CN101525393B - 一种肟酯光引发剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种肟酯光引发剂及其制备方法,该引发剂化学名称为N-取代咔唑-3-咪唑(2,3-二苯基)-6-酮肟酯。以N-取代咔唑-3-甲醛为原料经过付-克酰基化反应制得N-取代咔唑-3-取代基-6-甲醛;所得N-取代咔唑-3-取代基-6-甲醛再与苯偶酰、醋酸铵在有机酸催化条件下,在溶剂中反应制得N-取代咔唑-3-咪唑(2,3-二苯基)-6-酮,该酮进一步与盐酸羟胺或羟胺在极性溶剂中发生反应制得N-取代咔唑-3-咪唑(2,3-二苯基)-6-酮肟;酮肟再与酰氯或酸酐在碱的存在下反应即可得到N-取代咔唑-3-咪唑(2,3-二苯基)-6-酮肟酯,即为光引发剂。本发明引发活性好,应用范围广。此外,本发明还具有热稳定性和存储稳定性高的优点。
Description
技术领域
本发明属于光引发剂领域,特别是涉及一种肟酯类光引发剂以及其制备方法。
背景技术
光引发剂是紫外线固化型材料不可缺少的组分之一,它对光固化体系灵敏度起决定作用。由于光固化材料在固化时无溶剂挥发,大大降低了对环境的污染,从而光固化技术作为一种环境友好的绿色技术,近年来得到蓬勃的发展。作为光固化材料的重要组成部分,光引发剂的作用是吸收一定波长的光能后产生活泼自由基或阳离子,引发或催化相应的单体或预聚物的聚合。作为光引发剂,通常需要符合以下条件:①引发的量子效率高;②吸收光谱的范围匹配于照射光源;③热稳定性好,无暗反应:④与单体和预聚物有较好的相容性;⑤光固化成膜无黄变或变色;⑥安全且经济。
美国专利US3558309、US 6485885、US2001012596及欧洲专利EP810595等文献中记载了一些肟酯化合物作为光引发剂具有较好的反应活性。但是,在光聚合技术领域的实际应用中,需要一些反应活性好,易于工业化生产的光引发剂。例如,在滤色片抗蚀剂应用方面为了获得高彩色质量性能,需要加入着色剂。随着颜料含量增高,有色抗蚀剂的固化变得更加困难。因而需要比目前的引发体系具有更高敏感性的光引发剂。此外,这种新的光引发剂还必须满足工业相关性质例如热温度下和储存稳定性的高要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种反应活性好、热稳定性及储存稳定性高且易于工业化生产的肟酯光引发剂。
本发明还要提供一种制备上述肟酯光引发剂的方法。
为解决以上技术问题,本发明采取如下技术方案是:
一种肟酯光引发剂(下称化合物A),具有如下结构通式:
其中:
R1是苯基,其是未被取代的或者被一个或多个C1~20烷基,苯基,卤素,OR6,SR6,NO2,CN,吗啉基,SO3R6或NR7R8取代;或R1是C1~20脂肪烃基,其选择性地被一个或多个苯基,卤素,OR6,SR6,NO2,CN,吗啉基,SO3R6或NR7R8取代;
R2和R3所在苯环上的取代基为一取代或多取代,R2和R3是氢,C1~20脂肪烃基,卤素,OR6,SR6,NO2,CN,吗啉基,SO3R6或NR7R8;或R2和R3是苯基,其是未被取代的或者被一个或多个C1~20脂肪烃基,苯基,卤素,OR6,SR6,NO2,CN,吗啉基,SO3R6或NR7R8取代;
R4和R5是C1~20脂肪烃基,卤素,OR6,SR6,NO2,CN,吗啉基,SO3R6或NR7R8;或R4和R5是苯基,其是未被取代的或者被一个或多个C1~20脂肪烃基,苯基,卤素,OR6,SR6,NO2,CN,吗啉基,SO3R6或NR7R8取代;
R6,R7和R8为C1~20烷基。
本发明的另一技术方案是:
一种化合物A的制备方法,依次包括如下步骤:
(1)N-取代咔唑-3-甲醛与酰化剂发生付-克酰基化反应制得N-取代咔唑-3-取代基-6-甲醛;
(2)、N-取代咔唑-3-取代基-6-甲醛与苯偶酰、醋酸铵在有机酸催化条件下,在溶剂中反应得到N-取代咔唑-3-咪唑(2,3-二苯基)-6-酮;
(3)、N-取代咔唑-3-咪唑(2,3-二苯基)-6-酮与盐酸羟胺或羟胺在极性溶剂中发生反应制得N-取代咔唑-3-咪唑(2,3-二苯基)-6-酮肟;
(4)、N-取代咔唑-3-咪唑(2,3-二苯基)-6-酮肟与酰化剂在碱的存在下反应制备得到N-取代咔唑-3-咪唑(2,3-二苯基)-6-酮肟酯,即为所述的光引发剂。
步骤(1)为典型的付-克酰基化反应,所用的催化剂为路易斯酸,如三氯化铁、三氯化铝、氯化锌、氯化锡等常见的路易斯酸,所用酰化剂为酰卤、酸酐,催化剂、酰化剂及底物的摩尔比为:1~10∶1,最佳比例为:1~3∶1。反应温度优选为-10~100℃,最佳反应温度为0~50℃,所用溶剂为卤代烃、硝基苯、二硫化碳等。
步骤(2)中,有机酸可以是甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、或它们的取代酸,优选甲酸、乙酸、丙酸;所用溶剂为苯、甲苯、二甲苯、氯苯、石油醚、环己烷、二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮等常用溶剂。N-取代咔唑-3-酮-6-甲醛与苯偶酰的摩尔比优选为1∶1~5,最佳为1∶1~2,N-取代咔唑-3-酮-6-甲醛与醋酸铵的摩尔比优选为1∶1~6,最佳为1∶1~2;反应温度优选0~140℃,最佳温度为50~125℃。反应中有机酸是不可缺少的。用有机酸做溶剂,或者所用溶剂中必须加入有机酸。
步骤(3)中,极性溶剂优选醇或含水醇,醇可以为甲醇、乙醇或丙醇。反应需要加入碱来控制反应混合物的pH值,碱可以在反应开始时或者反应过程中连续加入,也可以使用碱性溶剂来反应,碱可以是有机碱如吡啶、三乙胺等或无机碱如碱金属氢氧化物及它们的弱酸盐,氢氧化钠、醋酸钠等,反应温度一般为该混合物的回流温度,通常约60~120℃。一般而言,酮与盐酸羟胺的摩尔比为1∶1~10,最佳为1∶1~3,所用的缚酸剂为无机碱或有机碱,N-取代咔唑-3-咪唑(2,3-取代二苯基)-6-酮与盐酸羟胺的摩尔比优选为1∶1~10,最佳为1∶1~3;反应温度为0~150℃,最佳为30~100℃。
步骤(4)中,碱可以是三乙胺或吡啶,溶剂为非质子溶剂如四氢呋喃或二甲基甲酰胺中或碱性溶剂如吡啶。酰化剂可以是酰卤、酸酐、羧酸、以及羧酸的酯。酮与酰化剂的摩尔比优选为1∶1~10,最佳为1∶1~4,反应温度优选为-20℃~150℃,最佳为0~50℃。
由步骤(4)所得的肟酯有顺(Z)、反(E)两种构型,可以通过常规方法分离这些异构体,但也可以使用异构体混合物本身作为光引发剂。
由于上述技术方案运用,本发明与现有技术相比具有下列优点:
本发明光引发剂在传统的肟酯化合物的基础上引入了被2,3-取代二苯基取代的咪唑环,一方面,使引发剂的引发波长向可见光波段红移,拓宽了光引发剂的应用范围(160nm~900nm);另一方面,增加了光引发剂与预聚物的相容性,提高了光引发剂的引发活性,并且由于咪唑环的引入,光引发剂的热稳定性和存储稳定性得到了显著的提高(分解温度为250~385℃)。
本发明光引发剂的制备路线较短、收率高、生产成本低。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行说明,但不限于这些实施例。
实施例1
按照本实施例的光引发剂,化学名称为N-乙基咔唑-3-咪唑(2,3-二苯基)-6-异丁酮肟乙酯,其结构式如下:
其通过如下依次进行的步骤制得:
(1)、N-乙基咔唑-3-异丁酮-6-甲醛的合成
向装有电动搅拌,回流冷凝管,滴加漏斗及尾气吸收装置的500ml四口烧瓶中加入N-乙基咔唑-3-甲醛44.6g(0.2mol)、无水二氯乙烷250ml,搅拌溶解后(黄色),再慢慢加入无水三氯化铝58.1g(0.435mol),放热明显,控制温度不超过40℃,保持20~40℃搅拌10~15分钟,再搅拌冷却至5℃左右。向反应瓶中慢慢滴加异丁酰氯的二氯乙烷溶液[由23.8g异丁酰氯(0.223mol)和20ml二氯乙烷组成],保持温度5~10℃,1小时加完,再保持温度5~10℃反应1小时。(HPLC跟踪分析:含量:97.83%)。将反应液慢慢滴加至280g的冰水中水解,滴加温度10~23℃,滴加时间60分钟左右,再升温至30~40℃搅拌0.5小时。分出有机层,水洗5次,每次150ml水,洗至pH为7。先常压回收二氯乙烷,再减压至干。残留物为淡绿色固体57.6g,含量为98.14%(主要的副产物含量为0.3%)。粗品收率98.2%,若用乙酸乙酯洗涤可得土色粉末,mp 134~134.5℃。收率78%,含量99.5%。
(2)、N-乙基咔唑-3-(2,3-二苯基)咪唑-6-异丁酮的合成
向装有电动搅拌,回流冷凝管,250ml四口烧瓶中加入N-乙基咔唑-3-异丁酮-6-甲醛16.8g(0.0573mol)、苯偶酰12.8g(0.06mol)、醋酸铵11.6g(0.15mol)、及冰醋酸70g,升温至回流反应6.5小时,温度在118~120℃。(HPLC分析:产品含量94.7%。),减压回收出冰醋酸20g,先用85g的甲苯回流洗涤1小时,冷却至20℃,过滤,滤饼用少量甲苯冲洗。滤饼再用水洗3次,每次用水30ml。过滤,干燥得土黄色固体25.8g,收率93.5%,纯度:大于98.6%,熔点210~212℃。
(3)、乙基咔唑-3-咪唑(2,3-二苯基)-6-异丁酮肟的合成
向装有电动搅拌和回流冷凝管的250ml四口烧瓶中加入N-乙基咔唑-3-咪唑(2,3-二苯基)-6-异丁酮9.7g(0.02mol)(含量96.5%)、盐酸羟胺2.8g(0.04mol)、乙酸钠6.8g(0..08mol)、乙醇104g,升温至回流反应10小时,温度在74~77℃。先回收乙醇,再用水洗3次,每次用水20ml。用20ml甲醇-+60℃洗涤,过滤,过滤,干燥得土白色固体产品7.6g,收率76.3%,纯度:96.5%,mp:220~224℃。
(4)、N-乙基咔唑-3-咪唑(2,3-二苯基)-6-异丁酮肟乙酯的合成
向装有电动搅拌和回流冷凝管的250ml四口烧瓶中加入N-乙基咔唑-3-咪唑(2,3-二苯基)-6-异丁酮肟2.5g(0.005mol,含量96.4%),四氢呋喃50g,搅拌溶解后,冷却至0~5℃,加入三乙胺1g(0.01mol),保持温度0~5℃,滴加乙酰氯的四氢呋喃溶液(由0.8g乙酰氯(0.01mol)和3g四氢呋喃组成),10分钟加完,保持0~5度反应3小时(HPLC分析:产品87.3%,原料完全反应)。加入5g水,搅拌水解10分钟,过滤,滤饼水洗3次,先用乙酸乙酯洗涤,产品含量可提高到97.3%,再用DMF和乙酸乙酯的混和溶剂重结晶,得白色固体0.8g。测其含量为98.3%,mp:207~209℃,收率30%。所得产品经核磁共振测试结果:1H-NMRδ(ppm)2.357,2.382,2.523,3.434,3.619,3.625,4.560,5.677,8.624,8.640,8.665,8.748,8.753,8.939,8.960,9.252,9.512,9.534,10.530,15.933。
实施例2
按照本实施例的光引发剂,化学名称为N-乙基咔唑-3-咪唑(2,3-二苯基)-6-异丁酮肟苯甲酯,其结构式如下:
该光引发剂通过如下步骤来制备:
(1)、按照实施例1的方法合成N-乙基咔唑-3-咪唑(2,3-二苯基)-6-异丁酮肟;
(2)、由N-乙基咔唑-3-咪唑(2,3-二苯基)-6-异丁酮肟与苯甲酰氯反应生成N-乙基咔唑-3-咪唑(2,3-二苯基)-6-异丁酮肟苯甲酯。
向装有电动搅拌和回流冷凝管的250ml四口烧瓶中加入N-乙基咔唑-3-咪唑(2,3-二苯基)-6-异丁酮肟2.5g(0.005mol)(含量96.4%)(合成同实例1),四氢呋喃50g,搅拌溶解后,冷却至0-5℃,加入三乙胺0.9g(0.009mol),保持0-5℃,滴加苯甲酰氯的四氢呋喃溶液(1.2g苯甲酰氯(0.0085mol)、5g四氢呋喃),10分钟加完,保持0-5度反应2小时(HPLC分析:产品93.3%,原料完全反应,副产品4.4%)。加入5g水,搅拌水解30分钟,蒸干溶剂,水洗浓缩残料2次至PH=7,过滤,得灰白色固体,再用合适的溶剂重结晶得白色产品1.9g,mp:228-230℃,含量98.5%,收率63%。所得产品经核磁共振测试结果:1H-NMRδ(ppm)2.367,2.38,3.418,3.618,3.623,5.640,5.657,8.315,8.368,8.457,8.483,8.501,8.517,8.554,8.591,8.641,8.700,8.719,8.737,8.810,8.829,8.877,8.899,9.378,9.400,9.447,10.059,13.676。
实施例3
按照本实施例的光引发剂,其化学结构式如下:
该光引发剂可按照同实施例1与2相同的方法制备得到,其1H-NMR(ppm)为:13.067,7.692,7.891,7.711,8.776,7.053,7.062,7.552,7.071,7.063,7.541,7.533,7.884,7.653,8.218,7.561,7.588,8.235,7.676,7.661,7.812,3.832,3.805,4.534,1.767,1.305,1.066。
mp 195-197℃,分解温度346℃。
实施例4
按照本实施例的光引发剂,其结构式如下:
该光引发剂可按照同实施例1与2相同的方法制备得到,其1H-NMR(ppm)为:13.056,7.686,7.874,7.723,8.762,7.055,7.063,7.558,7.077,7.062,7.544,7.577,7.846,7.651,8.225,7.567,7.574,8.223,7.671,7.681,7.817,3.839,3.813,4.566,2.485,1.776,1.294,1.041。
mp:190-193℃,分解温度272℃。
实施例5
按照本实施例的光引发剂,其结构式如下:
该光引发剂可按照同实施例1与2相同的方法制备得到,其1H-NMR(ppm)为:13.011,7.695,7.792,7.773,8.695,7.054,7.058,7.561,7.551,7.873,7.655,8.231,7.671,7,553,7.053,7.876,7.654,7.056,7.679,8.236,7.682,7.812,3.838,3.841,1.778,1.043。
mp:201-203℃,分解温度317℃。
实施例6
按照本实施例的光引发剂,其化学结构式如下:
该光引发剂可按照同实施例1与2相同的方法制备得到,其1H-NMR(ppm)为:13.065,7.691,7.876,7.723,8.762,7.055,7.063,7.557,7.067,7.061,7.534,7.575,7.836,7.653,8.225,7.567,7.572,8.223,7.671,7.681,7.817,3.839,3.813,4.566,2.481,1.776,1.041
mp:203-205℃,分解温度332℃。
实施例7
按照本实施例的光引发剂,其结构式如下:
该光引发剂可按照同实施例1与2相同的方法制备得到,其1H-NMR(ppm)为:13.048,7.690,7.863,7.731,7.743,8.759,7.062,7.071,7.053,7.065,7.551,7.536,7.577,7.829,7.662,7.561,7.572,7.669,7.671,7.811,7.551,3.838,2.481,3.826,2.865。
mp:217-230℃,分解温度351℃。
实施例8
按照本实施例的光引发剂,其结构式如下:
该光引发剂可按照同实施例1与2相同的方法制备得到,其1H-NMR(PPm)为:13.047,7.693,7.842,7.729,7.743,8.231,8.746,7.035,7.069,7.052,7.058,7.543,7.538,7.568,7.831,7.662,7.548,7.571,7.672,7.663,7.832,7.548,3.837,3.831,2.863。
mp:233-234℃,分解温度358℃
实施例9
按照本实施例的光引发剂,其结构式如下:
该光引发剂可按照同实施例1与2相同的方法制备得到,其1H-NMR(ppm)为:13.041,7.688,7.839,7.728,7.739,8.233,8.742,7.051,7.058,7.054,7.058,7.547,7.536,7.567,7.828,7.654,7.547,7.578,7.669,7.661,7.832,7.548,3.831,3.831,2.854,4.163,1.291,1.317,0.884。
mp:162-165℃,分解温度241℃。
实施例10
按照本实施例的光引发剂,其结构式如下:
该光引发剂可按照同实施例1与2相同的方法制备得到,其1H-NMR(ppm)为13.038,8.033,8.092,7.254,7.473,7.739,8.233,8.742,7.547,7.536,7.567,7.874,7.654,7.547,7.578,2.854,4.538,1.304。
Mp:181-184℃,分解温度296℃。
实施例11
按照本实施例的光引发剂,其结构式如下:
该光引发剂可按照同实施例1与2相同的方法制备得到,其1H-NMR(ppm)为:1H-NMR(ppm):13.027,8.041,8.102,7.063,7.473,7.739,8.742,7.547,7.536,7.567,7.874,7.654,7.547,7.578,3.836,2.854,4.541,1.293。
mp:170-173℃,分解温度283℃。
实施例12
按照本实施例的光引发剂,其结构式如下:
该光引发剂可按照同实施例1与2相同的方法制备得到,其1H-NMR(ppm)为:13.036,8.036,8.095,7.063,7.562,7.695,8.733,7.541,7.542,7.571,7.869,7.653,7.571,7.542,3.832,2.849,4.173,1.752,1.297,1.316,0.883。
mp:147-150℃,分解温度266℃。
由上述实施例可见,本发明光引发剂的热稳定性好,其可单独或与至少一种其它的光引发剂和其它添加剂与烯属不饱和光聚合物组合形成光聚合组合物。其它添加剂包括光敏剂,特别是二苯甲酮及其衍生物、蒽醌及其衍生物、或香豆素及其衍生物的化合物。光聚合组合物还可包括粘合剂聚合物特别是甲基丙烯酸酯和甲基丙烯酸的共聚物。用140~900nm的电磁辐射,或用电子束辐射,或用X射线辐射上述光聚合组合物可引发含烯属不饱和双键的化合物的聚合反应。
以本发明作为光引发剂的上述光组合聚合物可用于制造着色的和不着色的涂料和清漆、粉末涂料、打印油墨、印刷版、粘合剂、牙科组合物、凝胶涂料、用于电子技术如电镀保护层、蚀刻保护层,作为组分用于封装电气和电子器件,用于制造磁性记录材料、微观部件、波导管、光学转换器、电镀掩膜蚀刻掩膜、色彩校样体系、玻璃纤维电缆涂层、丝网印刷模板、用于通过立体平板制造三维物体,液体和干燥膜、阻焊机的光致抗蚀剂,作为抗蚀剂用于生产供多种显示用应用的滤色片和隔板或用于产生等离子体的显示板、场致发光显示器和LCD的制造过程中的结构,以及作为影像记录材料,特别是用于全息照相记录、微电子电路、脱色材料、用于影像记录材料的脱色材料,使用微胶囊用于影像记录材料,作为光致抗蚀剂材料和可见激光器直接成像体系,作为光致抗蚀剂的材料用于形成印刷电路板的连续堆积成中的介质层。
Claims (3)
3.一种权利要求1或2所述的肟酯光引发剂的制备方法,其特征在于:依次包括如下步骤:
(1)N-取代咔唑-3-甲醛与酰化剂发生付-克酰基化反应制得N-取代咔唑-3-取代基-6-甲醛;
(2)、N-取代咔唑-3-取代基-6-甲醛与苯偶酰、醋酸铵在有机酸催化条件下,在溶剂中反应得到N-取代咔唑-3-咪唑(2,3-二苯基)-6-酮;
(3)、N-取代咔唑-3-咪唑(2,3-二苯基)-6-酮与盐酸羟胺或羟胺在极性溶剂中发生反应制得N-取代咔唑-3-咪唑(2,3-二苯基)-6-酮肟;
(4)、N-取代咔唑-3-咪唑(2,3-二苯基)-6-酮肟与酰氯或酸酐在碱的存在下反应制备得到N-取代咔唑-3-咪唑(2,3-二苯基)-6-酮肟酯,即为所述的光引发剂。
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CN2009101151703A CN101525393B (zh) | 2009-04-02 | 2009-04-02 | 一种肟酯光引发剂及其制备方法 |
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