73% S 8,08% F 40,52%.
Das 3-n-Decylthio-5-nitrophthalsäure-N-methylimid wird wie folgt hergestellt:
20 g (79,6 mMol) 3,5-Dinitrophthalsäure-N-methylimid (hergestellt gemäss Beispiel 1) und 21 g (107 mMol) Natrium-n-dodecylmercaptid werden 2 Stunden bei 40 "C in 100 ml Essigsäureäthylester gerührt. Nach dem Eindampfen wird der Rückstand in Methylenchlorid/verdünnter Salzsäure extrahiert, und die organische Phase wird mit gesättigter NaC1-Lösung gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und eingedampft. Nach dem Umkristallisieren aus Methanol/Diäthyläther erhält man 23,24 g (77% d. Th.) des obigen Imids (gelbes Produkt) vom Smp. 85-86 "C.
Analyse für ClgH26N204S (Molgewicht 378,49): berechnet
C 60,29% H 6,92% N 7,40% S 8,47% gefunden
C 60,28% H 6,71% N 7,39% S 8,19%.
Beispiel 5:
5-Nitro-3-phenylthiophthalsäure a) 160 g (0,41 Mol) 5-Nitro-3-phenylthiophthalsäure-N- p-toluylimid werden in 1590 ml 20%iger Natronlauge unter Rühren über Nacht am Rückfluss gehalten. Das Gemisch wird unter guter Kühlung mit konz. Salzsäure angesäuert (10-15 C), die Amidsäure wird abfiltriert und mit 1070 ml konz. Salzsäure 3 Stunden am Rückfluss gerührt. Nach dem Abkühlen wird abfiltriert, der Rückstand wird in 650 ml 5%iger Na2CO3-Lösung verrührt, filtriert und das Filtrat wird angesäuert. Nach dem Kühlen, Abfiltrieren und Trocknen im Vakuum über Phosphorpentoxid erhält man 116,2 g (89% d.Th.) 5-Nitro-3-phenylthiophthalsäure; Smp.
183-5 "C.
b) 3,0 g (10 mMol) 5-Nitro-3-phenylthiophthalsäureimid werden in 30 ml 1N Natronlauge während 8 Stunden am Rückfluss gehalten, abgekühlt, mit 3 ml konz. Salzsäure angesäuert, mit Tetrahydrofuran/Toluol extrahiert, mit gesättigter NaC1-Lösung gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und eingedampft. Nach dem Trocknen erhält man 3,13 g (98% d.Th.) 5-Nitro-3-phenylthiophthalsäure; Smp.
182-4"C.
Analyse für Cl4HgNO6S (Molgewicht 319,29): berechnet
C 52,67% H 2,84% N 4,39% S 10,04% gefunden
C 52,90% H 3,20% N 4,30% S 9,80%.
Das 5-Nitro-3-phenylthiophthalsäureimid wird wie folgt hergestellt:
9,48 g (40 mMol) 3,5-Dinitrophthalimid werden in 150 ml Essigsäureäthylester suspendiert, worauf man 5,55 g (42 mMol) Natrium-thiophenolat zugibt. Nach 18 Stunden Rühren bei 25 "C wird das Reaktionsgemisch eingedampft, in einem Gemisch aus Methylenchlorid und Essigsäure äthylester aufgenommen, und die organische Phase wird mit gesättigter NaHCO3- und gesättigter NaC1-Lösung gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und eingedampft.
Nach dem Umkristallisieren aus Methylenchloridln-Hexan erhält man 10,54 g (88% d.Th.) 5-Nitro-3-phenylthiophthalsäureimid vom Smp. 207-209 "C.
Analyse für C14H8N204S (Molgewicht 300,29): berechnet
C 56,00% H 2,69% N 9,33% S 10,68% 0 21,31% gefunden
C 55,49% H 2,88% N 9,56% S 10,45% 0 21,42%.
Das 5-Nitro-3-phenylthiophthalsäure-N-p-toluylimid wird wie folgt hergestellt: a) 820 mg (2,5 mMol) 3,5-Dinitrophthalsäure-N-p-toluylimid [hergestellt gemäss Beispiel 2], 0,33 g (3 mMol) Thiophenol und 29 mg (0,125 mMol; 5 Gew.-%) Benzyltri äthylammoniumchlorid werden in 15 ml CH2CI2 gelöst, worauf man eine Lösung von 0,492 g (6 mMol) wasserfreiem Natriumacetat in 4 ml Wasser zugibt. Nach 20 Minuten starkem Rühren bei 25 "C wird mit Wasser verdünnt, auf pH 9-10 gestellt, und die organische Phase wird abgetrennt, mit 2N NaOH gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und eingedampft. Nach dem Umkristallisieren aus Toluol erhält man 930 mg (95% d.Th.) 5-Nitro-3-phenylthiophthalsäure- N-p-toluylimid vom Smp. 207-209 C.
b) 49 g (0,15 Mol) 3,5-Dinitrophthalsäure-N-p-toluylimid werden in 500 ml Dimethylsulfoxid vorgelegt. Unter leichtem Kühlen werden bei 22-23 "C 22,5 g (0,204 Mol) Thiophenol während 10 Minuten zugetropft, wobei nitrose Gase entstehen. Nach 30 Minuten bei 25 "C wird 4 Stunden bei 45 "C gehalten, auf einen Liter Eiswasser ausgetragen, und der Niederschlag wird abfiltriert, mit Wasser gewaschen und getrocknet. Nach dem Umkristallisieren aus Toluol er hält man 52,5 g (90% d.Th.) 5-Nitro-3-phenylthiophthalsäure-N-p-toluylimid vom Smp. 208-9 "C.
Analyse für C2lHl4N204S (Molgewicht 390,40): berechnet
C 64,61% H 3,62% N 7,18% S 8,21% gefunden
C 64,30% H 3,81% N 7,32% S 8,45%.
Beispiel 6:
5-Nitro-3-phenylthiophthalsäureanhydrid a) 4,3 g (13,5 mMol) 5-Nitro-3-phenylthiophthalsäure [hergestellt gemäss Beispiel 5] werden mit 4,1 g (40,2 mMol) Acetanhydrid in 100 ml Toluol 1 Stunde am Rückfluss gehalten. Nach dem Eindampfen und Umkristallisieren aus Methylenchlorid/n-Pentan erhält man 3,97 g (98% d. Th.) 5 Nitro-3-phenylthiophthalsäureanhydrid; Smp. 167-169"C.
b) 5 g (21 mMol) 3,5-Dinitrophthalsäureanhydrid werden in 17 ml Tetrahydrofuran gelöst; dann gibt man 2,78 g (25,2 mMol) Thiophenol und 4,3 g (42 mMol) Acetanhydrid zu. Diese Lösung wird unter starkem Rühren zu einem Gemisch von 22,4 g 30%iger Natronlauge, 47,8 mg (0,21 mMol) Benzyltriäthylammoniumchlorid und 100 ml Methylenchlorid zugetropft.
Nach 2 Stunden Rühren wird mit Wasser verdünnt. Mit Methylenchlorid werden neutrale Verunreinigungen extrahiert, dann wird die wässrige Phase angesäuert, mit Methylenchlorid extrahiert, und die Extrakte werden über Natriumsulfat getrocknet und eingedampft. Der Rückstand wird mit Acetanhydrid und Toluol erhitzt und ergibt nach dem Eindampfen und Umkristallisieren aus Methylenchlo rid/n-Pentan 2,57 g (41% d.Th.) 5-Nitro-3-phenylthiophthalsäureanhydrid; Smp. 167-169 C.
Analyse für Cl4H7NOsS (Molgewicht 301,27): berechnet
C 55,82% H 2,34% N 4,65% S 10,64% gefunden
C 55,8 % H 2,4 % N 4,7 % S 10,5 %.
Beispiel 7: 3-(3,4-Dichlorphenylthio)-5-nitrophthalsäureanhydrid
18,84 g (75 mMol) 3,5-Dinitrophthalsäure-N-methylimid [hergestellt nach Beispiel 1] werden in 250 ml Essigsäure äthylester vorgelegt und mit 30,4 g (220 mMol) zerriebenem, wasserfreiem Kaliumcarbonat versetzt, worauf man 14 g (78 mMol) 3,4-Dichlorthiophenol zutropft. Nach Zugabe von 95 ml Tetrahydrofuran wird über Nacht gerührt und dann zur Trockne eingedampft. Der Rückstand wird mit 100 ml Wasser über Nacht am Rückfluss gehalten, das Gemisch wird bei 25 C mit Petroläther extrahiert und filtriert, und das wässrige Filtrat wird mit 300 ml 2N HCI angesäuert und am Rückfluss erhitzt. Nach 2,5 Stunden wird abgekühlt, mit Tetrahydrofuran/Toluol extrahiert, mit gesättigter NaC1-Lösung gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und eingedampft.
Der Rückstand wird mit 100 ml Toluol und 7,66 g (75 mMol) Acetanhydrid zum Rückfluss erwärmt und nach dem Abkühlen eingedampft. Nach der Umkristallisation aus Methylenchlorid/n-Pentan erhält man 22,2 g (80% d.Th.) 3-(3,4-Dichlorphenylthio)-5-nitrophthalsäureanhydrid; Smp. 154-7 C.
Analyse für C1 4Hs Cl2NO5S (Molgewicht 370,16): berechnet C 45,43% H 1,36% N 3,78% gefunden C 45,39% H 1,28% N 3,93%.
Beispiel 8:
3-(p-Methylphenylthio)-5-nitrophthalsäureanhydrid
46,05 g (0,180 Mol) 3,5-Dinitrophthalsäure werden mit 26 g (0,25 Mol) Acetanhydrid in 210 ml Toluol eine Stunde am Rückfluss gehalten. Das Gemisch wird heiss filtriert, und das Filtrat wird eingedampft. Der Rückstand wird zusammen mit 27,4 g (0,221 Mol) p-Thiokresol und 34,7 g (0,34 Mol) Acetanhydrid in 4,6 Liter Methylenchlorid am Rückfluss gelöst. Diese Lösung wird unter starkem Rühren bei 20-27 "C zu einer Lösung von 1,9 g (8,5 mMol) Benzyltri äthylammoniumchlorid in 190,4 g 50%iger Kaliumhydroxidlösung (1,7 Mol) zugetropft. Nach dem Zutropfen (135 Minuten) wird während 90 Minuten ausgerührt und unter Kühlung mit konz. Salzsäure angesäuert.
Das Gemisch wird unter Zusatz von Wasser und Aceton in zwei klare Phasen übergeführt; die organische Phase wird abgetrennt, über Natriumsulfat getrocknet und eingedampft. Der Rückstand wird mit 36,7 g Acetanhydrid in 200 ml Toluol am Rückfluss erhitzt, heiss filtriert, und das Filtrat wird eingedampft. Die obige Umsetzung wird mit dem Rückstand wiederholt unter Verwendung von 21,8 g (0,214 Mol) Acetanhydrid, 19,9 g (0,161 Mol) p-Thiokresol, 2,4 g Benzyltriäthylammoniumchlorid und 285 g 30%iger NaOH-Lösung. Nach dem Ausrühren wird angesäuert, die organische Phase wird abgetrennt, über Natriumsulfat getrocknet und eingedampft. Der Rückstand wird mit 52,1 g Acetanhydrid und 250 ml Toluol ins Anhydrid übergeführt. Nach dem Umkristallisieren aus Methylenchloridjn-Pentan erhält man 20,83 g (39% d. Th.) 3-(p-Methylphenylthio)-5-nitrophthalsäureanhydrid; Smp.
180-2 "C.
Analyse für C15H0NO55 (Molgewicht 315,30): berechnet
C 57,14% H 2,88% N 4,44% S 10,17% gefunden
C 57,3 % H 3,0 % N 4,5 % S 10,1 %.
Beispiel 9:
3-(p-Methoxyphenylthio)-5-nitrophthalsäureanhydrid
12,17 g (51,1 mMol) 3,5-Dinitrophthalsäureanhydrid werden in 1350 ml Methylenchlorid gelöst, worauf man 10,7 g (76,6 mMol) 4-Methoxythiophenol und 10,2 g (100 mMol) Acetanhydrid zugibt. Diese Lösung wird unter starkem Rühren bei 2 > 24 C zu einem Gemisch aus 1,2 g Benzyltriäthylammoniumchlorid, 68,6 g 33% iger KOH Lösung (408 mMol) und 50 ml Methylenchlorid zugetropft.
Nach 2 Stunden wird mit Salzsäure angesäuert, mit Methylenchlorid extrahiert, über Natriumsulfat getrocknet und eingedampft. Der Rückstand wird mit 5,3 g Acetanhydrid in 100 ml Toluol am Rückfluss ins Anhydrid'übergeführt. Die Lösung wird heiss filtriert, und die Mutterlauge wird eingedampft. Der dunkle Rückstand wird mehrmals mit Cyclohexan ausgekocht. Nach dem Eindampfen erhält man 5,15 g (31 % d. Th.) 3-(p-Methoxyphenylthio)-5-nitrophthalsäu reanhydrid; Smp. 143-48 0C.
Analyse fürCISH9NOsS (Molgewicht 331,30): berechnet
C 54,38% H 2,74% N 4,23% S 9,68% gefunden
C 54,40% H 2,90% N 4,30% S 9,50%.
B) Anwendungsbeispiele
Beispiel I:
Herstellung von Thioxanthonen A) Herstellung von Thioxanthonen a) 12,7 g (40,3 mMol) 3-(p-Methylphenylthio)-5-nitrophthalsäureanhydrid und 16,1 g (121 mMol) Aluminiumtrichlorid werden in 120 ml 1,1 ,2,2-Tetrachloräthan langsam auf 120 "C erhitzt. Nach dem Abkühlen wird eingedampft, in verdünnter Salzsäure verrührt, und das Produkt wird abfiltriert und getrocknet. Nach dem Umkristallisieren aus Isopropanol erhält man 7,37 g (58% d.Th.) 7-Methyl-3-nitrothioxanthon-l-carbonsäure; Smp. > 250 "C.
b) 3,2 g (10,15 mMol) 7-Methyl-3-nitrothioxanthon-1carbonsäure werden mit 20 ml Oxalylchlorid während 5 Stunden am Rückfluss gehalten. Nach dem Eindampfen werden 20 ml n-Butanol unter Eiskühlung zugetropft, und das Gemisch wird 30 Minuten am Rückfluss erwärmt. Nach dem Einengen aus Toluol/CycIohexan erhält man 2,7 g (72% d.Th.) 7-Methyl-3-nitrothioxanthon-1 -carbonsäure-n- butylester; Smp. 164-7 C.
c) 1 g (3,17 mMol) 7-Methyl-3-nitrothioxanthon-1carbonsäure wird in 15 ml Methylenchlorid suspendiert.
Dann werden 2 Tropfen Pyridin zugegeben und 0,56 g (4,76 mMol) Thionylchlorid zugetropft. Nach 2 Stunden am Rückfluss wird die klare Lösung eingeengt und mit 5 ml Benzol versetzt. Dann tropft man eine Lösung von 0,7 g (951 mMol) n-Butylamin in Benzol zu. Nach 30 Minuten Rühren bei 25 "C wird eingeengt, der Rückstand wird in Methylenchlorid/Wasser aufgenommen, und die organische Phase wird über Natriumsulfat getrocknet und eingedampft.
Nach dem Umkristallisieren aus Methylenchlorid/n-Pentan erhält man 0,68 g 7-Methyl-3-nitrothioxanthon-l-carbon- säure-N-n-butylamid (58% d.Th.); Smp. > 250 "C.
Beispiel II a) Herstellung von Polymeren
Es werden Polymere mit folgender Struktur und Zusammensetzung hergestellt:
EMI9.1
m = 0,8 m + n.
n = 0,2 m+n
465,5 g (1,963 Mol) Dimethylmaleinimidyl-ss-(methacryloyl-oxy)-äthylester [hergestellt gemäss deutscher Offenle gungsschrift 2 626 769] werden zusammen mit 49,15 g (0,49 Mol) Acrylsäureäthylester unter Stickstoff in 960 ml l-Acet- oxy-2-äthoxyäthan gelöst. Bei 80 "C lässt man unter Stickstoffatmosphäre eine Lösung von 3,86 g Azoisobutyronitril in 25 ml 1 -Acetoxy-2-äthoxyäthan zulaufen und polymerisiert dann während 6 Stunden. Die noch heisse Lösung wird mit 2,57 g 2,6-Di-tert-butyl-p-kresol stabilisiert.
Das durchschnittliche Molekulargewicht der so erhaltenen Polymeren (bestimmt durch Streulichtmessung in CHCl3) und deren Grenzviskosität ngrenz betragen: durchschnittl. ngrenz
Molekular-Gewicht (Streulichtmessung in CHCI3) dl/g (CHCl3) Polymer Nr. 1 3 x 106 0,8 20"C Polymer Nr. 2 4,36 x 105 0,29 20"C b) Erzeugung von Abbildungen
Zuje 10 g der oben beschriebenen Polymerlösungen in 1 Acetoxy-2-äthoxyäthan, verdünnt mit N,N-Dimethylformamid werden die in den folgenden Tabellen I und II angegebenen Mengen Sensibilisator zugegeben, wobei sich die Menge (Konzentration) auf den Feststoffgehalt bezieht.
Die Polymerlösungen mit dem gelösten Sensibilisator werden durch Aufschleudern (500 Umdrehungen/Minute während 1 Minute) so auf kupferkaschierte Epoxidplatten aufgetragen, dass nach dem Trocknen (15 Minuten bei 80 "C) eine 1-3 lt dicke Polymerschicht auf dem Kupfer gebildet wird. Die beschichteten Platten werden durch eine Negativ-Vorlage (Stufenkeil: Stouffer 21-Step-Sensitivity-Guide) mit einer 400 Watt Quecksilberhochdrucklampe im Abstand von 55 cm zum Vakuumtisch belichtet. Vakuumtisch mit vorgeschaltetem Pyrex-Glasfilter von 8 mm Dicke; Belichtungszeiten siehe Tabellen I und II).
Nach der Belichtung wird das Bild in einem l,l,l-Tri- chloräthanbad während 2 Minuten entwickelt, wobei die unvernetzten Anteile herausgelöst werden. Das resultierende Reliefbild des abgebildeten Stufenkeils wird durch Ätzen der blanken Kupferteile mit einer 50%igen FeCl3-Lösung sichtbar gemacht. In den folgenden Tabellen I und II bedeutet S die relative Empfindlichkeit. Sie ist ein Faktor, der angibt, um wieviel länger oder kürzer als 3 Minuten belichtet werden muss, um noch die Stufe 7 (optische Dichte des Stufenkeils = 1) abzubilden. Es gilt folgende Beziehung:
EMI9.2
wobei X die tatsächlich nach 3 Minuten Belichtung abgebildete Stufe bedeutet.
Die Bestimmung von Srel basiert auf der von W.S. De Forest ( Photoresist , Mc Graw Hill Book Company, New York, 1975, Seiten 1 13ff) beschriebenen Methode zur Ermittlung der Photoempfindlichkeit. Tabelle I: Polymer 1, belichtet mit 400 Watt Quecksilberhochdrucklampe
EMI10.1
<tb> Sensibilisator <SEP> Photoempfindlichkeit
<tb> <SEP> Konzentration <SEP> letzte <SEP> abgebildete <SEP> Stufe <SEP> nach
<tb> <SEP> Xmax. <SEP> Emax.
<SEP> Gew.-% <SEP> Mol-% <SEP> 10" <SEP> 30" <SEP> 1' <SEP> 3' <SEP> 6' <SEP> S,
<tb> 0 <SEP> N <SEP> .\ <SEP> ,R,
<tb> <SEP> 1 <SEP> II <SEP> o <SEP> 410 <SEP> 3000 <SEP> 1,41 <SEP> 0,005 <SEP> 3 <SEP> 5 <SEP> 7 <SEP> 11 <SEP> 4,0
<tb> <SEP> \\
<tb> <SEP> (r <SEP> ei2)3
<tb> <SEP> 23
<tb> <SEP> cfl
<tb> <SEP> 3
<tb> H3C(CH2) <SEP> v <SEP> \ <SEP> / <SEP> \
<tb> <SEP> ! <SEP> II <SEP> <SEP> 335 <SEP> 7300 <SEP> 3,99 <SEP> 0,005 <SEP> 6 <SEP> 9 <SEP> 11 <SEP> 13 <SEP> 4,0
<tb> <SEP> \\/ <SEP> \/ <SEP> 275 <SEP> 18800
<tb> <SEP> F17C8 <SEP> (CH2) <SEP> 2µ
<tb> F17C8- <SEP> (CH2) <SEP> -S <SEP> > <SEP> 380 <SEP> 4100 <SEP> 3,99 <SEP> 0,005 <SEP> 4 <SEP> 6 <SEP> 8 <SEP> 12 <SEP> 5,66
<tb> 2 <SEP> \// <SEP> 380 <SEP> 4100 <SEP> 3,99 <SEP> 0,005 <SEP> 4
<tb> <SEP> ;no
<tb> <SEP> \\/ <SEP> \/
<tb> <SEP> ( & 2) <SEP> 9-CH3
<tb> Tabelle II:
Polymer 2, belichtet mit 400 Watt Quecksilberhochdrucklampe
EMI10.2
<tb> Sensibilisator <SEP> Sensibilisator <SEP> Photoempfindlichkeit <SEP> letzte
<tb> <SEP> Konzentration <SEP> abgebildete <SEP> Stufe <SEP> nach
<tb> <SEP> hmax. <SEP> Emax. <SEP> Gew.-% <SEP> Mol-% <SEP> 1' <SEP> 3' <SEP> 6' <SEP> 12' <SEP> 5,,
<tb> H <SEP> C, <SEP> 9 <SEP> \\00H <SEP> 420 <SEP> 4000 <SEP> 1,58 <SEP> 0,005 <SEP> 3 <SEP> 6 <SEP> 8 <SEP> 0,71
<tb> <SEP> 420 <SEP> 420
<tb> <SEP> I <SEP> II <SEP> II <SEP>
<tb> <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 2
<tb> R <SEP> 2 <SEP> i - <SEP> (C112) <SEP> 3CH3
<tb> <SEP> 3 <SEP> \o/0\o/ <SEP> tv <SEP> t <SEP> 420 <SEP> 4150 <SEP> 1,86 <SEP> 0,005 <SEP> 4 <SEP> 8 <SEP> 10 <SEP> 1,41
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<tb> <SEP> N02
<tb>
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EMI2. 1
where X 'is -NO2 or -SR' and R and R 'are those of the formulas IIa and IIb or I have the meaning given, and then the compounds of the formula Va by hydrolysis into a compound of the formula I, in which Ml and M2 each represent -OH, R 'has the meaning given under the formula I and X represents -NO2 or -SR', transferred.
8th. A process for the preparation of compounds of the formula I according to claim 1, characterized in that compounds of the formula I according to claim 7 are prepared in which Ml and M2 each represent -OH, R 'has the meaning given under the formula I and X is -NO2 or -SR ', and these compounds thermally or with the addition of dehydrating agents in the corresponding compounds of formula I, wherein Ml and M2 together mean -0-.
9. Use of compounds of the formula I according to claim 1, in which M1 and M2 represent -0-, as sensitizers for light-crosslinkable polymers.
10th Use of compounds of formula I according to claim 1, wherein M1 and M2 together represent -0-, together with amine as initiators for the photopolymerization of ethylenically unsaturated compounds or for the photochemical crosslinking of polyolefins.
The present invention relates to new 3,5-disubstituted phthalic acids and phthalic anhydrides, processes for their preparation and the use of the new 3,5-disubstituted phthalic anhydrides as sensitizers for light-crosslinkable polymers or as initiators, in a mixture with amines, for the photopolymerization of ethylenically unsaturated compounds or for the photochemical crosslinking of polyolefins.
Optionally halogenated, especially chlorinated, thioxanthones are among the best known and most effective sensitizers for photo-induced crosslinking reactions.
A prerequisite for a successful application of this type is good compatibility of the sensitizer in the polymer, i. H. the sensitizer must be miscible with the polymer up to increased concentrations. Furthermore, the sensitizers must be readily soluble in the solvents used in the processing of the polymers. The aforementioned thioxanthones do not meet these requirements in every respect; in particular, they separate easily in the polymer, as a result of which the sensitizing effect is severely impaired.
It is also known that the photopolymerization of ethylenically unsaturated compounds can be initiated by aromatic ketones of the benzophenone, anthraquinone, xanthone and thioxanthone type. It is also known from US Pat. No. 3,759,807 that the initiator action of such aromatic ketones can be accelerated by the addition of organic amines.
Since these amines usually do not have an initiator effect alone, they act in combination with aromatic ketones as activators or accelerators. Technically, this is of great importance because the production speed of photochemically hardened coatings or printing inks depends primarily on the rate of polymerization of the unsaturated compound.
There have now been new phthalic acids and phthalic anhydrides of the formula I.
EMI2. 2nd
found, where Ml and M2 each -OH or together -0-,
X -NO2, -OR ', -SR' or -SO2R 'and R Cl 20-alkyl, C ,, - alkenyl, CS-alkynyl, C2 4-mono-hydroxyalkyl, C112-haloalkyl, benzyl, C5 12-cycloalkyl, Phenyl, halophenyl, nitrophenyl, alkyl or alk oxyphenyl, each with 1-4 C atoms in the alkyl or Alkoxy parts or acetylaminophenyl mean.
The phthalic anhydrides of the formula I (M, and M2 = together -0-) are outstandingly suitable for use as sensitizers for light-crosslinkable polymers.
They are particularly characterized by good compatibility with the polymer, good solubility in common organic solvents and high photosensitivity. In addition, the UV absorption can be influenced in such a way that the phthalic anhydrides according to the invention can also be irradiated with long-wave UV light (up to approx. 450 nm) exert a sensitizing effect and thus bring about the crosslinking of the photosensitive polymers. No photosensitizing phthalic anhydrides with donors in the 3-position were previously known.
The phthalic anhydrides according to the invention are also suitable, in a mixture with organic amines, as initiators for the photopolymerization of ethylenically unsaturated compounds or for the photochemical crosslinking of polyolefins.
The compounds of formula I can be prepared in a manner known per se, e.g. B. by either 3,5-dinitrophthalic anhydride with a compound of formula IIa
R-NH-Y (IIa) or 3,5-dinitrophthalic acid with a compound of the formula IIb
R-NH-Y '(IIb), wherein Y is hydrogen, -COH or -CO-NH-R and Y' -COH or -CO-NH-R, and R is hydrogen, C, 20-alkyl, C2 5-alkenyl , C} 5-alkynyl, C5, 2-cycloalkyl, benzyl, phenyl or toluyl represent a compound of formula III
EMI2. 3rd
implements the compound of formula III with a compound of formula IVa
R'-SH (IVa), a salt of a compound of formula IVa or mixtures thereof to a compound of formula Va
EMI3. 1
where X 'is -NO2 or -SR' and R and R 'are those of the formulas IIa and IIb or
I have the meaning given, compounds of the formula Va, in which X 'represents -NO2, if appropriate subsequently with a salt of a compound of the formula IVb or IVc
R'-OH (IVb) or R'-SO2H (IVc) to a compound of formula Vb
EMI3. 2nd
implemented, where R and R 'have the meaning given above and X represents "-OR' or -SO2R ', and then the compounds of the formula Va or Vb by hydrolysis into a compound of the formula I, in which M1 and M2 each represent -OH , converted, and then optionally thermally or with the addition of dehydrating agents in a compound of formula I, wherein M and M2 together mean -0-.
By definition, alkyl, monohydroxyalkyl, haloalkyl, alkenyl and alkynyl groups R or R 'can be straight-chain or branched. Haloalkyl groups R 'can be substituted by one or more halogen atoms, such as chlorine or bromine and in particular fluorine. As examples by definition alkyl, monohydroxyalkyl, haloalkyl, alkenyl and alkynyl groups R or
R 'should be mentioned = methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-, secondary tert-butyl, n-pentyl, 2- or 3-pentyl, n-hexyl, n heptyl, 3-heptyl, n-octyl, n -Decyl, n-dodecyl, n-tridecyl, n-tetradecyl, n-hexadecyl, n-octadecyl and eicosyl; 2-hydroxyethyl, 2- and 3-hydroxypropyl, 3- and 4-hydroxybutyl; Trifluoromethyl, 2-chloroethyl, 2-bromoethyl, 2,2,2-trifluoroethyl, -CH2CH2C4Fg, -CH2CH2CöF13, -CH2CH2C8FI7; Vinyl, allyl, methallyl, 2-butenyl, 4-pentenyl; 2-propynyl, 3-butynyl and 4-pentynyl.
Alkyl groups R are preferably straight-chain and have in particular 1-10 and especially 1-6 C atoms. Methyl is very particularly preferred. Preferred alkenyl and alkynyl groups R or R 'are: vinyl (R), allyl, methallyl, 2-butenyl and propynyl. Alkyl groups R 'preferably have 1-10 C atoms. Straight-chain alkyl groups R 'with 1-10 and especially 1-4 C atoms are particularly preferred.
Haloalkyl groups R 'are preferably also straight-chain and have 1-10 C atoms. Trifluoromethyl, -CH2CF3 and -CH2CH2CnF with n = 4.6 or 8 are particularly preferred.
Examples of cycloalkyl groups R or R 'are cyclopentyl, cyclohexyl, cyclooctyl and cyclododecyl. Cyclohexyl is preferred. As toluyl group R, p toluyl is particularly suitable.
Halophenyl, nitrophenyl, alkylphenyl and alkoxyphenyl groups R 'can be substituted one or more times. Phenyl groups with one or two of the substituents mentioned are preferred. As halogen atoms come e.g. B. Fluorine, bromine and especially chlorine into consideration.
Examples of such groups are: 3-chloro- or 3-bromophenyl, 3,4-dichlorophenyl, 2,5-dichlorophenyl, 3,4-dibromophenyl, 4-chloro-, 4-bromo- or 4-fluorophenyl; 3- or 4-nitrophenyl, 3,5-dinitrophenyl; o-, m- and p-toluyl, 3,4-dimethylphenyl, 4-ethylphenyl, 4-n-butylphenyl; 2-, 3- or 4 methoxyphenyl, 3- and 4-ethoxyphenyl, 2,5-dimethoxyphenyl, 3,4-diethoxyphenyl, 4-n-propoxyphenyl, 4-isopropoxyphenyl and 4-n-butoxyphenyl. Preferred halophenyl, alkylphenyl and alkoxyphenyl groups R 'are 3,4 dichlorophenyl, p-toluyl and 4-methoxyphenyl.
Preference is given to compounds of the formula 1 in which M and M2 together represent +, X is -NO2, alkyl having 1-4 C atoms, especially methoxy, -SO2-phenyl or -SR 'and R' Cl to-alkyl, C140-haloalkyl , Phenyl, p methoxyphenyl, p-toluyl or 3,4-dichlorophenyl.
Compounds of the formula I in which M1 and M2 together are -0-, X -NO2 and R 'C "are 0-n-alkyl or phenyl are particularly preferred.
The starting compounds (3,5-dinitrophthalic acid, 3.5 dinitrophthalimide, 3,5-dinitrophthalic anhydride, compounds of the formulas IIa, IIb, IVa and salts of compounds of the formulas IV, IVb and IVc) are known or can be prepared by methods known per se will.
The above reactions can be carried out in a manner known per se. The reaction of the 3,5-dinitrophthalic anhydride or the 3,5-dinitrophthalic acid with the compounds of the formula Ha or IIb can, with or without the addition of a suitable inert organic solvent, such as N, N-dimethylformamide or aromatic hydrocarbons, e.g. B. Toluene or xylenes can be made.
If the reaction is carried out in the presence of an inert organic solvent, the reaction is generally carried out at the reflux temperature. For working in the melt (without the addition of solvent), the reaction temperatures are preferably between about 160 and 220 C. In the above-mentioned reaction, the corresponding amic acids can be formed as intermediates, which in general pass into the imides simply by heating. As compounds of the formula IIa or IIb, in which Y or Y '-CO-NH-R means, N, N-dimethylurea is preferred. The reaction of 3,5-dinitrophthalic anhydride with a compound of the formula IIa, in which Y is -COH and especially hydrogen, is particularly preferred.
The reaction of the 3,5-dinitrophthalimides of the formula III with the mercaptans of the formula IVa or their salts and the possible further reaction of compounds of the formula Va with X '= -NO2 with salts of compounds of the formula IVb or IVc is advantageously in the presence of an inert organic solvent at temperatures between about 0 and reflux temperature, preferably between about 20 and 50 "C for mercaptans of the formula IVa or their salts and salts of compounds of the formula IVb, and about 50-150" C for the reaction with salts of the formula IVc. Suitable inert organic solvents are e.g.
B. optionally chlorinated aliphatic hydrocarbons, such as methylene chloride or chloroform; aliphatic or cyclic ethers, such as diethyl ether, diisopropyl ether, dimethoxyethane, tetrahydrofuran and dioxane; Alkyl esters of aliphatic monocarboxylic acids with a total of 2-8 C atoms, such as methyl, ethyl and n-butyl acetate, ethyl butyrate and n-butyl ester; N, N dialkylamides of aliphatic monocarboxylic acids with 1-3 C atoms in the acid part, such as N, N-dimethylformamide and N, N-dimethylacetamide; Dialkyl sulfoxides such as dimethyl sulfoxide and diethyl sulfoxide; Alkyl nitriles with 2-5 C atoms, such as acetonitrile and propionitrile; Phosphoric acid amides such as hexamethylphosphoric triamide; cyclic amides, such as N methylpyrrolidone.
Suitable salts of compounds of the formulas IVa, IVb and IVc are both salts with organic and inorganic bases. Alkali metal and quaternary ammonium salts such as the Na, K, tetramethyl, tetraethyl, benzyltrimethyl and benzyltriethylammonium salts are preferred. The salts mentioned can be used as such or can be formed in situ in a manner known per se. In the latter case, alkali metal acetates or carbonates are advantageously used as bases. The compounds of the formula Va are preferably used in the form of salts. Sodium and potassium phenates, alcoholates or sulfinates are particularly preferred.
The hydrolysis of the compounds of formula Va or Vb to phthalic acids of formula I and their cyclization to the corresponding anhydrides can also be carried out in a manner known per se. Hydrolysis to the
Phthalic acids are expediently carried out in an aqueous medium by adding suitable bases, such as NaOH or KOH, at the reflux temperature, the corresponding ones initially
Amidic acids are formed, and then acidifying the reaction mixture, preferably with a strong acid, such as HCl. The phthalic acids obtained can be customary
Be cyclized thermally or with the addition of dehydrating agents to the anhydrides. The phthalic acids of formula I are thus intermediates for the production of the corresponding anhydrides.
Suitable dehydrating agents are, for. B. Anhydrides of aliphatic C2 5 monocarboxylic acids optionally substituted by halogen atoms or C14-alkyl groups, such as acetic, propionic, butyric, trifluoro and trichloro, trimethyl and triethyl acetic anhydride; optionally halogenated acetyl halides, such as acetyl chloride, chloroacetyl chloride and dichloroacetyl chloride; Carbodiimides such as N, N'-diisopropylcarbodiimide and N, N'-dicyclohexylcarbodiimide. The preferred dehydrating agent is acetic anhydride.
The above reactions can also be carried out without intermediate isolation of the compounds of the formulas III, Va or Vb or of the 3,5-dinitrophthalic acids of the formula I. The preparation of compounds of the formula Va, in which X is' -SR ', is generally carried out in two stages by first moving the -SR' group to the 3-position and then an identical or different one
Introduces group -SR 'in 5-position.
The phthalic anhydrides of the formula I (Ml and M2 together -0-) can be used as sensitizers for various types of light-crosslinkable polymers.
Such polymers are e.g. B. for production of
Printing plates for the offset printing process, for the production of photo offset lacquers, for unconventional photography, z. B. used for the production of photographic images by means of photopolymerization or photocrosslinking. Such polymers are used in particular as so-called photoresists for the production of printed
Circuits according to known methods. The side of the printed circuit board provided with the light-sensitive layer is exposed through a slide negative having the conductive pattern and then developed, whereupon the unexposed areas of the layer are removed by developing liquid.
Any materials per se can be used as polymers whose sensitivity to light (sensitivity to actinic rays) can be increased by using the sensitizers according to the invention.
The anhydrides of the formula I are particularly suitable as sensitizers for polymers of the type described in German Offenlegungsschrift 2,626,769, i.e. H. Polymers which are photosensitive groups of those of the formula VI
EMI4. 1
have, in which G1 and G2 independently of one another alkyl with 1-4 C atoms, especially methyl, or G1 and G2 together mean the addition to a five- to six-membered carboxyclic ring.
The phthalic anhydrides of the formula I can be incorporated into the light-crosslinkable polymers in a manner known per se. The level of sensitizer in the polymer can vary widely depending on the application and the number of light-crosslinkable groups present in the polymer, but is generally between about 0.1 and 20%, based on the weight of the polymer.
Finally, the phthalic anhydrides of the formula I are also used as photoinitiators. The invention therefore also relates to the use of the compounds mentioned together with amines as initiators for the photopolymerization of ethylenically unsaturated compounds or for the photochemical crosslinking of polyolefins.
The organic amines used can be aliphatic, aromatic, araliphatic, cycloaliphatic or heterocyclic amines. They can be primary, secondary or tertiary amines. Examples include: butylamine, dibutylamine, tributylamine, cyclohexylamine, benzyldimethylamine, dicyclohexylamine, triethylamine, phenyl-di-ethanolamine, piperidine, piperazine, morpholine, pyridine, quinoline, p-dimethylaminobenzoic acid ethyl ester or Michler's ketone (4,4'-bis-bis-methyl benzophenone).
Mixtures of are preferred
A) an anhydride of formula I, wherein X and R 'have the preferred meanings given above, and
B) an aliphatic tertiary amine, a p-dimethylaminobenzoic acid alkyl ester or Michler's ketone.
Examples of aliphatic tertiary amines are trimethylamine, triethylamine, tri-isopropylamine, tributylamine, dodecyldimethylamine, octyldimethylamine, triethanolamine, tris (hydroxypropyl) amine, N-methyldiethanolamine or N butyldiethanolamine.
Mixtures of are particularly preferred
A) an anhydride of formula I, wherein X and R 'have the preferred meanings given above, and
B) triethanolamine or a Cl 4-alkyldiethanolamine.
The preferred mixtures mentioned contain the anhydrides of the formula I and the organic amines preferably in a weight ratio of 4: 1 to 1: 4.
Examples of photopolymerizable compounds are unsaturated monomers such as esters of acrylic or methacrylic acid, e.g. B. Methyl, ethyl, n- or tert. Butyl, isooctyl or hydroxyethyl acrylate, methyl or ethyl methacrylate, ethylene diacrylate, butanediol diacrylate, hexanediol diacrylate, neopentyl diacrylate, trimethylolpropane trisacrylate, pentaerythritol tetraacrylate or pentaerythritol; Acrylonitrile, methacrylonitrile, acrylamide, methacrylamide, N-substituted (meth) acrylamides; Vinyl esters such as B.
Vinyl acetate, propionate, acrylate or succinate; other vinyl compounds, such as vinyl ethers, vinyl ketones, vinyl sulfones, styrene, alkylstyrenes, halostyrenes, divinylbenzene, N, N'-divinylurea, vinylnaphthalene, N-vinylpyrrolidone, vinyl chloride or vinylidene chloride; Allyl compounds such as diallyl phthalate, diallyl maleate, triallyl isocyanurate, triallyl phosphate or ethylene glycol diallyl ether and the mixtures of such unsaturated monomers.
Such mixtures are particularly suitable for the photopolymerization of acrylic acid esters and their mixtures.
Other examples are unsaturated acrylic resins. These include, for example, reaction products of polyepoxides (epoxy resins) with acrylic acid or methacrylic acid or reaction products of polyisocyanates with hydroxyalkyl acrylates, and the reaction products of hydroxyl-containing polyesters or polyethers with acrylic or methacrylic acid. These unsaturated acrylic resins are usually mixed with one or more acrylates of a mono-, di- or polyalcohol, such as. B. Ethyl, butyl, benzyl, 2-ethylhexyl or 2-hydroxypropyl acrylate, ethylene glycol diacrylate, propylene glycol diacrylate, butanediol diacrylate, hexanediol diacrylate, trimethylolpropane trisacrylate or pentaerythritol tetraacrylate are used.
The phthalic anhydrides of the formula I can also be used in photopolymerizable systems. Such systems consist of a) at least one ethylenically unsaturated compound, b) a defined mixture of A) and B) and optionally c) other additives, such as inhibitors, stabilizers, UV absorbers, fillers, pigments, dyes, thixotropy agents and leveling agents, for . B. Silicone oil.
For example, hydroquinone, hydroquinone derivatives, p-methoxyphenyl or ss-naphthols are used as inhibitors, which are intended to protect against premature polymerization, especially during the production of the systems, by mixing the components. As UV absorbers, for. B. those of the benzotriazole or benzophenone type are used. As fillers such. B. Silica, talc or gypsum.
Such photopolymerizable systems in the quantitative ratios of 99.980% are preferred. -% of a) and c) and 0,> 20 wt. % of b), component A) preferably consisting of an anhydride of the formula I, in which X and R 'are the preferred ones indicated above
Have meanings.
An acrylic acid ester or a mixture of several acrylic acid esters is preferably used as component a).
Combinations with known photoinitiators which form free radicals by photofragmentation, such as, for. B. Benzoin ethers, dialkoxyacetophenones or benzil ketals can be used.
Such initiator mixtures are of great importance for the
Photocuring of printing inks and white pigmented ones
Layers, because the drying time of the binder is a significant factor for the production speed of graphic products and in the order of
Should be a fraction of a second. The initiators according to the invention are also very suitable for photocurable systems for the production of printing plates.
Another area of application is the UV curing of metal coatings, for example in the coating of sheet metal for tubes, cans or bottle closures, as well as the UV curing of plastic coatings, for example floor or wall coverings based on PVC.
Examples of the UV curing of paper coatings are the colorless coating of labels, record sleeves or book covers.
The mixtures mentioned can also be used as initiators for the photochemical crosslinking of polyolefins. For this come z. B. Polypropylene, polybutene, polyisobutylene and copolymers such. B. Ethylene-propylene copolymers in question, but preferably low, medium or high density polyethylene.
The photoinitiators are generally added to the photopolymerizable systems simply by stirring in, since most of these systems are liquid or readily soluble. The initiators are usually dissolved, which ensures their uniform distribution and the transparency of the polymers.
The polymerization is carried out according to the known methods of photopolymerization by irradiation with light which is rich in short-wave radiation. As light sources such. B. Medium-pressure, high-pressure and low-pressure mercury lamps, as well as superactinic fluorescent tubes, whose emission maxima lie in the range between 250 and 450 nm.
In the photochemical crosslinking of polyolefins, the photoinitiator is added to the polyolefin before or during shaping processing, for example by powdery mixing or by mixing with the plasticized polyolefin. Crosslinking takes place by irradiation of the shaped object in solid form, for example in the form of foils or fibers.
Compounds of the formula I, in which X is the nitro group and R 'phenyl, halophenyl, nitrophenyl, alkyl or alkoxyphenyl, each having 1-4 C atoms in the alkyl or Alkoxy or acetylaminophenyl mean are also suitable for the preparation of thioxanthones, which in turn are valuable sensitizers for light-crosslinkable polymers. Such thioxanthones can be obtained by cyclizing the compounds mentioned in a manner known per se in the presence of a protonic acid or a Lewis acid and, if appropriate, subsequently converting the obtained nitrothioxanthone-1-carbon acids into other thioxanthone derivatives, such as esters or amides.
A) Manufacturing examples
Example 1: 3-n-Butylthio-5-nitrophthalic anhydride
883 mg (3 mmol) of 3-n-butylthio-5-nitrophthalic acid-Nmethylimide are refluxed overnight in 9 ml of 1N sodium hydroxide solution, acidified with 10 ml of 2N hydrochloric acid and cooled to reflux after 5 minutes. The mixture is extracted with tetrahydrofuran / toluene, and the extracts are washed with saturated NaCl solution, dried over sodium sulfate and evaporated. The acid obtained is converted into the anhydride with 1 ml of acetic anhydride and 10 ml of toluene by heating and evaporation. After recrystallization from cyclohexane, 790 mg (94% of theory Th. ) the above anhydride as a yellow product; M.p.
9997 C.
Analysis for Cl2HllNO5S (molecular weight 281.28): calculated
C 51.24% H 3.94% N 4.98% S 11.40% found
C 51.55% H 3.91% N 5.14% S 11.12%.
The 3-n-butylthio-5-nitrophthalic acid-N-methylimide is prepared as follows:
25.1 g (100 mmol) of 3,5-dinitrophthalic acid-N-methylimide, 19.8 g (220 mmol) of n-butyl mercaptan, 41.5 g (300 mmol) of anhydrous potassium carbonate and 250 ml of absolute tetrahydrofuran are overnight held at reflux. The reaction mixture is filtered, the filtrate is evaporated and the residue is taken up in methylene chloride / 2N HCl. The extracts are washed with saturated NaCl solution, dried over sodium sulfate and evaporated. After recrystallization from cyclohexane, 11.96 g (41% of theory Th. ) of the above imide; M.p.
106-108 C.
Analysis for C1 3H14N2O4S (molecular weight 294.33): calculated
C 53.05% H 4.80% N 9.52% S 10.90% found
C 53.30% H 4.90% N 9.01% S 11.29%.
The 3,5-dinitrophthalic acid-N-methylimide is prepared as follows: a) 51.22 g (0.2 mol) of 3,5-dinitrophthalic acid and 8.81 g (0.1 mol) of N, N'-dimethylurea finely ground together and carefully heated to 180 "C in an open flask. The dark, clear melt formed after the foaming subsided is kept at 180 ° C. for 6 hours and at 200 ° C. for 1 hour. After cooling, the residue is dissolved in tetrahydrofuran / methylene chloride (volume ratio 1: 1), filtered and evaporated.
After recrystallization from tetrahydrofuran / cyclohexane, 42.37 g (84% of theory. Th. ) 3,5-dinitrophthalic acid-N-methylimide of mp. 174-6 C. After further recrystallization, the product has an mp. from 178-180 "C.
b) 238.11 g (1 mol) of 3,5-dinitrophthalic anhydride are dissolved in 1 liter of xylene under reflux. 62.02 g (1.05 mol) of N-methylformamide are added dropwise over 30 minutes at reflux. After 18 hours of reflux, the water and formic acid formed are distilled off together with a little xylene (total 140 ml), the boiling point rising to 137 ° C. The solution is filtered hot. After slow cooling and concentration of the mother liquor, 209.42 g (83% of theory Th. ) 3,5-dinitrophthalic acid-N-methylimide; M.p. 174-6 C.
Analysis for C9H5N306 (molecular weight 251.15): calculated C 43.04% H 2.01% N 16.73% found C 43.40% H 2.00% N 16.5%.
Example 2: 3,5-bis (n-C8F17 (CH2) 2) thiophthalic anhydride
266.05 g (0.223 mol) of 3,5-bis- (n-C8F17 (CH2) 2) -thio-phthalic acid-Np-toluylimide are refluxed in 1.2 1 20% NaOH with stirring for one day, whereupon the reaction mixture is cooled and filtered. The residue is ground, stirred with 2N HC1 solution and filtered off.
The amic acid thus obtained is concentrated with 1.8 1. HCl heated to 120 ° C. for 5 hours, the mixture is cooled and the precipitate is filtered off, washed with water and dried. The mixture of acid and anhydride obtained is completely converted into the anhydride by heating with acetic anhydride and evaporation. Recrystallized from ethyl acetate gives 201 g (81% of theory Th. ) of the above anhydride of mp. 151-154 "C.
Analysis for C28H10F34O3S2 (molecular weight 1104.44): calculated
C 30.45% H 0.91% F 58.49% S 5.81% found
C 30.1% H 0.7% F 58.1% S 6.2%.
The 3,5-bis- (n-C8FI7 (CH2) 2) -thiophthalic acid-N-p-toluylimide is prepared as follows:
184.6 g (0.243 mol) 5-nitro-3-n-C8F17 (CH2) 2-thiophthalic acid-Np-toluylimide, 116.6 g (0.243 mol) n C8F7 (CH2) 2-5H, 100.75 g (0.729 mol) of potassium carbonate and 1.8 liters of N, N-dimethylformamide (DMF) are stirred at 25 ° C. for 30 minutes. The reaction mixture is evaporated in portions (foams strongly), the residue is extracted in CH2Cl2lacetone / water, and the organic phase is washed with water, dried over sodium sulfate and evaporated. After recrystallization from ethyl acetate, 266 g (91% of theory Th. ) of the above imide; M.p. 144-6 C.
Analysis for C3 5H1 7F34NO2S2 (molecular weight 1193.58): calculated
C 35.22% H 1.44% F 54.12% N 1.17% S 5.37% found
C 35.0% H 1.5% F 54.2% N 1.2% S 5.5%.
The 3-n-C8F1 7-CH2CH2-thio-5-nitrophthalic acid-N-p-toluylimide is prepared as follows:
20 g (0.06 mol) of 3,5-dinitrophthalic acid-Np-toluylimide, 32.3 g (0.0673 mol) of n-C8F17 (CH2) 2-SH, 12.7 g (0.092 mol) of potassium carbonate and 250 ml absolute dioxane are stirred at 25 "C for 42 hours. The reaction mixture is concentrated, the residue is taken up in water and extracted three times with CH2Cl2. The extracts are washed with water, dried over sodium sulfate and concentrated. Recrystallized from toluene gives 44.7 g (98% of theory Th. ) the above imide in the form of yellowish leaflets; M.p.
169-171 C.
Analysis for C25H13F17N2O4S (molecular weight 760.42): calculated
C 39.49% H 1.72% F 42.47% N 3.68% S 4.22% found
C 39.55% H 1.65% F 42.50% N 3.80% S 4.40%.
The 3,5-dinitrophthalic acid-N-p-toluylimide is prepared as follows:
2 kg (8.4 mol) of 3,5-dinitrophthalic anhydride and 897 g (8.4 mol) of p-toluidine are refluxed in 6.21 glacial acetic acid for 3 hours. After cooling, the mixture is filtered, washed with 21 water, and the residue is suspended in 25 l of water, filtered off and dried at 100 ° C. in vacuo. Yield 2339 g (85% of theory Th. ); M.p.
182-3 "C.
Analysis for C1 sHoN3Oö (molecular weight 327.25): calculated C 55.05% H 2.77% N 12.84% found C 55.05% H 3.02% N 12.91%.
Example 3: 5-n-Decylthio-3-n-C8F1 7 (CH2) 2-thiophthalic anhydride
0.50 g (0.564 mmol) of 5-n-decylthio-3-n-C8F17 (CH2) 2-thiophthalic acid-N-p-toluylimide and 6 ml of 20% NaOH are stirred at 120 ° C. overnight. After cooling, the mixture is filtered and the precipitate is concentrated in 5 ml. HCI heated to reflux for 3.5 hours. After cooling, the mixture is filtered, the precipitate is washed with water and recrystallized from isopropanol and n-hexane.
Yield of (directly formed) anhydride = 260 mg (60% of theory Th. ); M.p. 110-111 0C.
Analysis for C28H27F17O3S2 (molecular weight 798.61): calculated
C 42.11% H 3.40% F 40.44% S 8.03% found
C 42.45% H 3.45% F 40.75% S 7.75%.
The 5-n-decylthio-3-n-C8F17 (CH2) 2-thiophthalic acid-N-p-toluylimide is prepared as follows:
3 g (3.95 mmol) of 5-nitro-3-n-C8F17 (CH2) 2-thiophthalic acid-Np-toluylimide, (prepared according to Example 2) 0.70 g (4.34 mmol) of n-decanethiol, 1.60 g (11.85 mmol) of potassium carbonate and 35 ml of DMF are stirred at 25 ° C. for 17 hours.
The mixture is evaporated, the residue is taken up in water / CH2Cl2, and the organic phase is washed with water, dried over Na2SO4 and evaporated. After recrystallization from ethyl acetate, 3.0 g (86% of theory Th. ) of the above Imid vomSmp. 117-119 C.
Analysis calculated for C35H34F17NO2S2 (molecular weight 887.75)
C 47.35% H 3.86% F 36.38% N 1.58% S 7.22% found
C 47.4% H 3.7% F 36.6% N 1.6% S 7.1%.
Example 4:
3-n-decylthio-5-n-C8F17 (CH2) 2-thiophthalic anhydride
3.0 g (3.3 mmol) of 3-n-decylthio-5-n-C8FI 7 (CH2) 2-thiophthalic acid-N-methylimide are stirred vigorously in 40 ml of 2N NaOH for 18 hours at reflux, after which the mixture is added 0 "C with 50 ml conc. Acidified hydrochloric acid. After 5 hours of stirring at reflux, the mixture is cooled and extracted with tetrahydrofuran / toluene (volume ratio 1: 3).
The extracts are dried over sodium sulfate and evaporated. The residue is refluxed with 10 mmol acetic anhydride in toluene and the solution is filtered and concentrated. After recrystallization from hot n-hexane, 1.68 g (64% of theory Th. ) the above anhydride; M.p. 116-7 C.
Analysis for C28H27F17O352 (molecular weight 798.608): calculated
C 42.11% H 3.40% F 40.44% S 8.03% found
C 42.36% H 3.36% F 40.91% S 8.12%.
The 3-n-decylthio-5-n-C8 F17 (CH2) 2-thiophthalic acid-N-methylimide is prepared as follows:
13.07 g (34.6 mmol) of 3-n-decylthio-5-nitrophthalic acid N-methylimide, 18.35 g (38.2 mmol) of n-C8Fl7 (CH2) 2-SH, 14.3 g of ground, anhydrous Potassium carbonate and 450 ml of N, N-dimethylformamide are stirred at 25 ° C. for 18 hours, and the reaction mixture is evaporated. The residue is taken up in methylene chloride / dilute hydrochloric acid. The organic phase is washed with saturated NaCl solution, dried over sodium sulfate and evaporated. After recrystallization from toluene, 25.04 g (89% of theory Th. ) of the above imide from mp.
117-8 "C.
Analysis for C29H30F17NO2S2 (molecular weight 811.65): calculated
C 42.91% H 3.73% N 1.73% S 7.90% F 39.79% found
C 42.44% H 3.53% N 1.73% S 8.08% F 40.52%.
The 3-n-decylthio-5-nitrophthalic acid-N-methylimide is prepared as follows:
20 g (79.6 mmol) of 3,5-dinitrophthalic acid-N-methylimide (prepared according to Example 1) and 21 g (107 mmol) of sodium n-dodecyl mercaptide are stirred for 2 hours at 40 ° C. in 100 ml of ethyl acetate. After evaporation, the residue is extracted into methylene chloride / dilute hydrochloric acid, and the organic phase is washed with saturated NaCl solution, dried over sodium sulfate and evaporated. After recrystallization from methanol / diethyl ether, 23.24 g (77% of theory Th. ) of the above imide (yellow product) of mp. 85-86 "C.
Analysis for ClgH26N204S (molecular weight 378.49): calculated
C 60.29% H 6.92% N 7.40% S 8.47% found
C 60.28% H 6.71% N 7.39% S 8.19%.
Example 5:
5-nitro-3-phenylthiophthalic acid a) 160 g (0.41 mol) of 5-nitro-3-phenylthiophthalic acid-N-p-toluylimide are kept under reflux in 1590 ml of 20% sodium hydroxide solution with stirring overnight. The mixture is concentrated under good cooling with conc. Acidified hydrochloric acid (10-15 C), the amic acid is filtered off and concentrated with 1070 ml. Hydrochloric acid stirred at reflux for 3 hours. After cooling, the mixture is filtered off, the residue is stirred in 650 ml of 5% Na2CO3 solution, filtered and the filtrate is acidified. After cooling, filtering off and drying in vacuo over phosphorus pentoxide, 116.2 g (89% of theory) are obtained. Th. ) 5-nitro-3-phenylthiophthalic acid; M.p.
183-5 "C.
b) 3.0 g (10 mmol) of 5-nitro-3-phenylthiophthalimide are held in 30 ml of 1N sodium hydroxide solution for 8 hours under reflux, cooled, with 3 ml of conc. Acidified hydrochloric acid, extracted with tetrahydrofuran / toluene, washed with saturated NaCl solution, dried over sodium sulfate and evaporated. After drying, 3.13 g (98% of theory Th. ) 5-nitro-3-phenylthiophthalic acid; M.p.
182-4 "C.
Analysis for Cl4HgNO6S (molecular weight 319.29): calculated
C 52.67% H 2.84% N 4.39% S 10.04% found
C 52.90% H 3.20% N 4.30% S 9.80%.
The 5-nitro-3-phenylthiophthalimide is prepared as follows:
9.48 g (40 mmol) of 3,5-dinitrophthalimide are suspended in 150 ml of ethyl acetate, and 5.55 g (42 mmol) of sodium thiophenolate are added. After stirring for 18 hours at 25 "C, the reaction mixture is evaporated, taken up in a mixture of methylene chloride and ethyl acetate, and the organic phase is washed with saturated NaHCO3 and saturated NaC1 solution, dried over sodium sulfate and evaporated.
After recrystallization from methylene chloride / hexane, 10.54 g (88% of theory Th. ) 5-nitro-3-phenylthiophthalimide of mp. 207-209 "C.
Analysis for C14H8N204S (molecular weight 300.29): calculated
C 56.00% H 2.69% N 9.33% S 10.68% 0 21.31% found
C 55.49% H 2.88% N 9.56% S 10.45% 0 21.42%.
The 5-nitro-3-phenylthiophthalic acid-Np-toluylimide is prepared as follows: a) 820 mg (2.5 mmol) of 3,5-dinitrophthalic acid-Np-toluylimide [prepared according to Example 2], 0.33 g (3 mmol ) Thiophenol and 29 mg (0.125 mmol; 5 wt. -%) Benzyltri äthylammoniumchlorid are dissolved in 15 ml of CH2CI2, whereupon a solution of 0.492 g (6 mmol) of anhydrous sodium acetate in 4 ml of water is added. After 20 minutes of vigorous stirring at 25 ° C., the mixture is diluted with water, adjusted to pH 9-10, and the organic phase is separated off, washed with 2N NaOH, dried over sodium sulfate and evaporated. After recrystallization from toluene, 930 mg (95% of theory Th. ) 5-nitro-3-phenylthiophthalic acid-N-p-toluylimide of mp. 207-209 C.
b) 49 g (0.15 mol) of 3,5-dinitrophthalic acid-N-p-toluylimide are placed in 500 ml of dimethyl sulfoxide. While cooling gently, 22.5 g (0.204 mol) of thiophenol are added dropwise at 22-23 ° C. over the course of 10 minutes, resulting in nitrous gases. After 30 minutes at 25 ° C., the mixture is kept at 45 ° C. for 4 hours, poured onto one liter of ice water, and the precipitate is filtered off, washed with water and dried. After recrystallization from toluene, 52.5 g (90% of theory) are obtained. Th. ) 5-nitro-3-phenylthiophthalic acid-N-p-toluylimide of mp. 208-9 "C.
Analysis for C2lHl4N204S (molecular weight 390.40): calculated
C 64.61% H 3.62% N 7.18% S 8.21% found
C 64.30% H 3.81% N 7.32% S 8.45%.
Example 6:
5-nitro-3-phenylthiophthalic anhydride a) 4.3 g (13.5 mmol) 5-nitro-3-phenylthiophthalic acid [prepared according to Example 5] are mixed with 4.1 g (40.2 mmol) acetic anhydride in 100 ml toluene 1 Held at reflux for one hour. After evaporation and recrystallization from methylene chloride / n-pentane, 3.97 g (98% of theory) are obtained. Th. ) 5 nitro-3-phenylthiophthalic anhydride; M.p. 167-169 "C.
b) 5 g (21 mmol) of 3,5-dinitrophthalic anhydride are dissolved in 17 ml of tetrahydrofuran; then 2.78 g (25.2 mmol) of thiophenol and 4.3 g (42 mmol) of acetic anhydride are added. This solution is added dropwise with vigorous stirring to a mixture of 22.4 g of 30% sodium hydroxide solution, 47.8 mg (0.21 mmol) of benzyltriethylammonium chloride and 100 ml of methylene chloride.
After stirring for 2 hours, the mixture is diluted with water. Neutral impurities are extracted with methylene chloride, then the aqueous phase is acidified, extracted with methylene chloride, and the extracts are dried over sodium sulfate and evaporated. The residue is heated with acetic anhydride and toluene and, after evaporation and recrystallization from methylene chloride / n-pentane, gives 2.57 g (41% of theory Th. ) 5-nitro-3-phenylthiophthalic anhydride; M.p. 167-169 C.
Analysis for Cl4H7NOsS (molecular weight 301.27): calculated
C 55.82% H 2.34% N 4.65% S 10.64% found
C 55.8% H 2.4% N 4.7% S 10.5%.
Example 7: 3- (3,4-dichlorophenylthio) -5-nitrophthalic anhydride
18.84 g (75 mmol) of 3,5-dinitrophthalic acid-N-methylimide [prepared according to Example 1] are placed in 250 ml of ethyl acetate and mixed with 30.4 g (220 mmol) of ground, anhydrous potassium carbonate, whereupon 14 g (78 mmol) of 3,4-dichlorothiophenol was added dropwise. After adding 95 ml of tetrahydrofuran, the mixture is stirred overnight and then evaporated to dryness. The residue is refluxed with 100 ml of water overnight, the mixture is extracted with petroleum ether at 25 C and filtered, and the aqueous filtrate is acidified with 300 ml of 2N HCl and heated to reflux. After 2.5 hours, the mixture is cooled, extracted with tetrahydrofuran / toluene, washed with saturated NaCl solution, dried over sodium sulfate and evaporated.
The residue is heated to reflux with 100 ml of toluene and 7.66 g (75 mmol) of acetic anhydride and, after cooling, evaporated. After recrystallization from methylene chloride / n-pentane, 22.2 g (80% of theory Th. ) 3- (3,4-dichlorophenylthio) -5-nitrophthalic anhydride; M.p. 154-7 C.
Analysis for C1 4Hs Cl2NO5S (molecular weight 370.16): calculated C 45.43% H 1.36% N 3.78% found C 45.39% H 1.28% N 3.93%.
Example 8:
3- (p-methylphenylthio) -5-nitrophthalic anhydride
46.05 g (0.180 mol) of 3,5-dinitrophthalic acid are refluxed with 26 g (0.25 mol) of acetic anhydride in 210 ml of toluene for one hour. The mixture is filtered hot and the filtrate is evaporated. The residue is dissolved together with 27.4 g (0.221 mol) of p-thiocresol and 34.7 g (0.34 mol) of acetic anhydride in 4.6 liters of methylene chloride at reflux. This solution is added dropwise with vigorous stirring at 20-27 "C to a solution of 1.9 g (8.5 mmol) of benzyltriethylammonium chloride in 190.4 g of 50% potassium hydroxide solution (1.7 mol). After the dropping (135 minutes), the mixture is stirred for 90 minutes and cooled with conc. Acidified hydrochloric acid.
The mixture is converted into two clear phases with the addition of water and acetone; the organic phase is separated off, dried over sodium sulfate and evaporated. The residue is refluxed with 36.7 g acetic anhydride in 200 ml toluene, filtered hot, and the filtrate is evaporated. The above reaction is repeated with the residue using 21.8 g (0.214 mol) acetic anhydride, 19.9 g (0.161 mol) p-thiocresol, 2.4 g benzyltriethylammonium chloride and 285 g 30% NaOH solution. After stirring, the mixture is acidified, the organic phase is separated off, dried over sodium sulfate and evaporated. The residue is converted into the anhydride with 52.1 g of acetic anhydride and 250 ml of toluene. After recrystallization from methylene chloride-pentane, 20.83 g (39% of theory Th. ) 3- (p-methylphenylthio) -5-nitrophthalic anhydride; M.p.
180-2 "C.
Analysis for C15H0NO55 (molecular weight 315.30): calculated
C 57.14% H 2.88% N 4.44% S 10.17% found
C 57.3% H 3.0% N 4.5% S 10.1%.
Example 9:
3- (p-methoxyphenylthio) -5-nitrophthalic anhydride
12.17 g (51.1 mmol) of 3,5-dinitrophthalic anhydride are dissolved in 1350 ml of methylene chloride, after which 10.7 g (76.6 mmol) of 4-methoxythiophenol and 10.2 g (100 mmol) of acetic anhydride are added. This solution is added dropwise with vigorous stirring at 2> 24 C to a mixture of 1.2 g of benzyltriethylammonium chloride, 68.6 g of 33% KOH solution (408 mmol) and 50 ml of methylene chloride.
After 2 hours it is acidified with hydrochloric acid, extracted with methylene chloride, dried over sodium sulfate and evaporated. The residue is refluxed with 5.3 g of acetic anhydride in 100 ml of toluene. The solution is filtered hot and the mother liquor is evaporated. The dark residue is boiled out several times with cyclohexane. After evaporation, 5.15 g (31% of theory Th. ) 3- (p-methoxyphenylthio) -5-nitrophthalic anhydride; M.p. 143-48 0C.
Analysis for CISH9NOsS (molecular weight 331.30): calculated
C 54.38% H 2.74% N 4.23% S 9.68% found
C 54.40% H 2.90% N 4.30% S 9.50%.
B) Examples of use
Example I:
Production of thioxanthone A) Production of thioxanthone a) 12.7 g (40.3 mmol) of 3- (p-methylphenylthio) -5-nitrophthalic anhydride and 16.1 g (121 mmol) of aluminum trichloride in 120 ml of 1.1, 2 , 2-tetrachloroethane slowly heated to 120 "C. After cooling, evaporate, stir in dilute hydrochloric acid, and the product is filtered off and dried. After recrystallization from isopropanol, 7.37 g (58% of theory Th. ) 7-methyl-3-nitrothioxanthone-l-carboxylic acid; M.p. > 250 "C.
b) 3.2 g (10.15 mmol) of 7-methyl-3-nitrothioxanthone-1-carboxylic acid are kept under reflux with 20 ml of oxalyl chloride for 5 hours. After evaporation, 20 ml of n-butanol are added dropwise with ice cooling, and the mixture is heated under reflux for 30 minutes. After concentration from toluene / cyclohexane, 2.7 g (72% of theory Th. ) 7-methyl-3-nitrothioxanthone-1-carboxylic acid n-butyl ester; M.p. 164-7 C.
c) 1 g (3.17 mmol) of 7-methyl-3-nitrothioxanthone-1-carboxylic acid is suspended in 15 ml of methylene chloride.
Then 2 drops of pyridine are added and 0.56 g (4.76 mmol) of thionyl chloride are added dropwise. After 2 hours at reflux, the clear solution is concentrated and 5 ml of benzene are added. A solution of 0.7 g (951 mmol) of n-butylamine in benzene is then added dropwise. After stirring for 30 minutes at 25 ° C., the mixture is concentrated, the residue is taken up in methylene chloride / water, and the organic phase is dried over sodium sulfate and evaporated.
After recrystallization from methylene chloride / n-pentane, 0.68 g of 7-methyl-3-nitrothioxanthone-1-carboxylic acid-N-n-butylamide (58% of theory Th. ); M.p. > 250 "C.
Example II a) Preparation of Polymers
Polymers with the following structure and composition are produced:
EMI9. 1
m = 0.8 m + n.
n = 0.2 m + n
465.5 g (1.963 mol) of dimethylmaleinimidyl-ss- (methacryloyl-oxy) ethyl ester [prepared according to German Offenlegungsschrift 2,626,769] together with 49.15 g (0.49 mol) of ethyl acrylate under nitrogen in 960 ml of l- Acetoxy-2-ethoxyethane dissolved. A solution of 3.86 g of azoisobutyronitrile in 25 ml of 1-acetoxy-2-ethoxyethane is run in at 80 ° C. under a nitrogen atmosphere and the mixture is then polymerized for 6 hours. The still hot solution is stabilized with 2.57 g of 2,6-di-tert-butyl-p-cresol.
The average molecular weight of the polymers thus obtained (determined by scattered light measurement in CHCl3) and their intrinsic viscosity nlimit: average. limit
Molecular weight (scattered light measurement in CHCI3) dl / g (CHCl3) polymer no. 1 3 x 106 0.8 20 "C polymer no. 2 4.36 x 105 0.29 20 "C b) Creation of images
To each 10 g of the polymer solutions described above in 1 acetoxy-2-ethoxyethane, diluted with N, N-dimethylformamide, the amounts of sensitizer given in Tables I and II below are added, the amount (concentration) being based on the solids content.
The polymer solutions with the dissolved sensitizer are applied by spin-coating (500 revolutions / minute for 1 minute) onto copper-clad epoxy plates in such a way that, after drying (15 minutes at 80 ° C.), a 1-3 liter thick polymer layer is formed on the copper. The coated plates are exposed through a negative template (step wedge: Stouffer 21-Step Sensitivity Guide) with a 400 watt high-pressure mercury lamp at a distance of 55 cm from the vacuum table. Vacuum table with upstream Pyrex glass filter of 8 mm thickness; For exposure times, see Tables I and II).
After the exposure, the image is developed in a l, l, l trichloroethane bath for 2 minutes, the uncrosslinked portions being removed. The resulting relief image of the step wedge shown is made visible by etching the bare copper parts with a 50% FeCl3 solution. In Tables I and II below, S means relative sensitivity. It is a factor that specifies by how much longer or shorter than 3 minutes the exposure has to be carried out in order to image level 7 (optical density of the step wedge = 1). The following relationship applies:
EMI9. 2nd
where X is the level actually shown after 3 minutes of exposure.
The determination of Srel is based on that of W. S. De Forest (Photoresist, Mc Graw Hill Book Company, New York, 1975, pages 1 13ff) described method for determining photosensitivity. Table I: Polymer 1, exposed to a 400 watt high pressure mercury lamp
EMI10. 1
<tb> sensitizer <SEP> photosensitivity
<tb> <SEP> concentration <SEP> last one <SEP> pictured <SEP> level <SEP> after
<tb> <SEP> Xmax. <SEP> Emax.
<SEP>% by weight <SEP> mol% <SEP> 10 " <SEP> 30 " <SEP> 1 ' <SEP> 3 ' <SEP> 6 ' <SEP> S,
<tb> 0 <SEP> N <SEP>. \ <SEP>, R,
<tb> <SEP> 1 <SEP> II <SEP> o <SEP> 410 <SEP> 3000 <SEP> 1.41 <SEP> 0.005 <SEP> 3 <SEP> 5 <SEP> 7 <SEP> 11 <SEP> 4.0
<tb> <SEP> \\
<tb> <SEP> (r <SEP> ei2) 3
<tb> <SEP> 23
<tb> <SEP> cfl
<tb> <SEP> 3
<tb> H3C (CH2) <SEP> v <SEP> \ <SEP> / <SEP> \
<tb> <SEP>! <SEP> II <SEP> <SEP> 335 <SEP> 7300 <SEP> 3.99 <SEP> 0.005 <SEP> 6 <SEP> 9 <SEP> 11 <SEP> 13 <SEP> 4.0
<tb> <SEP> \\ / <SEP> \ / <SEP> 275 <SEP> 18800
<tb> <SEP> F17C8 <SEP> (CH2) <SEP> 2µ
<tb> F17C8- <SEP> (CH2) <SEP> -S <SEP>> <SEP> 380 <SEP> 4100 <SEP> 3.99 <SEP> 0.005 <SEP> 4 <SEP> 6 <SEP> 8 <SEP> 12 <SEP> 5.66
<tb> 2 <SEP> \ // <SEP> 380 <SEP> 4100 <SEP> 3.99 <SEP> 0.005 <SEP> 4
<tb> <SEP>; no
<tb> <SEP> \\ / <SEP> \ /
<tb> <SEP> (& 2) <SEP> 9-CH3
<tb> Table II:
Polymer 2, exposed with 400 watt high pressure mercury lamp
EMI10.2
<tb> sensitizer <SEP> sensitizer <SEP> photosensitivity <SEP> last one
<tb> <SEP> concentration <SEP> pictured <SEP> level <SEP> after
<tb> <SEP> hmax. <SEP> Emax. <SEP>% by weight <SEP> mol% <SEP> 1 ' <SEP> 3 ' <SEP> 6 ' <SEP> 12 ' <SEP> 5 ,,
<tb> H <SEP> C, <SEP> 9 <SEP> \\ 00H <SEP> 420 <SEP> 4000 <SEP> 1.58 <SEP> 0.005 <SEP> 3 <SEP> 6 <SEP> 8 <SEP> 0.71
<tb> <SEP> 420 <SEP> 420
<tb> <SEP> I <SEP> II <SEP> II <SEP>
<tb> <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 2
<tb> R <SEP> 2 <SEP> i - <SEP> (C112) <SEP> 3CH3
<tb> <SEP> 3 <SEP> \ o / 0 \ o / <SEP> tv <SEP> t <SEP> 420 <SEP> 4150 <SEP> 1.86 <SEP> 0.005 <SEP> 4 <SEP> 8 <SEP> 10 <SEP> 1.41
<tb> <SEP> II <SEP> II
<tb> <SEP> \ s <SEP> \
<tb> <SEP> N02
<tb>