CN117603241A - 一类三芳基硼有机化合物及其制备方法和作为有机光引发剂的应用 - Google Patents

一类三芳基硼有机化合物及其制备方法和作为有机光引发剂的应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于有机化合物技术领域,具体涉及一类三芳基硼有机化合物及其制备方法和作为有机光引发剂的应用。本发明提供一类三芳基硼有机化合物,其结构如通式Ⅰ所示,以甲基取代的三苯基硼烷为电子受体单元,以二苯胺、咔唑、吖啶等基团及其衍生物为电子给体单元。本发明提供的三芳基硼化合物具有优良的光、热稳定性,可在日常条件下保存和运输;其吸收波长可延长至可见光区,且在可见光区有良好的摩尔消光系数。本发明提供的三芳基硼化合物可作为单组分光引发剂,添加在普通光固化体系中。添加后的体系在可见光区光源下即可有效引发光固化,并形成在可见光照下可发光的纯有机光固化涂层,用途广泛,包括但不限于光刻胶、三维打印、防伪等领域。

Description

一类三芳基硼有机化合物及其制备方法和作为有机光引发剂 的应用
技术领域
本发明属于有机化合物技术领域,具体涉及一类三芳基硼有机化合物及其制备方法和作为有机光引发剂的应用。
背景技术
光固化技术具有高效、环保、节能、经济等特性,在光刻胶、功能涂层、微电子电路、牙科材料以及3D打印等领域得到了广泛应用。
光固化是指单体或者低聚物在紫外/可见光照射下进行聚合、交联反应实现固化的过程。光固化体系通常包括各种功能化聚合单体、低聚物、光引发剂等。紫外/可见光照后,基态光引发剂分子吸收光子进入激发态后产生活性引发物种,诱导体系中的单体或者低聚物发生聚合、交联反应成致密的聚合物。因此,尽管用量小,光引发剂却是光固化体系中的关键组成。根据活性中间体类推,光引发剂可以分为自由基型和阳离子型。自由基光引发剂应用最广泛,根据其原理,可分为裂解型和夺氢型两类。裂解型光引发剂在光照下自身骨架发生α-裂解/β-裂解产生活性引发物种,但其诱导聚合需要能量高,一般需使用汞灯/紫外LED作为光源,能耗高且光照时会产生有害气体臭氧。夺氢型光引发剂自身骨架不被破坏,与额外加入的第二组分构成引发体系,在可见光照射下产生活性引发物种。但固化过程中需要光引发剂和共引发剂双组分产生活性引发物种,会受到分子扩散速率的影响导致聚合速率和单体转化率明显低于裂解型光引发剂;同时加入的第二组分对固化涂层会产生不利影响,限制了其应用范围。
随着光固化技术在一些尖端技术的应用,对光引发剂和固化图形的要求越来越高。但常用的的裂解型光引发剂,如肟酯类化合物,其稳定性低,不利于常温存储运输,同时存在固化涂层黄化、固化产生气泡导致涂层透明度和致密性下降等问题。双组分夺氢型光引发剂虽可克服上述缺点,但存在聚合速率慢、单体转化率较低等明显缺陷,且常用的第二组分如叔胺、碘鎓盐对固化涂层产生气味大等问题。
因此,研究和开发具有良好稳定性,便于常温存储运输的纯有机单组份光引发剂对光固化技术的拓展应用具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一类三芳基硼有机化合物及其制备方法和作为有机光引发剂的应用,本发明提供的三芳基硼有机化合物光/热稳定性高,在可见光区有良好的摩尔消光系数,可作为单组分光引发剂,在LED(发光二极管)405nm可见光区光源下可有效引发光固化,应用于光刻胶、三维打印等领域。
为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
本发明提供了一类三芳基硼有机化合物,具有式Ⅰ所示结构通式:
通式Ⅰ中D基团结构如式a、式b、式c、式d或式e所示:
式a、式b、式c、式d、式e中R为氢原子、烷氧基、卤素、羟基、硝基、氰基、烷酰氧基、未取代或取代的C1-20的直链或支链烷基、C3-20的环烷基、烷基取代的环烷基、苯基、C4-20的烷基取代的苯基或联苯基;所述取代的C1-20的直链或支链烷基的取代基为环烷基、酰胺基、羟基、烷氧基和烷硫基中的一种或多种;所述环烷基取代的C1-20的直链或支链烷基的总碳数为C4-20,所述烷基取代的环烷基的总碳数为C4-20
优选的,式a中R为氢原子、卤素、羟基、烷氧基、未取代或取代的C1-20的直链或支链烷基、苯基或联苯基;
式b中R为氢原子、卤素、烷氧基或未取代或取代的C1-20的直链或支链烷基;
式c中R为氢原子、卤素、羟基、烷氧基、未取代或取代的C1-20的直链或支链烷基或苯基;
式d中R为氢原子、卤素、羟基、烷氧基、或未取代或取代的C1-20的直链或支链烷基;
式e中R为氢原子、卤素、羟基、烷氧基、未取代或取代的C1-20的直链或支链烷基或苯基。
优选的,所述D基团具有如下结构中的任意一种:
优选的,具有如下结构中的任意一种:
本发明提供了上述技术方案所述的三芳基硼有机化合物的制备方法,包括以下步骤:
将式2所示结构的化合物、D-H化合物、有机钯催化剂和缚酸剂在有机溶剂中进行Buchwald-Hartwig偶联反应,得到通式Ⅰ所示结构的三芳基硼有机化合物;
优选的,所述式2所示结构的化合物的制备方法包括以下步骤:
将二(三甲苯基)氟化硼、2,5-二溴间二甲苯和正丁基锂在溶剂中进行亲核取代反应,得到式2所示化合物。
本发明提供了上述技术方案所述的三芳基硼有机化合物或上述技术方案所述的制备方法制备得到的三芳基硼有机化合物作为有机光引发剂的应用。
本发明提供了一种光固化材料,所述光固化材料的原料包括预聚合感光树脂、活性单体和光引发剂;所述光引发剂为上述技术方案所述的三芳基硼有机化合物或上述技术方案所述的制备方法制备得到的三芳基硼有机化合物作为有机光引发剂的应用。
优选的,所述预聚合感光树脂为具有乙烯基的树脂;所述活性单体为具有乙烯基的单体。
优选的,所述光固化材料的原料还包括着色剂、溶剂、光交联剂、光增感剂、抗氧化剂、表面活性剂、固化促进剂和热聚合抑制剂中的一种或多种。
本发明提供了一类三芳基硼有机化合物,具有式Ⅰ所示结构通式。本发明提供的三芳基硼有机化合物,以甲基取代的三苯基硼烷为电子受体(A)单元;以二苯胺、咔唑、吖啶等基团及其衍生物为电子给体(D)单元。本发明提供的三芳基硼有机化合物具有如下有益效果:(1)本发明提供的三芳基硼有机化合物具有良好的光稳定性、热稳定性,具有良好室温存储、运输性能。(2)本发明提供的含三芳基硼化合物在光激发下长寿命的激发三线态物种生成率高,可在单组份下引发单体聚合,不需要添加第二组分构成引发体系,从而消除第二组分对光固化涂层性质的损害,例如黄化问题。(3)本发明提供的三芳基硼化合物的吸收波长红移至可见光区,且在可见光区有良好的摩尔消光系数,在LED(发光二极管)405nm可见光区光源下可有效引发光固化,在这一波长下固化效率显著高于主要在紫外光源下工作的商品化肟酯光引发剂。
附图说明
图1为光引发剂A1吸收光谱溶剂化效应测试数据;
图2为光引发剂A1,A4,A7,A8,A10,A12,A13,A14,A17,A20,A22,A23,A25,A27,A30光稳定性测试数据;
图3为光引发剂A1的在405nm可见光照射下固化图案。
具体实施方式
本发明提供了一类三芳基硼有机化合物,具有式Ⅰ所示结构通式:
通式Ⅰ中D基团结构如式a、式b、式c、式d、式e、式f、或式g所示:
式a、式b、式c、式d、式e中R为氢原子、烷氧基、卤素、羟基、硝基、氰基、烷酰氧基、未取代或取代的C1-20的直链或支链烷基、C3-20的环烷基、烷基取代的环烷基、苯基、C4-20的烷基取代的苯基或联苯基;所述取代的C1-20的直链或支链烷基的取代基为环烷基、酰胺基、羟基、烷氧基或烷硫基中的一种或多种;所述环烷基取代的C1-20的直链或支链烷基的总碳数为C4-20,所述烷基取代的环烷基的总碳数为C4-20
在本发明中,式a中R优选为氢原子、卤素、羟基、烷氧基、未取代或取代的C1-20的直链或支链烷基、苯基或联苯基;所述卤素优选为F、Cl或Br。所述烷氧基优选为C1-3烷氧基,具体优选为甲氧基。所述未取代的C1-20的直链或支链烷基优选为未取代的C1-10的直链或支链烷基,更优选为未取代的C1-5的直链或支链烷基,进一步优选为未取代的C1-4的直链或支链烷基,具体优选为甲基、异丙基或叔丁基。
在本发明中,式b中R为氢原子、卤素、烷氧基或未取代或取代的C1-20的直链或支链烷基。所述卤素优选为F、Cl或Br。所述烷氧基优选为C1-3烷氧基,具体优选为甲氧基。所述未取代的C1-20的直链或支链烷基优选为未取代的C1-10的直链或支链烷基,更优选为未取代的C1-5的直链或支链烷基,进一步优选为未取代的C1-4的直链或支链烷基,具体优选为甲基或叔丁基。
在本发明中,式c中R优选为氢原子、卤素、羟基、烷氧基、未取代或取代的C1-20的直链或支链烷基或苯基;所述卤素优选为F、Cl或Br。所述烷氧基优选为C1-3烷氧基,具体优选为甲氧基。所述未取代的C1-20的直链或支链烷基优选为未取代的C1-10的直链或支链烷基,更优选为未取代的C1-5的直链或支链烷基,进一步优选为未取代的C1-4的直链或支链烷基,具体优选为甲基、异丙基或叔丁基。
在本发明中,式d中R为氢原子、卤素、羟基、烷氧基、或未取代或取代的C1-20的直链或支链烷基;所述卤素优选为F、Cl或Br。所述烷氧基优选为C1-3烷氧基,具体优选为甲氧基。所述未取代的C1-20的直链或支链烷基优选为未取代的C1-10的直链或支链烷基,更优选为未取代的C1-5的直链或支链烷基,进一步优选为未取代的C1-4的直链或支链烷基,具体优选为甲基或叔丁基。
在本发明中,式e中R优选为氢原子、卤素、羟基、烷氧基、未取代或取代的C1-20的直链或支链烷基或苯基;所述卤素优选为F、Cl或Br。所述烷氧基优选为C1-3烷氧基,具体优选为甲氧基。所述未取代的C1-20的直链或支链烷基优选为未取代的C1-10的直链或支链烷基,更优选为未取代的C1-5的直链或支链烷基,进一步优选为未取代的C1-4的直链或支链烷基,具体优选为甲基或叔丁基。
在本发明中,所述D基团优选具有如下结构中的任意一种:
在本发明的具体实施例中,式I所示结构通式的三芳基硼有机化合物优选具有如下结构中的任意一种:
本发明提供了上述技术方案所述的三芳基硼有机化合物的制备方法,包括以下步骤:
将式2所示结构的化合物、D-H化合物、有机钯催化剂和缚酸剂在有机溶剂(以下称为第一有机溶剂)中进行Buchwald-Hartwig偶联反应,得到通式Ⅰ所示结构的三芳基硼有机化合物;
在本发明中,若无特殊说明,所有制备原料/组分均为本领域技术人员熟知的市售产品。
在本发明中,所述式2所示结构的化合物的制备方法优选包括以下步骤:将二(三甲苯基)氟化硼、2,5-二溴间二甲苯和正丁基锂在有机溶剂(以下称为第二有机溶剂)中进行亲核取代反应,得到式2所示化合物。在本发明中,所述第二有机溶剂优选为N,N-二甲基甲酰胺。所述二(三甲苯基)氟化硼和所述2,5-二溴间二甲苯的摩尔比优选为3.73:5.59。所述二(三甲苯基)氟化硼和正丁基锂的摩尔比优选为3.73:4.10。本发明发对所述第二有机溶剂的用量没有特殊要求,确保所述亲核取代反应顺利进行即可。在本发明中,所述亲核取代反应在保护气体气氛中进行,所述保护气体优选为氩气或氮气。所述亲核取代反应优选包括以下步骤:将2,5-二溴间二甲苯溶解于部分第二有机溶剂中,得到2,5-二溴间二甲苯溶液;在77K条件下向所述2,5-二溴间二甲苯溶液中滴加正丁基锂进行第一阶段亲核取代反应,得到第一阶段亲核取代反应液;将二(三甲苯基)氟化硼溶解于剩余第二有机溶剂中,得到二(三甲苯基)氟化硼溶液;将所述第一阶段亲核取代反应液升温至室温后滴加所述二(三甲苯基)氟化硼溶液进行第二阶段亲核取代反应,得到亲核取代反应液。所述第一阶段亲核取代反应的时间优选为2h。所述第二阶段亲核取代反应的时间优选为24h。
在本发明中,所述亲核取代反应后得到亲核取代反应液,本发明优选对所述亲核取代反应液进行后处理,得到所述式2所示结构的化合物。在本发明中,所述后处理优选包括以下步骤:将所述亲核取代反应液除溶剂得到残余物;将所述残余物柱层析纯化,得到式2所示结构的化合物的纯品。在本发明中,所述除溶剂的具体实施方式优选为蒸发;所述柱层析纯化使用的洗脱剂优选为石油醚(PE)和二氯甲烷(DCM)的混合溶剂,所述PE和DCM的体积比优选为10~50:1。
在本发明中,所述D-H具有如下结构中的任意一种:
在本发明中,所述钯催化剂优选为二苯基磷二茂铁二氯化钯、四三苯基膦钯或二氯二三苯基膦钯。所述缚酸剂优选为叔丁醇钠、碳酸铯或碳酸钾。所述第一有机溶剂优选为苯、甲苯、二甲苯、氯苯、二氯苯、四氢呋喃、二氧六环、氮-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、六甲基磷酰胺、环丁砜、乙腈和苯甲腈中的一种或者几种。式2所示结构的化合物和D-H的摩尔比优选为4.24~10:5.08~12,更优选为4.4~8:5.1~10。式2所示结构的化合物和所述钯催化剂的摩尔比优选为4.24~10:0.2~0.5,更优选为4.4~8:0.3~0.45。式2所示结构的化合物和所述缚酸剂的摩尔比优选为4.24~10:12.7~30,更优选为4.4~8:13~28。本发明对所述第一有机溶剂的用量没有特殊要求,确保所述Buchwald-Hartwig偶联反应顺利进行即可。在本发明中,所述Buchwald-Hartwig偶联反应的温度优选为110~160℃,所述Buchwald-Hartwig偶联反应的保温时间优选为12~24h。在本发明中,所述Buchwald-Hartwig偶联反应优选在保护气体氛围中进行,所述保护气体优选为氩气或氮气。所述Buchwald-Hartwig偶联反应优选在搅拌的条件下进行。
在本发明中,所述Buchwald-Hartwig偶联反应后得到Buchwald-Hartwig偶联反应反应液,本发明优选对所述Buchwald-Hartwig偶联反应液进行后处理,得到所述式1所示结构的化合物。在本发明中,所述后处理优选包括以下步骤:将所述Buchwald-Hartwig偶联反应液冷却至室温后和水混合,得到的液相组分采用二氯甲烷(DCM)萃取,得到萃取有机相;将所述萃取有机相干燥后除溶剂,得到式1所示结构的化合物粗品;将所述式1所示结构的化合物粗品柱层析纯化,得到式1所示结构的化合物的纯品。在本发明中,所述萃取的次数优选为3次,所述干燥使用的试剂优选为无水硫酸钠。所述除溶剂的具体实施方式优选为减压旋蒸;所述柱层析纯化使用的洗脱剂优选为石油醚(PE)和二氯甲烷(DCM)的混合溶剂,所述PE和DCM的体积比优选为10~50:1。
本发明提供了上述技术方案所述的三芳基硼有机化合物或上述技术方案所述的制备方法制备得到的三芳基硼有机化合物作为有机光引发剂的应用。在本发明中,所述有机光引发剂为具有可见光引发性能或具有可见光诱导聚合性能的引发剂。
本发明提供了一种光固化材料,所述光固化材料的原料包括预聚合感光树脂、活性单体和光引发剂;所述光引发剂为上述技术方案所述的三芳基硼有机化合物或上述技术方案所述的制备方法制备得到的三芳基硼有机化合物。
在本发明中,所述预聚合感光树脂优选为具有乙烯基的树脂。所述活性单体优选为具有乙烯基的单体。在本发明中,光固化材料的原料优选在可见光条件下进行光固化反应。
在本发明中,所述光固化材料的原料优选还包括着色剂、溶剂、光交联剂、光增感剂、抗氧化剂、表面活性剂、固化促进剂和热聚合抑制剂中的一种或多种。
作为本发明的一个或多个实施例,所述光固化材料具体为光固化涂层。
在本发明中,所述光固化材料中,所述式1所示结构的三芳基硼有机化合物的质量百分含量优选为0.0001~10%,更优选为0.001~8%,进一步优选为0.01~5%。
在本发明中,所述光固化材料优选包括以下质量份数的原料:
预聚合感光树脂100份、活性单体70份、光引发剂0.017~15份;所述光固化材料的原料优选还包括溶剂,所述溶剂优选为丙酮。
在本本发明中,所述光固化材料中,所述光引发剂的质量百分含量优选为0.05~8%,具体优选为0.05%、3%、2%、5%、2%、7%、4%、0.06%、6%、0.08%或8%。
在本发明中,所述预聚合感光树脂优选为甲基丙烯酸酯/甲基丙烯酸/甲基丙烯酸甲酯共聚物,甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯摩尔比为:50:15:30,预聚合感光树脂的Mw优选为70000。在本发明中,所述活性单体优选为二缩三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)。
在本发明中,所述光固化材料的制备方法优选包括以下步骤:将预聚合感光树脂、活性单体和光引发剂溶解于有机溶剂中,得到混合料;将所述混合料涂覆于PET模板表面,得到湿膜;将所述湿膜加热除溶剂,得到干膜;将所述干膜曝光进行光固化,得到光固化材料。在本发明中,所述湿膜的厚度优选为2μm,所述除溶剂的温度优选为90℃;所述光固化时,本发明优选将所述干膜附上掩模版。所述曝光的光源优选为405nm LED面光源。
为了进一步说明本发明,下面结合附图和实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述,但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
本实施例三芳基化合物A1的合成路线为:
(1)中间体1的合成
氮气气氛中,向100mL反应瓶中加入2,5-二溴间二甲苯(1.48g,5.59mmol)和N,N-二甲基甲酰胺(30mL),在77K下向反应瓶中滴加正丁基锂(2.56mL,4.10mmol),低温下反应2小时后缓慢升至室温,向反应瓶中滴加二(三甲苯基)氟化硼(1g,3.73mmol)的N,N-二甲基甲酰胺溶液,室温反应24小时,反应完毕,蒸发溶剂至干,以PE:DCM=50:1作洗脱剂,将得到的残余物进行柱层析分离,收集相应组分得到纯净的中间体1。HRMS found:432.1624.1HNMR(400MHz,CDCl3)δ7.48(d,2H),6.81(s,4H),2.43(s,12H),2.13(s,6H).
(2)光引发剂A1的合成
氮气气氛中,向100mL耐压支管中加入中间体1(1g,2.31mmol)、二苯胺(1.95g,11.54mmol)、四(三苯基膦基)钯(133.37mg,0.115mmol)、叔丁醇钠(0.665g,6.92mmol)和N,N-二甲基甲酰胺(20mL),在110℃的氩气条件下搅拌12h。待反应恢复至室温,将反应液倒入水中,用DCM(100mL×3)萃取收集有机相并用无水Na2SO4干燥。减压旋除有机溶剂,再以PE:DCM=20:1作洗脱剂,粗产物经快速柱层析纯化得到化合物A1。HRMS found:521.3254.1HNMR(400MHz,CDCl3)δ7.29(s,2H),7.26-7.17(m,4H),7.01-6.95(m,4H),6.93(d,2H),6.84(s,4H),2.33(s,6H),2.07(s,12H),1.97(s,6H).
实施例2
本实施例三芳基化合物A2的合成路线:
合成方法参照实施例1,用代替合成化合物A2。HRMSfound:549.3567.1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.26-7.17(m,4H),7.01-6.95(m,4H),6.93(s,2H),6.84(s,4H),2.33(s,6H),2.31(s,6H),2.07(s,12H),1.97(s,6H).
实施例3
本实施例三芳基硼化合物A3的合成路线:
合成方法参照实施例1,用代替合成化合物A3。HRMSfound:605.4193.1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.29(s,2H),7.26-7.17(m,4H),7.01-6.95(m,4H),6.93(d,2H),6.84(s,4H),2.87(m,4H),2.33(s,6H),2.07(s,12H),1.97(s,6H),1.22(dd,12H).
实施例4
本实施例三芳基硼化合物A4的合成路线:
合成方法参照实施例1,用代替合成化合物A4。HRMSfound:553.3152.1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.08-6.98(m,10H),6.81(dt,4H),2.33(s,6H),2.07(s,12H),1.97(s,6H).
实施例5
本实施例三芳基硼化合物A5的合成路线:
合成方法参照实施例1,用代替合成化合物A5。HRMS found:581.3465.1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.18(td,4H),7.07(s,2H),6.84(s,4H),6.74(dt,4H),3.81(s,6H),2.33(s,6H),2.07(s,12H),1.97(s,6H).
实施例6
本实施例三芳基硼化合物A6的合成路线:
合成方法参照实施例1,用代替合成化合物A6。HRMSfound:677.1464.1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.38(td,4H),7.26-7.17(m,6H),6.93(d,2H),6.84(s,4H),2.33(s,6H),2.07(s,12H),1.97(s,6H).
实施例7
本实施例三芳基硼化合物A7的合成路线:
合成方法参照实施例1,用代替合成化合物A7。HRMS found:673.3880.1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.75(dd,4H),7.55-7.41(m,14H),6.93(s,2H),6.84(s,4H),2.33(s,6H),2.07(s,12H),1.97(s,6H).
实施例8
本实施例三芳基硼化合物A8的合成路线:
(1)中间体1的合成与实施例1相同。
(2)光引发剂A8的合成
氮气气氛中,向100mL耐压支管中加入中间体1(1g,2.31mmol)、二苯基硅啶(4.03g,11.54mmol)、四(三苯基膦基)钯(133.37mg,0.115mmol)、叔丁醇钠(0.665g,6.92mmol)和二甲基亚砜(20mL),在110℃的氩气条件下搅拌12h。待反应恢复至室温,将反应液倒入水中,用DCM(100mL×3)萃取收集有机相并用无水Na2SO4干燥。减压旋除有机溶剂,再以PE:DCM=30:1作洗脱剂,粗产物经快速柱层析纯化得到化合物A8。HRMS found:701.3649.1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.64-7.25(m,18H),7.00-6.98(t,2H),6.87(s,4H),2.33(s,6H),2.07(s,12H),1.97(s,6H).
实施例9
本实施例三芳基硼化合物A9的合成路线:
合成方法参照实施例8,用代替合成化合物A9。HRMS found:729.3962.1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.45-7.38(m,8H),7.26-7.19(m,6H),7.07(s,2H),7.01(td,2H),6.87(s,4H),2.41(s,6H),2.33(s,6H),2.07(s,12H),1.97(s,6H).
实施例10
本实施例三芳基硼化合物A10的合成路线:
合成方法参照实施例8,用代替合成化合物A10。HRMS found:813.4901.1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.45-7.38(m,8H),7.26-7.19(m,6H),7.07(s,2H),7.01(td,2H),6.87(s,4H),2.41(s,6H),2.33(s,6H),2.07(s,12H),1.97(s,6H),1.31(s,18H).
实施例11
本实施例三芳基硼化合物A11的合成路线:
合成方法参照实施例8,用代替合成化合物A11。HRMS found:761.3860.1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.41(m,12H),7.28(dd,2H),7.03(m,8H),3.81(s,6H),2.33(s,12H),2.18(s,6H),2.02(s,6H).
实施例12
本实施例三芳基硼化合物A12的合成路线:
合成方法参照实施例8,用代替合成化合物A12。HRMS found:857.1859.1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.64(dt,4H),7.42-7.28(m,10H),7.07-7.01(m,4H),6.87(s,4H),2.41(s,6H),2.33(s,6H),2.07(s,12H),1.97(s,6H).
实施例13
本实施例三芳基硼化合物A13的合成路线:
(1)中间体1的合成与实施例1相同。
(2)光引发剂A13的合成
氮气气氛中,向100mL耐压支管中加入中间体1(1g,2.31mmol)、二甲基吖啶(2.42g,11.54mmol)、二氯二三苯基膦钯(102.53mg,0.115mmol)、叔丁醇钠(0.665g,6.92mmol)和二甲基亚砜(20mL),在110℃的氩气条件下搅拌16h。待反应恢复至室温,将反应液倒入水中,用DCM(100mL×3)萃取收集有机相并用无水Na2SO4干燥。减压旋除有机溶剂,再以PE:DCM=30:1作洗脱剂,粗产物经快速柱层析纯化得到化合物A13。HRMS found:561.3567.1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.23-7.14(m,6H),7.07(s,2H),7.01-6.95(m,6H),2.32(s,12H),2.18(s,6H)2.09(s,6H),1.67(s,6H).
实施例14
本实施例三芳基硼化合物A14的合成路线:
合成方法参照实施例13,用代替合成化合物A14。HRMSfound:589.3880.1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.19(dd,2H),7.09-7.01(m,6H),6.87(s,4H),2.34(s,12H),2.31(s,6H),2.18(s,6H),2.09(s,6H),1.67(s,6H).
实施例15
本实施例三芳基硼化合物A15的合成路线:
合成方法参照实施例13,用代替合成化合物A15。HRMSfound:645.4506.1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.19(dd,2H),7.09-7.01(m,6H),6.87(s,4H),2.87(m,2H),2.34(s,12H),2.31(s,6H),2.18(s,6H),2.09(s,6H),1.69(s,6H),1.21(dd,12H).
实施例16
本实施例三芳基硼化合物A16的合成路线:
合成方法参照实施例13,用代替合成化合物A16。HRMS found:593.3465.1H NMR(400MHz,CDCl3)δ9.29(s,2H),7.16(s,2H),7.08-6.92(m,6H),6.73-6.65(m,4H),2.32(s,12H),2.18(s,6H),2.09(s,6H),1.67(s,6H).
实施例17
本实施例三芳基硼化合物A17的合成路线:
合成方法参照实施例13,用代替合成化合物A17。HRMS found:621.3778.1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.21(d,2H),7.07(s,2H),6.87(s,4H),6.72(s,2H),6.69(dd,2H),3.71(s,6H),2.32(s,12H),2.18(s,6H),2.09(s,6H),1.67(s,6H).
实施例18
本实施例三芳基硼化合物A18的合成路线:
合成方法参照实施例13,用代替合成化合物A18。HRMSfound:717.1777.1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.30-7.28(m,4H),7.06(m,4H),6.89(s,4H),2.32(s,12H),2.18(s,6H),2.11(s,6H),1.67(s,6H).
实施例19
本实施例三芳基硼化合物A19的合成路线:
合成方法参照实施例13,用代替合成化合物A19。HRMS found:713.4193.1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.75-7.69(m,6H),7.49-7.36(m,10H),7.07(s,2H),7.05(s,2H),6.87(s,4H),2.32(s,12H),2.18(s,6H),2.09(s,6H),1.67(s,6H).
实施例20
本实施例三芳基硼化合物A20的合成路线:
(1)中间体1的合成与实施例1相同。
(2)光引发剂A20的合成
氮气气氛中,向100mL耐压支管中加入中间体1(1g,2.31mmol)、二苯基吖啶(3.85g,11.54mmol)、二苯基磷二茂铁二氯化钯(132.56mg,0.115mmol)、叔丁醇钠(0.665g,6.92mmol)和二甲基亚砜(20mL),在130℃的氩气条件下搅拌24h。待反应恢复至室温,将反应液倒入水中,用DCM(100mL×3)萃取收集有机相并用无水Na2SO4干燥。减压旋除有机溶剂,再以PE:DCM=50:1作洗脱剂,粗产物经快速柱层析纯化得到化合物A20。HRMS found:685.3880.1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.23-7.06(m,18H),7.02(s,2H),6.87(s,4H),2.33(s,6H),2.07(s,12H),1.97(s,6H).
实施例21
本实施例三芳基硼化合物A21的合成路线:
合成方法参照实施例20,用代替合成化合物A21。HRMS found:713.4193.1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.45-7.38(m,8H),7.26-7.19(m,6H),7.07(s,2H),7.01(td,2H),6.87(s,4H),2.41(s,6H),2.33(s,6H),2.07(s,12H),1.97(s,6H).
实施例22
本实施例三芳基硼化合物A22的合成路线:
合成方法参照实施例20,用代替合成化合物A22。HRMSfound:797.5132.1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.45-7.38(m,8H),7.26-7.19(m,6H),7.07(s,2H),7.01(td,2H),6.87(s,4H),2.41(s,6H),2.33(s,6H),2.07(s,12H),1.97(s,6H),1.31(s,18H).
实施例23
本实施例三芳基硼化合物A23的合成路线:
合成方法参照实施例20,用代替合成化合物A23。HRMSfound:745.4091.1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.41(m,12H),7.28(dd,2H),7.03(m,8H),3.81(s,6H),2.33(s,12H),2.18(s,6H),2.02(s,6H).
实施例24
本实施例三芳基硼化合物A24的合成路线:
合成方法参照实施例20,用代替合成化合物A24。HRMSfound:841.2090.1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.64(dt,4H),7.42-7.28(m,10H),7.07-7.01(m,4H),6.87(s,4H),2.41(s,6H),2.33(s,6H),2.07(s,12H),1.97(s,6H).
实施例25
本实施例三芳基硼化合物A25的合成路线:
(1)中间体1的合成与实施例1相同。
(2)光引发剂A25的合成
氮气气氛中,向100mL耐压支管中加入中间体1(1g,2.31mmol)、咔唑(1.93g,11.54mmol)、二苯基磷二茂铁二氯化钯(132.56mg,0.115mmol)、叔丁醇钠(0.665g,6.92mmol)和N,N-二甲基甲酰胺(30mL),在120℃的氩气条件下搅拌12h。待反应恢复至室温,将反应液倒入水中,用DCM(100mL×3)萃取收集有机相并用无水Na2SO4干燥。减压旋除有机溶剂,再以PE:DCM=30:1作洗脱剂,粗产物经快速柱层析纯化得到化合物A25。HRMSfound:519.3097.1HNMR(400MHz,CDCl3)δ8.14(d,2H),7.74(d,2H),7.57(dt,2H),7.50(d,2H),7.25(s,2H),6.87(s,4H),2.32(s,6H),2.13(s,12H),1.92(s,6H).
实施例26
本实施例三芳基硼化合物A26的合成路线:
合成方法参照实施例25,用代替合成化合物A26。HRMSfound:547.3410.1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.14(d,2H),7.74(d,2H),7.50(d,2H),7.25(s,2H),6.87(s,4H),2.46(s,6H),2.32(s,6H),2.13(s,12H),1.92(s,6H).
实施例27
本实施例三芳基硼化合物A27的合成路线:
合成方法参照实施例25,用代替合成化合物A27。HRMSfound:631.4349.1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.14(d,2H),7.74(d,2H),7.57(dt,2H),7.50(d,2H),7.25(s,2H),6.87(s,4H),2.32(s,6H),2.13(s,12H),1.92(s,6H),1.23(s,18H).
实施例28
本实施例三芳基硼化合物A28的合成路线:
合成方法参照实施例25,用代替合成化合物A28。HRMSfound:579.3309.1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.72(d,2H),7.58(d,2H),7.33(d,2H),7.25(s,2H),6.87(s,4H),3.81(s,6H),2.32(s,6H),2.13(s,12H),1.92(s,6H).
实施例29
本实施例三芳基硼化合物A29的合成路线:
合成方法参照实施例25,用代替合成化合物A29。HRMSfound:675.1308.1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.05(d,2H),7.74(d,2H),7.42(d,2H),7.25(s,2H),6.87(s,4H),2.32(s,6H),2.13(s,12H),1.92(s,6H).
实施例30
本实施例三芳基硼化合物A30的合成路线:
合成方法参照实施例25,用代替合成化合物A30。HRMSfound:671.3723.1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.14(d,2H),7.81(s,2H),7.74(d,2H),7.57(t,6H),7.43-7.35(m,6H),7.16(s,2H),6.87(s,4H),2.32(s,6H),2.13(s,12H),1.92(s,6H).
测试例1
对实施例1、4、7、8、10、12、13、14、17、20、22、23、25、27、30得到的光引发剂A1,A4,A7,A8,A10,A12,A13,A14,A17,A20,A22,A23,A25,A27,A30进行光物理性质研究(使用溶剂为乙腈,测试浓度为1×10-5mol/L),数据如表1所示。
表1化合物A1,A4,A7,A8,A10,A12,A13,A14,A17,A20,A22,A23,A25,A27,A30的光物理性质研究结果
光引发剂 最大吸收(nm) 最大发射(nm) 摩尔消光系数(M-1cm-1)
A1 366 443 22000
A4 367 448 22800
A7 380 463 24500
A8 372 454 25200
A10 375 463 22000
A12 392 485 24400
A13 320 486 19800
A14 323 491 19930
A17 346 514 21540
A-20 381 442 28300
A22 382 445 28500
A23 386 457 28100
A25 370 430 21000
A27 375 435 22400
A30 390 453 23400
如表1所示,化合物A1,A4,A7,A8,A10,A12,A13,A14,A17,A20,A22,A23,A25,A27,A30最大吸收在近可见光区,并且在可见光区区域也有较强的吸收。以分子A8为例,供电子为二苯基硅啶时,其最大吸收峰为372nm,利用郎伯比尔定律A=εbc来计算该材料的摩尔消光系数,其最大摩尔消光系数为25200M-1cm-1,405nm摩尔消光系数为16200M-1cm-1;该类分子易吸收光后通过系间窜越产生激发三线态,且这一物种寿命较长,可以有效引发聚合。
光引发剂A-1虽在可见光区吸收不强,但当环境极性增强时,其在400-450nm出现一个n-π*跃迁的弱吸收带(如图1所示),可以归属于A1分子供电子基团二苯胺和吸电子基团三苯基硼烷之间具有电荷转移属性的吸收带,可诱导高效的三线态物种,实验证明其在405nm光源下同样具有优异的光固化性能。
测试例2
对A1,A4,A7,A8,A10,A12,A13,A14,A17,A20,A22,A23,A25,A27,A30进行了光/热稳定性研究。化合物的热重分析数据如表2,上述15种光引发剂的热分解温度均大于300℃,表明该类化合物具有有优异的热稳定性。
表2化合物A1,A4,A7,A8,A10,A12,A13,A14,A17,A20,A22,A23,A25,A27,A30的热重分析结果(Tg起始分解温度/℃)
A1 A4 A7 A8 A10 A12 A13 A14 A17 A20 A22 A23 A25 A27 A30
Tg 306 308 315 321 329 331 319 318 321 319 325 311 314 312 319
将A1,A4,A7,A8,A10,A12,A13,A14,A17,A20,A22,A23,A25,A27,A30配制为稀溶液(溶剂为乙腈,测试浓度为1×10-5mol/L),在365nm光源持续照射1小时,其荧光强度小(如图2所示),证明其溶液在紫外光下均具有较高的光稳定性,相应的,其固体具有更好的光稳定性。
上述测试表明该类化合物具有良好的光稳定性和热稳定性,使其可以在日常条件下进行储存和运输。
测试例3
对实施例1、4、7、8、10、12、13、14、17、20、22、23、25、27、30得到的化合物A1,A4,A7,A8,A10,A12,A13,A14,A17,A20,A22,A23,A25,A27,A30进行光聚合效率研究。
在聚合单体二缩三丙二醇二丙烯酸酯溶液中,加入所述光引发剂选自本发明所述的化合物中的至少一种,其质量分数在0.01~5%,冷冻除氧。使用上述光聚合溶液制备溴化钾压片涂层,厚度大约为20mm。光源使用365nm和405nm点光源,照射时间为300s,通过傅里叶变换红外光谱仪实时探测聚合单体碳碳双键特征峰面积变化得到聚合单体转化率。数据如表3所示,除A13,A14,A17这三种以二甲基吖啶为供电子基团的三芳基硼化合物,剩余三芳基硼化合物使用405nm可见光激发聚合效果明显好于365nm,表明其可以用可见光进行固化。
表3化合物A1,A4,A7,A8,A10,A12,A13,A14,A17,A20,A22,A23,A25,A27,A30进行光聚合效率测试结果
应用例1
光固化组分配制(质量份数)
基底树脂 100份;
二缩三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA) 70份;
光引发剂 0.017~15份
其中,基底树脂为甲基丙烯酸酯/甲基丙烯酸/甲基丙烯酸甲酯共聚物,甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯摩尔比为:50:15:30,基底树脂的Mw:70000,另加5mL丙酮溶解,光引发剂为上述实施例1~45制备的化合物中的至少一种。
显影曝光
取配制好的光固化组分,于PET模板上用线棒涂膜,膜厚度约为2μm,在90℃条件下干燥5min除去溶剂。随后将涂膜的PET板冷却至室温,附上掩模版,用LED面光源进行曝光(405nm 100mW);接着在25℃下,使用1%的NaOH水溶液显影,再用超纯水洗涤,风干。最后在220℃下烘烤30min,对得到的图形进行评价。
表4化合物A1,A4,A7,A8,A10,A12,A20,A22,A23,A25,A27,A30作为光引发剂的聚合实验结果
聚合结果如表4所示,表4中使用三芳基硼有机化合物均可以有效引发光固化。以化合物A-1所获涂层为例,如图3中的A所示,固化图形在自然光下无色透明且没有气味,目视无任何异常。在暗场紫外灯照射下,可清晰观察到固化涂层图案,板图案完整,未曝光部分几乎没有残留(如图3中的B所示)。
由以上实施例可知:本发明提供一类三芳基硼有机化合物,其结构如通式Ⅰ所示,以甲基取代的三苯基硼烷为电子受体单元,以富电子D基团为电子给体单元。本发明提供的三芳基硼化合物具有优良的光、热稳定性,可在日常条件下保存和运输;其吸收波长可延长至可见光区,且在可见光区有良好的摩尔消光系数。本发明提供的三芳基硼化合物可作为单组分光引发剂,添加在普通光固化体系中。添加后的体系在可见光区光源下即可有效引发光固化,并形成在可见光照下可发光的纯有机光固化涂层,用途广泛,包括但不限于光刻胶、三维打印、防伪等领域。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述,但它仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部实施例,还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例,这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (10)

1.一类三芳基硼有机化合物,其特征在于,具有式Ⅰ所示结构通式:
通式Ⅰ中D基团结构如式a、式b、式c、式d或式e所示:
式e;
式a、式b、式c、式d、式e中R为氢原子、烷氧基、卤素、羟基、硝基、氰基、未取代或取代的C1-20的直链或支链烷基、C3-20的环烷基、烷基取代的环烷基、苯基、C4-20的烷基取代的苯基或联苯基;所述取代的C1-20的直链或支链烷基的取代基为环烷基、酰胺基、羟基、烷氧基和烷硫基中的一种或多种;所述环烷基取代的C1-20的直链或支链烷基的总碳数为C4-20,所述烷基取代的环烷基的总碳数为C4-20
2.根据权利要求1所述的三芳基硼有机化合物,其特征在于,式a中R为氢原子、卤素、羟基、烷氧基、未取代或取代的C1-20的直链或支链烷基、苯基或联苯基;
式b中R为氢原子、卤素、烷氧基或未取代或取代的C1-20的直链或支链烷基;
式c中R为氢原子、卤素、羟基、烷氧基、未取代或取代的C1-20的直链或支链烷基或苯基;
式d中R为氢原子、卤素、羟基、烷氧基、或未取代或取代的C1-20的直链或支链烷基;
式e中R为氢原子、卤素、羟基、烷氧基、未取代或取代的C1-20的直链或支链烷基或苯基。
3.根据权利要求1或2所述的三芳基硼有机化合物,其特征在于,所述D基团具有如下结构中的任意一种:
4.根据权利要求1所述的三芳基硼有机化合物,其特征在于,具有如下结构中的任意一种:
5.权利要求1~4任一项所述的三芳基硼有机化合物的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
将式2所示结构的化合物、D-H化合物、有机钯催化剂和缚酸剂在有机溶剂中进行Buchwald-Hartwig偶联反应,得到通式Ⅰ所示结构的三芳基硼有机化合物;
6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述式2所示结构的化合物的制备方法包括以下步骤:
将二(三甲苯基)氟化硼、2,5-二溴间二甲苯和正丁基锂在有机溶剂中进行亲核取代反应,得到式2所示化合物。
7.权利要求1~4任一项所述的三芳基硼有机化合物或权利要求5或6所述的制备方法制备得到的三芳基硼有机化合物作为有机光引发剂的应用。
8.一种光固化材料,其特征在于,所述光固化材料的原料包括预聚合感光树脂、活性单体和光引发剂;所述光引发剂为权利要求1~4任一项所述的三芳基硼有机化合物或权利要求5或6所述的制备方法制备得到的三芳基硼有机化合物。
9.根据权利要求8所述的光固化材料,其特征在于,所述预聚合感光树脂为具有乙烯基的树脂;所述活性单体为具有乙烯基的单体。
10.根据权利要求8或9所述的光固化材料,其特征在于,所述光固化材料的原料还包括着色剂、溶剂、光交联剂、光增感剂、抗氧化剂、表面活性剂、固化促进剂和热聚合抑制剂中的一种或多种。
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