CN102066293A - 晶化的二乙炔指示剂化合物及其制备方法 - Google Patents

晶化的二乙炔指示剂化合物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了具有某些晶体学及其它特性的晶化的二乙炔化合物，从二乙炔溶液中结晶的二乙炔化合物和混合物，制备和鉴别用于溶解二乙炔化合物的溶剂体系，二乙炔溶液，重结晶二乙炔化合物的方法，2，4-己二炔-1，6-双(烷基脲)化合物的晶体，以及含有晶化二乙炔化合物的环境条件指示剂和时间-温度条件指示剂。

Description

晶化的二乙炔指示剂化合物及其制备方法
本发明涉及新的晶化的二乙炔化合物及其制备方法。本文中描述的方法和产物一般与二乙炔化合物(或单体)有关，它们可以在暴露于环境条件下，例如暴露在与主体产品的储存期限、新鲜度、成熟度或其它特性有关的条件(如温度)下的目测指示剂中作为活性剂使用。
发明背景
各式各样的二乙炔单体会进行固态聚合反应，以可预测的和不可逆的方式产生颜色或其它可见的外观变化，它们很早就作为活性剂用在时间-温度或其它环境条件的指示剂中。这类指示剂能够为主体产品在环境条件下的累积暴露提供简单的目视指示。它们可以用来监测会受到不适当的环境温度或其周围或存放环境的其它条件不利影响的易腐败主体产品(例如食品、疫苗、药品等)的可用的储存期限。这种指示剂体系可以包括掺有二乙炔单体作为活性剂的标签。该标签可以贴在主体产品上或其包装上，或者与主体产品相伴，或者表现为其它某种方便的形式。
在聚合反应中，很多二乙炔分子链接在一起，形成聚二乙炔。这一反应在固态中发生，并且是不可逆的。在一些情形，无色或接近无色的二乙炔化合物晶体(在这种情况下是单体)由于在热或其它环境条件下的累积暴露已足够充分，会转化成强烈着色的聚合物晶体。此聚合反应自发进行，其速率主要由环境条件决定。
由聚合反应造成的颜色变化是不可逆的。这种性质使该化合物可用于监测在过度地累积受热之后会丧失新鲜度的易腐产品，例如食品或药物。二乙炔单体还可以在用来监测酿熟产品(例如酒或奶酪)成熟度的指示剂中作为活性剂使用。对于这些及其它应用，可以将二乙炔单体作为活性剂掺入到要伴随所监测的主体产品的指示剂标签中。该指示剂标签提供了由二乙炔单体的聚合造成的颜色变化，这可以被观察者在合适的观察距离发觉，例如被超市中检查冷冻显示器的店员发觉。可逆的指示剂不适用于这些目的。
为了有效地跟踪主体产品中的可能的变化，使用的二乙炔单体可能最好对热或者对于所监测的其它环境条件具有响应参数，这些参数与预定的主体产品具有的对相同的周围或环境条件的响应参数大体相关。为此，对于指示剂配制者，最好是拥有很多种具有各式各样响应参数的商业上适用的二乙炔单体，从中选择适合监测特定的主体产品的单体。
已知或者已经建议了很多种可聚合的二乙炔化合物，其中一些在聚合时产生有用的颜色变化，例如见Patel的美国专利No.3,999,946，4,189,399和4,384,980以及Preziosi等的美国专利No.4,789,637和4,788,151。然而，这些化合物中只有有限的几个显示适合用来监测易腐或酿熟的商业产品的性能参数，市场上能得到的适用的二乙炔化合物有有限数目限制了指示剂配制者在寻找作为活性指示剂使用的二乙炔单体时对响应参数的选择。
因此，本领域包括提议调节指定的商用二乙炔单体的反应活性，使其对指定的环境条件有不同的响应，从而赋予配制者更多的选择。
例如，美国专利No.4,788,151(Preziosi等)公开了将两种或多种二乙炔化合物溶解在加热的共同溶剂中，将溶解了的化合物重结晶，得到共结晶的组合物。该共结晶组合物具有与个体化合物不同的反应活性。
授予JP Laboratories的国际出版物WO 2004/077097公开了使用辐射敏感材料，例如二乙炔化合物，监测高能辐射的剂量的辐射敏感装置，例如胶片、粘贴标签或徽章计量计。如WO 2004/077097中所述，二乙炔化合物已知会结晶成不止一种晶态变体或相，通过选择合适的溶剂体系，一些二乙炔化合物可以晶化成具有极低的热反应活性和高的辐射反应活性的晶相。
另外，Prusik等的美国专利No.6,924,148公开了将炔类试剂的溶液回流以改变其反应活性。该专利中的一些实施例描述了使用冰乙酸和二甲基甲酰胺作为用于该目的的溶剂。还公开了可用于实施所述发明的许多其它溶剂。然而，似乎没有提供关于二乙炔化合物在其它这些溶剂中的溶解度的具体信息。对于一种二乙炔单体化合物提供了一些X射线衍射数据。
另外，授予Prusik等的美国专利No.7,019,171公开了用来在炔类试剂结晶过程中有利地影响粒子大小的非粉碎方法。所述的一些实施例使用炔类试剂在乙酸中的溶液，而各种溶剂，例如甲醇水溶液和3-乙氧基丙酸乙酯被说成可作为沉淀流体或淬冷流体使用。
再者，美国专利出版物No.2008/0004372(申请号No.11/427,589)(授予Prusik等)公开了使用活性增强辅剂来调节二乙炔指示剂的反应活性。
尽管已知有各种二乙炔单体和得到具有改变的反应性的二乙炔单体的方法，但是仍然希望有更多的二乙炔单体活性可供选择，以及用于提供具有新的或改变的反应活性的二乙炔单体的新方法和新产物。
以上关于背景技术的描述可能包括在本发明之前对于相关领域是未知的，但由本发明提供的领悟、发现、了解或公开内容，或者公开内容的联合。本发明的这些贡献有一些已在本文中具体指出，而本发明的其它这些贡献会由其内容显然可见。不会仅仅因为某个文献(其领域可能与本发明的很不相同)可能被本文引用，就承认该文献的领域与本发明的领域相似。
发明概要
本发明特别提供了处在新的或改性的反应活性状态的晶化二乙炔化合物。这种晶化的二乙炔化合物可以是一种或多种化合物，它在环境条件指示剂例如累积性时间-温度指示剂中提供不可逆的外观变化。这种外观变化可以是例如该一种或多种化合物外观的颜色、强度或暗度的变化。
本发明还提供了制备晶化的二乙炔化合物的方法和可以用于这些方法的溶剂体系和二乙炔化合物溶液。
在一方面，本发明提供了能在环境条件指示剂中产生不可逆的外观变化的晶化的二乙炔化合物，该晶化的二乙炔化合物具有晶体结构，其中包含结构式如下的可聚合的二乙炔单体
R1C≡C-C≡CR2
其中R1和R2均独立地是适合提供不可逆外观变化的有机取代基。这种可聚合的二乙炔单体分子，就该晶体相邻晶胞的几何中心而言，中心至中心距离小于
Figure GPA00001120844200031
该中心距是处在固体聚合反应能够发生的方向。
R1和R2均可独立地是-R4NHCONHR3，其中R3是有1到20个碳原子的烷基，任选地是乙基、丙基、丁基、辛基、十二烷基或十八烷基，R4是有1-20个碳原子的烷基。或者是，R1和R2均可独立地是-CH2NHCONHR3，其中R3是烷基，任选地是乙基、丙基、丁基、辛基、十二烷基或十八烷基。
在R1和R2均含有-NHCONH-基团的情形，晶化的二乙炔化合物可以对每个脲基含两个氢键，两个氢键中的每一个都从一个可聚合的二乙炔分子上的两个NH基团之一延伸到相邻的可聚合二乙炔分子中的C＝O基团。
如果需要，可聚合的二乙炔单体可以被对称取代，并可任选地具有晶体结构，其中该二乙炔化合物有对称中心，但不存在对称轴或对称平面。没有对称轴或对称平面的晶体结构通常称作“三斜”晶系。
晶化的二乙炔化合物试剂可以在晶相中含有至少一种非炔类化合物，该至少一种非炔类化合物任选地是一种或多种溶剂。如上所述，晶化的二乙炔化合物或单体可以由于环境热量而聚合，产生指示剂响应，例如颜色变化。最好是，晶化的二乙炔化合物含有的已聚合的二乙炔化合物，按二乙炔化合物和聚合物的重量计，不超过约10％重量。聚合物的比例可以是例如不超过约3％，或者不超过约1％或更低。
本发明在另一方面还提供一种晶化的二乙炔化合物，其晶粒大小在第一方向上大于约100微米，在与该第一方向垂直的第二方向上的最大尺寸不超过约10微米。
在另一方面，本发明提供了具有以下结构式的晶化的二乙炔化合物
CH3CH2HNCONH-CH2-C≡C-C≡C-CH2-NHCONHCH2CH3
其具有三斜晶体结构。该化合物可具有中心对称的晶相，其中该中心对称晶相具有以下晶胞参数：
Figure GPA00001120844200041
Figure GPA00001120844200042
Figure GPA00001120844200043
α＝约89°，β＝约85°，γ＝约81°。
本发明在另一方面还提供了2，4-己二炔-1，6-双(烷基脲)化合物的晶体，其X射线衍射图在小于约15°的低2θ衍射角有两个高强度峰。当用波长为约
Figure GPA00001120844200044
的X射线鉴定时，其衍射图还在约19-24°的高2θ衍射角有不到4个高强度峰。在本发明的这一方面的一项实施方案中，X射线衍射图在约19°-24°的高2θ衍射角没有高强度峰。
2，4-己二炔-1，6-双(烷基脲)化合物可以是例如2，4-己二炔-1，6-双(丙基脲)或2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)，并且分别可以从2，4-己二炔-1，6-双(丙基脲)或2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)在水和乙醇、异丙醇、二甲基亚砜或其它合适溶剂的混合物中重结晶。
此外，本发明在又一方面提供了从溶剂体系中重结晶的2，4-己二炔-1，6-双(烷基脲)化合物的晶体，该晶体的X射线衍射图在小于12°的低2θ衍射角有2个高强度峰，并且在约19°-24°的高2θ衍射角的高强度峰不超过4个，其中高角度衍射图由重结晶使用的溶剂体系决定。
本发明的晶化的二乙炔化合物可具有较高的纯度，例如纯度为至少约99.8％重量，或者可以是较低的纯度，例如纯度为至少约90％重量。
本发明的晶化的二乙炔化合物可以用任何合适的方法制备，例如使二乙炔化合物从该二乙炔化合物在溶剂体系中的二乙炔化合物溶液中结晶。
如果需要，可以通过将二乙炔化合物溶解在溶剂体系中制备二乙炔化合物溶液，该二乙炔化合物可任选地包括未纯化的结晶产物。
本发明还包括一种环境条件指示剂，任选地是一种时间-温度指示剂，或高能辐射监测器，它含有本文所述的晶化的二乙炔化合物或晶化的二乙炔试剂，该至少一种晶化的二乙炔化合物或试剂随着在环境条件下的暴露而产生可见的外观变化。
在另一方面，本发明提供一种含有固相组合物的时间-温度指示剂，组合物中包含具有以下结构式的二乙炔化合物
[CH3(CH2)nNHCONH(CH2)mC≡C-]2
该二乙炔化合物能通过二乙炔分子间的反应进行聚合，其中一个分子上的C＝O基团与一个相邻分子上的两个NH基团形成氢键，并且：
“m”是从1到7的奇数；
“n”是从1到19的奇数；和
该固相含有三斜空间群P-1。
在本发明的另一方面，“n”是从2到20的偶数，而不是奇数，固相中含有单斜空间群P21/a或P21/C，其中b轴是21轴，而不是三斜空间群P-1。
在本发明的一些实施方案中，溶剂体系具有从约6MPa1/2到约17MPa1/2的极性溶解度参数，和从约7.5MPa1/2到约26MPa1/2的氢键溶解度参数，条件是，该溶剂体系不由乙酸、二甲基甲酰胺或吡啶作为溶剂体系的唯一组分来构成。
通过选择具有指定的溶解度参数的溶剂，可以发现对于二乙炔单体适用的新的溶剂体系，并能扩大具有期望的二乙炔溶解度的溶剂体系的可利用范围。
通过对指定的二乙炔单体确认新的晶相或晶型，本发明使得二乙炔单体的潜在的商业应用范围能够扩展。在某些情形，新的晶相或晶型能为反应提供一组新的时间-温度参数，从而相应地提高了与易腐产品的变质或酿熟产品的理想成熟度的时间-温度特性匹配的能力。
在另一方面，本发明还提供了适合用来寻找一种或多种供二乙炔化合物使用的新溶剂体系的方法，该溶剂体系具有新颖的性能组合，例如溶解一种或多种可用的二乙炔化合物的能力，环境相容性质或者这些或其它性质的有用组合。
本发明还提供了制备二乙炔化合物溶液的各种方法。一种方法包括利用溶剂的溶解度参数构成一个描绘溶剂的溶度图，并使用该溶度图对要溶解的二乙炔单体的溶剂体系寻找和选择有希望的溶剂组分。另一方法包括将一种或多种二乙炔化合物溶在本文公开的新溶剂体系中，其中被溶解的一种或多种二乙炔化合物含有从合成混合物或者从用甲醇自热的乙酸溶液中沉淀出的产物中结晶的粗产物。
本发明提供了一些令人惊奇的溶剂混合物，可聚合的二乙炔化合物在其中的溶解度显著地高于它在任何单个溶剂中的溶解度。这些和其它新发现的溶解度选择方案使得二乙炔化合物能够以新的方式重结晶，在一些情形提供了新的反应活性选择。
附图的若干视图简述
下面以实例方式，参照附图，详细说明本发明和制备与应用本发明的一些实施方案，以及所考虑的实施本发明的最佳模式，其中在所有这些视图中，相同的符号代表相同的要素：
图1是二乙炔聚合的一种模型的简化示意图；
图2是二乙炔单体分子的骨架图；
图3表示二乙炔单体分子的空间充满模型；
图4示意说明溶度图，其中画出多个溶剂和溶剂混合物的溶度点；
图5表示另一个溶度图，其中根据本发明确定了多个溶度区；
图6表示另一个溶度图，其中根据本发明确定了另外的溶度区；
图7显示了另外一个溶度图，其中根据本发明确定了另外的溶解度区；
图8显示了另一个溶度图，其中限定了本发明的另外的溶度区，并显示了对二乙炔单体计算的溶度点；
图9说明了适用于实施本发明的三维溶度图的一个实施方案，在此情形为Teas图；
图10是显示二乙炔单体在室温下在各种溶剂体系中的溶解度的条形图；
图11是两种晶态二乙炔单体的照片，左边的是一种已知的二乙炔单体，右边的是本发明的二乙炔单体；
图12显示了暴露在某个环境温度下的一些二乙炔单体的累积的颜色变化响应；
图13显示了暴露在另一环境温度下的图12中的二乙炔单体的累积的颜色变化响应；
图14显示了暴露在第三环境温度下的图12中的二乙炔单体的累积的颜色变化响应；
图15是显示第一种晶态二乙炔单体鉴定结果的X射线衍射图；
图16是显示另外一些晶态二乙炔单体的鉴定结果的一组X射线衍射图；
图17是两个X射线衍射图，显示根据本发明从二乙炔溶液中沉淀的两种晶态二乙炔单体的鉴定结果；
图18是对于第一种二乙炔单体由X射线衍射数据推演的晶体结构模型的透视图；
图19是对于第二种二乙炔单体由X射线衍射数据推演的晶体结构模型的透视图；
图20示意表示涉及二乙炔单体晶体的晶轴的取向。
依据本发明的内容，实施本发明的其它实例对于本领域的普通技术人员将是或者会变得显而易见。
发明详述
本发明特别提供了含有二乙炔化合物(本文中也称作“二乙炔”)或由其组成的晶态的二乙炔化合物(本文中有时称作“单体”)和二乙炔组合物，它们具有新的反应活性，或提供更多的反应活性选择。一般，本发明提供的二乙炔材料可以通过已知的二乙炔化合物经物理加工或物理改性制备，不发生起始物的化学变化或改性，或改变起始物的化学结构。
为便于物理加工和反应活性调节，本发明还提供了用于二乙炔单体的新溶剂和溶剂体系，包括一种或多种二乙炔单体在其中有良好的室温溶解度的溶剂。本发明包括溶在这些新溶剂中的二乙炔单体的溶液。
本发明还提供关于二乙炔单体在这类新溶剂中的溶解度的定量信息。本发明的其它方面提供了能够由这些新的二乙炔单体溶液衍生得到的新的二乙炔单体晶体及晶体结构信息。
本发明包括制备溶剂体系的方法，重结晶方法，确定有用的晶体结构信息的方法，以及二乙炔指示剂溶液和分子模拟方法。
本发明包括从本文所述的二乙炔化合物溶液中结晶的或用本文所述的方法制备的二乙炔化合物。本发明还包括制造环境条件指示剂的方法，包括将二乙炔化合物溶液施加在基质上。
已经一般地提出很多溶剂可用于溶解二乙炔化合物。但是，关于指定的二乙炔化合物在特定溶剂中的具体的溶解度只有很少的数据。虽然一些二乙炔化合物在所提议的溶剂中会有一定的溶解度，但溶解度可能相当低，小于适合进一步加工的数值。很多二乙炔化合物在室温下的溶解度已知很低，但可在高温下加工。例如，一些二乙炔单体在90-100℃的温度下从热的冰乙酸中重结晶。
用于监测热不稳定的易腐品的二乙炔化合物的制备和储存通常费用昂贵。可用于多种用途(包括新鲜度指示剂)的室温活性二乙炔化合物，其储存费用昂贵，有时需要低温冷冻。这些及其它因素使得难以进行大规模筛选试验以发现二乙炔化合物的可能有用的新的溶解度性质。
因此，本发明提供了一种寻找具有适用的二乙炔溶解度的有希望的溶剂的方法，它能够减少或避免对溶剂的大规模筛选。在一些实施方案中，此方法能提供特定的溶解度，例如按溶液重量计至少1％或至少4％。
本发明采用对某些二乙炔化合物或单体的新了解和领悟，通过物理加工变化而保持化合物在化学上不变，提供了调节其与指示剂有关的反应活性和其它性质的方法。本发明包括能提供新的反应活性特点而不必经由化学反应改变二乙炔单体的实施方案。这是因为化学结构与已确定的商业产品不同的新分子可能需要对安全性和其它应用进行昂贵的研究。因此，本发明在一些方面提供了处在新的或改变的物理状态的晶化的二乙炔化合物，与化学上相同结构的化合物相比，它们具有新的或改变的反应活性。例如，这些二乙炔化合物可具有特殊的晶体结构。
为获得新的反应活性或其它性质，最好是在分子水平上更充分地了解二乙炔单体的结构及其反应机制。本发明还提供了有助于这些目的的新方法和产物。
虽然本发明不受任何特定理论的限制，但是在二乙炔化合物(在聚合反应的意义上是“单体”或“二乙炔单体”)的固态聚合反应中，相信是该单体的晶体结构保持各个二乙炔单体分子以一种能够自发聚合的方式并列。这一概念图示在图1中，其中示出以纵向和角度有序方式平行排列的三个二乙炔单体分子，正如它们在二乙炔单体的固态晶体中可能排列得那样。相邻分子的炔基充分接近，它们能够自发地在两个相邻分子之间形成双键，将单体分子连接在一起，形成1-4加成聚合物产物。
图2和图3示出两种二乙炔化合物的更详细的模型。图2显示了2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)单体分子的骨架结构，图3显示了2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)(上图)和2，4-己二炔-1，6-双(丙基脲)(下图)的空间群模型。
二乙炔单体聚合的作用机制的这些模型被认为是准确的，但多半不是全面的，即，其它机制也可能起作用。另外，对于能够帮助找到化合物、加工条件、添加剂或其它变化，以便提供具有新的指示剂相关活性或活性样式的新型二乙炔单体的预测模拟工作，它们还不够详细。
例如，最好是对二乙炔单体和相应的聚合物都有更多的关于晶胞尺寸和角度、原子间距和构象等晶体学信息和其它信息。此类有用的信息可以由X射衍晶体学数据得到。但是，由于得到尺寸足以进行全面的X射线晶体研究的反应活性二乙炔单体的结晶的困难，相信可供利用的X射线晶体学数据很少。因此，为了这些及其它目的，最好是得到相对较大的二乙炔单体的晶体，例如尺寸至少为约0.2mm的晶体。
虽然本发明不受限于任何特定的理论，但是二乙炔分子在晶体中的堆积方式被认为与供时间-温度指示剂使用的晶粒的可聚合度有关。对于这些较复杂的分子，据信目前不可能只靠对单体结构的了解可靠地预测晶体结构。因此，如上所述，对于指定的二乙炔单体，新晶相的发现通过为反应提供一组新的时间-温度参数和相应地提高了与易腐产品的变质或酿熟产品的理想成熟度的时间-温度参数紧密匹配的能力，为指定的二乙炔单体提供了大大扩展其商业应用机会的可能性。
本发明的一些实施方案包括改变或调节已知的，或新确认的，或新合成的二乙炔单体的反应活性的方法。反应活性的调节方法可以是从溶液中结晶或重结晶二乙炔单体的方法，该方法包括控制至少一个结晶参数，例如粒子大小、粒子形貌、晶体结构、晶体缺陷、包含在晶体中的溶剂分子及受热历史，以便得到具有调节过的颜色响应时间-温度依赖性的二乙炔单体。
虽然本发明不受限于任何特定的理论，但是已知使二乙炔单体可用于环境条件指示剂的产生颜色变化的聚合反应受二乙炔单体的晶体结构的支配或影响。据认为，在可聚合的二乙炔单体的晶体中，构成晶体的堆积的二乙炔单体分子主要排列在晶格中，该晶格能够适应从单体向聚合物的转化，而在聚合物分子的合成中相邻排列的单体分子之间只发生很小的尺寸变化。还设想这种必需的小尺寸变化在晶体表面上和晶体结构缺陷处可能更容易发生，在那些部位晶格中的二乙炔单体分子有更大的运动自由度。这些考虑相信有助于了解本文所述的本发明的某些方面，涉及通过控制某个结晶参数，例如这里描述的结晶参数之一，改变或调节二乙炔单体的反应活性。
为了从溶液中结晶或者重结晶二乙炔单体，必须提供适合二乙炔单体的溶剂体系。当在本文中使用时，术语“溶剂体系”可以包含一种或多种溶剂。最好是，该溶剂体系是在可接受的温度下以合适的负载溶解二乙炔单体的溶剂体系，并且在重结晶条件下不与二乙炔单体反应。当将溶解的二乙炔单体粉末从加热的二乙炔单体过饱和溶液中重结晶时，最好是小心避免由于温度和时间导致的不良的聚合反应。因此，在某些情形，当试图从二乙炔单体的过饱和溶液中生长纯二乙炔单体的大晶体，例如尺寸大于2mm的晶体时，如果这需要长时间加热，可以会遇到困难。在某些情形，当试图从饱和的室温或者更冷的溶液生长大晶体时，由于二乙炔单体在这些温度下溶解度有限，也会遇到困难。
另外，通过发现能够溶解足够浓度的二乙炔单体的溶剂，能够降低将二乙炔单体加工成印制的指示剂器件的费用。再者，二乙炔单体有时方便地先预结晶，然后配制成能够印刷的墨水。对于这种用途，具有良好溶解度的溶剂存在选择余地是符合要求的。
因此，寻找能够改善一个或多个此类问题的一种或多种溶剂体系会是有用的。
溶剂绘图
一般来说，本发明的一个方面包括一种制备用来溶解二乙炔化合物的溶剂体系的方法，包括形成一个溶剂图，它是以二乙炔化合物的多种有希望的容剂的极性溶解度参数对于这些有望溶剂的氢键溶解度参数作图，以便对每种有望溶剂提供溶解度参数点。此外，该方法包括从二乙炔化合物在至少3种液体中的溶解度信息找到该二乙炔化合物的溶度区，在上述任何一种液体中该二乙炔化合物都不应该不溶解。最好是，所述溶度区是与预期的溶液性质相联系的极性和氢键溶解度参数的邻接区域。此方法还包括在溶剂体系中选择和采用一种有希望的个别溶剂，它的溶解度参数点位于该溶度区，但不是提供了关于二乙炔化合物的溶解度信息的液体之一；或是几种有希望的溶剂的组合，其组合溶解度参数值处在该溶度区内。如果需要，这种制备溶剂体系的方法可以包括将有希望的溶剂混合。
依据本发明，业已确定二乙炔单体的溶解度能根据热力学性质，例如溶解度参数(比如Charles Hansen描述的Hansen溶解度参数)来描述。Hansen描述了三种不同的溶解度参数，它们与溶剂分子间的三类不同的相互作用有关，即色散参数δd，极性参数δp和氢键参数δh。溶解度参数以兆帕的平方根(MPa1/2)为单位量度。
这三种溶解度参数可以在三维的图上表示成溶解度点的坐标，一个坐标代表一个参数。根据Hansen理论，在这一三维空间中两个分子越靠近，它们越可能彼此溶解。在例如“Hansen Solubility Parameters：Auser’s handbook”，C.M.Hansen，2000，CRC press，ISBN 0-8493-1525-5中可以查到很多溶剂的溶解度参数。还提供了一种估算未在该文献中列表的溶解度参数的方法。
虽然它们在某些情况下可能有用，但通常存在很多限制。例如，这些参数是近似值，分子间的成键比三个参数可能暗示的更难以捉摸。分子形状和大小可能有关，因为可以是其它类型成键，例如诱导偶极子、范德华和静电相互作用。因此，最好是实验证实由使用Hansen溶解度参数导出的溶解度预测值。
另外，对于二乙炔类单体，Hansen溶解度参数一般是未知的，虽然对于较简单的化合物有时能够计算Hansen溶解度参数，但在二乙炔化合物中存在的两个参键和其它因素会造成计算的不确定性，因此对某些二乙炔单体不能计算出可靠的数值。
本发明的一项实施方案包括一种为特定的二乙炔单体寻找新的溶剂体系的方法，该方法利用Hansen溶解度参数，但不需要知道预定的溶质(二乙炔单体)的溶解度参数。本发明包括二乙炔单体在这种新确定的一种或多种溶剂中的溶液。
例如，可以进行溶解度实验以确定或证实所研究的二乙炔单体在多种已知溶剂中的溶解度。这些溶解度实验的结果可在一组溶剂的某些或全部Hansen溶解度参数的图表或绘图上图解表示或绘制，或者逻辑确认。然后可以用该溶剂图数据通过在溶解度参数坐标图上限定一个预期与增高的二乙炔单体溶解度对应的区域，找出供该二乙炔单体用的其它溶剂。
可以为很多溶剂设置Hansen溶解度参数，包括：供所研究的二乙炔单体用的已知溶剂，二乙炔单体在其中的溶解度已知；非溶剂，已知二乙炔单体在其中溶解度很小或不溶解；有希望的溶剂，二乙炔单体在其中的溶解度未知。
可以采用任何合适数目的溶剂提供关于二乙炔单体的溶解度的数据，并帮助确定二乙炔单体的溶度区。本发明的一些实施方案采用得自两种或三种已知溶剂的数据。其它实施方案采用得自四或五个或更多已知溶剂的数据。例如，用来确认溶度区的信息可以包括关于二乙炔化合物在至少5种液体中的溶解度的信息，所述液体选自醇、酸、水、芳族化合物、含氮化合物、酯类、二醇、卤代有机化合物、烷烃以及上述液体的混合物。
溶解度数据被采用的已知溶剂的数目可以是2到约20个，或者更多。在本发明的一些实施方案中采用较少数目(例如约3至10个)的溶剂的溶解度数据。
如果需要，可以使用更多数目的溶剂的溶解度数据。最好是，但并非必需，使用参数处在图表的不同部分的溶剂。当可能的峰值溶解度区域已经确定后，如果需要，可以使用得自处在所确定的区域的对面的溶剂的辅助数据。例如，可以选择辅助的溶剂，它们具有的溶解度参数使得从溶剂的溶度点至辅助溶剂的溶度点的直线穿过可能的峰值溶度区。
溶剂图可以包含对各个已知溶剂相对于溶解度参数作图的多个溶度点。各溶度点由各自的溶解度参数在三维空间里的坐标确定。为简化起见，本发明的一些实施方案可以使用三种参数中的两种参数的数据，例如极性参数和氢键参数，于是溶度点可以绘制在二维空间内。溶剂图可以有限定空间的2或3个轴，根据是采用了两个还是所有三个Hansen参数，在其中标绘出溶度点。
在本发明的一项实施方案中，将已知的溶度点对氢键参数和极性参数作图，任意地以氢键参数为Y轴，极性参数为X轴。在本发明的这一实施方案中，为简化起见，忽略了色散参数或是作经验考虑。如果需要，可以认为色散参数与某些(但不是全部)溶剂有关，如同本文中将要解释的那样。
在本发明的另一实施方案中，作为第三维在Z轴(或以其它合适的方式)画出色散参数，正如本领域普通技术人员依据本公开的内容显然可见的，此方法被扩展到第三维。本发明的其它实施方案在二维溶剂图中采用极性参数数据或氢键参数数据与色散参数数据配合。
在溶剂图中，可以将二乙炔单体在其中已知具有所要求的溶解度的溶剂在溶剂图中作记号、着色、标记或者图示或逻辑标识，以便将溶剂图中的已知溶剂和已知的非溶剂区分。溶剂图可以是专门针对特定的二乙炔单体。所要求的溶解度可以是任何期望值：例如，溶解度从0.1％至约20％。本发明的一些实施方案分别采用约0.5、1、4、7、10和13％的期望溶解度。至少能提供期望溶解度的溶剂可以作出记号，而已知溶解度较低或者特定的单体于其中不溶解的溶剂不作记号，或作不同的记号。
本文中用百分数表示的溶解度应理解为以溶液重量为基础的溶质重量。溶解度可以是受热的溶解度或室温溶解度，如文中所示或是从上下文显然可见。
于是可以对特定的二乙炔单体标识出具有或者缺乏期望溶解度的已知溶剂和已知非溶剂。根据这一信息，可以在溶度图上确定或者显示一个溶度区，它包围着对二乙炔单体具有增大的溶解度的溶解度参数的组合。所确定的溶度区还包括处在被包围的已知溶剂点之间的溶剂图区域。任选地，所确定的溶度区还包括与已知的溶剂点相邻或连接的一个或多个区域。
对于二乙炔单体，溶度区可以从二乙炔单体在至少三种它于其中溶解的液体中的溶解度信息确定。根据可利用的溶解度信息可以使用任何合适数目的液体，例如5、10或者20种或更多的液体。
通常，溶度区可以是与期望的溶液性质结合的极性和氢键溶解度参数的邻接区。另外，所确定的溶度区可以包含与期望溶解度相关的Hansen参数值的组合。最好是，所确定的溶度区包括对特定的二乙炔单体具有期望溶解度的所有或大部分溶剂。另外，所确定的溶度区最好不含所有或者大部分作为不具有预期溶角度的溶剂的那些非溶剂。
如果需要，可以将所确定的溶度区用周边线勾出。周边线可以是开口形，例如“V”或“C”形，但最好是一个闭合的环。根据在溶剂图中出现的溶解度数据，闭合环周边线可具有不规则的、规则的或几何学形状，例如，椭圆形、卵形、圆形、三角形、矩形、多边形、四边形或其它合适的形状。
另外，如果需要，可以借助数学分析将周边线随机地定位和成形，以便根据在所确定的溶度区内包含的组合Hansen参数是被具有或者不具有期望溶解度性质的溶剂拥有的几率来确定溶度区。或者是，周边线可以靠经验，例如用肉眼确定。
如果需要，可以确定溶度区以包括预期能提供二乙炔单体某个最低溶解度(例如按溶液重量计约1％，约4％，约7％或约10％的溶解度)的组合溶解度参数。
这样一个溶度区会有助于形成含最低比例的二乙炔化合物的二乙炔溶液，例如以二乙炔溶液的重量为基础含至少约1％，至少约7％，和至少约10％重量的乙二炔化合物。如果需要，二乙炔溶液中可以含更高浓度的一种或多种溶解的二乙炔化合物。
在本发明的一些实施方案中，除溶解度参数外，还根据其它因素确定或调节溶度区。例如，在将溶度区定位或成形时，可以避免沸点低得不能提供期望溶解度的溶剂或溶剂组合。另外，在将溶度区定位或成形时，可以包括或排除具有特殊结构特点的溶剂或溶剂体系，这些特点会影响它对特定溶质的溶解能力，但可能不反映在其Hansen溶解度参数上。例如，具有碱性特点的有一个或多个电子供体基团的溶剂，可能对具有一个或多个可利用的电子受体基团(例如负性端不易被可能的溶剂接近的偶极子的正性端)的溶质有令人吃惊的溶解能力。但是，本发明不受限于任何这类理论。
对于二乙炔单体具有或很可能具有期望溶解度的有希望的溶剂和溶剂体系，能够通过寻找其溶度点位于所确定的溶度区内的其它溶剂来确认。
令人惊奇的是，业已发现，一些适用于二乙炔单体的溶剂体系能利用氢键和极性参数的溶解度图来鉴别，而不必利用色散参数。本发明包括其中忽略色散参数的实施方案。
本发明的一些实施方案包括二乙炔单体在溶剂中的溶液，该溶剂具有处在所确定的溶度区内的溶解度参数。本发明的另一些实施方案包括二乙炔单体在溶剂体系中的溶液，该溶剂体系的溶解度参数位于所确定的溶度区内。
当可混溶的溶剂合并时，其Hansen参数可以通过将混合物中各液体的Hansen参数利用权重因子(各液体在混合物中的体积分数)平均来组合。于是，在溶剂图上，两种溶剂的混合物的溶度点通常是在各自的溶度点之间的直线上，沿该线的距离与其在混合物中的各自的体积分数成反比。或者是，如果需要，它们可以按照每种溶剂在混合物中的各自的质量分数比例来组合。
最好是，两组分溶剂体系中的两个组成溶剂具有各自的溶度点，它们在溶剂图上的定位使得它们之间的直线穿过所确定的溶解度区。可以选择或调节混合物中各溶剂的比例，使得混合物的溶度点位于所确定的溶度区内。
本发明的另一些实施方案包括有3、4或更多组分的溶剂体系，这些组分彼此混溶，并且彼此之间或与溶质之间不发生反应。如果需要，可以利用溶度点的参数与按照各组成溶剂的体积分数权重的平均Hansen参数相等进行计算，选择溶剂，使得溶剂体系的溶度点处在期望的溶度区内。
一些溶剂体系实例包括单个溶剂以及两种或多种溶剂的混合物。适用的溶剂体系的一些实施方案包括至少一种对于二乙炔化合物或要溶解的化合物是不良溶剂或非溶剂的组成溶剂。在用于实施本发明的混合物中各溶剂最好能彼此完全混溶。
一种可用来实施本发明的溶剂体系含有两种对于二乙炔化合物不良的但彼此混溶的溶剂或非溶剂，例如乙醇和水。另一种适用的溶剂体系含有一种或多种对于二乙炔单体相对较良的溶剂，例如能溶解至少1％重量二乙炔单体，的一种或多种溶剂，和与其混合的对于该二乙炔化合物不良的溶剂或非溶剂。
为得到溶剂图以便寻找对于二乙炔单体有希望的新溶剂，如本文所述，需要关于二乙炔单体在一些溶剂中的溶解度信息。如果本领域没有足够的溶解度信息可供利用，可以进行溶解度试验。
可以根据关于所涉及的二乙炔单体的已有的溶解度信息选择有希望的溶剂和溶剂体系进行试验。对于每种选定的溶剂和溶剂体系，可以在以氢键(δH)为Y轴、以极性参数(δP)为X轴的图上，或以本文所述或建议的其它方式，标绘出溶度点。
如果二乙炔单体的极性和氢键溶解度参数是已知的或是可以可靠地计算，也可以绘制该二乙炔单体的溶度点。然后可以绘制与二乙炔单体溶度点相关的尝试性溶度区并以实验手段试验。
如果二乙炔单体的极性和氢键溶解度参数是未知的，并且不能可靠地计算，则可以根据实验结果确定溶度区，如以下实施例1中示例说明的那样。对于室温下溶解度有限的二乙炔单体，可以采用更高的温度。例如，为了从乙酸溶液中重结晶二乙炔单体，曾采用约90-95℃的加工温度。一般来说，根据所用溶剂的沸点、所溶解的二乙炔单体的稳定性、不良聚合反应的可能性及其它因素，可以采用约50-100℃或其它合适范围内的温度。
在本说明书中，在提到溶解度而未说明温度时，该温度应理解为所涉及的溶剂在标准大气压下能合理地达到的任何温度，即，最高达该溶剂的沸点以上几个摄氏度，例如不超过沸点以上5℃。
现在说明实施本发明的一些非限制性实施例。
实施例1：溶解度试验和溶度区的确定
此实施例对于一种希望寻求新溶剂和溶解度信息，并且没有可靠的溶解度参数信息可供利用的二乙炔单体，即，2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)，示例说明了溶剂绘制、试验和溶度区确定。在此实施例中，对于不同化学类型和物理化学特性的各式各样溶剂的一些代表性样品，均根据其溶解度参数标绘了溶度点。代表性溶剂的溶度点(实心方块)标绘在以氢键(δH)为Y轴、极性参数(δP)为X轴的图上，形成了示于图4的图形。在图4中还对含25％重量水的水/溶剂混合物溶剂体系画出了溶度点(空心方块)。这些混合物是通过将各个溶剂的溶解度试验结果(下面说明)用在图4的其溶解度参数图上，从而被建议作为可能适合用于溶解2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)的溶剂体系。
对各溶剂在不超过溶剂沸点以上5℃的温度试验其溶解至少1％重量2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)的能力。因为所试验的溶剂的沸点有从56℃到189℃的很大变化，所以将溶剂分批，分别在60、75、82和90℃的温度试验。试验温度最好不超过指定溶剂的沸点以上4-5℃。
没有所考虑的二乙炔单体的溶解度信息，或是关于其溶解度参数的数据，要在图4中确定一个二乙炔单体溶解度可能提高的区域是不可能的。
在下面表1中列出了由上述使用所示溶剂的溶解度试验对于2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)得到的一些示例性溶解度数据，同时还列出了溶剂的溶解度参数信息。表1中还包括关于25％重量的水/溶剂混合物的数据。
Figure GPA00001120844200181
在表1及本文中其它地方使用时，“DMF”指二甲基甲酰胺，“DMSO”指二甲基亚砜，“E3EP”指3-乙氧基丙酸乙酯，“THF”代表四氢呋喃。
表1中单个溶剂的结果表明，5种溶剂溶解至少1％重量的2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)，因此有必要进一步研究。这些溶剂是二甲基亚砜(DMSO)，乙酸、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、乙醇(EtOH)和乙二醇。正如所预料的，由于使用了溶剂图，水/溶剂混合物全都溶解至少1％重量的2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)。
将得自1％重量溶解度试验的表1结果用在Hansen溶解度参数图上，根据2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)能在合理的加工温度下溶解的极性和氢键参数，能够在该图上确定一个清楚的区域。这可以在没有关于溶质2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)的溶度点和溶解度参数值的信息条件下完成。
实施例2：进一步的溶解度试验
然后，对于先前试验中溶解度至少为1％的各个溶剂及水/溶剂混合物，在不同的溶质浓度下(本情形为4％、7％和10％重量2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲))重复实施例1溶解度试验。使用90℃的水浴保持溶剂或溶液温度，得到的结果列在下面表2中，同样包括了溶解度参数信息作为参考，以便于理解关于丙酮和水的数据。
Figure GPA00001120844200201
这些结果表明了本发明各个方面的实施。例如，确认了2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)的溶解度超过10％的两种新溶剂，即甲酸和二甲基亚砜。甲酸在室温下能溶解接近13％重量的2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)。
另外，还可以指出，2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)的两种非溶剂，即，水和丙酮，可以组合在一起，其溶解度参数组合后形成了溶剂体系，2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)在其中具有至少4％重量的出乎意料的良好溶解度。
再者，令人惊奇的是，25％水/乙醇混合物(1份重量的水与3份重量的乙醇组合)对2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)的溶解度至少为4％重量，优于纯乙醇对2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)的低于4％重量的溶解度，尽管2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)在水中不溶解。
对这些发现进行的仔细研究指出，在一个狭窄的溶解度参数范围内存在一个或多个2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)溶解度提高或最佳的区域。本发明的二乙炔单体溶液实施方案和其它实施方案采用一种或多种的溶剂组合，这些溶剂可以完全混溶，并且其溶解度参数可以组合成处在对于特定的二乙炔单体的这样一个提高或最佳的溶度区内。
在图5中图示说明了将示于表2的一些2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)溶解度结果用于如图4中所示的溶解度图的几种方法。
参看图5，定量表示溶剂的偶极子强度的参数(即，极性参数，有时写作“δP”)沿X轴作图，而定量表示溶剂的氢键强度的参数(即，氢键参数，有时写作“δH”)沿Y轴作图。每种情形中的单位均为兆帕的平方根(MPa1/2)。在本发明的这一实施方案中，未使用色散参数(有时写作“δP”)。
在图5中，黑方块代表具有至少10％溶解度的溶剂，中间加阴影的方块代表有至少4％溶解度的溶剂，而空白方块代表具有至少1％溶解度的溶剂。“X”指示2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)在其中不溶或溶解度小于1％的溶剂。为清楚起见，除去水、丙酮和能够溶解10％重量2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)的溶剂以外，大部分溶剂的名称都被略去。
在图5中显示了三个溶度区，它们分别具有1％、4％和10％阈值溶解度表观上需要的近似溶解度参数。这些溶度区是逐个套叠的，最大的溶度区包围着对2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)具有至少1％溶解度的溶剂体系。在这个大区域内的一个较小的区域具有至少4％的2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)溶解度，最小的溶度区整个处在该较小区域之内，具有至少4％的2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)溶解度。如图5所示，各溶度区均呈梯形。但是，溶度区可以是其它形状。
虽然本发明不受限于任何特定的理论，但是预期丙酮的低沸点可能不容许溶液热得足以达到在最小溶度区内的其它四种溶剂对于2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)的溶解度，这几种溶剂的沸点均超过100℃。
藉助图5中所示的溶度图，根据溶解度的需要，可以确定用于寻找适用溶剂的各种实用准则。例如，为了溶解至少约1％重量的2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)，可以使用极性溶解度参数为约7.5-16.6MPa1/2、氢键参数为约8.5-26.0MPa1/2的溶剂体系。为了溶解至少约4％重量的2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)，可以使用极性溶解度参数为约7.7-16.5MPa1/2、氢键参数为约9.0-22.5MPa1/2的溶剂体系。为了溶解至少约10％重量的2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)，可以使用极性溶解度参数为约8.0-16.4MPa1/2、氢键参数为约10.0-17.0MPa1/2的溶剂体系。
因此，诸如表2中所示的数据可以用来在溶剂溶解度参数的溶度图上确定具有期望溶解度的区域。该溶度图反过来可以用来对于所讨论的二乙炔单体寻找一个或多个新溶剂体系。
图6中画出的二维溶剂图的实例对于一些溶剂和一些限定的溶度区显示了溶解度点，示例说明了根据二乙炔单体(例如2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲))在选定的溶剂体系中的溶解度试验可以从经验上确定的那些数值。
图6一般与图5相似，其差别在于，图6中限定了两个不同大小的椭圆形溶度区，而不是图5中限定的梯形溶度区，较小的椭圆完全位于较大的里面，包围着对2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)预期有较高溶解度的溶度点。较大的椭圆被限定成包围住对于具有最低要求的2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)溶解度的溶剂和溶剂体系预期合适的一系列溶解度参数。较小的椭圆被限定成包围住对于具有较高或最佳要求的2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)溶解度的溶剂和溶剂体系预期合适的一系列溶解度参数。另外，各个溶度点标记了溶剂名称。
位于图5-7内的溶度区边界可以根据已知溶解度和在溶解度试验(例如在实施例1和2中所述的)中确定的新溶解度用内插法确定，或以其它合适的方式确定。
图7一般与图6相似，其差别在于，包括和标识了表2中所示的对于水/溶剂混合物的溶度点，而未标识除水以外的单个溶剂的溶度点。
参看图7，可以看出水远在增高的溶度区之外，与其如上所述地是所试验的具体的二乙炔单体(即，2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲))的非溶剂相一致。令人惊奇的是，水可以与和其混溶的其它溶剂混合，得到对2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)有良好溶解性的新溶剂体系。一些这样的混合物在图7中用三角形标出。例如，2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)在单独的丙酮中只有有限的溶解度，但在丙酮-水混合物中具有适用的溶解度。在丙酮和水的溶解度点之间的直线穿过2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)的峰值溶度区。含少量水(此试验例中为25％)的混合物的溶解度点位于峰值溶度区内。
示于图8中的溶度图包括按官能基列出的一些溶剂和单个溶剂水及四氢呋喃的溶度点。溶解度是如实施例1中所述，在最高达90℃或接近指定溶剂的沸点的温度下用尝试法确定的。
利用得到的数据，对于溶解度坐标与至少约1％重量、至少约4％重量和至少约10％重量的2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)相关的溶解度坐标确定了椭圆形溶度区。
在图8中还对一种二乙炔单体2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)示出了计算的溶度点的实例，该单体在图8和一些其它附图中简写作“KE”。图8中用黑三角表示的计算的溶度点是根据van Krevelyn的方法，藉助基团贡量表，通过计算其Hansen溶解度参数确定的。计算出的数值(以MPa1/2为单位)如下：δD＝20.8，δP＝7.3，δH＝10.1。这些计算值似乎是合理的，但与实验不很一致：2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)(“KE”)落在其本身的溶度区之外。Brandrup，J.，Immergut，E.H.，Grul，E.A.，在其编著的Polymer Handbook，第4版，John Wiley & Sons，Inc.；Hoboken，NJ；1999，第2卷中描述了按照van Krevelyn的方法计算Hansen溶解度参数的一种方法。
图9所示的溶度图是被称作Teas图(三角形图)的一个实施方案，除了在图5-8中画出的极性和氢键参数之外，它还画出了第三个溶解度参数一色散参数。
为了将所有三种溶解度参数画在一张平面图上，假定所有物质均有相同的Hildebrand溶解度参数。这是一个为方便而作的近似。Hildebrand值是三个Hansen参数的均方根，而三个Hansen参数常常被认为是Hildebrand值的加合分量。Teas图画出了三个分量Hansen溶解度参数(即，色散参数，极性参数和氢键参数)各自对总的Hildebrand值的相对贡献。然后可以按照在整体中的比例而不是不相关的参数来表示溶解度参数。在John Burke的以下著作中进一步说明了Teas图：“SolubilityParameters：Theory and Application”，The Book and Paper Group Annual，Vol.3，1984.The American Institute for Conservation of Historic andArtistic Works(AIC)。
在图9中对于各式各样的溶剂群示出了近似的溶度点，即，羧酸、极性非质子溶剂、二醇、醇、烷烃、芳烃、酯、卤代溶剂、酮、腈以及水、吡啶和四氢呋喃。
对于溶剂群，溶度点是对该溶剂群的近似平均值，溶解度参数随温度的可能变化被忽略，如同示出的其它溶度图一样。
画出了指示对2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)的溶解度增高的两个溶度区：一个用来与至少约1％重量溶解度近似相关的虚线三角区，和在该区内的用来与至少约10％重量溶解度近似相关的实线三角区。这些区域可以与实验结果相当合理地吻合。一个例外是吡啶，它溶解约1％重量的2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)，但在画出的三角区之外。
利用例如图9中所示的三维溶度图，相信对于2，4-己二炔-1，6-双(丙基脲)(本文中也称作“KPr”)能得到类似的结果。画出三维或更多维溶解度参数的其它方法对于本领域技术人员将是或者会变得显而易见。
对于某些用途，拥有在室温下能有效溶解二乙炔单体的溶剂会有用处。较低的温度会利于晶体生长，与高温下相比，聚合反应很可能是不太重要的因素。另外，良好的室温溶解度在二乙炔单体的下游加工及制造应用中有潜在的价值。因此，本发明的一些实施方案包括二乙炔单体在能为二乙炔单体提供较大的室温溶解度的溶剂体系中的溶液。
为了这一目的或其它目的，可以测定从乙酸中重结晶的一种二乙炔单体2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)在各种溶剂体系中的室温溶解度，如下面表3中所示。表3按照以溶液重量为基础的重量百分数列出了在20℃的室温下的溶解度。
Figure GPA00001120844200251
1，1，3，3-四甲基脲，也称作“四甲基脲”，有时写作“TMU”，在封闭的小瓶内在90℃可以溶解最高达7％重量的2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)。
利用关于2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)的溶解度信息，例如以上表3中列出的数据，可以配制室温溶液用于重结晶，作为墨水用于制备环境条件指示器，或用于其它目的。其它的二乙炔单体溶液可以类似地制备。
示于图10的条形图图示描述了列在表3中的室温溶解度。
像在本文中其它部分的情形一样，丙桐/水和乙醇/水溶剂混合物在表3和图10中以重量/重量的比例给出。由表3和图10可见，一些在高温下溶解度提高的溶剂体系，例如乙酸和几种含水混合物，在室温下只有很低的溶解度。
相反，卤化溶剂和甲酸显示出优异的室温溶解度。但是，这些溶剂的众所周知的加工性能可能使得它们不适合某些用途。本发明的一个有用的方面对于一种或多种二乙炔化合物提供了环境友好的或相容的新溶剂体系。环境相容的溶剂体系的一个实例是含有高比例的水，例如高于50％重量水的含水溶剂体系。
其它的二乙炔单体在本发明提供的或用于实施本发明的溶剂中的溶解度可以利用外推或者常规的实验方法确定。例如，5，7-十二碳二炔-1，12-双-正十八烷基尿烷(本文中也称“4DOD”)在各种溶剂体系中的溶解度可按以下实施例2A中所述确定。
5，7-十二碳二炔-1，12-双正十八烷基尿烷(4DOD)具有以下化学结构：
C18H37NHCOO(CH2)4CCCC(CH2)4COONHC18H37
它对辐射敏感，显示出颜色变化，但对正常的环境热条件较不敏感。5，7-十二碳二炔-1，12-二醇双(正丁氧羰基尿烷)是对辐射敏感，但对正常的环境热条件相对不敏感的另一化合物。本发明包括使用一种或多种这类化合物的辐射监测装置，用以提供对于高能环境辐射，例如紫外光、α射线、β射线或其它亚原子粒子流、X射线、γ射线和/或类似射线的累积暴露的可见指示。
实施例2A：5，7-十二碳二炔-1，12-双正十八烷基尿烷(“4DOD”)的溶 解度
为作为指示剂使用，利用在Yee的美国专利No.4,215,208第17栏47-65行描述的方法，以足够制备墨水母料的量合成了一种热不敏感型可聚合的二乙炔单体，即，5，7-十二碳二炔-1，12-二醇双(正十八烷基尿烷)(以后称“4DOD”)，并储存在冰柜中。从冷冻的储品中取少量4DOD，按照以下步骤试验室温下在各种溶剂体系中的溶解度。
称量100g去离子水放入200ml玻璃烧杯中。向玻璃烧杯中加入4DOD粉，直到溶液饱和，多余的4DOD以不溶解的固体形式保持存在。在另一只200ml玻璃烧杯中称量入75g去离子水，加入25g丙酮。然后向玻璃烧杯中的水-丙酮溶剂体系加入4DOD，直到溶液饱和，多余的4DOD保持作为不溶的固体。在第三只200ml玻璃烧杯中加入75g去离子水，向水中加25g乙醇，然后向该水-乙醇混合物中加4DOD直到溶液饱和，多余的4DOD保持作为不溶解的固体。在约25℃的受控室温下于磁力板上搅拌各溶液16小时。
在搅拌16小时后，将每种溶液取7g(只要溶解的部分，避免任何不溶的固体物质)分别转移到铝箔盘中。将铝箔盘在通风橱中静置2小时使所有的挥发性溶剂均蒸发，然后在真空烘箱中干燥1小时。将各铝箔盘称重，依据溶质在溶质体系中的重量％计算4DOD在各溶剂体系中的溶解度。得到的一些结果列在下面的表2A中。
               表2A：4DOD的溶解度结果
  溶剂   干燥前的溶液重量   干燥后的溶质重量   计算的4DOD溶解度(wt％)
  水   7.0g   0.00201g   0.03％
  75％水25％丙酮   7.0g   0.70618g   10％
  75％水25％乙醇   7.0g   0.62184g   9％
  100％乙醇   7.0g   2.58206   37％
  100％丙酮   7.0g   2.21616   32％
从表2A可见，在试验条件下，4DOD在水中溶解度最小。但是，由高比例的水和乙醇或丙酮混合的环境上可接受的溶剂体系显示出4DOD在水中的溶解度急剧增加到溶剂体系重量的约9％或10％。该结果还表明4DOD在单个有机溶剂乙醇或丙酮中有很高的溶解度。
本发明的方法在设计二乙炔单体(例如2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲))的溶剂体系方面提供了灵活性。例如，示于图5-7中的溶剂图是能够用来为二乙炔单体寻找新溶剂，或为二乙炔单体创造新溶剂，或用于这两个目的的溶剂图的示例说明。新溶剂和溶剂体系能够为二乙炔单体提供适用于该二乙炔单体的后继加工或应用的新的溶解度信息。这些新的溶解度信息可包含关于二乙炔单体在其中有合适溶解度的溶剂体系的新资料，或关于它在某个溶剂体系中的溶解度的新的定量信息。
以下是可用于实施本发明的单个溶剂的一些实例：甲醇，甲酸，二甲基亚砜，乙二醇，烯丙醇，2-氨基乙醇，1，1，3，3-四甲基脲，二氯乙酸和三氟乙酸。
一些适用的溶剂体系包括水与具有合适的互补溶解度参数的另一溶剂的混合物。这种含水的混合物可以含有占该溶剂体系重量约1-40％的水，约4-25％的水或其它合适比例的水。如果需要，所述的另一种或多种溶剂可具有不超过约15MPa1/2的氢键参数，和不超过约18MPa1/2的极性键参数。其它一些可用的溶剂体系包含非水溶剂混合物，包括上述的单个溶剂中的非醇类溶剂与一种或多种醇类溶剂的混合物。
以下是本发明的溶剂体系混合物实施方案的一些实例，在每种情形水的比例都以溶剂体系的重量为基础：
乙酸和水的混合物，含约5-25％的水，其余为乙酸；
丙酮和水的混合物，含约5-25％的水，其余为丙酮；
二甲基甲酰胺(“DMF”)和水的混合物，含水约5-25％，其余为二甲基甲酰胺；
二甲基亚砜和水的混合物，含水约0-25％，任选含至少约5％水，其余为二甲基亚砜；
乙醇和水的混合物，含水约0-25％，任选地含至少约4％水，其余为乙醇；
吡啶和水的混合物，含水约1-25％，任选含至少约5％水，其余为吡啶；
1，1，3，3-四甲基脲和水的混合物，含水约1％至约25％，任选地含至少约5％的水，其余为乙酸；以及
二甲基亚砜和乙醇的混合物，含约10-90％的水，任选地含至少约30％水，其余为二甲基亚砜，例如约50∶50混合物。
因此，本发明的二乙炔溶液实施方案中使用的溶剂体系可以选自：甲醇，甲酸，二甲基亚砜，乙二醇，氨基甲醇，1，1，3，3-四甲基脲，烯丙醇，二氯乙酸，三氟乙酸，以及水和上述的一种或多种溶剂的混合物，其中水在溶剂体系中的比例为约1-50％重量。丙酮与水和乙醇与水是能够使用的含水混合物的进一步实例，含有类似比例的水。也可以使用非水溶剂混合物作为实施本发明的溶剂体系。
可用来实施本发明的溶剂体系的一个实施方案包括共沸的乙醇-水混合物，其中含约95-96％重量的乙醇和约4-5％重量的水。本发明包括二乙炔单体在这种共沸混合物中的饱和溶液。
如果需要，可以向以上混合物中加入另外的混溶溶剂，以形成三元、四元或更复杂的溶剂体系，如本发明所暗示或由其显然可见的。例如，可以使用水与另外两种溶剂(例如异丙醇和二甲基亚砜)的三元混合物。这样一种三元溶剂体系的合适比例包括含最多约25％重量的水，其余为相对重量比从约1∶2至2∶1的另外两种溶剂。其它一些适用的溶剂体系包括可混溶溶剂的混合物，其中该溶剂体系的极性溶解度参数和氢键溶解度参数各包括单个可混溶溶剂的各自参数以每种溶剂在溶剂体系中的体积分数作为权重因子的平均值。
根据本发明的内容，其它适用的溶剂体系对于本领域技术人员将是或者会变得显而易见。例如，可以将第一种有希望的溶剂的极性和氢键溶解度参数在例如图5-9中任何一个所示的溶度图中画出。如果该溶剂处在对特定的二乙炔单体要求的溶度区或包层之内，则可预期该有希望的溶剂能够单独使用。如果第一种有希望的溶剂的溶度点处在对特定的二乙炔单体要求的溶度区之外，则可按照本发明，利用溶度图选择第二种有希望的溶剂，它可以与第一种有希望的溶剂组合成对于该二乙炔单体具有所要求的溶解度的溶剂体系。
应该理解，可以通过改变溶剂体系组分的比例调节多组分溶剂体系，以使该体系的溶解力适合特定的二乙炔单体。
如果需要，正如对于本领域普通技术人员将是或者将成为显而易见的，在溶剂体系中可以包含其它液体或固体。任选地，指定的一种或多种溶剂可以占溶剂体系重量的至少50％，其余的是其它液体和水(如果使用)。其它液体可以是要溶解的二乙炔化合物的溶剂或非溶剂，并且可以是例如本文中作为溶剂体系组分提到的其它液体。本发明的一些实施方案采用不含任何溶解的或不溶的固体的溶剂体系，并且可以配制除该溶剂体系外只含所要的一种或多种二乙炔化合物的溶液。
替代地，或者附加地，可以向溶剂体系中加入固体添加剂，只要它们不与本发明的目的不相容。例如，在美国专利No.7,019,171(Prusik等)中描述了一种沉淀添加剂并提出权利要求。
二乙炔化合物溶液
本发明的一些实施方案包括一种或多种二乙炔单体在本文所述适合此用的溶剂体系之一中的溶液。本发明的进一步实施方案包括二乙炔单体在新溶剂体系中的溶液，该溶剂体系的溶度点位于限定的溶度区内。
本发明还包括一种或多种二乙炔单体在本发明的溶剂体系具体实例中浓度最高达该溶剂体系溶解极限的任何期望浓度的溶液。例如，二乙炔化合物的比例可以是溶液重量的至少1％、至少4％或至少7％。对于很多用途，高溶解度会有用处，本发明包括含至少约7％重量溶解的二乙炔化合物的二乙炔化合物溶液实施方案。本发明的另一些实施方案包括按溶液重量计含有至少约10％重量溶解的二乙炔化合物的二乙炔化合物溶液。
能用来实施本发明的二乙炔单体的一些实例包括能提供可见指示的任何二乙炔化合物，例如随着在环境条件下暴露而发生颜色变化，使得该条件能被指示或监测。一些可在本发明的实施中作为二乙炔单体使用的二乙炔化合物，能够对温度、湿度、环境气氛化学组成、环境压力、环境辐射，其它环境条件或这些参量的组合作出响应。
例如，在本文引述的Patel、Preziosi和其它专利中，公开了可作为指示剂使用的二乙炔化合物，它们产生累积热暴露的不可逆指示，可以作为实施本发明的二乙炔单体使用。Patel的美国专利No.3,999,946第4栏13行至第5栏48行和Preziosi等的美国专利No.4,788,151的第3栏58行至第4栏62行所公开的内容被并入本文作为参考。在由这些文献中并入的发明内容中，提到的“本发明”、“优选的”、“优选地”等等应理解为是指各个被引用的专利发明，而不是本文中的发明。
如果需要，二乙炔化合物可以选自：2，4-己二炔-1，6-双(烷基脲)化合物，其中烷基有1-20个碳原子；2，4-己二炔-1，6-双(烷基脲)化合物，其中两个烷基各自独立地是乙基、丙基、丁基、辛基、十二烷基或十八烷基；以及上述的取代的烷基脲化合物，其中烷基取代基是直链取代基。如果需要，可聚合的二乙炔单体可以被对称取代。
可用于实施本发明的是结构式如下的可聚合的二乙炔化合物或单体
R1C≡C-C≡CR2
其中R1和R2均独立地是适合于产生不可逆外观变化的有机取代基。例如R1和R2均可独立地是-R4NHCONHR3，其中R3是有1-20个碳原子的烷基，任选为乙基、丙基、丁基、辛基、十二烷基或十八烷基，R4是有1-20个碳原子的烷基，例如，亚甲基、亚乙基、亚丙基或亚丁基。如果需要，R1和R2均可以是CH2NHCONHR3，R3可以独立地是直链或支链饱和烷基。一些上述化合物可作为环境条件指示剂，例如时间-温度指示剂的活性组分使用。
通常可用来实施本发明的其它二乙炔化合物或单体对于本领域普通技术人员将是或者会变得显而易见。可以使用的二乙炔化合物的另一些实例包括对高能辐射敏感，但对环境热条件相对不敏感的二乙炔化合物，例如5，7-十二碳二炔-1，12-二醇双(正十八烷基尿烷)(也称作“4DOD”)和5，7-十二碳二炔-1，12-二醇双(正丁氧羰基尿烷)。
因此，必要时二乙炔化合物可以是具有以下结构式的二乙炔化合物
R3HNCONH-R4-C≡C-C≡C-R4-NHCONHR3
其中R3和R4均独立地如上所述。
适用的二乙炔化合物的一些具体实例包括2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)和2，4-己二炔-1，6-双(丙基脲)。
本发明包括一种含有二乙炔活性指示剂的时间-温度指示剂，该活性指示剂有一个包含第一和第二二乙炔化合物中至少一种的晶体相，该第一和第二二乙炔化合物均具有结构式R-C≡C-C≡C-R，其中取代基R在第一化合物中是-CH2NHCONHCH2CH3，在第二化合物中是-CH2NHCONH(CH2)2CH3，并且该晶体相中还包含至少一种非炔类化合物，所述的至少一种非炔类化合物可任选地是至少一种溶剂。
可以用在本发明的二乙炔溶液的实施方案中以及本发明其它方面的一些合适的二乙炔单体的实例，如本文所述，包括乙基、丙基和辛基取代的2，4-己二炔-1，6-双(烷基脲)化合物。
重结晶
二乙炔单体从溶液中重结晶常常会是提供不含聚合物的“新鲜”活性单体，形成具有所要求的反应活性的新单体晶体结构，和生长二乙炔单体的大晶体的有用方法。已知的加工二乙炔单体的方法一般产生无定形的或晶态的粉末，其中的晶体的最大尺寸也小得不能用常规的X射线晶体学方法全面鉴定其晶体结构。
必要时也可以使用或者修改重结晶方法，以便清除原料中的不良聚合物，例如利用过滤、离心或其它手段将聚合物与单体溶液分离。
如本文中所述，在从加热的过饱和溶液中结晶或者重结晶二乙炔化合物时，可能需要小心，以便避免时间-温度诱发的聚合反应。在较低的温度聚合反应可能问题较小，但由于二乙炔单体在低温下在已知溶剂和溶剂体系中的溶解度有限，可能会产生问题。因此，需要一种从过饱和溶液中生长较大的晶体，例如生长尺寸大于约2mm的纯二乙炔化合物晶体的方法。尺寸至少为约5mm或者至少为约10mm的更大晶体对于某些用途会是可取的。
本发明的晶化的二乙炔化合物可以用任何合适的方法制备，例如从二乙炔化合物在溶剂体系中的二乙炔溶液中结晶出二乙炔化合物。
二乙炔溶液可以通过将二乙炔化合物溶解在溶剂体系中或者用其它合适的方法制备。必要时，二乙炔化合物可以包含未纯化的结晶产物。
一般地说，本发明包括重结晶二乙炔化合物的方法，该方法包括将二乙炔化合物在供该二乙炔化合物用的溶剂体系中的混合物于约50-100℃的温度下加热，任选地在加热水浴上加热，以使二乙炔化合物在溶剂体系中溶解，并使溶液在不加热和不骤冷的情况下冷却，使二乙炔化合物的晶体沉淀。
本发明的一项实施方案包括一种将二乙炔单体(例如双烷基脲二乙炔单体)重结晶的方法，该方法包括将二乙炔化合物在可接受的工作温度下溶在合适的溶剂中以达到所要求的溶质载量，所述溶剂在使用条件下不与溶质反应。可以采用任何适用的溶质载量，例如溶质载量按溶液重量计为至少约1％重量二乙炔化合物。必要时可以采用更高的载量，例如至少约4％或至少约7％重量。
必要时可以利用加热促进溶解，例如加热到溶液沸点以上约5℃以内。如果需要，可以将溶液在沸点或其附近回流以改变二乙炔化合物的反应活性，如美国专利No.6,924,148(Prusik)所描述和主张的。
必要时可以将粗制的溶液过滤、离心或者加工，以除去在粗制的二乙炔单体粉末或溶液中可能已经存在的聚合物或其它不良固体物质的颗粒或分子。
实施例3：重结晶
根据本发明的一项实施方案，可以利用以下步骤从本文所述的二乙炔单体溶液，例如乙醇/水溶液，或者从对于本领域普通技术人员显而易见的其它乙二炔单体溶液中，重结晶二乙炔单体，例如2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)。
在控温的加热板/搅拌器上将水浴预热至选择的加工温度，例如90℃。对于1％溶液，向20ml的玻璃闪烁管中加入0.4g 2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)粗品和9.6g 1∶3重量比的水/乙醇(或选择的其它溶剂)。溶质(例如2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲))的量随所要的浓度而变。
将闪烁管在水浴中于90℃加热并用磁搅棒搅拌。观察2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)二乙炔单体的溶解。当看不到有2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)的颗粒残留时，关闭热源和搅拌，令水浴冷却。晶体会慢慢地从溶液沉淀。
当水浴温度冷却到约35℃时，从浴中取出闪烁管，准备一个有5微米孔径聚四氟乙烯滤膜的真空过滤装置，将晶体/溶液浆体过滤，将产物空气干燥15分钟，然后转移到一只玻璃闪烁管中。
收集最终产物并放置在约-30℃的冰柜中。如果晶体仍是潮湿的，例如用高沸点溶剂的情形，将冷却的晶体在真空室(例如FLEXI-DRY MP冷冻干燥机)中于小于500毫托的压力下放置约1-2小时，然后返回冰柜。
采用实施例3的方法，使用4％和7％重量的2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)溶液，可以回收相当大部分重结晶的2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)，得到白色长针形的2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)。
本发明的重结晶方法的另一实施方案包括第一步将温度约为80℃或更高的二乙炔单体热溶液快速冷却到中等温度，以限制可能的单体聚合反应。此方法还包括第二步从中等温度缓慢或温和地冷却到更低的温度，例如室温或更低，生长出预期尺寸的晶体。中等温度可以是从约30℃至约50℃，例如约35-40℃，或其它的合适温度。必要时可以借助用不混溶溶剂骤冷，或强制循环，或其它合适的方法来加速第一步骤中的冷却。
本发明包括用本文中所述的任何一种重结晶方法制备的晶化二乙炔化合物。很多温敏性二乙炔化合物从以依赖于温度的速率开始结晶起，就持续地发生聚合。在低温储存条件下，例如在约-4℃至约-30℃，聚合速率可能慢得即使在几个月或数年的长时间后没有或很少有明显的物理效应。对于合适的化合物，在较高温度下的较高聚合速率导致颜色产生或颜色改变。已知这一现象可用于时间-温度指示剂，例如本发明的时间-温度指示剂。
因此，本发明的晶化的二乙炔化合物在某些情形会含有少量聚合的二乙炔化合物，例如最高达晶化二乙炔化合物重量的约0.1％，高达约1.0％或最高达约1.0％。
图1中所示图像是从不同溶剂中的溶液在不同条件下生长的2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)晶体的偏振光显微镜照片。左边的小晶体是从热乙酸中利用甲醇骤冷以影响冷却过程的常规的重结晶方式得到的。右边的较大晶体是从25％的水/乙醇混合物(1∶3重量比)以约1℃/分的速率冷却生长的。
每张照片上都有一个100微米(0.1mm)的标尺以便估计尺寸。比较两个图像，可以看出依照本发明从水/乙醇混合物中重结晶的产物主要由白色规则的长晶体构成，其中很多的尺寸为约0.2mm或更大。相反，左边的从热乙酸中沉淀的晶体更像是粉末，形状不规则且比较小，只有很少(如果有的话)的晶体大于0.1mm，并且针形晶体如果有也很少。
可以试验从一些不同的溶剂体系中重结晶的2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)样品的相对反应活性。例如，采用实施例4中所述的方法，可以试验二乙炔单体随着与时间有关的在环境条件下暴露(例如温度暴露)而改变颜色的能力，得到如图12-14所示的结果。
实施例4：对比的颜色变化反应活性
利用International Crystal Laboratories(Garfield，New Jersey)提供的E-Z Press 12吨水压机和带有13mm模具装置的KBr Pellet Kit，由晶态的二乙炔单体粉末制备样品小球。使用约300mg粉末，施加5-8吨的压力2-3分钟。制备从二甲基亚砜、甲醇和4∶1重量比乙醇/水混合物中沉淀的2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)的样品。还包括了在2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)合成后不久从热的冰乙酸溶液中用甲醇作为沉淀剂沉淀的粗制2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)晶体(“KE粗品”)的样品球作为对照。
触动边缘，将单个小球放在约50mm×115mm的透明热封袋中，真空封装，放入可密封的箔袋中。将箔袋用Fuji脉冲型台式真空热封机真空密封。将装有样品球的热封箔袋在冷冻室于-30℃或其它合适的温度储存，直至准备试验。
将装有样品球的热封的箔袋样品放在设定在合适的温度(例如37℃、45℃或70℃)的水浴(例如Huber循环水浴)中，并老化合适的测定时间，例如在37℃下几天，或在70℃(此时反应进行更快)下几小时。将样品加重以保持它们在试验期间浸没于水中。在将各箔袋放入水浴中后立即开始计时。在所设计的试验时间结束后取出箔袋，测定其光密度。
为测定光密度，将箔袋短暂地浸没在设定为20℃的第二水浴中以使样品骤冷，防止在测定期间颜色进一步变化。切开箔袋，将样品球留在透明的热封袋中。用X-Rite 404彩色反射密度计测量老化的样品球的青色光密度(O.D.)，确定二乙炔单体的反应动力学。该光密度可以按任意标度测量，用来作为颜色变化反应活性的对比指示。
为了抵消样品球厚度(约2mm)的影响，当使用光密度计时，可以将密度计抬升到相应高度的平台上。得到的一些结果示于图12-14中。
图14包括了列出了可能的实验结果的溶剂体系的图例，该图例也适用于图12和13。
图12-14中的图分别画出了在37℃、45℃或70℃测定的颜色随时间(天数)的变化，用样品光密度的变化表示，可以用实施例4中所述方法得到。这些图表明，所试验的二乙炔单体的反应活性随用来重结晶该单体的溶剂而有显著的不同。
特别是，如由图12可见，在37℃从吡啶中结晶的2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)(黑方块)显示出比粗产物(星号)更快的颜色变化动力学，而且与从试验的其它溶剂中得到的产物相比，其颜色变化的速率也快。此外，吡啶产物的活化能比粗产物低，例如前者为约19kcal/mol，而粗产物为23kcal/mol。类似的效果也显示在45℃(如图13所示)和在较小的程度上在更高的70℃(如图14所示)。
在37℃从DMSO中重结晶的2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)显示出比2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)粗品稍快的反应活性，如图12所示。但在45℃，这一效应显著变大，这可由图13看出，此时DMSO产物的反应活性样式与吡啶产物的相近，而与试验的其它产物显著不同。
如图14所示，在更高的70℃温度，可得到类似的相对结果，但在较短的时间尺度内产物间的差别变小。
总之，从列出的溶剂中重结晶的几种二乙炔单体的样品显示出与粗产物相近或更快的可见响应反应活性，说明它们可以在环境条件指示剂中作为活性组分使用。反应活性与粗产物的不同使配制者在将指示剂与要监测的主体产品的响应关联时有更多的选择余地。
本发明确认或提供的用于配制二乙炔单体溶液的新溶剂体系，提供了加工和重结晶的更多选择，这在很多方面会有用处。例如，乙二炔单体液在某些情形可作为指示剂或元件使用，例如涂覆在基质上，或用其它方式。如上所述，可以使用一种或多种溶液以得到二乙炔单体的新晶形，例如适合用于X-射线或其它分析的较大晶体。
X-射线晶体分析
为便于理解和模拟可能的二乙炔聚合反应机制，和帮助寻找适用的新的二乙炔单体加工方法，拥有关于晶化的二乙炔单体的更多的结构信息会有用处。根据本发明，这些晶体学信息可以用来区分二乙炔化合物的晶形，和确定对于特定用途(例如用于时间-温度、辐射剂量或其它环境条件指示剂等等，此时指示剂性能可能对晶体结构敏感)可能比其它晶形更适用的晶形。
因此，本发明的另一些实施方案包括用X射线衍射或其它合适方法鉴定所关心的二乙炔单体的晶态粉状样品。可用于晶体学分析的晶态粉末一般可利用从二乙炔单体在乙酸或本文中描述或建议的其它溶剂体系中的热溶液，或从二乙炔单体在其中合成的溶液，以快速淬冷或其它快速冷却方式得到。通常，对于没有来自可能存在或者可能在研究中产生的少量聚合物的过度干扰的单体，X射线衍射研究似乎可以进行。
在一项示例性的X射线分析方法，从冰柜的储存箱中取出要分析的晶态乙二炔单体材料的粉末样品，放在底座上，然后用要求的固定波长的X射线鉴定。
衍射辐射强度随角度的变化用一台测角仪记录。记录的数据随后依据衍射角和晶体衍射使用的辐射波长进行分析，以确定该晶体结构中的原子间距或d值(以为单位，)。组成样品的原子平面之间的距离可以利用Bragg定律，按已知方式从测角仪数据计算。当在本文中提到X射线衍射Bragg角2θ，而X射线辐射未作指定时，所用的X射线辐射应理解为具有约
Figure GPA00001120844200371
的波长。
在典型的X射线扫描中产生的特征的一组d间距通常提供了在晶体样品中存在的物质的独一无二的“指纹”。通过与标准的参照图谱和测量值比较，经过适当的解释，这一“指纹”常常能对样品物质作出明确的鉴定。
实施例5：粉状晶体的结构分析(乙基脲化合物)
对于所研究的二乙炔化合物，在本情形是在合成后立即用甲醇从乙酸溶液中沉淀的粗制2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)的粉末晶体，如在Preziosi等的美国专利No.4,788,151中所描述的，其实验的X-射衍射图是用一台能产生波长λ为
Figure GPA00001120844200372
的Cu K辐射的Rigaku ULTIMA衍射仪得到的。得到的一些结果示于图15中画出的最低的衍射图中。
图15中所示的数据是以衍射束强的平方根为纵轴，2θ为横轴作图，“θ”是X-射线束的入射角。附图中所示的所有X射线衍射图均采用相同的轴表示方法。除非文中另外指出，文中提到的衍射角应理解为指“2θ”。
参看图15，粗制的粉状2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)的衍射图的一个显著特点是在约5.18°和10.39°的2θ值附近存在两个高强度峰。这两个强峰很窄，并且急剧上升到比背景高很多倍的强度。根据Bragg公式，存在这两个峰的2θ值分别对应着17.06和
Figure GPA00001120844200373
的d值。为方便参照，可以将这两个峰标记为二乙炔单体晶格的001和002反射。
实施例6：粉状晶体(各种溶剂)的结构分析
使用从标识如下的不同溶剂中重结晶的2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)晶体重复实施例5：
样品A    乙酸
样品C    1∶4重量比的水∶二甲基亚砜
样品E    1∶4重量比的水∶乙醇
样品F    1∶4重量比的水∶异丙醇
在相当快的冷却条件下产生粉状晶体沉淀并设计成避免过度的自发聚合。得到的一些结果示于图16的衍射图中。
参看图16，可以看出在2θ值约为4°-12°的低角度区内的001和002峰的位置和相对强度对于所研究的全部样品都相似。这一事实暗示每种晶体结构在有关的晶面方向均有相近的晶面间距。如本文所述，除非文中另外指出，2θ角是用约
Figure GPA00001120844200381
的Cu Kα辐射鉴定的。
此外，各个衍射图在2θ从约19°至24°的高角度区显示了明显的区别。特别是，可以看出高角衍射图随着使用的重结晶溶剂而有很大变化。例如，对于已知的乙酸产物(样品A)，衍射图在2θ为约19°-24°的高角度区有4个清楚的高强度峰。水/异丙醇样品(样品F)的衍射图在高角度区(也是2θ为约19°至24°的范围)只有2个明显的高强度峰。可是，对于从二甲基亚砜中和水/乙醇中结晶的2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)(分别为样品C和样品E)，其衍射图在2θ的高角度区没有明显的高强度峰。
指定图16中纵轴的高度为1，通过对图的测量可以确定，样品A在从约19°至约24°的高角度区显示出4个数值超过0.4的高强度峰。样品F在从约19°至约24°的高角度区显示2个数值超过0.4的高强度峰，而样品C和样品E都没有任何高强度峰。
图15-17和表4中所示的X射线衍射数据是对于2，4-己二炔-1，6-双(烷基脲)化合物可得到的数据示例。本发明包括新颖的晶化二乙炔化合物，其具有附图中所示或本文中所述的X射线衍射数据，或在本文所述的角度范围或其它范围具有峰或其它性质。
实施例7：粉状晶体(乙醇/水)的结构分析
从95/5重量比的乙醇/水溶液中，在相当快的冷却条件下，自接近该混合物沸点的温度快速冷却，重结晶出己二炔-1，6-双(乙基脲)(“KE”)和2，4-己二炔-1，6-双(丙基脲)(“KPr”)，以产生粉状晶体并试图避免过度的自发聚合。使用该晶体重复实施例5，得到的一些结果示于图17的衍射图中，其中各个二乙炔单体的图分别标以“KE”和“KPr”。
参看图17，可以看出从5∶95的水/乙醇中重结晶的2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)的衍射图与图16中所示的从1∶4的水/乙醇中重结晶的衍射图相似。
标记着“KPr”的2，4-己二炔-1，6-双(丙基脲)的衍射图一般与2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)的相似，不同之处在于，两个低角度高强度峰分别向下移动至2θ角约为4°和9°。2，4-己二炔-1，6-双(丙基脲)的衍射图在高角度区也没有高强度峰。
以下表4对于2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)和2，4-己二炔-1，6-双(丙基脲)列出了能够发现低角区高强度峰(标记为001和002)的一些可测定的2θ值(度)及相应的d计算值
Figure GPA00001120844200391
Figure GPA00001120844200392
参看表4，两种晶态化合物显示002高强度峰的2θ角均为其001高强度峰的2θ角的大约2倍。相应的d值表现出反比关系，即，约为1∶2。在每种情形，001和002高强度峰均可理解为具有谐波关系。KPr(2，4-己二炔-1，6-双(丙基脲))的d(001)比KE(2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲))的d(001)约大16％。这一差别可归因为两种分子的长度的差别。
如上所述，2，4-己二炔-1，6-双(烷基脲)化合物晶体在用波长约
Figure GPA00001120844200393
的X射线鉴定时，所显示的X射线衍射图在小于12°的低2θ衍射角有两个高强度峰，并且在约19°-24°的高2θ衍射角有不到4个高强度峰。
在本发明的一项实施方案中，晶体的X射线衍射图在约19°-24°的高2θ衍射角没有高强度峰。在低2θ衍射角的两个高强度峰之一可位于从约4°至约6°的角度，另一个则在从约8°至约12°的角度。
2，4-己二炔-1，6-双(烷基脲)化合物的晶体可显示与在约4°-6°的角度的高强度峰对应的d间距。此距离可以是与在约8°-12°的角度的高强度峰对应的d间距的数值的一半。在某些情形，在小于约12°的低2θ衍射角区的两个高强度峰可以有谐波关系。
为提供比通常能从粉末X射线晶体学中得到的更详尽的信息，最好是对所研究的二乙炔单体的单晶进行结构鉴定。在以下实施例8描述了示例性步骤和可得到的结果。
实施例8：单晶(乙基脲化合物)的结构分析
按照实施例3中所述的重结晶方法从1∶4重量比的乙醇/水溶液中结晶，使用例如2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)，得到大得足以进行二乙炔单体化合物单晶的结构鉴定的样品。晶体的一个具体实例呈针形，并显示出很确定的生长方向。
结构鉴定可以用Leica MZ7偏振显微镜进行，以便利用任何合适的步骤(实例如下)从代表性材料取样中寻找合适的样品。将确认的样品固定在与铜质安装销适配的尼龙圈上。然后将固定好的晶体放入维持110°K的冷氮流(Oxford)中。
对于样品筛选和数据收集，使用Bruker D8 GADDS通用型三圆X-射线衍射仪。测角仪用GADDS软件组(Microsoft Win 2000操作系统)控制。藉助一台摄像机使样品光学上对准中心，以便当晶体旋转通过所有位置时均观察不到平移。检测器置于离晶体样品50mm处(MWPCHi-Star检测器，512×512像素)。使用的X射线辐射由Cu靶密封X射线管产生(
Figure GPA00001120844200401
电压40kV，电流40mA)，并以平行模式经石墨单色器过滤(带有0.5mm小孔的175mm准直仪)。
进行转动曝光以确定晶体质量和X射线束与检测器的交会。将光束交会坐标与配置坐标相比较，并据此进行调整。如果转动曝光指示晶体质量合格，则可进行晶胞测定。按0.5°的宽度取60个数据，曝光时间10秒。将200次以上的反射集中并确定其位置。这些反射被用在一个自动检索的程序中以确定晶胞。发现合适的晶胞，用非线性最小平方法和Bravais晶格程序精化并记录结果。通过检验在几个数据桢(包括晶带照片)上的hkl重叠验证该晶胞。不应观察超晶格或错误的反射。
在仔细检验晶格之后，开始标准的数据收集步骤。此步骤包括利用Omega扫描收集半球数据，包括在对于φ、2θ和χ的固定角度(2θ＝-28°，χ＝54.73°，2θ＝-90°，χ＝54.73°)，但ω改变的情形收集5000个以上0.5°帧面。收集另外的数据帧以完成数据组。每个帧面曝光10秒。总的数据收集在110°K于约48小时内完成。未观察到等效反射的明显的强度涨落。
在完成数据收集后，仔细地测量晶体的大小、形貌和颜色。
实施例9：单晶(丙基脲化合物)的结构分析
按照实施例3中描述的重结晶法，使用类似数量的2，4-己二炔-1，6-双(丙基脲)代替2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)，通过从1∶4重量比的乙醇/水溶液中结晶，得到大得足以进行2，4-己二炔-1，6-双(丙基脲)(“KPr”)的单晶结构鉴定的样品。
得到了适合鉴定的晶体，其呈针形，并具有很确定的生长方向。按照实施例8中所述方法，利用X-射线分析对这样一个合适的晶体进行鉴定。
晶化的二乙炔化合物
本发明包括具有三斜或其它晶体结构的晶化的二乙炔化合物。
利用实施例8的方法对于从1∶4的水/乙醇中生长的2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)得到的示例性单晶结构数据列在表5中。
Figure GPA00001120844200411
应该注意，从单晶实验中测得的晶胞参数C
Figure GPA00001120844200412
小于从粉末衍射得到的值(约
Figure GPA00001120844200413
)这可能是由于温度等条件的不同，或是因为在粉末衍射图中得到的宽峰使得难以准确测定d值，或是由于其它原因。
利用实施例9的方法对于从1∶4的水/乙醇中生长的2，4-己二炔-1，6-双(丙基脲)得到的示例性单晶结构数据列在表6中。
Figure GPA00001120844200421
在本说明书末尾，紧靠权利要求之前列出的表9-12说明了可用实施例9的方法得到的其它数据。
当关于2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)(“KE”)和2，4-己二炔-1，6-双(丙基脲)(“KPr”)的特征数据是选自表5和6并如表7中所示进行比较时，两种化合物的总体结构有显著的区别。
Figure GPA00001120844200422
因此，虽然两种二乙炔化合物都显示标记为“P”的素晶格中心对称空间群，但2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)具有三斜结构，只有一个对称中心，有时标记为
Figure GPA00001120844200423
相反，KPr具有单斜结构，属于空间群P21/a，有一个21螺旋对称轴和一个a-滑移面，尽管它也只有一个对称中心
Figure GPA00001120844200424
这些特点使a轴长度和每个晶胞的分子数加倍。
空间群对于描述分子堆积的方式会有用处。晶胞参数和原子坐标的结合能够指示在复杂化合物(例如二乙炔单体)的晶体中分子在空间中如何排列。晶体中分子的空间排列对于描述或预测二乙炔化合物在环境条件指示剂(例如时间-温度指示剂)中的可能的反应活性会有用处。
正如本领域已知的，三斜空间群包括两种结构P1和单斜空间群包括13种结构，其中包括结构P21/a。关于空间群的一个信息来源是www.nrl.navy.mil/lattice/spcgrp/index.html。
尽管有上述不同，但是对现有数据的进一步研究能够表明，在与可聚合性有关的特性方面，2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)和2，4-己二炔-1，6-双(丙基脲)有类似性，如以下表8中所示。
Figure GPA00001120844200432
参看表8，长晶胞轴是C轴，C1-C4距离是一个分子中的二炔碳原子与相邻分子中最近的二炔碳原子之间的距离。沿着二炔基团将碳原子从1到4编号，与一个分子的C1原子最靠近的邻居是其相邻分子的C4原子。d1是相邻分子之间的中心距，它大于C1-C4间距。“S”是相邻的二乙炔棒之间的垂直距离。γ1(表8中的Y1)是短的b轴与二乙炔棒轴之间的角度，据信该短b轴是反应方向。
尽管整体结构不同，但从表8数据看来，2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)和2，4-己二炔-1，6-双(丙基脲)的结构沿反应方向是相似的，如同本文要进一步说明的那样。
在图18中图示了由这里的数据推导出的2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)的晶体结构的一个可能的模型。关于2，4-己二炔-1，6-双(丙基脲)的晶体结构的一个相近的模型示于图19中。这些结构与对于二乙炔家族中的化合物现有的结构信息是一致的。
在图19中，可以看到2，4-己二炔-1，6-双(丙基脲)的一个分子的C(7)碳原子与相邻的2，4-己二炔-1，6-双(丙基脲)分子的C(6)碳分子紧靠排列。在图19中，碳原子是从分子的各端向分子的中心编号C(1)至C(7)。一只水平的矩形盒指示一个晶胞，参照描绘图19的纸或其它介质的平面，原点在晶胞的远端左下角，“a”轴从原点向右延伸，“b”轴向上延伸，“c”轴向前延伸。
在图18和19所示的模型中，根据以上所述的单晶结构数据，二乙炔单体分子的中心距(指晶体中相邻晶胞的几何中心)小于
Figure GPA00001120844200441
另外，中心距是在可以发生固态聚合反应的方向上。
图20示例说明了在聚合方向与可聚合的二乙炔化合物的针形晶体的针轴之间的关系。图20中画出的单晶用矩形横截面示意表示，如图中可见，晶轴(a)、(b)和(c)示于该晶体的左下端。
图示说明的二乙炔单体分子相对于晶轴的取向由图19中标出的箭头显而易见，该箭头表示短晶轴b的方向。
如由图19和20可见的，对于2，4-己二炔-1，6-双(丙基脲)，而且还对于2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)，短晶轴b是针状体轴。
正如在图中箭头上标出的，图20表示，在2，4-己二炔-1，6-双(丙基脲)和2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)这两种情形，二色性轴据信都与针轴平行。因此，可以断定在这两种化合物的晶体中聚合反应的方向均沿着针轴方向。二色性轴是当单体聚合时明显变色的方向。
根据例如本文所述的模型结构，本发明包括晶化的二乙炔化合物，其中包含着存在于相邻的可聚合二乙炔分子之间的氢键，该氢键可以沿某个方向延伸，使两个相邻的可聚合二乙炔分子间得以发生1，4-加成聚合。必要时，氢键可以在一个可聚合的二乙炔分子的脲基中两个-NH-基团的每一个与相邻的可聚合二乙炔分子上的一个＝C＝O基团之间形成。
一般来说，二乙炔化合物可以被对称取代，并且当结晶时可具有晶体结构，其中二乙炔化合物有一个对称中心，但不存在轴对称或平面对称，这种结构相应于三斜晶体结构。本发明的一些方面包括具有中心对称晶相的二乙炔化合物，晶胞参数
Figure GPA00001120844200443
Figure GPA00001120844200444
α＝约89°，β＝约85°，和γ＝约81°，任选地为三斜结构。本领域普通技术人员应当了解，对于单斜或三斜晶体，用来表示晶体结构的晶胞的具体选择可能不是唯一的，必要时可采用其它的晶胞，正如可以通过选择晶轴或其它因子来确定一样。其它这些可能的晶胞可以利用已知方法由特别描述或选择的晶胞从数学上导出，并且应该了解它们由于提供关于特定晶胞的信息而当然地被包括在本发明之内。
本发明包括一种晶化的二乙炔化合物2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)，它具有以下结构式：
CH3CH2HNCONH-CH2-C≡C-C≡C-CH2-NHCONHCH2CH3或
CH3CH2CH2HNCONH-CH2-C≡C-C≡C-CH2-NHCONHCH2CH2CH3
并具有三斜晶体结构，该结构可具有上述的晶胞参数。
包含具有三斜晶体结构的晶化二乙炔化合物的晶化二乙炔化合物的比例，可以选择为至少约50％，至少约80％和至少约90％，此比例是以二乙炔化合物的总重量为基础的重量比例。
晶化的二乙炔化合物可以有所希望的任何纯度，例如以下范围的纯度：至少约90％重量的纯度，至少约95％重量的纯度，至少约98％重量的纯度，至少约99％重量的纯度，和至少约99.8％重量的纯度。纯的结晶化合物可任选地含有一种或多种结晶溶剂，必要时可以使用相同或不同的溶剂体系重复重结晶过程一次或多次，以便提高二乙炔化合物的纯度。
本发明还包括含有晶体相的时间-温度指示剂，该晶体相包含结构如下的二乙炔化合物
[CH3(CH2)nNHCONH(CH2)mC≡C-]2
其中“n”可以是从1到19的奇数(整数)，“m”可以是从1到7的奇数(整数)。该二乙炔化合物的第一个二乙炔分子能够通过与两个相邻的二乙炔分子中的二乙炔基团反应发生聚合。另外，第一个二乙炔分子上的两个＝C＝O基团均可与相邻的二乙炔分子中的两个-NH-基团形成氢键。该晶体相可以是三斜晶相，并任选地可以有一个对称中心。
在这种时间-温度指示剂的一些实施方案中，三斜晶相含有具有所述结构的两种或多种不同的二乙炔化合物。在每种二乙炔分子中，“m”是奇数。在一种二乙炔化合物中，“n”是具有第一个数值的奇数或偶数，而在另一种二乙炔化合物中，“n”也分别是奇数或偶数，但具有第二个数值，第二数值与第一数值不同。在本发明的一项实施方案中，在两种或所有的二乙炔化合物中，“n”都是奇数。在另一实施方案中，在两种或所有的二乙炔化合物中，“n”都是偶数。虽然本发明不受限于任何特定的理论，但是据信烷基和亚烷基常常采取的曲折构型可能有利于所述的“m”和“n”的数字选择。依据本发明的内容，具有这些结构特点的化合物的合适实例，对于本领域的普通技术人员会是或者会成为显而易见的。
已经主要参照二乙炔化合物对本发明作了说明，这些化合物有可能用来提供由于在监测条件下自发聚合而发生的环境监测器或指示剂中的外观变化。应该了解，这种有用的性质是本发明方法的产品中所希望的，但不是原料必须具有的。例如，在某些情形，考虑可以用本发明的方法或工艺将适用的指示剂活性很小(如果有的话)的二乙炔化合物原料改性，以得到具有适用的指示剂活性的产物。
本发明还包括这里所公开的本发明的各个方面、实施方案或产生的特点及方法中的两个或多个可兼容者的任何适用的组合。本发明普通技术人员会理解，这里所公开的本发明的各个实施方案和方面的很多特点或组成部分可以彼此结合使用。
在本申请书中特地引用的每份美国专利和专利申请、每份外国或国际专利出版物、每份其它出版物或每份未发表的专利申请，其全部内部均以参考引用的方式整个并入本申请。
以上的详细描述应考虑和结合先有技术背景和发明概要说明来阅读，其中关于实施发明的最佳模式或关于发明的改动、变化或有用的实施方案的部分或全部信息也可以列出或者推荐，正如对于本领域技术人员显而易见的。如果在本说明书对发明的书面描述中使用的术语的含义与作为参考由另一文献并入的材料中的用法之间似乎有矛盾，则以本文中使用的含义为准。
在整个说明部分，组合物均被描述成具有、包括或含有特定的组分，或者方法被描述成具有、包括或含有特定的加工步骤，但是还考虑，本发明的组合物也可以基本上由，或者由所述的组分构成，而且本发明的方法也可以基本上由，或者由所述的加工步骤构成。应当明白，步骤的次序或者完成某种行动的次序并不重要，只要本发明保持可以操作。另外，两个或多个步骤或行动可以同时进行。再者，本文中所述的所有比例，除非文中另外指出，均应理解为按相关组合物重量计的重量比例。
虽然上面已描述了本发明的示例性实施方案，但是当然应该理解，依照以上说明，很多各式各样的修改对于相关领域的普通技术人员会是显而易见，或是随着领域的发展而变得显而易见。这些修改被涵盖于本说明书公开的发明的精神和范围之内。
表9.KPr的原子坐标(×104)和等效各向同性位移参数
Figure GPA00001120844200471
U(eq)被定义为正交化Uij张量的迹的三分之一。
Figure GPA00001120844200472
表10.KPr的键长
Figure GPA00001120844200473
和键角[°]。
                                        
O(1)-C(4)             1.247(3)
N(1)-C(4)             1.356(4)
N(1)-C(3)             1.446(4)
N(1)-H(1)             0.79(4)
N(2)-C(4)             1.356(4)
N(2)-C(5)             1.460(4)
N(2)-H(2)             1.08(5)
C(1)-C(2)             1.529(4)
C(1)-H(1A)            0.9800
C(1)-H(1B)            0.9800
C(1)-H(1C)            0.9800
C(2)-C(3)             1.516(4)
C(2)-H(2A)            0.9900
C(2)-H(2B)            0.9900
C(3)-H(3A)            0.9900
C(3)-H(3B)            0.9900
C(5)-C(6)             1.463(4)
C(5)-H(5A)            0.9900
C(5)-H(5B)            0.9900
C(6)-C(7)             1.211(4)
C(7)-C(7)#1           1.377(6)
C(7)-C(6)#2           3.452(4)
C(4)-N(1)-C(3)             121.4(3)
C(4)-N(1)-H(1)             116(2)
C(3)-N(1)-H(1)             122(2)
C(4)-N(2)-C(5)             119.7(3)
C(4)N(2)-H(2)              121(2)
C(5)-N(2)-H(2)             117(2)
C(2)-C(1)-H(1A)            109.5
C(2)-C(1)-H(1B)            109.5
H(1A)-C(1)-H(1B)           109.5
C(2)-C(1)-H(1C)            109.5
H(1A)-C(1)-H(1C)           109.5
H(1B)-C(1)-H(1C)           109.5
C(3)-C(2)-C(1)             112.4(3)
C(3)-C(2)-H(2A)            109.1
C(1)-C(2)-H(2A)            109.1
C(3)-C(2)-H(2B)            109.1
C(1)-C(2)-H(2B)            109.1
H(2A)-C(2)-H(2B)           107.9
N(1)-C(3)-C(2)             113.2(2)
N(1)-C(3)-H(3A)            108.9
C(2)-C(3)-H(3A)            108.9
N(1)-C(3)-H(3B)            108.9
C(2)-C(3)-H(3B)            108.9
H(3A)-C(3)-H(3B)           107.8
O(1)-C(4)-N(1)             122.5(3)
O(1)-C(4)-N(2)             121.9(3)
N(1)-C(4)-N(2)             115.6(3)
N(2)-C(5)-C(6)             113.3(2)
N(2)-C(5)-H(5A)            108.9
C(6)-C(5)-H(5A)            108.9
N(2)-C(5)-H(5B)            108.9
C(6)-C(5)-H(5B)            108.9
H(5A)-C(5)-H(5B)           107.7
C(7)-C(6)-C(5)             177.5(3)
C(6)-C(7)-C(7)#1           178.7(4)
C(6)-C(7)-C(6)#2           81.8(2)
C(7)#1-C(7)-C(6)#2         97.8(2)
                                             
用来产生等效原子的对称变换
#1 -x+1，-y+2，-z+1  #2 -x+1，-y+1，-z+1
表11.KPr的各向异性位移参数各向异性位移因子指数采取以下形式：-2□2[h2a*2U11+...+2hka*b*U12]
Figure GPA00001120844200482
Figure GPA00001120844200491
表12.KPr的氢键坐标(×104)和各向同性位移参数
Figure GPA00001120844200493

Claims (39)

1.一种晶化的二乙炔化合物，它能够聚合从而在环境条件指示剂中产生不可逆的外观变化，该晶化的二乙炔化合物具有以下结构式
                R1C≡C-C≡CR2
其中R1和R2均独立地是适合产生不可逆外观变化的有机取代基，并具有晶体结构，其中就不同分子中相邻的二乙炔单元的几何中心而言，该二乙炔化合物分子具有不到
Figure FPA00001120844100011
的中心距，所述的中心距是在能够发生固态聚合反应的方向。
2.权利要求1的晶化的二乙炔化合物，其中所述的中心距相当于该晶化的二乙炔化合物的晶胞重复距离。
3.权利要求1的晶化的二乙炔化合物，其中R1和R2均独立地是-R4NHCONHR3，而R3和R4在每次出现时均为有1-20个碳原子的烷基。
4.权利要求1的晶化的二乙炔化合物，其中R1和R2均独立地是-CH2NHCONHR3，R3在每次出现时均独立地是乙基、丙基、丁基、辛基、十二烷基或十八烷基。
5.权利要求3的晶化的二乙炔化合物，它对于每个脲基含有两个氢键，两个氢键中的每一个都形成在一个可聚合的二乙炔分子的脲基中两个NH基团之一与相邻的可聚合二乙炔分子中的C＝O基团之间。
6.权利要求1的晶化的二乙炔化合物，其中该二乙炔化合物被对称取代。
7.权利要求1的晶化的二乙炔化合物，其中该二乙炔化合物被对称取代并具有晶体结构，其中晶化的二乙炔化合物有一个对称中心，是三斜晶系，不存在对称轴或对称面。
8.权利要求1、2、3、4、5或6的晶化的二乙炔化合物，其纯度选自以下范围：至少约90％重量，至少为95％重量，至少约98％重量，至少约99％重量，和至少约99.8％重量，该纯的晶化二乙炔化合物可任选包含一种或多种结晶溶剂。
9.权利要求1、2、3、4、5或6的晶化的二乙炔化合物，其包含三斜晶体结构，其中具有三斜晶体结构的晶化二乙炔化合物的比例选自至少约50％，至少约80％和至少约90％，所述比例是以晶化二乙炔化合物的总重量为基础的重量比例。
10.权利要求1、2、3、4、5或6的晶化的二乙炔化合物，它在晶体相中含至少一种非炔类化合物，该至少一种非炔类化合物任选地是一种或多种溶剂。
11.权利要求1、2、3、4、5或6的晶化的二乙炔化合物，其中含有按二乙炔化合物和聚合物的重量计不超过10％重量的聚合的二乙炔化合物。
12.权利要求5的晶化的二乙炔化合物，其中含有按二乙炔化合物的重量计不超过10％重量的聚合的二乙炔化合物，该二乙炔化合物被对称取代，并且该晶化的二乙炔化合物具有三斜晶体结构，包含一个对称中心，并且至少有约98％重量的纯度。
13.一种晶化的二乙炔化合物，它具有以下结构式
CH3CH2CH2HNCONH-CH2-C≡C-C≡C-CH2-NHCONHCH2CH2CH3
并具有三斜晶体结构。
14.权利要求13的晶化的二乙炔化合物，其纯度选自以下纯度范围：至少约90％重量，至少约95％重量，至少约98％重量，至少约99％重量，和至少约99.8％重量，这种纯的晶态化合物可任选地包含一种或多种结晶溶剂。
15.一种晶化的二乙炔化合物，它具有以下结构式
CH3CH2HNCONH-CH2-C≡C-C≡C-CH2-NHCONHCH2CH3
并具有三斜晶体结构。
16.权利要求15的晶化的二乙炔化合物，它具有中心对称晶相，其中该中心对称晶相具有以下晶胞参数：
Figure FPA00001120844100021
Figure FPA00001120844100022
Figure FPA00001120844100023
Figure FPA00001120844100024
α＝约89°，β＝约85°，γ＝约81°。
17.权利要求15的晶化的二乙炔化合物，其晶体大小在第一方向上大于约100微米，而在与该第一方向垂直的第二方向，最大尺寸不超过约10微米。
18.权利要求15、16或17的晶化的二乙炔化合物，其纯度选自以下纯度范围：至少约90％重量，至少约95％重量，至少约98％重量，至少约99％重量，和至少约99.8％重量，该纯的晶化二乙炔化合物可任选地包含一种或多种结晶溶剂。
19.权利要求15、16或17的晶化的二乙炔化合物，它在晶相中含有至少一种非炔类化合物，该至少一种非炔类化合物任选地是一种或多种溶剂。
20.权利要求15、16或17的晶化的二乙炔化合物，其中含有按二乙炔化合物和聚合物的重量计不超过10％重量的聚合的二乙炔化合物。
21.2，4-己二炔-1，6-双(烷基脲)化合物的晶体，当用波长为约
Figure FPA00001120844100031
的X射线鉴定时，它显示X-射线衍射粉末图，其中包括在12°以下的低2θ衍射角的两个高强度峰和在约19°-24°的高2θ衍射角区的四个以下的高强度峰。
22.权利要求20的晶体，其中该X射线图在约19°-24°的高2θ衍射角区没有高强度峰。
23.权利要求21的晶体，其中在低2θ衍射角的两个高强度峰之一是在约4°-6°的角度范围，而另一个是在约8°-12°的角度范围内。
24.权利要求23的晶体，其中与在约4°-6°的角度范围的高强度峰相应的d间距是与在约8°-12°的角度范围的高强度峰相应的d间距数值的一半，并且在12°以下的低2θ衍射角的这两个高强度峰任选地有彼此间的谐波关系。
25.权利要求21、22、23或24的晶体，其中2，4-己二炔-1，6-双(烷基脲)化合物是2，4-己二炔-1，6-双(丙基脲)。
26.权利要求25的晶体，其中2，4-己二炔-1，6-双(丙基脲)是从2，4-己二炔-1，6-双(丙基脲)在含水乙醇中的溶液中结晶的产物。
27.权利要求21、22、23或24的产物，其中2，4-己二炔-1，6-双(烷基脲)化合物是从2，4-己二炔-1，6-双(乙基脲)在含水乙醇、含水异丙醇或含水二甲基亚砜中的溶液中结晶的产物。
28.从溶剂体系中结晶的2，4-己二炔-1，6-双(烷基脲)化合物晶体，该晶体当用波长约的X射线鉴定时显示出衍射图，其中在约12°以下的低2θ衍射角有两个高强度峰，在约19°-24°的高2θ衍射角有4个以下的高强度峰，其中高角度衍射图是由溶剂体系或结晶方法决定的。
29.一种环境条件指示剂，任选地是一种时间-温度指示剂或高能辐射指示剂，该环境条件指示剂含有权利要求1、2、3、4、5或6的晶化的二乙炔化合物。
30.一种含晶体相的时间-温度指示剂，该晶体相包含结构如下的二乙炔化合物
          [CH3(CH2)nNHCONH(CH2)mC≡C-]2
其中
“n”是从1到19的奇数，
“m”是从1到7的奇数，
该二乙炔化合物的分子可以通过与相邻的两个二乙炔分子中的二乙炔基团反应发生聚合，
在所述的第一个二乙炔分子上的两个C＝O基团均可与所述的两个相邻的二乙炔分子中的两个NH基团形成氢键，
所述的晶体相是三斜晶系，并具有对称中心。
31.一种含固相组合物的时间-温度指示剂，组合物中包含具有以下结构式的二乙炔化合物
          [CH3(CH2)nNHCONH(CH2)mC≡C-]2
该二乙炔能通过二乙炔分子间的反应发生聚合，在该二乙炔中，一个分子上的C＝O基团与一个相邻的分子上的两个NH基团形成氢键，并且
“m”是从1到7的奇数，
“n”是从1到19的偶数，
该固体相包含一个三斜空间群P-1。
32.一种含固相组合物的时间-温度指示剂，该组合物包含具有结构式如下的二乙炔化合物
          [CH3(CH2)nNHCONH(CH2)mC≡C-]2
该二乙炔能通过二乙炔分子间的反应发生聚合，在该二乙炔中，一个分子上的C＝O基团与一个相邻的分子上的两个NH基团形成氢键，并且
“m”是从1到7的奇数，
“n”是从2到20的偶数，
该固体相包含一个单斜空间群P21/a或P21/c，其中b轴是Z1轴。
33.制备权利要求1的晶化二乙炔化合物的方法，包括从二乙炔化合物在溶剂体系中的溶液结晶二乙炔化合物。
34.权利要求33的方法，包括将二乙炔化合物溶解在溶剂体系中制备溶液，其中二乙炔化合物含有未纯化的结晶产物。
35.权利要求34的方法，其中将二乙炔化合物结晶包括：
将二乙炔化合物在供二乙炔化合物用的溶剂体系中的混合物于约50-100℃的温度下加热，使二乙炔化合物在溶剂体系中溶解；和
在不加热和不骤冷的情况下使溶液冷却，沉淀出二乙炔化合物晶体。
36.权利要求33、34或35的方法，其中该溶剂体系的极性溶解度参数为约6-17MPa1/2，氢键溶解度参数为约7.5-26MPa1/2，并且该溶剂体系不是由乙酸、二甲基甲酰胺或吡啶作为溶剂体系的唯一溶剂组分来构成。
37.权利要求35的方法，包括用以下步骤制备溶剂体系：
(a)以二乙炔化合物的多种有希望的溶剂的极性溶解度参数对其氢键溶解度参数作图，对每种有希望的溶剂得到一个溶解度参数点，形成溶剂图。
(b)根据二乙炔化合物在至少三种液体(没有任何一种液体不溶解该二乙炔化合物)中的溶解度信息，确定二乙炔化合物的溶度区，该溶度区是与期望的溶液性质相关的极性和氢键溶解度参数的邻接区；和
(c)在溶剂体系中选择和采用以下任何一种：
(1)一种有希望的单个溶剂，其溶解度参数点在该溶度区内，并且不是提供关于二乙炔化合物溶解度信息的液体之一；或
(2)有希望的溶剂的组合，其组合溶解度参数点位于该溶度区内。
38.权利要求33、34或35的方法，其中二乙炔化合物包括具有以下结构式的化合物
R3HNCONH-CH2-C≡C-C≡C-CH2-NHCONHR3
其中各R3独立地是乙基、丙基、丁基、辛基、十二烷基或十八烷基，溶剂体系包括乙酸、二甲基甲酰胺、吡啶、甲醇、甲酸、二甲基亚砜、上述两种或多种溶剂的混合物、丙酮和水、乙醇和水、甲酸和水、二甲基甲酰胺和水或者二甲基亚砜和水。
39.权利要求33、34或35的方法，其中二乙炔化合物包括5，7-十二碳二炔-1，12-正辛基尿烷，并且任选地，溶剂体系包括水和乙醇或水和丙酮的混合物。
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