CN101346663A - 光致变色的2h-萘并吡喃 - Google Patents

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Abstract

描述的是光致变色2H－萘并[1，2－b]吡喃，其特征为：在7位和8位具有两个相邻的中等至强电子供体取代基，在5位具有中等至强吸电子取代基，和在2位具有是弱电子供体的取代基和是弱至中等电子供体的另一个取代基。任选的取代基位于6位，并且每个位置可以具有能够使该光致变色材料与母体聚合物更相容的反应性取代基。在萘并吡喃上进行以上提到的取代基的选择和布置，以在光致变色性能试验中显示小于490纳米的λmax。取代基的选择和布置也能够平衡光致变色性能，例如在光致变色性能试验中所测定的强度。还描述的是含有或涂有这种萘并吡喃或萘并吡喃与互补性光致变色化合物的组合的聚合的有机母体材料，以生产光致变色制品例如眼用镜片。

Description

光致变色的2H-萘并吡喃
发明背景
[0001]本公开的各种非限制性实施方案涉及包含2H-萘并[1，2-b]吡喃的光致变色材料。本公开的其它非限制性实施方案涉及光致变色制品、组合物和制造光致变色制品的方法，其中光致变色制品和组合物包含本文描述的光致变色材料。
[0002]许多常规光致变色材料，例如萘并吡喃，在对于电磁辐射吸收的响应中，可以从一种状态转化为另一种状态。例如，在对于某些波长的电磁辐射(或“光化辐射”)的吸收的响应中，许多常规光致变色材料能够在第一“透明的”或“去色的(bleached)”基态和第二“着色的”激活态之间转化。本文使用的术语“光化辐射”是指能够引起光致变色材料从一种形态或状态转化为另一种形态或状态的电磁辐射。然后，在没有光化辐射的情况下，光致变色材料在对于热能的响应中可以回复到透明的基态。
[0003]含有两种或多种光致变色材料的光致变色制品和组合物，例如眼睛佩带的光致变色镜，通常显示透明状态和与它们所含的光致变色材料对应的着色状态。由此，例如，当接触光化辐射(例如在阳光中的某些波长)时，含有黄色和蓝色光致变色材料的眼镜可以从透明状态转化为灰色状态，并在没有这种辐射的情况下，可以回复到透明的状态。
[0004]当在光致变色制品和组合物中使用时，一般通过渗入、共混和/或键合的方式之一将常规光致变色材料结合进母体聚合物基质中。例如，一种或多种光致变色材料可以与聚合材料或其前体混合，然后，光致变色组合物可以形成到光致变色制品中，或者，可以将光致变色组合物以薄膜或层的形式涂覆在光学元件的表面上。本文使用的术语“光致变色组合物”是指与一种或多种其它物质(其可以是或可以不是光致变色材料)组合的光致变色材料。或者，光致变色材料可以渗入预先形成的制品或涂层中。
[0005]在一些情形中，可能希望控制光致变色材料在激活态的波长。在其它情形中，也可能希望控制激活的光致变色材料的强度。还可能希望改进这种光致变色材料与它所引入的母体聚合物的相容性。可以进行这种激活态性能的改进，例如，以与互补的光致变色材料的相同性能相匹配。可以改进光致变色材料的相容性，以便这种化合物能够与亲水性或疏水性的涂料组合物、薄膜一起在各种应用中、或在刚性至柔韧性的塑料基质中使用。
[0006]因此，对于各种应用，可能有利的是开发具有合意的激活波长的光致变色材料。开发具有合意强度的这种光致变色材料也可能是有益的。还可能有利的是，开发带有反应性取代基的这些光致变色材料，所述反应性取代基可使光致变色材料引入到多种母体聚合物中。
发明概述
[0007]本文公开的各种非限制性实施方案涉及光致变色材料。在一个非限制性实施方案中，该光致变色材料是由以下结构式I表示的2H-萘并[1，2-b]吡喃，其中数字1-10确定环原子：
其中：
(a)R1是中等至强吸电子基团；
(b)R2是氢，吸电子基团或供电子基团；
(c)R3和R4各自是中等至强供电子基团；和
(d)B是弱供电子基团，和B′是弱至中等供电子基团，条件是，所述萘并吡喃在本文实施例7所描述的光致变色性能试验中显示小于490纳米(nm)的λmax-vis。
[0008]另一个非限制性实施方案涉及光致变色制品，其结合有基材和光致变色量的、按照本文所公开的各种非限制性实施方案的结构式I的萘并吡喃。
发明详述
[0009]说明书和所附的权利要求中使用的冠词“一个”和“该”包括多个对象，除非地明确地和不含糊地限于一个对象。
[0010]另外，出于该说明书的目的，除非另有陈述，说明书中所使用的表示组分用量、反应条件及其它性能或参数的所有数字，应理解为在所有情况下用术语“约”来修饰。因此，除非另有陈述，应该理解的是，在下面说明书和所附的权利要求中列出的数值参数是近似值。退一步讲，不打算将等同原则的应用限制到权利要求的范围内，应该按照报道的有效数字位数和应用通常的舍入技术来理解数值参数。
[0011]本文所有的数值范围包括列举的数值范围之内的所有数值的所有数值和所有数值范围。尽管陈述本发明的宽范围的数值范围和参数是近似值，但尽可能精确地报道具体实施例中列出的数值。然而，任何数值固有地含有由其各自的测试测量中存在的标准偏差所导致的某些误差。
[0012]本文使用的术语“光致变色”是指对于至少可见辐射具有吸收光谱，该吸收光谱响应于至少光化辐射的吸收产生变化。而且，本文使用的术语“光致变色材料”是指适合于显示光致变色性能的任何物质，即适合对于至少可见辐射具有吸收光谱，该吸收光谱响应至少光化辐射的吸收产生变化)。
[0013]本发明公开了何种类型的取代基和其可以置于萘并吡喃上的何种位置，以便控制由这些2H-萘并[1，2-b]吡喃在可见光谱中所显示的波长。出乎意料地发现，选择取代基的位置可以影响激活的光致变色材料的强度。在一个非限制性实施方案中，这些光致变色化合物显示了小于490nm的λmax-vis。在另一个非限制性实施方案中，本发明的光致变色萘并吡喃比类似的萘并吡喃显示更高的强度，所述类似的萘并吡喃不含本文所要求保护的供电子取代基和吸电子取代基的组合。在或不在更高的饱和光密度(Optical Density @ Saturation)水平下，按照更高灵敏度水平测定，强度更高。接触光化辐射时，光致变色材料的强度可以以敏感度和饱和光密度的形式来测量，其中敏感度与光致变色材料激活和变色有多快有关，和饱和光密度测量的是在例如本文实施例7所描述的光致变色性能试验中所规定的标准条件下光致变色材料如何变色。
[0014]由结构式I表示的这种2H-萘并[1，2-b]吡喃，其特征为：在7位和8位具有两个相邻的中等至强电子供体取代基，在5位具有中等至强吸电子取代基，和在2位具有是弱电子供体的一个取代基和是弱至中等电子供体的另一个取代基。本发明的化合物在6位也具有任选的取代基。相同位置也可以被反应性基团取代，所述反应性基团具有与前述供电子取代基和吸电子类型的取代基相应的电子性质，所述反应性基团能够使光致变色材料与母体聚合物更相容。
[0015]在一个非限制性实施方案中，供电子取代基与吸电子取代基的前述组合增强了与所得到的激活的光致变色萘并吡喃的强度有关的性能，所述激活的光致变色萘并吡喃在本文实施例7所描述的光致变色性能试验中显示了小于490纳米的λmax-vis。在另一个非限制性实施方案中，本发明的萘并吡喃显示了与小于490nm的λmax-vis相应的单一吸收谱带。与不具有所要求保护的供电子取代基和吸电子取代基的组合的类似的萘并吡喃相比，具有增强的强度并显示颜色例如橙色、黄色和黄绿色的这种光致变色化合物，理想地与互补的蓝色光致变色材料一起使用，以产生更合意的中性的激活色彩，例如灰色和褐色。
[0016]在另一个非限制性实施方案中，由灵敏度测定的强度水平为0.50-1.00，和饱和光密度为0.50-2.00。在进一步的非限制性实施方案中，灵敏度水平为0.55-0.75和饱和光密度水平为0.59-1.5。
[0017]在进一步的非限制性实施方案中，本发明的光致变色化合物显示了本文实施例7所描述的合意的褪色半衰期(“T1/2”)。在一个非限制性实施方案中，T1/2小于200秒。在另一个非限制性实施方案中，T1/2为60-170秒。在进一步的非限制性实施方案中，T1/2为70-150秒。在更进一步的非限制性实施方案中，T1/2为70-100秒。
[0018]用作潜在的取代基的供电子基团的相对强度，常常利用Hammett Sigma值(具体地说，σp值)来描述。各种取代基的σp常数的列表可以在下列中得到：Exploring QSAR，Hydrophobic，Electronic， and Steric Constants(探索QSAR，疏水性、电子和立体常数)C.Hansch，A.Leo，和D.Hoekman，编辑，由华盛顿特区的美国化学协会出版，1995，本文引入其公开内容作为参考。可以在7-和8-位使用的、具有-1.0至-0.5之间的Hammett σp值的本文定义的强电子供体的实例，包括氨基、单烷基氨基、二烷基氨基、吗啉代和哌啶子基。可以在7-和8-位使用的、具有-0.49至-0.20之间σp值的本文定义的中等电子供体的实例，包括乙氧基、甲氧基和对氨基苯基。可以在萘并吡喃的吡喃并部分的两个2-位之一使用的这种中等电子供体的实例，包括在对位被基团例如乙氧基、甲氧基或对氨基苯基取代的芳基。可以在萘并吡喃的吡喃并部分的两个2-位使用的、具有-0.01至-0.19之间的Hammett σp值的本文定义的弱电子供体的实例，包括芳基，所述芳基包括苯基和萘基和甲苯基。具有大于0.40例如从0.41至1.00的Hammett σp值的本文定义的中等至强吸电子基团的实例，包括羧基、酯例如-COOY和醛例如-C(O)H。所有前述供电子基团或吸电子基团可以在6-位用作任选的取代基。
[0019]正如以上讨论的，按照本文公开的各种非限制性实施方案的光致变色材料，可以包含反应性取代基。反应性取代基的详细描述公开在2005年4月8日提交的专利申请序列号11/102280中的段落[0008]至[0012]和[0017]至[0072]，本文引入其公开内容作为参考。根据基团R1、R2、R3、R4、B和/或B′的供电子或吸电子性能，对本发明的反应性取代基加以选择。
[0020]本文使用的术语“反应性取代基”是指原子的排列，其中该排列的一部分包含反应性结构部分或其残基。按照本文公开的各种非限制性实施方案，反应性取代基进一步包含将反应性结构部分连接至光致变色萘并吡喃的连接基团。本文使用的术语“结构部分”是指具有特征性化学性质的有机分子的局部或部分。本文使用的术语“反应性结构部分”是指有机分子的局部或部分，其可以与聚合反应中的中间体反应、或与其所引入的聚合物反应以形成一个或多个键。本文使用的短语“聚合反应中的中间体”是指两种或多种主体单体单元的任何组合，所述主体单体单元能够发生反应以与额外的主体单体单元反应形成一个或多个键，以继续聚合反应，或者，与光致变色材料上的反应性取代基的反应性结构部分进行反应。例如，在一个非限制性实施方案中，所述反应性结构部分可以在聚合反应中作为共聚-单体来反应。或者，但本文不做限制，所述反应性结构部分可以作为亲核试剂或亲电试剂与所述中间体反应。本文使用的术语“主体单体或低聚物”是指本公开的光致变色材料可以引入的单体或低聚材料。本文使用的术语“低聚物”或“低聚材料”是指能够与其它单体单元反应的两种或更多种单体单元的组合。本文使用的术语“连接基团”是指将所述反应性结构部分连接至光致变色萘并吡喃的一个或多个基团或原子的链。本文使用的术语“反应性结构部分的残基”是指反应性结构部分在聚合反应中与保护基团或中间体反应之后残留的部分。本文使用的术语“保护基团”是指与反应性结构部分键合的可去除的原子基团，其可以防止反应性结构部分参与反应，直到除去该基团为止。
[0021]在一个非限制性实施方案中，所述反应性结构部分包括可聚合的结构部分。本文使用的术语“可聚合的结构部分”是指可以以共聚单体形式参与主体单体或低聚物的聚合反应的有机分子的局部或部分。在另一个非限制性实施方案中，所述反应性结构部分包括：可以与聚合反应中的中间体或母体聚合物上的亲电结构部分反应成键的亲核结构部分。或者，在另一个非限制性实施方案中，所述反应性结构部分包括：可以与聚合反应中的中间体或母体聚合物上的亲核结构部分反应成键的亲电结构部分。本文使用的术语“亲核结构部分”是指富电子的原子或原子团。本文使用的术语“亲电结构部分”是指贫电子的原子或原子团。本领域技术人员能够理解，亲核结构部分可以与亲电结构部分反应，例如在它们之间形成共价键。
[0022]正如以上的讨论，在一个非限制性实施方案中，所述光致变色材料包含由结构式I表示的光致变色萘并吡喃，和与光致变色萘并吡喃键合的反应性取代基。例如，按照本文公开的各种非限制性实施方案，通过用反应性取代基来取代光致变色萘并吡喃的萘并部分的环之一上的氢，可使反应性取代基与光致变色萘并吡喃键合。或者或另外，通过用反应性取代基来取代光致变色萘并吡喃的B′基团上的氢，可使反应性取代基与光致变色萘并吡喃键合。与本发明的萘并吡喃键合的反应性取代基的数目变化范围很大。在一个非限制性实施方案中，有6个或更少的反应性取代基与萘并吡喃键合；在另一个非限制性实施方案中，有4个或少于4个；在进一步非限制性实施方案中，有一或两个反应性取代基。
[0023]按照本文所包括的条件，所述反应性取代基可以以R1、R2、R3、R4、B和B′中的至少一个的形式存在，包括由下列之一独立表示的基团R：
-A-D-E-G-J；
-A-G-E-G-J；
-A-D-G-J；
-A-G-J和
-A-D-J。
[0024]按照本发明的各种非限制性实施方案，每个-A-的结构的非限制性实例包括：-C(O)-和-CH2-。
[0025]按照本发明的各种非限制性实施方案，每个-D-的结构的非限制性实例包括：二胺残基或其衍生物，其中所述二胺残基的第一个胺氮与-A-成键，和所述二胺残基的第二个胺氮与-E-、-G-或-J成键；或氨基醇残基或其衍生物，其中所述氨基醇残基的胺氮与-A-成键，和所述氨基醇残基的醇氧与-E-、-G-或-J成键；或所述氨基醇残基的所述胺氮与-E-、-G-或-J成键，和所述氨基醇残基的所述醇氧与-A-成键。
[0026]当-D-是二胺残基时，二胺残基的非限制性实例包括脂族二胺残基，环脂族二胺残基，二氮杂环烷残基，氮杂环脂族胺残基，二氮杂冠醚残基和芳族二胺残基。
[0027]当-D-是氨基醇残基时，氨基醇残基的非限制性实例包括脂族氨基醇残基，环脂族氨基醇残基，氮杂环脂族醇残基，二氮杂环脂族醇残基和芳族氨基醇残基。
[0028]按照本发明的各种非限制性实施方案，每个-E-的结构的非限制性实例包括：二羧酸残基或其衍生物，其中所述二羧酸残基的第一个羰基与-G-或-D-成键，和所述二羧酸残基的第二个羰基与-G成键。当-E-是二羧酸残基时，二羧酸残基的非限制性实例包括：脂族二羧酸残基，环脂族二羧酸残基和芳族二羧酸残基。
[0029]按照本公开的各种非限制性实施方案，-G-的结构的非限制性实例包括聚烷撑二醇残基和多元醇残基和它们的衍生物。当-G-是多元醇残基时，所述多元醇残基的第一个多元醇氧与-A-、-D-或-E-成键，和所述多元醇残基的第二个多元醇氧与-E-或-J成键。合适的聚烷撑二醇残基的非限制性实例包括结构：-[(OC2H4)x(OC3H6)y(OC4H8)z]-O-，其中x、y和z各自独立地是0和50之间的数字，x、y和z的和在1至50的范围。合适的多元醇残基的非限制性实例包括脂族多元醇残基、环脂族多元醇残基和芳族多元醇残基。
[0030]在本公开的各种非限制性实施方案中，-J是包含反应性结构部分或其残基的基团；或-J是氢，条件是，如果-J是氢，则-J与基团-D-或-G-的氧键合，形成反应性结构部分。合适的-J基团的非限制性实例包括丙烯酰基，巴豆基，甲基丙烯酰基，2-(甲基丙烯酰氧基)乙基氨基甲酰基，2-(甲基丙烯酰氧基)乙氧基羰基，4-乙烯基苯基，乙烯基，1-氯代乙烯基和环氧基。
[0031]取代基R1包括反应性取代基，条件是，R1是基团-C(O)OR；或R1是基团R，条件是，-A-是-C(O)-和-D-是氨基醇残基，其中所述氨基醇残基的胺氮与-E-、-G-或-J成键；和所述氨基醇残基的醇氧与-A-成键。
[0032]取代基R2包括反应性取代基，条件是，R2是基团-OR；或R2包括由下列之一独立表示的基团T：
-G-E-G-J；
-D-E-G-J；
-D-G-J；
-G-J和
-D-J；
其中-E-、-G-和-J与上文定义相同，和-D-是氨基醇，其中所述氨基醇残基的胺氮与-E-、-G-或-J成键。
[0033]取代基R3和/或R4包括反应性取代基，条件是，R3和/或R4各自是基团-OR、-SR、-N(R)H或-N(R)R，条件是，-A-是-CH2-。
[0034]取代基B和/或B′包括反应性取代基，条件是，B和/或B′是取代的芳基或取代的杂芳族基团，和所述芳基或杂芳族基团的取代基是基团R或基团T。
[0035]在一个非限制性实施方案中，取代基R1是基团-C(O)H或-C(O)OY，其中，Y是氢，基团-CH(R5)Z；其中Z是-CN，-CF3，卤素或-C(O)R6；R5是氢或C1-C6烷基；R6是氢，C1-C6烷基或C1-C6烷氧基；或Y是基团-R7；R7是C1-C6烷基，烯丙基，苯基(C1-C3)烷基，单(C1-C6)烷基取代的苯基(C1-C3)烷基，单(C1-C6)烷氧基取代的苯基(C1-C3)烷基，(C1-C6)烷氧基(C2-C4)烷基，C1-C6卤代烷基或未取代的、单或二-取代的芳基，每个所述芳基取代基是卤素，C1-C6烷基或C1-C6烷氧基。芳基包括但不局限于苯基、萘基、芴基、蒽基和菲基。在另一个非限制性实施方案中，芳基包括苯基和萘基。卤素或卤代包括但不局限于氟(氟代)，氯(氯代)，溴(溴代)和碘(碘代)。在另一个非限制性实施方案中，卤素包括氟、氯和溴。
[0036]在另一个非限制性实施方案中，取代基R1是基团-C(O)Y，其中，Y是氢，羟基，基团-OCH(R5)Z或-OR7；Z是-CN或-C(O)R6；R5是氢或C1-C4烷基；R6是氢，C1-C4烷基或C1-C4烷氧基；R7是C1-C4烷基，烯丙基，苯基(C1-C2)烷基，单(C1-C4)烷基取代的苯基(C1-C2)烷基，单(C1-C4)烷氧基取代的苯基(C1-C2)烷基，(C1-C4)烷氧基(C2-C3)烷基，C1-C3氯代烷基，C1-C3氟代烷基或未取代的、单或二-取代的苯基，每个所述苯基取代基是氯代、氟代、C1-C3烷基或C1-C3烷氧基。
[0037]在一个非限制性实施方案中，取代基R2是氢，C1-C6烷基，C1-C6烷氧基，未取代的、单或二-取代的芳基，氨基，单(C1-C6)烷基氨基，二(C1-C6)烷基氨基，苯基氨基，单或二-(C1-C6)烷基取代的苯基氨基，单或二-(C1-C6)烷氧基取代的苯基氨基，二苯基氨基，单或二-(C1-C6)烷基取代的二苯基氨基，单或二-(C1-C6)烷氧基取代的二苯基氨基，吗啉代，哌啶子基，二环己基氨基或吡咯烷基，所述芳基取代基是C1-C6烷基，C1-C6烷氧基，C3-C6环烷基，苄基，氨基，单(C1-C6)烷基氨基，二(C1-C6)烷基氨基，二环己基氨基，二苯基氨基，哌啶子基，吗啉代，吡咯烷基，吡啶基，卤代，苯基和萘基。
[0038]在另一个非限制性实施方案中，取代基R2是氢，C1-C4烷基，C1-C4烷氧基，未取代的、单或二-取代的苯基，氨基，单(C1-C4)烷基氨基，二(C1-C4)烷基氨基，吗啉代，哌啶子基，二环己基氨基或吡咯烷基，所述苯基取代基是C1-C4烷基，C1-C4烷氧基，C3-C5环烷基，苄基，氨基，单(C1-C6)烷基氨基，二(C1-C6)烷基氨基，哌啶子基，吗啉代，吡咯烷基，吡啶基，氯代，氟代，苯基或萘基。
[0039]在一个非限制性实施方案中，取代基R3是下列之一：
(i)基团-XR8，其中X是氧或硫；R8是氢，C1-C6烷基，未取代的、单和二-取代的芳基，苯基(C1-C3)烷基，单(C1-C6)烷基取代的苯基(C1-C3)烷基，单(C1-C6)烷氧基取代的苯基(C1-C3)烷基，C1-C6烷氧基(C2-C4)烷基，C3-C7环烷基，单(C1-C4)烷基取代的C3-C7环烷基，C1-C6卤代烷基，烯丙基；或R8是基团-CH(R9)Q，其中，R9是氢或C1-C3烷基，Q是-CN，-CF3或-COOR5，每个所述芳基取代基是C1-C6烷基或C1-C6烷氧基；
(ii)基团-N(R10)R10，其中每个R10独立地是R8，C1-C6烷芳基，或杂芳族基团呋喃基，苯并呋喃-2-基，苯并呋喃-3-基，噻吩基，苯并噻吩-2-基，苯并噻吩-3-基，二苯并呋喃基，二苯并噻吩基，苯并吡啶基和芴基；
(i)由以下结构式IIA表示的杂环：
Figure A20068004899000221
其中每个W独立地是基团-CH2-，-CH(R11)-，-C(R11)(R11)-，-CH(芳基)-，-C(芳基)2-，C(R11)(芳基)-，和K是基团-W-，-O-，-S-，-S(O)-，-S(O2)-，-NH-，-NR11-或-N-芳基-，其中R11是C1-C6烷基，m是整数1、2或3，和p是整数0、1、2或3，和当p是0时，K是W；或
(iv)由以下结构式IIB或IIC表示的基团：
Figure A20068004899000222
其中R12是C1-C6烷基，C1-C6烷氧基或卤代，R13、R14和R15每个是氢，C1-C5烷基，苯基或萘基，或基团R13和R14一起，形成包括环碳原子在内的5-8个碳原子的环。
[0040]在一个非限制性实施方案中，取代基R4与上文定义的R3相同。
[0041]在另一个非限制性实施方案中，取代基R3是：
(i)基团-XR8，其中X是氧；R8是氢，C1-C4烷基，未取代的、单和二-取代的苯基，苯基(C1-C2)烷基，单(C1-C4)烷基取代的苯基(C1-C2)烷基，单(C1-C4)烷氧基取代的苯基(C1-C2)烷基，C1-C4烷氧基(C2-C3)烷基，C3-C5环烷基，单(C1-C4)烷基取代的C3-C5环烷基，C1-C4氯代烷基，C1-C4氟代烷基，烯丙基；或R8是基团-CH(R9)Q，其中，R9是氢或C1-C2烷基，Q是-CN或-COOR5，每个所述苯基取代基是C1-C4烷基或C1-C4烷氧基；
(ii)基团-N(R10)R10，其中每个R10是R8；
(iii)由结构式IIA表示的杂环：其中每个W独立地是基团-CH2-，CH(R11)-，-C(R11)(R11)-，-CH(芳基)-，-C(芳基)2-，C(R11)(芳基)，和K是基团-W-，-O-，-NH-，-NR11-或-N-芳基-，其中R11是C1-C4烷基，m是整数1、2或3，p是整数0、1、2或3，和当p是0时，K是W。
[0042]在另一个非限制性实施方案中，取代基R4与上文定义的R3相同。
[0043]在一个非限制性实施方案中，取代基B是芳基或甲苯基。在另一个非限制性实施方案中，取代基B是苯基或甲苯基。
[0044]在一个非限制性实施方案中，取代基B′是下列之一：
(i)未取代的、单、二-，或三取代的芳基；或未取代的、单或二-取代的杂芳族基团，所述杂芳族基团是吡啶基，呋喃基，苯并呋喃-2-基，苯并呋喃-3-基，噻吩基，苯并噻吩-2-基，苯并噻吩-3-基，二苯并呋喃基，二苯并噻吩基，咔唑基，苯并吡啶基，二氢吲哚基或芴基，其中所述芳基和杂芳族取代基每个独立地是是：羟基，芳基，单(C1-C6)烷氧基芳基，二(C1-C6)烷氧基芳基，单(C1-C6)烷芳基，二(C1-C6)烷芳基，对氨基芳基，卤代芳基，C3-C7环烷基芳基，C3-C7环烷基，C3-C7环烷氧基，C3-C7环烷氧基(C1-C6)烷基，C3-C7环烷氧基(C1-C6)烷氧基，芳基(C1-C6)烷基，芳基(C1-C6)烷氧基，芳氧基，芳氧基(C1-C6)烷基，芳氧基(C1-C6)烷氧基，单和二-(C1-C6)烷芳基(C1-C6)烷基，单和二-(C1-C6)烷氧基芳基(C1-C6)烷基，单和二-(C1-C6)烷芳基(C1-C6)烷氧基，单和二-(C1-C6)烷氧基芳基(C1-C6)烷氧基，C1-C6烷基，C1-C6卤代烷基，C1-C6烷氧基，单(C1-C6)烷氧基(C1-C4)烷基，丙烯酰氧基，甲基丙烯酰氧基，卤素或基团-C(O)R16，其中R16是-OR17，其中R17是烯丙基，C1-C6烷基，苯基，单(C1-C6)烷基取代的苯基，单(C1-C6)烷氧基取代的苯基，苯基(C1-C3)烷基，单(C1-C6)烷基取代的苯基(C1-C3)烷基，单(C1-C6)烷氧基取代的苯基(C1-C3)烷基，C1-C6烷氧基(C2-C4)烷基或C1-C6卤代烷基；
(ii)未取代的或单取代的基团，所述基团是吡唑基，咪唑基，吡唑啉基，咪唑啉基，吡咯啉基，吩噻嗪基，吩噁嗪基，吩嗪基或吖啶基，每个所述取代基是C1-C12烷基，C1-C12烷氧基，苯基或卤素；
(iii)单取代的苯基，所述苯基具有位于对位的取代基，其中所述取代基是：二羧酸残基或其衍生物，二胺残基或其衍生物，氨基醇残基或其衍生物，多元醇残基或其衍生物，-CH2-，-(CH2)t-或-[O-(CH2)t]k-，其中t是整数2、3、4、5或6，和k是从1至50的整数，取代基与另一种光致变色材料上的芳基连接；
(iv)由结构式IID和IIE之一表示的基团：
Figure A20068004899000241
其中U是-CH2-或-O-，M是-O-，每个R20在每次出现时独立地选自C1-C12烷基，C1-C12烷氧基，羟基和卤素，R18和R19各自独立地是氢或C1-C12烷基，和u是从0至2的整数；或
(v)由结构式IIF表示的基团：
Figure A20068004899000242
其中R21是氢或C1-C12烷基，和R22是未取代的、单或二-取代的选自萘基，苯基，呋喃基和噻吩基的基团，其中取代基是C1-C12烷基，C1-C12烷氧基或卤素。
[0045]在另一个非限制性实施方案中，取代基B′是下列之一：
(i)未取代的、单、二-或三取代的苯基；或未取代的、单或二-取代的杂芳族基团，所述杂芳族基团是呋喃基，苯并呋喃-2-基，噻吩基，苯并噻吩-2-基，二苯并呋喃基，或咔唑基，其中每个所述苯基和杂芳族取代基各自独立地是羟基，C1-C3烷基，C1-C3氯代烷基，C1-C3氟代烷基，C1-C3烷氧基，单(C1-C3)烷氧基(C1-C3)烷基，对氨基苯基，氟代和氯代；
(ii)单取代的苯基，所述苯基具有位于对位的取代基，其中所述取代基是：-CH2-，-(CH2)t-或-[O-(CH2)t]k-，其中t是整数2、3、4、5或6，和k是从1至50的整数，所述取代基与另一种光致变色材料上的芳基连接；
(iii)由结构式IID表示的基团，其中U是-CH2-，和M是-O-，每个R20在每次出现时独立地是C1-C3烷基或C1-C3烷氧基，每个R18和R19独立地是氢或C1-C3烷基，和u是整数0或1。
[0046]由结构式I表示的化合物，其具有上文描述的取代基R1、R2、R3、R4、B和B′，可以按照以下反应A至D来制备。结构式I所表示化合物的制备方法包括在反应E中，其中R3和/或R4是氨基。其中R1是可聚合的聚烷氧基化的基团-A-G-J且R2、B和/或B′是基团-G-J的化合物的制备方法，描述在美国专利6,113,814中的第8栏第42行至第20栏第15行，本文引入其公开内容作为参考。具有反应性取代基R的化合物的制备方法，描述在2005年4月8日提交的专利申请序列号11/102280的前面指出的段落中。
[0047]由结构式V、VA或VB表示的化合物要么可以购买、要么可以利用示于反应A中的Friedel-Crafts法使用适当取代的或未取代的结构式IV的苯甲酰氯与结构式III的取代的或未取代的苯化合物(其是可以商购得到)制备。参见出版物Friedel-Crafts andRelated Reactions(Friedel-Crafts和相关反应)，George A.Olah，Interscience Publishers，1964，卷3，章XXXI(Aromatic KetoneSynthesis(芳族酮的合成))，和“Regioselective Friedel-CraftsAcylation of 1，2，3，4-Tetrahydroquinoline and Related NitrogenHeterocycles：Effect on NH Protective Groups and Ring Size(1，2，3，4-四氢喹啉和相关氮杂环的区域选择性Friedel-Crafts酰基化反应：NH保性基和环大小的作用)”，Ishihara，Yugi等人，J.Chem.Soc.，Perkin Trans.1，页3401-3406，1992。
[0048]在反应A中，将由结构式III和IV表示的化合物溶于溶剂中，例如二硫化碳、二氯甲烷或二甲亚砜，并在路易斯酸例如氯化铝或四氯化锡的存在下进行反应，以形成相应的由结构式V(在反应B中，VA；或在反应C中，VB)表示的取代的二苯酮。R′和R″表示可能的取代基，如上文就结构式I所描述的。
反应A
Figure A20068004899000261
[0049]在反应B中，由结构式VA表示的取代或未取代的酮，其中B和B′可以表示取代的或未取代的除苯基以外的基团，如结构式V所示，在合适的溶剂例如无水四氢呋喃(THF)或二甲基甲酰胺(DMF)中与乙炔钠反应，形成相应的由结构式VI表示的丙炔醇。具有除取代的和未取代的苯基以外的B或B′基团的丙炔醇可以由可商购得到的酮或经由酰基卤与取代或未取代的苯、萘或杂芳族化合物反应制备的酮来制备。由结构式IIF所表示的具有的B或B′基团的丙炔醇，可以通过美国专利5,274,132中的第2栏第40行至第68行所描述的方法来制备，本文引入其公开内容作为参考。
反应B
Figure A20068004899000271
[0050]在反应C中，由结构式VB表示的取代的二苯酮或苯甲醛与琥珀酸的酯例如由结构式VII表示的琥珀酸二甲酯反应。将反应物加入到含有作为碱的叔丁醇钾或氢化钠的溶剂例如甲苯中，获得由结构式VIII表示的Stobbe缩合半酯。形成顺式和反式半酯的混合物，然后该混合物在乙酸酐的存在下进行环化以形成乙酰氧基萘。将该产物在甲醇中用盐酸水解，形成由结构式X表示的甲氧甲酰基萘酚。
反应C
Figure A20068004899000272
[0051]在反应D中，在催化量的酸例如十二烷基苯磺酸(DBSA)的存在下，在溶剂例如氯仿中，由结构式X表示的甲氧甲酰基萘酚与由结构式VI表示的丙炔醇偶合，产生由结构式IA表示的萘并吡喃。
反应D
Figure A20068004899000281
[0052]按照反应E以及反应C和D中所描述的方法，生产氨基取代的萘并吡喃。在反应E中，由结构式VC表示的酮与由结构式XI表示的胺的锂盐在溶剂例如四氢呋喃(THF)中反应，产生由结构式XII表示的氨基取代的酮。为了制备在R3和R4位置上都具有氨基取代基的物质，额外的氟将位于由结构式VC表示的酮上的R3位置上。用于氨基取代的备选方法是使用溴代来代替氟代，和使用本领域技术人员已知的钯催化剂。用琥珀酸二甲酯处理化合物XII，产生相应的酯，然后用乙酸酐环化，随后如反应C所述进行甲醇醇解，产生相应的氨基取代的萘酚。然后氨基取代的萘酚与丙炔醇如反应D所述进行偶合，产生氨基取代的萘并吡喃。
反应E
Figure A20068004899000282
[0053]按照本公开的各种实施方案，包含萘并吡喃的光致变色材料的非限制性实例包括下列中的至少一种：
(a)2-(4-甲氧基苯基)-2-苯基-5-甲氧基羰基-7，8-二甲氧基-2H-萘并[1，2-b]吡喃；
(b)2-(4-甲基苯基)-2-苯基-5-甲氧基羰基-7，8-二甲氧基-2H-萘并[1，2-b]吡喃；
(c)2，2-二苯基-5-甲氧基羰基-7，8-二甲氧基-2H-萘并[1，2-b]吡喃；
(d)2-(2-(9，9-二甲基)-芴基)-2-苯基-5-甲氧基羰基-7，8-二甲氧基-2H-萘并[1，2-b]吡喃；
(e)2，2-二苯基-5-[2-(2-羟基乙氧基)乙氧基羰基]-7，8-二甲氧基-2H-萘并[1，2-b]吡喃；和
(f)2，2-二苯基-5-[2-(2-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)氨基甲酰氧基乙氧基)-乙氧基羰基]-7，8-二甲氧基-2H-萘并[1，2-b]吡喃。
[0054]本公开的光致变色材料，例如包含光致变色萘并吡喃(有或者没有与光致变色萘并吡喃键合的反应性取代基，其中所述反应性取代基具有本文列出的结构)的光致变色材料，可以在可以使用光致变色材料的那些应用中使用，例如光学元件，例如眼用元件，显示元件，窗，镜子，有源液晶盒元件和无源液晶盒元件。本文使用的术语“光学”是指与光和/或视力有关或相关。本文使用的术语“眼用的”是指与该眼睛和/或视力有关或相关。本文使用的术语“显示”是指可见或机器可读的单词、数字、符号、图案或图表的信息表述。显示元件的非限制性实例包括荧光屏、监视器和安全元件，例如安全标志。本文使用的术语“窗”是指适合于允许辐射从中通过传输的开口。窗的非限制性实例包括飞机和汽车的挡风玻璃、汽车和飞行器透光物，例如T-穹顶、侧窗和尾窗、滤光片、快门和光开关。本文使用的术语“镜子”是指能够镜面反射大部分入射光的表面。本文使用的术语“液晶盒”是指含有能够被有序排列的液晶材料的结构。液晶盒元件一个非限制性实例是液晶显示器。
[0055]在某些非限制性实施方案中，本公开的光致变色材料可以用于眼用元件，例如校正镜，包括单视或多视镜，其可以是分段或非分段多视镜(例如但不局限于双焦点透镜、三焦点透镜和渐进式镜片)，非校正镜，放大镜，防护透镜，护目镜，风镜和光学仪器镜片，例如照像机或望远镜的镜片。在其它非限制性实施方案中，本公开的光致变色材料可以用于塑料膜和片材、纺织品和涂层中。
[0056]按照本文公开的各种非限制性实施方案的光致变色材料，可以引入有机材料中，例如聚合物、低聚物或单体物质，所述有机材料可以用于例如但不限于形成制品，例如光学元件和可以施涂于其它基材上的涂层。本文使用的术语“引入”是指物理和/或化学结合。因此，按照本文公开的各种非限制性实施方案的光致变色材料可以与有机材料的至少一部分进行物理和/或化学结合。本文使用的术语“聚合物”和“聚合材料”是指均聚物和共聚物(例如无规共聚物，嵌段共聚物和交替共聚物)，以及其共混物及其它组合。而且，打算按照本公开的各种其它限制性实施方案的光致变色材料可以各自单独使用、与按照本公开的各种限制性实施方案的其它光致变色材料组合使用、或与其它合适的互补性常规光致变色材料组合使用。例如，按照本文公开的各种非限制性实施方案的光致变色材料可以与在300至1000纳米范围内具有激活的最大吸收的其它互补性常规光致变色材料结合使用。所述互补性常规光致变色材料可以包括其它可聚合的或可相容的光致变色材料。
[0057]本公开也包括光致变色组合物，其包含聚合材料和按照本文讨论的各种非限制性实施方案的光致变色材料。本文使用的术语“光致变色组合物”是指与可以是或可以不是光致变色材料的其它材料组合的光致变色材料。在按照本公开的各种非限制性实施方案的光致变色组合物的某些非限制性实例中，将光致变色材料引入所述聚合材料的至少一部分中。例如但不限于：本文公开的光致变色材料可以例如通过与聚合材料的一部分键合，例如将光致变色材料与聚合材料的一部分共聚合，或同聚合材料混合，而引入聚合材料的一部分中。本文使用的术语“共混”与“混合”是指光致变色材料与有机材料例如聚合材料的至少一部分进行掺混或掺杂，而不是与有机材料键合。本文使用的术语“键合的”或“键合”是指光致变色材料与有机材料例如聚合材料或其前体的至少一部分进行连接。例如，在某些非限制性实施方案中，光致变色材料可以通过反应性取代基(例如但不局限于上述讨论到的那些反应性取代基)与有机材料的一部分键合。
[0058]按照其中有机材料是聚合材料的一个非限制性实施方案，光致变色材料可以结合进聚合材料的至少一部分中或形成聚合材料的单体物质或低聚物质的至少一部分中。例如，按照本文公开的各种非限制性实施方案的、具有反应性取代基的光致变色材料，可以与有机材料例如具有基团的单体、低聚物或聚合物键合，其中所述基团可与反应性结构部分反应，或反应性结构部分可以作为形成有机材料的聚合反应例如在共同聚合过程中的共聚单体。本文使用的术语“与...共聚”是指通过将光致变色材料作为产生聚合材料的主体单体的聚合反应中的共聚单体进行反应，而使光致变色材料与聚合材料的一部分连接。例如，按照本文的各种非限制性实施方案的、具有反应性取代基的光致变色材料，可以在主体单体聚合过程中作为共聚单体进行反应，其中所述反应性取代基包含可聚合的结构部分。
[0059]适合于本公开的各种非限制性实施方案的聚合材料包括但不局限于：聚丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸酯，聚(C1-C12)烷基化的甲基丙烯酸酯，聚氧(甲基丙烯酸亚烷基酯)，聚(烷氧基化苯酚的甲基丙烯酸酯)，醋酸纤维素，纤维素三醋酸酯，醋酸丙酸纤维素，醋酸丁酸纤维素，聚(醋酸乙烯酯)，聚(乙烯醇)，聚(氯乙烯)，聚(偏二氯乙烯)，聚(乙烯基吡硌烷酮)，聚((甲基)丙烯酰胺)，聚(二甲基丙烯酰胺)，聚((甲基)丙烯酸)，热塑性聚碳酸酯，聚酯，聚氨酯，聚脲氨酯，聚硫代氨基甲酸酯，聚(对苯二甲酸乙二醇酯)，聚苯乙烯，聚(α甲基苯乙烯)，共聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯)，共聚(苯乙烯-丙烯腈)，聚乙烯醇缩丁醛，和下列中的聚合物：多元醇(碳酸烯丙酯)单体，单官能的丙烯酸酯单体，单官能的甲基丙烯酸酯单体，多官能的丙烯酸酯单体，多官能的甲基丙烯酸酯单体，二甲基丙烯酸二甘醇酯单体，二异丙烯基苯单体，烷氧基化的多元醇单体，和二亚烯丙基季戊四醇单体。在本公开的光致变色组合物的某些非限制性实施方案中，所述聚合材料包括选自下列单体的均聚物或共聚物：丙烯酸酯，甲基丙烯酸酯，甲基丙烯酸甲酯，二甲基丙烯酸乙二醇酯，乙氧基化的双酚A二甲基丙烯酸酯，醋酸乙烯酯，乙烯醇缩丁醛，氨基甲酸酯，硫代氨基甲酸酯，二甘醇，二(碳酸烯丙酯)，二甲基丙烯酸二甘醇酯，二异丙烯基苯，乙氧基化的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，和它们的组合。
[0060]对于按照本文公开的各种非限制性实施方案的光致变色组合物，透明共聚物和透明聚合物的共混物也是合适的母体聚合材料。例如，按照各种非限制性实施方案，聚合材料可以是由热塑性聚碳酸酯树酯制备的光学上透明的聚合材料，例如由双酚A和光气获得的树脂，其销售商标为
Figure A20068004899000321
聚酯，例如销售商标为
Figure A20068004899000322
的物质；聚(甲基丙烯酸甲酯)，例如销售商标为
Figure A20068004899000323
的物质；多元醇(碳酸烯丙酯)单体，尤其是二甘醇二(碳酸烯丙酯)单体的聚合物，该单体的销售商标为
Figure A20068004899000324
和聚脲-聚氨酯(聚脲氨酯)聚合物，其是例如通过聚氨酯预聚物和二胺固化剂的反应来制备的，一种这样的聚合物的组合物的销售商标为
Figure A20068004899000325
(PPG Industries，Inc(Pittsburgh，PA，USA))。合适的聚合材料的其它非限制性实例包括多元醇(碳酸烯丙酯)例如二甘醇二(碳酸烯丙酯)与其它可共聚的单体材料的共聚物，例如但不局限于：与醋酸乙烯酯的共聚物；与具有末端二丙烯酸酯官能团的聚氨酯的共聚物；和与末端部分含有烯丙基或丙烯酰基官能团的脂族氨基甲酸酯的共聚物。其它合适的聚合物材料还包括但不限于：聚(醋酸乙烯酯)，聚乙烯醇缩丁醛，聚氨酯，聚硫代氨基甲酸酯，选自二甲基丙烯酸二甘醇酯单体、二异丙烯基苯单体、乙氧基化的双酚A二甲基丙烯酸酯单体、乙二醇二甲基丙烯酸酯单体、聚(乙二醇)二甲基丙烯酸酯单体、乙氧基化苯酚二甲基丙烯酸酯单体和乙氧基化的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯单体的聚合物，醋酸纤维素，丙酸纤维素，丁酸纤维素，醋酸丁酸纤维素，聚苯乙烯和苯乙烯与甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、丙烯腈的共聚物，和它们的组合。按照一个非限制性实施方案，所述聚合材料可以是PPG Industries Inc.以CR-名称销售的光学树脂，例如CR-307、CR-407和CR-607。
[0061]本文公开的各种非限制性实施方案提供了光致变色制品，其包含基材和与该基材的一部分连接的按照上述讨论的任一项非限制性实施方案的光致变色材料。本文使用的术语“连接”是指直接或间接地与另一种物质或结构联合。在一个非限制性实施方案中，本公开的光致变色制品可以是光学元件，例如但不局限于眼用元件、显示元件、窗、镜子、有效液晶盒元件和无源液晶盒元件。在某些非限制性实施方案中，光致变色制品是眼用元件，例如但不局限于：校正镜，包括单视或多视镜，其可以是分段或非分段多视镜(例如但不局限于双焦点透镜、三焦点透镜和渐进式镜片)，非校正镜，放大镜，防护镜，护目镜，风镜和光学仪器镜片。
[0062]例如但不限于：例如通过使光致变色材料与制备该基材的材料的至少一部分键合，例如通过使光致变色材料与基材共聚合或键合、将光致变色材料与基材共混、或将光致变色材料涂在至少基材表面的一部分上，可使本文公开的光致变色材料连接到所述基材的至少一部分上。或者，例如通过中间涂层、膜或层，可使光致变色材料连接到基材的至少一部分上。
[0063]按照本文公开的其中光致变色制品的基材包括聚合材料的各种非限制性实施方案，通过将光致变色材料引入到基材的聚合材料的至少一部分上、或形成基材的低聚物或单体物质的至少一部分上，光致变色材料可以与基材的至少一部分连接。例如，按照一个非限制性实施方案，可以通过现场浇铸的方法，将光致变色材料引入到基材的聚合材料中。另外或换之，通过渗入，光致变色材料可以与基材的聚合材料的至少一部分相连接。下面讨论渗入和现场浇铸方法。
[0064]例如，按照一个非限制性实施方案，基材包括聚合材料，和光致变色材料与聚合材料的至少一部分键合。按照另一个非限制性实施方案，基材包括聚合材料，和光致变色材料与该聚合材料的至少一部分共混。按照另一个非限制性实施方案，基材包括聚合材料，和光致变色材料与聚合材料的至少一部分共聚合。按照本文公开的各种非限制性实施方案，用于形成基材的聚合材料的非限制性实例详细地列在上面。
[0065]按照其它非限制性实施方案，光致变色材料可以与光致变色制品的基材的至少一部分连接，作为与基材的至少一部分连接的至少部分涂层的一部分。按照该非限制性实施方案，基材可以是聚合基材或无机基材(例如但不局限于玻璃基材)。而且，光致变色材料可以引入进涂料组合物的至少一部分中，然后将该涂料组合物施涂到基材上，或者，可以将涂料组合物施涂到到基材上，至少部分固定，此后可以将光致变色材料渗入到该涂层的至少一部分中。本文使用的术语“固定”和“固定化”包括但不限于固化、聚合、交联、冷却和干燥。
[0066]例如，在本公开的一个非限制性实施方案中，光致变色制品可以包含与其表面的至少一部分连接的聚合材料的至少部分涂层。按照该非限制性实施方案，光致变色材料可以与至少部分涂层的聚合材料的至少一部分共混，或光致变色材料可以与至少部分涂层的聚合材料的至少一部分键合。按照一个具体的非限制性实施方案，光致变色材料可以与至少部分涂层的聚合材料的至少一部分共聚。
[0067]例如，将包含光致变色材料的涂料组合物直接施涂到基材表面的至少一部分上，并至少部分固定该涂料组合物，由此可使包含光致变色材料的至少部分涂层直接与基材连接。另外或者换之，例如，通过一个或多个额外的涂层，可使包含光致变色材料的至少部分涂层与基材连接。例如而不限制本文，按照各种非限制性实施方案，可以将额外的涂料组合物施涂到基材表面的至少一部分上，至少部分固定，此后可以将包含光致变色材料的涂料组合物施涂到该额外的涂层上，并至少部分固定。
[0068]可以与本文公开的光学元件结合使用的额外的涂层和膜的非限制性实例包括：底漆涂层和膜；防护涂层和膜，包括过渡涂层和膜和耐磨涂层和膜在内；抗反射层和膜；常规光致变色涂层和膜；偏振涂层和膜；和它们的组合。本文使用的术语“防护涂层或膜”是指可以防止磨耗或磨损的涂层或膜，其可以提供从一个涂层或膜向另一个涂层或膜的性能过渡，防止聚合反应化学物的影响和/或防止由于环境条件例如水分、热、紫外线、氧气等造成的退化。
[0069]可以与本文公开的各种非限制性实施方案结合使用的底漆涂层和膜的非限制性实例包括：包含偶联剂、偶联剂的部分水解产物及其混合物的涂层和涂膜。本文使用的术语“偶联剂”是指具有能够与一个或多个表面上的基团反应、缔合和/或结合的基团的物质。在一个非限制性实施方案中，偶联剂可以在两个或更多个表面(可以是相似或不同的表面)的界面处充当分子桥。在另一个非限制性实施方案中，偶联剂可以是单体、低聚物和/或聚合物。这种物质包括但不局限于：金属有机化合物，例如硅烷、钛酸酯、锆酸酯、铝酸酯、铝酸锆、它们的水解产物和它们的混合物。本文使用的短语“偶联剂的部分水解产物”是指将偶联剂上的一些至所有可水解的基团水解。
[0070]本文使用的术语“过渡涂层和膜”是指在两个涂层或膜之间、或一个涂层和一个膜之间帮助产生性能梯度的涂层或膜。例如，但不限制本文，过渡涂层可以在相对硬的涂层和相对软的涂层之间帮助产生硬度梯度。
[0071]本文使用的术语“耐磨涂层和膜”是指保护性聚合材料的涂层，用可与ASTM F-735(使用摆动砂袋法测定透明塑料和涂层的抗磨性的标准试验方法)相当的方法进行测试，该涂层显示出比标准参考物质例如由得自于PPG Industries，Inc的
Figure A20068004899000351
单体制成的聚合物更大的耐磨性。耐磨损涂层的非限制性实例包括：包含有机硅烷、有机硅氧烷的耐磨损涂层，基于无机材料例如氧化硅、氧化钛和/或氧化锆的耐磨损涂层，和可紫外线固化类型的有机耐磨损涂层，氧气阻隔涂层，UV-屏蔽涂层和它们的组合。
[0072]防反射涂层和膜的非限制性实例包括金属氧化物、金属氟化物或其它这种材料的单层、多层或膜，其可以通过真空沉积、溅射或一些其它方法沉积到本文公开的制品或涂膜上。常规光致变色涂层和膜的非限制性实例包括但不局限于：包含常规光致变色材料的涂层和膜。偏振涂层和膜的非限制性实例包括但不局限于：包含本领域已知的二色性化合物的涂层和膜。
[0073]正如以上的讨论，按照各种非限制性实施方案，这些涂层和膜可以施涂到基材上，然后施涂包含按照本文公开的各种非限制性实施方案的光致变色材料的至少部分涂层。或者或另外，施涂包含光致变色材料的至少部分涂层之后，可以将这些涂层施涂到基材上，例如作为包含光致变色材料的至少部分涂层上的面涂涂层。例如而不限制本文，按照各种其它非限制性实施方案，前述涂层可以按以下从表面开始的顺序与基材的同一表面的至少一部分连接：底漆，光致变色层，过渡层，耐磨层，偏振膜或涂层，抗反射层和耐磨层；底漆，光致变色层，过渡层，耐磨层和抗反射层；或光致变色层，过渡层和偏振层；或底漆，光致变色层和偏振层；或底漆，光致变色层和抗反射层。而且，前述涂层可以施涂到基材的两个表面上。
[0074]本公开也包括光致变色制品的各种制备方法，包括将按照本文公开的各种非限制性实施方案的光致变色材料与基材的至少一部分连接。例如，在一个其中基材包括聚合材料的非限制性实施方案中，光致变色材料与基材的至少一部分连接可以包括：将光致变色材料与基材的聚合材料的至少一部分共混。在另一个非限制性实施方案中，光致变色材料与基材至少一部分的连接可以包括：光致变色材料与基材的聚合材料的至少一部分键合。例如，在一个非限制性实施方案中，光致变色材料与基材的至少一部分的连接可以包括：将光致变色材料与基材的聚合材料的至少一部分共聚。光致变色材料与聚合材料连接的非限制性方法包括例如：将光致变色材料混合到聚合物、低聚物或单体材料的溶液或熔体中，随后至少部分固定所述聚合物、低聚物或单体材料。本领域技术人员能够理解，按照该非限制性实施方案，在得到的光致变色组合物中，光致变色材料可以同聚合材料共混(即混和而不是键合)或与聚合材料键合。例如，如果光致变色材料包含与聚合物、低聚物或单体材料相容的可聚合的基团，在有机材料的固定过程中，光致变色材料可以与有机材料的至少一部分反应，以将光致变色材料键合在有机材料中。
[0075]在另一个非限制性实施方案中，光致变色材料与基材的至少一部分连接可以包括：光致变色材料渗入到基材的聚合材料的至少一部分中。按照该非限制性实施方案，可以导致光致变色材料扩散到材料中，例如，在用或不用加热的条件下，将聚合材料浸渍在含有光致变色材料的溶液中。此后，光致变色材料可以如以上的讨论那样与聚合材料键合。在另一个非限制性实施方案中，光致变色材料与基材的至少一部分连接可以包括：光致变色材料与基材的聚合材料的至少一部分混合、键合(例如通过共聚合)和将光致变色材料渗入到基材的聚合材料的至少一部分中的两种或多种方式的联用。
[0076]按照其中基材包括聚合材料的一个非限制性实施方案，光致变色材料与基材的至少一部分的结合包括现场浇铸方法。按照该非限制性实施方案，光致变色材料可以与聚合溶液或熔体混合，或与其它低聚物和/或单体溶液或混合物混合，随后将其铸成具有所需要形状的模具，并至少部分固化以形成基材。而且，尽管按照该非限制性实施方案并不需要，光致变色材料可以与聚合材料键合。
[0077]按照其中基材包括聚合材料的另一个非限制性实施方案，光致变色材料与基材的至少一部分连接包括模内浇铸。按照该非限制性实施方案，将包含光致变色材料的涂料组合物(其可以是液体涂料组合物或粉末涂料组合物)施涂到模具表面并至少部分固定。此后，将聚合物溶液或熔体或低聚物或单体溶液或混合物浇铸在涂层上，并至少部分固化。固定之后，从模具中取出带有涂层的基材。
[0078]按照其中基材包括聚合材料或无机材料例如玻璃的另一个非限制性实施方案，光致变色材料与基材的至少一部分连接包括：将包含光致变色材料的至少部分涂层或层压结构施涂到基材的至少一部分上。合适的涂覆方法的非限制性实例包括旋涂、喷涂(例如使用液体或粉末涂料)、幕涂、辊涂、旋转喷涂和重模塑(over-molding)。例如，按照一个非限制性实施方案，可以通过重模塑的方法，使光致变色材料与基材连接。按照该非限制性实施方案，可以将包含光致变色材料的涂料组合物(其可以是先前讨论的液体涂料组合物或粉末涂料组合物)施涂到模具上，然后可以把基材放入模具中，以使基材接触涂料，使它涂布在基材表面的至少一部分上。此后，可以将涂料组合物至少部分固定，并可以从模具中移开涂覆的基材。或者，可以如下进行重模塑：将基材放入模具中，以将开放区域限定在基材和模具之间，此后向开放区域中注入包含光致变色材料的涂料组合物。此后，可以将涂料组合物至少部分固定，并可以从模具中取出涂覆的基材。
[0079]按照又一个非限制性实施方案，可以使包含光致变色材料的涂膜与基材的一部分粘合，可以用或不用粘合剂和/或加热和加压。此后，如果需要的话，可以将第二个基材施加在第一个基材上，并且两个基材可以层压在一起(即，通过使用加热和加压)，以形成其中包含光致变色材料的涂膜嵌入在两个基材之间的元件。形成包含光致变色材料的涂膜的方法可以包括例如但不限于：将光致变色材料与聚合溶液或低聚溶液或混合物混合，浇铸或从其中挤出膜，和如果需要的话，至少部分固化该涂膜。另外或或者，可以形成涂膜(用或不用光致变色材料)，并渗入光致变色材料(正如以上的讨论)。
[0080]而且，本领域技术人员可以理解，按照本文公开的各种非限制性实施方案的光致变色组合物、光致变色制品和光致变色涂料组合物，可以进一步包含其它添加剂，所述添加剂能够有助于组合物的加工和/或性能。例如但不限于，这些添加剂可以包括互补性光致变色材料，光引发剂，热引发剂，阻聚剂，溶剂，光稳定剂(例如但不局限于紫外线吸收剂和光稳定剂，例如受阻胺光稳定剂(HALS))，热稳定剂，脱模剂，流变控制剂，流平剂(例如但不局限于表面活性剂)，自由基清除剂，或增粘剂(例如二丙烯酸己二醇酯和偶联剂)。
[0081]本文所描述的各种光致变色材料的用量(或比例)，应该使光致变色材料所结合(即共混、共聚或以其它方式键合、涂覆和/或渗入)的基材或聚合材料能够显示出所希望得到的颜色，例如，当光致变色材料是闭合式时，基本上是透明的和无色的，和当通过光化辐射激活和光致变色材料是开放形式时，基本上是有色的。
[0082]连接到或引入涂料组合物、聚合材料、基材、光致变色组合物和/或光致变色制品中的本公开的光致变色萘并吡喃的量不是至关重要的，条件是，使用足够的用量以产生所需要的光学效果。通常，可以将这种用量描述为“光致变色量”。所使用的光致变色材料的具体用量可以取决于许多因素，例如所使用的光致变色材料的吸收特性、经辐射后所希望的色彩强度、和为了引入或施涂光致变色材料所使用的方法。
[0083]在本公开的非限制性实施方案的各种方法中使用的上述光致变色材料的相对用量变化范围很宽，并部分地取决于这种材料的激活的物种的色彩相对强度、所需要的最终色彩、对于光化辐射的摩尔吸光系数(或“吸光系数”)和施涂到聚合材料或基材上的方法。通常，引入或连接到聚合材料或基材上的总光致变色材料的量，可为约0.05-约5.0毫克每平方厘米光致变色材料所引入或连接到的表面。引入或连接到涂料组合物中的光致变色材料的量，可占该涂料组合物的重量的0.1-90wt％。引入(即与之共混、与之共聚或键合至)母体聚合物光致变色组合物或光致变色制品中(例如通过现场浇铸类型的方法)的光致变色材料的量，可占该聚合组合物或光致变色制品的重量的0.01-50wt％。
本发明的实施例
[0084]下列实施例举例说明了本公开范围内的组合物和方法的各种非限制性实施方案，其不对以其它方式描述的本发明进行限制。
实施例1
步骤1
[0085]将叔丁醇钾(47.4克)称入在氮气气氛下放置的配备有机械搅拌器的1升反应烧瓶中，并加入400毫升(mL)甲苯。在回流温度下，伴有强烈搅拌，经30分钟时间，将2，3-二甲氧基苯甲醛(49.8克)和琥珀酸二甲酯(54.3克)在200毫升甲苯中的混合物加入到反应混合物中。将反应混合物回流加热120分钟。将反应混合物冷却到室温后，将其倒入500毫升水中，分离甲苯层。用醚(每次300毫升)萃取含水层两次，并用浓盐酸(大约40毫升)酸化。将从含水层获得的淡褐色油性固体用乙酸乙酯(每次300毫升)萃取两次。将有机层合并，用饱和氯化钠水溶液(400毫升)洗涤，并用无水硫酸钠干燥。通过旋转蒸发除去溶剂，获得82克淡褐色的油性固体。该产物的质谱显示，其具有与4-(2，3-二甲氧基苯基)-3-甲氧基羰基-3-丁烯酸(E和Z异构体的混合物形式)一致的质谱图。该物质不用进一步纯化就可以在下一步骤中直接使用。
步骤2
[0086]将含有4-(2，3-二甲氧基苯基)-3-甲氧基羰基-3-丁烯酸的E和Z异构体的步骤1的产物(82克)放置在反应烧瓶中，并加入120毫升乙酸酐。将反应混合物加热至回流温度，并在回流温度下保持2小时。然后，将反应混合物冷却至室温，然后冷却至0℃。在减压下除去大部分乙酸酐，获得粘稠的棕色油。将棕色油加入到含有400毫升乙酸乙酯的反应烧瓶中，然后加入500毫升水。将固体碳酸钠加入到双相混合物中，直到鼓泡停止为止。分离得到的各层，并用乙酸乙酯(每次200毫升)萃取含水层两次。将有机层合并，用饱和氯化钠溶液(400毫升)洗涤，并用无水硫酸钠干燥。通过旋转蒸发除去溶剂(乙酸乙酯)，获得77克褐色固体。该产物的质谱显示，其具有与2-甲氧基羰基-4-乙酰氧基-7，8-二甲氧基-萘一致的质谱图。该物质不用进一步纯化就可以在下一步骤中直接使用。
步骤3
[0087]在氮气气氛下，将步骤2的2-甲氧基羰基-4-乙酰氧基-7，8-二甲氧基-萘(75克)、250毫升甲醇和4毫升浓盐酸加入到1升反应烧瓶中，加热到回流温度，并在该温度下保持4小时。将反应混合物冷却到室温，然后冷却到0℃。然后在减压下除去溶剂，获得粘稠的棕色油(62克)。该产物的质谱显示，其具有与2-甲氧基羰基-4-羟基-7，8-二甲氧基萘一致的质谱图。该物质不用进一步纯化就可以在下一步骤中直接使用。
步骤4
[0088]将步骤3的2-甲氧基羰基-4-羟基-7，8-二甲氧基萘(5.3克)、1-(4-甲氧基苯基)-1-苯基-2-丙炔-1-醇(4.4克，美国专利号5,458,814的实施例5步骤1的产物，在此将该实施例具体结合到本文中作为参考)、十二烷基苯磺酸(约20毫克)和200毫升二氯甲烷在反应容器中混合，并在环境温度下搅拌4小时。用饱和碳酸氢钠(200毫升)洗涤反应混合物，然后通过旋转蒸发除去溶剂。将得到的褐色固体通过快速柱色谱纯化，随后将获得的产物从醚中结晶而纯化，获得3克微黄的-白色固体。核磁共振(NMR)分析显示，该产物具有与2-(4-甲氧基苯基)-2-苯基-5-甲氧基羰基-7，8-二甲氧基-2H-萘并[1，2-b]吡喃一致的结构。
实施例2
[0089]按照实施例1步骤4的方法，不同在于使用1-(4-甲基苯基)-1-苯基-2-丙炔-1-醇(7.65克)来代替1-(4-甲氧基苯基)-1-苯基-2-丙炔-1-醇，使用11.2克2-甲氧基羰基-4-羟基-7，8-二甲氧基萘，和使用300毫升二氯甲烷。用饱和碳酸氢钠(每次300毫升)洗涤反应混合物两次，然后通过旋转蒸发除去溶剂。将得到的褐色固体通过快速柱色谱纯化，随后将获得的产物从醚中结晶而纯化，获得5.6克黄色固体。NMR分析显示，该产物具有与2-(4-甲基苯基)-2-苯基-5-甲氧基羰基-7，8-二甲氧基-2H-萘并[1，2-b]吡喃一致的结构。
实施例3
[0090]按照实施例1的步骤4的方法，不同在于使用1，1-二苯基-2-丙炔-1-醇来代替1-(4-甲氧基苯基)-1-苯基-2-丙炔-1-醇，使用9.2克2-甲氧基羰基-4-羟基-7，8-二甲氧基萘，和使用200毫升二氯甲烷。用饱和碳酸氢钠(300毫升)洗涤反应混合物，然后通过旋转蒸发除去溶剂。将得到的褐色固体通过快速柱色谱纯化，随后将获得的产物从醚中结晶而纯化，获得3.5克黄色固体。NMR分析显示，该产物具有与2，2-二苯基-5-甲氧基羰基-7，8-二甲氧基-2H-萘并[1，2-b]吡喃一致的结构。
实施例4
步骤1
[0091]按照下列文献所描述的方法制备1-(2-(9，9-二甲基)-芴基)-1-苯基-2-丙炔-1-醇：K.D.Belfield，等人“Synthesis of NewTwo-Photon Absorbing Fluorene Derivatives via Cu-MediatedUllmann Condensations”J.Org.Chem.，卷65，15期，4475-4481页，7/28/2000，本文引入其方法作为参考。在二甲亚砜中，使用氢氧化钾和碘甲烷，在9-位将芴甲基化，然后与苯甲酰氯进行Friedel-Crafts反应，如本文反应A所述，然后在二甲基甲酰胺中与乙炔钠进行反应，如本文反应B所述。
步骤2
[0092]按照实施例1的步骤4的方法，不同在于使用步骤1的产物(2.15克)来代替1-(4-甲氧基苯基)-1-苯基-2-丙炔-1-醇，使用3.4克2-甲氧基羰基-4-羟基-7，8-二甲氧基萘，和使用100毫升二氯甲烷。用饱和碳酸氢钠(300毫升)洗涤反应混合物，然后通过旋转蒸发除去溶剂。将得到的褐色固体通过快速柱色谱纯化，随后将获得的产物从醚中结晶而纯化，获得2.3克黄色固体。NMR分析显示，该产物具有与2-(2-(9，9-二甲基)-芴基)-2-苯基-5-甲氧基羰基-7，8-二甲氧基-2H-萘并[1，2-b]吡喃一致的结构。
实施例5
步骤1
[0093]在1升反应烧瓶中，将2-甲氧基羰基-4-羟基-7，8-二甲氧基萘(33克，在实施例1的步骤3中制备)溶于100毫升热甲醇中。将在200毫升水中包含50毫升50％氢氧化钠的溶液加入到反应烧瓶中，并在氮气气氛下，将得到的褐色溶液在回流温度下加热两个小时。将反应混合物冷却到室温，然后在搅拌下滴加到120毫升浓盐酸在300毫升水的混合物中。沉淀出褐色固体，过滤，随后干燥。该产物的质谱显示，其具有与4-羟基-7，8-二甲氧基-2-萘甲酸一致的质谱图。该物质不用进一步纯化就可以在下一步骤中直接使用。
步骤2
[0094]将步骤1的产物(5.7克)称入250毫升反应烧瓶中，加入51毫升二甘醇，然后加入10滴浓硫酸。将反应混合物在115℃、在氮气气氛下加热大约4小时。冷却到室温后，将反应混合物慢慢地倒入剧烈搅拌的600毫升水中，获得从反应混合物中分离出来的棕色油。用二氯甲烷萃取该油三次(每次200毫升)。将有机层合并，用200毫升水洗涤，然后200毫升饱和氯化钠溶液洗涤，并用无水硫酸钠干燥。通过旋转蒸发除去溶剂(二氯甲烷)，获得7.5克棕色油。该产物的质谱显示，其具有与2-[2-(2-羟基乙氧基)-乙氧基]-羰基-4-羟基-7，8-二甲氧基-萘一致的质谱图。该物质不用进一步纯化就可以在下一步骤中直接使用。
步骤3
[0095]按照实施例1的步骤4的方法，不同在于使用1，1-二苯基-2-丙炔-1-醇(9.0克)来代替1-(4-甲氧基苯基)-1-苯基-2-丙炔-1-醇，使用7.5克步骤2的产物和使用100毫升氯仿。用饱和碳酸氢钠(300毫升)洗涤得到的反应混合物，然后通过旋转蒸发除去溶剂。将得到的棕色油利用快速柱色谱纯化，获得4.4克微红的油，其在真空下干燥时起泡沫。NMR分析显示，该产物具有与2，2-二苯基-5-[2-(2-羟基乙氧基)-乙氧基羰基]-7，8-二甲氧基-2H-萘并[1，2-b]吡喃一致的结构。
实施例6
[0096]将实施例5的光致变色化合物(3.2克)称入250毫升反应烧瓶中，加入80毫升乙酸乙酯，然后加入2滴二月桂酸二丁基锡和1.32克2-异氰酸根合乙基(isocyanotoethyl)甲基丙烯酸酯。在空气气氛中，将反应混合物在回流温度下加热大约8小时。加入甲醇(5毫升)，并在回流温度下加热反应混合物十五分钟。通过旋转蒸发除去溶剂。将得到的微红的残余物溶于最低量的1∶1的乙酸乙酯/甲醇混合物中，冷却到0℃，获得白色晶体。滤出白色晶体并在真空下干燥。NMR分析显示，该产物具有与2，2-二苯基-5-[2-(2-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)氨基甲酰氧基乙氧基)-乙氧基羰基]-7，8-二甲氧基-2H-萘并[1，2-b]吡喃一致的结构。
对比例1
[0097]具有中等至强电子供体作为取代基B和B′的萘并吡喃制备如下：按照实施例1的步骤4的方法，不同在于使用1，1-二(4-甲氧基苯基-2-丙炔-1-醇(4.0克，美国专利号5,458,814的实施例1步骤1的产物，在此具体引入其实施例作为参考)来代替1-(4-甲氧基苯基)-1-苯基-2-丙炔-1-醇，使用5.6克2-甲氧基羰基-4-羟基-7，8-二甲氧基萘和使用250毫升二氯甲烷。用饱和碳酸氢钠(每次300毫升)洗涤反应混合物两次，然后通过旋转蒸发除去溶剂。将得到的褐色固体通过快速柱色谱纯化，随后将获得的产物从醚中结晶而纯化，获得3.4克黄色固体。NMR分析显示，该产物具有与2，2-二-(4-甲氧基苯基)-5-甲氧基羰基-7，8-二甲氧基-2H-萘并[1，2-b]吡喃一致的结构。
对比例2
[0098]具有弱吸电子基团作为取代基R1的萘并吡喃制备如下：将环己胺(3.0克mL)称入250毫升反应烧瓶中，加入40毫升干燥四氢呋喃。在氮气气氛下搅拌反应混合物，并使用冰浴冷却至0℃。经5分钟时间将甲基氯化镁(7毫升，22wt％的在四氢呋喃中的溶液)逐滴加入到反应混合物中，并将得到的粘稠溶液额外搅拌10分钟。将实施例2的光致变色化合物2-(4-甲基苯基)-2-苯基-5-甲氧基羰基-7，8-二甲氧基-2H-萘并[1，2-b]吡喃(2.0克)溶于10毫升干燥四氢呋喃中，并在低温下逐滴加入到反应混合物中。除去冷却浴，并将得到的黄绿色混合物在室温下搅拌过夜。大约24小时之后，将反应物倒入浓盐酸(毫升)和水(400毫升)的溶液中。将得到的混合物每次用150毫升二氯甲烷萃取三次。将有机层合并，用400毫升水洗涤，然后400毫升饱和氯化钠溶液洗涤，并用无水硫酸钠干燥。通过旋转蒸发除去溶剂，获得2.6克红褐色油性固体。用柱色谱纯化固体，得到1.7克红色油性固体。将固体溶于最低量的甲醇中并在冷藏箱中冷却，获得1.5克白色晶体。滤出白色晶体，在真空下干燥。NMR分析显示，该产物具有与2-(4-甲基苯基)-2-苯基-5-环己基氨基羰基-7，8-二甲氧基-2H-萘并[1，2-b]吡喃一致的结构。
对比例3
[0099]具有弱电子供体基团作为取代基R1的萘并吡喃制备如下：将实施例3的光致变色化合物2，2-二苯基-5-甲氧基羰基-7，8-二甲氧基-2H-萘并[1，2-b]吡喃(1.0克)称入100毫升反应烧瓶中，加入40毫升干燥四氢呋喃，然后加入氢化铝锂(0.9克)。在室温下，在氮气气氛下搅拌反应混合物大约1小时。加入乙酸乙酯(5毫升)，在室温下搅拌反应混合物十五分钟。将反应混合物倒入浓硫酸(10毫升)和水(90毫升)的溶液中。将得到的混合物每次用100毫升乙醚萃取三次。将有机层合并，用200毫升水洗涤，然后200毫升饱和氯化钠溶液洗涤，并用无水硫酸钠干燥。通过旋转蒸发除去溶剂，获得0.9克橙色固体。将固体溶于最低量的醚中并在冷藏箱中冷却，获得白色晶体。滤出白色晶体，在真空下干燥。NMR分析显示，该产物具有与2，2-二苯基-5-羟基亚甲基-7，8-二甲氧基-2H-萘并[1，2-b]吡喃一致的结构。
对比例4
[00100]按照实施例3的方法制备在7-和8-位缺少一对相邻的取代基的萘并[1，2-b]吡喃，不同在于使用2-甲氧基羰基-4-羟基-7-甲氧基萘。NMR分析显示，该产物具有与2，2-二苯基-5-甲氧基羰基-8-甲氧基-2H-萘并[1，2-b]吡喃一致的结构。
实施例7
光致变色性能试验
[00101]实施例1-6和对比例1-4的光致变色材料的光致变色性能测试如下。
[00102]计算可获得1.5×10-3摩尔溶液的待测试的光致变色材料的用量，将其加入到烧瓶中，烧瓶中含有50克的单体共混物，该单体共混物由4份乙氧基化的双酚A二甲基丙烯酸酯(BPA 2EO DMA)、1份聚(乙二醇)600二甲基丙烯酸酯和0.033wt％的2，2′-氮杂双(2-甲基丙腈)(AIBN)组成。通过搅拌和平缓的加热，将光致变色材料溶解到该单体共混物中。获得澄清溶液之后，将其倒入平板模具中，模具具有2.2毫米×6英寸(15.24厘米)×6英寸(15.24厘米)的内部尺寸。密封模具，并放入水平气流中，将可编程烘箱拟定程序，经5小时间隔将温度从40℃升高至95℃，将温度在95℃下保持3小时，然后用至少2小时降温至60℃。打开模具之后，使用金刚石刀锯将聚合物片材切割为2英寸(5.1厘米)的测试方块。
[00103]在光学试验台上，检验如上所述制备的光致变色测试方块的光致变色响应。在光学试验台上测试之前，将光致变色测试方块暴露于365nm紫外线中大约15分钟，致使光致变色材料从未激活的状态(或去色的)转化为激活状态(或着色的)，然后放入76℃烘箱中大约15分钟，使光致变色材料回复到去色的状态。然后将测试方块冷却至室温，暴露于荧光室内照明中至少2小时，然后保持遮盖(即在黑暗环境中)至少2小时，然后在维持在72°F(22.2℃)下的光学试验台上进行测试。
[00104]光学试验台配备250瓦氙弧灯、遥控的快门、充当弧光灯的散热装置的硫酸铜浴、消除短波长辐射的Schott WG-320nm截止滤光片；中密度滤光片和嵌入测试方块的样品夹具。以光致变色测试方块用作参考标准来校正光学试验台的输出功率，即样品镜片将接触到的光量。这产生0.15至0.20毫瓦/平方厘米(mW/cm2)的输出功率。使用带有UV-A检测器(Serial #22411)或类似装置的GRASEBYOptronics Model S-371便携式光度计(Serial #21536)测量输出功率。将UV-A检测器放入样品夹具中并测量光输出。通过增加或减少灯的瓦数，或通过加入或移开光路中的中密度滤光片来调节输出功率。
[00105]使来自于钨丝灯的监控校准光束以与方块的法向成小角度(大约30°)的方向穿过方块。穿过方块之后，将钨丝灯光通过Spectral Energy Corp.GM-200单色仪指向检测器，该单色仪设定在预先测定的待测量的光致变色化合物的λmax-vis处。利用辐射计处理检测器的输出信号。
[00106]如下测定光密度的变化(ΔOD)：将处于去色状态的试验方块嵌入到样品支架中，调节透光度至100％，打开氙灯的快门，提供紫外辐射，以将测试方块从去色的状态转变为激活(即颜色变深)状态，测定激活态下的透光率，按照下式计算光密度变化：ΔOD＝log(100/％Ta)，其中％Ta是激活态的透光百分率，对数的底是10。
[00107]测试方块中的光致变色化合物的光学性能记录在表1中。ΔOD/分钟，其表示光致变色化合物对于紫外光的响应敏感度，是经接触紫外光后第一个五(5)秒、在相对于λmax-vis的波长处测定的，然后以每分钟为基础来表示。饱和光密度(饱和OD)是在与ΔOD/分钟相同的条件下测定的，不同在于继续接触紫外光15分钟。
[00108]λ最大可见波长(λmax-vis)是可见光谱中的波长，在该波长处，测试方决中的光致变色化合物的激活(有色)形式发生最大吸收。通过在Varian Cary 3紫外-可见光分光光度计上测试光致变色测试方块聚合物，来测定表1中记录的λmax-vis。
[00109]褪色半衰期(“T1/2”)是测试方块中的激活形式光致变色材料在λmax-vis处测量的吸光度，在除去激励光源之后，在室温下(72°F，22.2℃)达到饱和OD吸光度值的一半时的时间间隔，该时间间隔以秒表示。
表1：光致变色试验数据
  实施例编号   λmax-vis(nm)   灵敏度ΔOD/Min   饱和OD   T1/2(秒)
  1   485   0.55   0.59   70
  2   470   0.63   0.74   92
  3   461   0.67   1.04   121
  4   487   0.61   1.06   141
  5   461   0.69   0.88   80
  6   461   0.56   0.81   128
  CE1   496   0.53   0.32   34
  CE2   476   0.33   1.29   443
  CE3   469   0.25   1.39   1017
  CE4   454   0.35   0.49   90
[00110]表1中的数据表明，由实施例1-6的每一个所制备的测试样品，显示了小于490nm的λmax-vis。该数据还表明，对于由实施例1、2和3所制备的每个试验样品，当与它们相应的对比例1、2、3和4相比时，显示了更高的强度，该更高的强度要么以更高敏感度水平来度量，要么既以更高的敏感度水平又以更高的饱和光密度水平来度量，正如下文所讨论的。实施例4、5和6还显示了使用不同要求保护的取代基对所测量的光致变色性能的影响。实施例4，其2-位取代基不同于实施例1、2和3，当与这些实施例相比时，饱和光密度水平增加和褪色半衰期延长。通过在5-位使用影响强度和褪色半衰期的不同的反应性取代基，实施例5和6每个都不同于实施例3。
[00111]对比例1，其在两个2-位都具有中等电子供体作为取代基，并且其余取代基与实施例1相同，显示了大于490nm的λmax-vis，并且以敏感度和饱和光密度水平度量的强度小于实施例1的强度。对比例2，其在5-位具有弱吸电子基团，并且其余取代基与实施例2相同，其以敏感度水平度量的强度小于实施例2的强度。对比例3，其在5-位具有弱电子供体，并且其余取代基与实施例3相同，其以敏感度水平度量的强度小于实施例3的强度。对比例4，其在8-位而不是7-位具有中等电子供体基团，并且其余取代基与实施例3相同，其以敏感度和饱和光密度水平度量的强度小于实施例3的强度。
应该理解，本说明书举例说明了与透明了解本发明有关的本发明的各个方面。为了简化本说明书，没有提供对本领域普通技术人员显而易见的某些方面和因此不便于更好理解本发明的某些方面。尽管结合某些实施方案来描述了本发明，本发明不局限于所公开的具体实施方案，但试图包括落在由所附的权利要求所定义的本发明精神和范围之内的变动。

Claims (19)

1.由以下结构式I表示的萘并吡喃：
Figure A2006800489900002C1
其中，
(a)R1是中等至强吸电子基团；
(b)R2是氢、吸电子基团或供电子基团；
(c)R3和R4各自是中等至强供电子基团；和
(d)B是弱供电子基团，和B′是弱至中等供电子基团，条件是，所述萘并吡喃在光致变色性能试验中显示小于490nm的λmax-vis。
2.权利要求1的萘并吡喃，其中R1、R2、R3、R4、B和B′中的至少一个包括反应性取代基，其中每个反应性取代基是符合本文所包括的条件的基团R，并且独立地由下列之一表示：
-A-D-E-G-J；
-A-G-E-G-J；
-A-D-G-J；
-A-G-J和
-A-D-J；
其中：
(i)每个-A-独立地是-C(O)-或-CH2-；
(ii)每个-D-独立地是：
(a1)二胺残基或其衍生物，所述二胺残基是脂族二胺残基、环脂族二胺残基、二氮杂环烷残基、氮杂环脂族胺残基、二氮杂冠醚残基、或芳族二胺残基，其中所述二胺残基的第一个胺氮与-A-成键，和所述二胺残基的第二个胺氮与-E-、-G-或-J成键；或
(a2)氨基醇残基或其衍生物，所述氨基醇残基是脂族氨基醇残基、环脂族氨基醇残基、氮杂环脂族醇残基、二氮杂环脂族醇残基或芳族氨基醇残基，其中所述氨基醇残基的胺氮与-A-成键，和所述氨基醇残基的醇氧与-E-、-G-或-J成键；或所述氨基醇残基的所述胺氮与-E-、-G-或-J成键，和所述氨基醇残基的所述醇氧与-A-成键；
(ii i)每个-E-独立地是二羧酸残基或其衍生物，所述二羧酸残基是脂族二羧酸残基、环脂族二羧酸残基或芳族二羧酸残基，其中所述二羧酸残基的第一个羰基与-G-或-D-成键，和所述二羧酸残基的第二个羰基与-G-成键；
(iv)每个-G-独立地是：
(a 1)-[(OC2H4)x(OC3H6)y(OC4H8)z]-O-，其中x、y和z各自独立地是0和50之间的数字，x、y和z的和在1至50的范围；或
(a2)多元醇残基或其衍生物，所述多元醇残基是脂族多元醇残基、环脂族多元醇残基、或芳族多元醇残基，其中所述多元醇残基的第一个多元醇氧与-A-、-D-或-E-成键，和所述多元醇残基的第二个多元醇氧与-E-或-J成键；和
(v)每个-J独立地是包含反应性结构部分或其残基的基团；或-J是氢，条件是，如果-J是氢，则-J与基团-D-或-G-的氧键合，形成反应性结构部分；条件是：
(1)当R1包括所述反应性取代基时，R1是基团-C(O)OR；或R1是基团R，条件是，-A-是-C(O)-和-D-是氨基醇残基，其中所述氨基醇残基的胺氮与-E-、-G-或-J成键；和所述氨基醇残基的醇氧与-A-成键；
(2)当R2包括所述反应性取代基时，R2是基团-OR；或R2包括由下列之一独立表示的基团T：
-G-E-G-J；
-D-E-G-J；
-D-G-J；
-G-J和
-D-J；
其中-E-、-G-和-J与上文定义相同，和-D-是氨基醇，其中所述氨基醇残基的胺氮与-E-、-G-或-J成键；
(3)当R3和/或R4包括所述反应性取代基时，R3和/或R4是基团-OR、-SR、-N(R)H或-N(R)R，条件是，-A-是-CH2-；和
(4)当B和/或B′包括所述反应性取代基时，B和/或B′是取代的芳基或取代的杂芳基，和所述芳基或杂芳基的所述取代基是基团R或基团T。
3.权利要求2的萘并吡喃，其中反应性取代基R由基团-A-G-J表示，其中J是下列之一：丙烯酰基、巴豆基、甲基丙烯酰基、2-(甲基丙烯酰氧基)乙基氨基甲酰基、2-(甲基丙烯酰氧基)乙氧基羰基、4-乙烯基苯基、乙烯基、1-氯代乙烯基和环氧基。
4.权利要求1的萘并吡喃，其中：
(a)R1是基团-C(O)H或-C(O)OY，其中Y是氢，基团-CH(R5)Z；其中Z是-CN，-CF3，卤素或-C(O)R6；R5是氢或C1-C6烷基；R6是氢，C1-C6烷基或C1-C6烷氧基；或Y是基团-R7；R7是C1-C6烷基，烯丙基，苯基(C1-C3)烷基，单(C1-C6)烷基取代的苯基(C1-C3)烷基，单(C1-C6)烷氧基取代的苯基(C1-C3)烷基，(C1-C6)烷氧基(C2-C4)烷基，C1-C6卤代烷基，或未取代的、单或二-取代的芳基，每个所述芳基取代基是卤素，C1-C6烷基或C1-C6烷氧基；
(b)R2是氢，C1-C6烷基，C1-C6烷氧基，未取代的、单或二-取代的芳基，氨基，单(C1-C6)烷基氨基，二(C1-C6)烷基氨基，苯基氨基，单或二-(C1-C6)烷基取代的苯基氨基，单或二-(C1-C6)烷氧基取代的苯基氨基，二苯基氨基，单或二-(C1-C6)烷基取代的二苯基氨基，单或二-(C1-C6)烷氧基取代的二苯基氨基，吗啉代，哌啶子基，二环己基氨基或吡咯烷基，所述芳基取代基是C1-C6烷基，C1-C6烷氧基，C3-C6环烷基，苄基，氨基，单(C1-C6)烷基氨基，二(C1-C6)烷基氨基，二环己基氨基，二苯基氨基，哌啶子基，吗啉代，吡咯烷基，吡啶基，卤素，苯基和萘基；
(C)R3是下列之一：
(i)基团-XR8，其中X是氧或硫；R8是氢，C1-C6烷基，未取代的、单和二-取代的芳基，苯基(C1-C3)烷基，单(C1-C6)烷基取代的苯基(C1-C3)烷基，单(C1-C6)烷氧基取代的苯基(C1-C3)烷基，C1-C6烷氧基(C2-C4)烷基，C3-C7环烷基，单(C1-C4)烷基取代的C3-C7环烷基，C1-C6卤代烷基，烯丙基；或R8是基团-CH(R9)Q，其中，R9是氢或C1-C3烷基，和Q是-CN，-CF3或-COOR5，每个所述芳基取代基是C1-C6烷基或C1-C6烷氧基；
(ii)基团-N(R10)R10，其中每个R10独立地是R8，C1-C6烷基芳基或杂芳族基团呋喃基，苯并呋喃-2-基，苯并呋喃-3-基，噻吩基，苯并噻吩-2-基，苯并噻吩-3-基，二苯并呋喃基，二苯并噻吩基，苯并吡啶基和芴基；
(iii)由以下结构式IIA表示的杂环：
Figure A2006800489900005C1
其中每个W独立地是基团-CH2-，-CH(R11)-，-C(R11)(R11)-，-CH(芳基)-，-C(芳基)2-，C(R11)(芳基)-，和K是基团-W-，-O-，-S-，-S(O)-，-S(O2)-，-NH-，-NR11-或-N-芳基-，其中R11是C1-C6烷基，m是整数1、2或3，和p是整数0、1、2或3，和当p是0时，K是W；或
(iv)由以下结构式IIB或IIC表示的基团：
其中R12是C1-C6烷基，C1-C6烷氧基或卤素，R13、R14和R15每个是氢，C1-C5烷基，苯基或萘基，或基团R13和R14一起形成包括环碳原子在内的5至8个碳原子的环；
(d)R4与上文定义的R3相同；
(e)B是芳基或甲苯基；
(f)B′是下列之一：
(i)未取代的、单、二-或三取代的芳基；或未取代的、单或二-取代的杂芳族基团，所述杂芳族基团是吡啶基，呋喃基，苯并呋喃-2-基，苯并呋喃-3-基，噻吩基，苯并噻吩-2-基，苯并噻吩-3-基，二苯并呋喃基，二苯并噻吩基，咔唑基，苯并吡啶基，二氢吲哚基或芴基，其中所述芳基和杂芳族取代基每个独立地是：羟基，芳基，单(C1-C6)烷氧基芳基，二(C1-C6)烷氧基芳基，单(C1-C6)烷基芳基，二(C1-C6)烷基芳基，卤代芳基，对氨基芳基，C3-C7环烷基芳基，C3-C7环烷基，C3-C7环烷氧基，C3-C7环烷氧基(C1-C6)烷基，C3-C7环烷氧基(C1-C6)烷氧基，芳基(C1-C6)烷基，芳基(C1-C6)烷氧基，芳氧基，芳氧基(C1-C6)烷基，芳氧基(C1-C6)烷氧基，单和二-(C1-C6)烷芳基(C1-C6)烷基，单和二-(C1-C6)烷氧基芳基(C1-C6)烷基，单和二-(C1-C6)烷芳基(C1-C6)烷氧基，单和二-(C1-C6)烷氧基芳基(C1-C6)烷氧基，C1-C6烷基，C1-C6卤代烷基，C1-C6烷氧基，单(C1-C6)烷氧基(C1-C4)烷基，丙烯酰氧基，甲基丙烯酰氧基，卤素或基团-C(O)R16，其中R16是-OR17，其中R17是烯丙基，C1-C6烷基，苯基，单(C1-C6)烷基取代的苯基，单(C1-C6)烷氧基取代的苯基，苯基(C1-C3)烷基，单(C1-C6)烷基取代的苯基(C1-C3)烷基，单(C1-C6)烷氧基取代的苯基(C1-C3)烷基，C1-C6烷氧基(C2-C4)烷基或C1-C6卤代烷基；
(ii)未取代的或单取代的基团，所述基团是吡唑基，咪唑基，吡唑啉基，咪唑啉基，吡咯啉基，吩噻嗪基，吩噁嗪基，吩嗪基或吖啶基，每个所述取代基是C1-C12烷基，C1-C12烷氧基，苯基或卤素；
(iii)单取代的苯基，所述苯基具有位于对位的取代基，其中所述取代基是：二羧酸残基或其衍生物，二胺残基或其衍生物，氨基醇残基或其衍生物，多元醇残基或其衍生物，-CH2-，-(CH2)t-，或-[O-(CH2)t]k-，其中t是整数2、3、4、5或6，和k是从1至50的整数，所述取代基与另一种光致变色材料上的芳基连接；
(iv)由结构式IID和IIE之一表示的基团：
其中U是-CH2-或-O-，M是-O-，每个R20在每次出现时独立地选自C1-C12烷基，C1-C12烷氧基，羟基和卤素，R18和R19每个独立地是氢或C1-C12烷基，和u是从0至2的整数；和
(v)由结构式IIF表示的基团：
Figure A2006800489900007C2
其中R21是氢或C1-C12烷基，R22是未取代的、单或二-取代的选自萘基，苯基，呋喃基和噻吩基的基团，其中取代基是C1-C12烷基，C1-C12烷氧基或卤素。
5.权利要求4的萘并吡喃，其中：
(a)R1是基团-C(O)Y，其中，Y是氢，羟基，基团-OCH(R5)Z或-OR7；Z是-CN，或-C(O)R6；R5是氢或C1-C4烷基；R6是氢，C1-C4烷基或C1-C4烷氧基；和R7是C1-C4烷基，烯丙基，苯基(C1-C2)烷基，单(C1-C4)烷基取代的苯基(C1-C2)烷基，单(C1-C4)烷氧基取代的苯基(C1-C2)烷基，(C1-C4)烷氧基(C2-C3)烷基，C1-C3氯代烷基，C1-C3氟代烷基，或未取代的、单或二-取代的苯基，每个所述苯基取代基是氯代，氟代，C1-C3烷基或C1-C3烷氧基；
(b)R2是氢，C1-C4烷基，C1-C4烷氧基，未取代的、单或二-取代的苯基，氨基，单(C1-C4)烷基氨基，二(C1-C4)烷基氨基，吗啉代，哌啶子基，二环己基氨基或吡咯烷基，所述苯基取代基是C1-C4烷基，C1-C4烷氧基，C3-C5环烷基，苄基，氨基，单(C1-C6)烷基氨基，二(C1-C6)烷基氨基，哌啶子基，吗啉代，吡咯烷基，吡啶基，氯代，氟代，苯基或萘基；
(c)R3是：
(i)基团-XR8，其中X是氧；R8是氢，C1-C4烷基，未取代的、单和二-取代的苯基，苯基(C1-C2)烷基，单(C1-C4)烷基取代的苯基(C1-C2)烷基，单(C1-C4)烷氧基取代的苯基(C1-C2)烷基，C1-C4烷氧基(C2-C3)烷基，C3-C5环烷基，单(C1-C4)烷基取代的C3-C5环烷基，C1-C4氯代烷基，C1-C4氟代烷基，烯丙基；或R8是基团-CH(R9)Q，其中，R9是氢或C1-C2烷基，和Q是-CN或-COOR5，每个所述苯基的取代基是C1-C4烷基或C1-C4烷氧基；
(ii)基团-N(R10)R10，其中R10是R8；或
(iii)由结构式IIA表示的杂环：其中每个W独立地是基团-CH2-，CH(R11)-，-C(R11)(R11)-，-CH(芳基)-，-C(芳基)2-，-C(R11)(芳基)-，和K是基团-W-，-O-，-NH-，-NR11-或-N-芳基-，其中R11是C1-C4烷基，m是整数1、2或3，p是整数0、1、2或3，和当p是0时，K是W。
(d)R4与上文定义的R3相同；
(e)B是苯基或甲苯基；和
(f)B′是下列之一：
(i)未取代的、单、二-或三取代的苯基；或未取代的、单或二-取代的杂芳族基团，所述杂芳族基团是呋喃基，苯并呋喃-2-基，噻吩基，苯并噻吩-2-基，二苯并呋喃基，或咔唑基，其中每个所述苯基和杂芳族取代基各自独立地是羟基，C1-C3烷基，C1-C3氯代烷基，C1-C3氟代烷基，C1-C3烷氧基，单(C1-C3)烷氧基(C1-C3)烷基，对氨基苯基，氟代和氯代；
(ii)单取代的苯基，所述苯基具有位于对位的取代基，其中所述取代基是：-CH2-，-(CH2)t-，或-[O-(CH2)t]k-，其中t是整数2、3、4、5或6，和k是从1至50的整数，所述取代基与另一种光致变色材料上的芳基连接；
(iii)由结构式IID表示的基团：
其中U是-CH2-，M是-O-，每个R20在每次出现时独立地是C1-C3烷基或C1-C3烷氧基，每个R18和R19独立地是氢或C1-C3烷基，和u是整数0或1。
6.萘并吡喃，其包括下列中的至少一种：
(a)2-(4-甲氧基苯基)-2-苯基-5-甲氧基羰基-7，8-二甲氧基-2H-萘并[1，2-b]吡喃；
(b)2-(4-甲基苯基)-2-苯基-5-甲氧基羰基-7，8-二甲氧基-2H-萘并[1，2-b]吡喃；
(c)2，2-二苯基-5-甲氧基羰基-7，8-二甲氧基-2H-萘并[1，2-b]吡喃；
(d)2-(2-(9，9-二甲基)-芴基)-2-苯基-5-甲氧基羰基-7，8-二甲氧基-2H-萘并[1，2-b]吡喃；
(e)2，2-二苯基-5-[2-(2-羟基乙氧基)乙氧基羰基]-7，8-二甲氧基-2H-萘并[1，2-b]吡喃；和
(f)2，2-二苯基-5-[2-(2-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)氨基甲酰氧基乙氧基)-乙氧基羰基]-7，8-二甲氧基-2H-萘并[1，2-b]吡喃。
7.光致变色制品，其包括基材和光致变色量的权利要求1的萘并吡喃。
8.权利要求7的光致变色制品，其中所述基材是聚合材料，和所述光致变色量的萘并吡喃引入所述聚合材料的至少一部分中。
9.权利要求8的光致变色制品，其中所述聚合材料是聚丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸酯，聚(C1-C12)烷基化的甲基丙烯酸酯，聚氧(亚烷基甲基丙烯酸酯)，聚(烷氧基化苯酚的甲基丙烯酸酯)，醋酸纤维素，纤维素三醋酸酯，醋酸丙酸纤维素，醋酸丁酸纤维素，聚(醋酸乙烯酯)，聚(乙烯醇)，聚(氯乙烯)，聚(偏二氯乙烯)，聚(乙烯基吡硌烷酮)，聚((甲基)丙烯酰胺)，聚(二甲基丙烯酰胺)，聚((甲基)丙烯酸)，热塑性聚碳酸酯，聚酯，聚氨酯，聚脲氨酯，聚硫代氨基甲酸酯，聚(对苯二甲酸乙二醇酯)，聚苯乙烯，聚(α甲基苯乙烯)，共聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯)，共聚(苯乙烯-丙烯腈)，聚乙烯醇缩丁醛，和下列中至少一种的聚合物：多元醇(碳酸烯丙酯)单体，单官能团的丙烯酸酯单体，单官能团的甲基丙烯酸酯单体，多官能团的丙烯酸酯单体，多官能团的甲基丙烯酸酯单体，二甲基丙烯酸二甘醇酯单体，二异丙烯基苯单体，烷氧基化的多元醇单体，和二亚烯丙基季戊四醇单体。
10.权利要求9的光致变色制品，其中所述聚合材料是丙烯酸酯，甲基丙烯酸酯，甲基丙烯酸甲酯，二甲基丙烯酸乙二醇酯，乙氧基化的双酚A二甲基丙烯酸酯，醋酸乙烯酯，乙烯醇缩丁醛，氨基甲酸酯，硫代氨基甲酸酯，二甘醇，二(碳酸烯丙酯)，二甲基丙烯酸二甘醇酯，二异丙烯基苯，乙氧基化的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和它们的组合。
11.权利要求8的光致变色制品，还包括下列中的至少一种：互补性光致变色材料，光引发剂，热引发剂，阻聚剂，溶剂，光稳定剂，热稳定剂，脱模剂，流变控制剂，流平剂和自由基清除剂。
12.权利要求7的光致变色制品，其中所述光致变色量的萘并吡喃与所述基材的至少一部分连接。
13.权利要求12的光致变色制品，其中所述光致变色制品是光学元件，所述光学元件是至少下列之一：眼用元件，显示元件，窗，镜子，有源液晶盒元件和无源液晶盒元件。
14.权利要求13的光致变色制品，其中所述光致变色制品是眼用元件，所述眼用元件至少为下列中的一种：校正镜，非校正镜，放大镜，防护镜，护目镜，风镜和光学仪器镜片。
15.权利要求12的光致变色制品，其中所述基材包括聚合材料，和所述光致变色量的萘并吡喃至少是下列之一：与所述基材的聚合材料的至少一部分共混；和与所述基材的聚合材料的至少一部分键合。
16.权利要求15的光致变色制品，其中所述光致变色量的萘并吡喃通过共聚而与所述基材的聚合材料的至少一部分键合。
17.权利要求12的光致变色制品，其中聚合材料的至少部分涂层或膜与所述基材的表面的至少一部分连接，和所述聚合材料包含所述光致变色量的萘并吡喃。
18.权利要求17的光致变色制品，其中聚合材料的所述部分涂层或膜还包含下列中的至少一种：互补性光致变色材料，光引发剂，热引发剂，阻聚剂，溶剂，光稳定剂，热稳定剂，脱模剂，流变控制剂，流平剂，自由基清除剂和增粘剂。
19.权利要求17的光致变色制品，还包含与所述基材的至少一部分连接的至少部分涂层或膜，所述至少部分涂层或膜为底漆涂层或膜、防护涂层或膜、抗反射涂层或膜和偏振涂层或膜中的至少一种。
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