DD231079A1 - METHOD FOR PRODUCING HIGH-MOLECULAR POLYCANES OF TRIPHENYLMETHANE-TARGET-TYPE - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von loeslichen, hochmolekularen Polykationen vom Triphenylmethanfarbstoff-Typ, die folgende Strukturglieder enthalten:und aufgrund dieser Struktur als filmbildende Farbstoffe, kationische Polyelektrolyte, filmbildende Halbleiter und Photohalbleiter neue technische Loesungen eroeffnen. Das erfindungsgemaesse Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass an sich bekannte lineare Epoxid-Amin-Additionspolymere, welche Leukoformen des Polykations darstellen, durch Oxidationsprozesse in Loesung, als Festkoerper, Film oder in Festkoerperoberflaechen umgesetzt werden. Die Oxidation zu den erfindungsgemaessen Polykationen kann sowohl durch chemische Oxydationsmittel als auch photochemisch oder elektrochemisch bewirkt werden.The invention relates to a process for the preparation of soluble, high molecular weight triphenylmethane dye-type polycations which contain the following structural members: and, owing to this structure, to open up new technical solutions as film-forming dyes, cationic polyelectrolytes, film-forming semiconductors and photo-semiconductors. The process according to the invention is characterized in that per se known linear epoxide-amine addition polymers, which are leuco forms of the polycation, by oxidation processes in solution, as a solid, film or in Festkoerperoberflaechen be implemented. The oxidation to the polycations according to the invention can be effected both by chemical oxidants and also photochemically or electrochemically.
Description
Verfahren zur Herstellung von hochmolekularen Polykationen vom Triphenylmethanfarbstoff-TypProcess for the preparation of high molecular weight triphenylmethane dye-type polycations
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von löslichen» hochmolekularen Polykationen vom Triphenylmethanfarbstof f-Typ, die Gruppierungen der Struktur I1 als Teil einer makromolekularen Kette enthalten:The invention relates to a process for preparing triphenylmethane dye-type soluble high molecular weight polycations containing moieties of structure I 1 as part of a macromolecular chain:
R = Kettenbaustein ·R = chain module ·
R* = N-Substituent, der nicht Teil der makromolekularen Kette istR * = N-substituent which is not part of the macromolecular chain
2 ^ ι' i η S = H oder Substituent2 ^ ι 'i η S = H or substituent
Hochmolekulare Polykationen dieser Art besitzen ein mit geringer Energie anregbares W -Elektronensystem, das in der Hauptkette angeordnet ist» wodurch die Triphenylmethanfarbstof f-Gruppierung mit den vorteilhaften mechanischen, technologischen und strukturspezifischen Eigenschaften von thermoplastischen Makromolekülen verbunden ist.High molecular weight polycations of this type have a low energy excitable W electron system located in the backbone, linking the triphenylmethane dye moiety to the advantageous mechanical, technological, and structure-specific properties of thermoplastic macromolecules.
Λ ΊΛ Ί
Unter den technisch interessanten Eigenschaften derartiger Cyaninfarbstoffe seien hervorgehoben: die Lichtabsorption im sichtbaren Bereich, die Möglichkeit der Orientierung der Farbzentren, die erhöhte elektrische Leitfähigkeit von Kombinationen der Cyaninkationen mit geeigneten Gegenionen, die Photoleitfähigkeit im sichtbaren 3ereich, die Fähigkeit zum reduktiven Obergang in ,entsprechende Leuko-Verbindungen, die durch den Polykationen-Charakter gegebene Möglichkeit der Kombination mit den verschiedenen Anionen durch Ionenaustausch oder im Zuge der Herstellung·Among the technically interesting properties of such cyanine dyes are highlighted: the light absorption in the visible range, the possibility of orientation of the color centers, the increased electrical conductivity of combinations of Cyaninkationen with suitable counterions, the photoconductivity in the visible range, the ability to reductive transition in, corresponding Leuko Compounds, the possibility given by the polycation character of the combination with the various anions by ion exchange or in the course of production
Die erfindungsgemäßen Polykationen vom Triphenylmethanfarbstof f-Typ können daher als Zwischenprodukte für die Herstellung von optischen, elektronischen» photoelektronischen und elektrochemischen Bauelementen oder großflächigen Schichtelementen dienen·The triphenylmethane dye-f-type polycations according to the invention can therefore serve as intermediates for the production of optical, electronic photoelectronic and electrochemical components or large-area layer elements.
Das Herstellungsverfahren kann auch als chemischer Prozeßschritt beim Aufbau derartiger Bauelemente angewandt werden·The manufacturing process can also be used as a chemical process step in the construction of such devices.
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
Lösliche und gleichzeitig hochmolekulare Polykationen vom Triphenylmethanfarbstoff-Typ sind bisher nicht bekannt·Soluble and at the same time high molecular weight triphenylmethane dye-type polycations have not hitherto been known.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein allgemein anwendbares Verfahren zur Herstellung von hochmolekularen Polykationen vom Triphenylraethanfarbstoff-Typ zu finden» Um die Verwendung für die Herstellung von großflächigen Schichtelementen zu ermöglichen, soll angestrebt werden, daß die neuen Polymeren oder ihre Vorstufen löslich sind und allein oder mit Bindemitteln zu Schichten verformt werden können·The object of the invention is to find a generally applicable process for the preparation of high molecular weight triphenylacrylate dye-type polycations. In order to enable the use for the production of large area laminates, it is desirable that the novel polymers or their precursors be soluble and alone or can be formed into layers with binders.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Erfindungsgemäß werden hochmolekulare Polykationen vom Triphenylmethanfarbstoff-Typ durch Oxidation von thermoplastischen, löslichen Additionspolymeren AP hergestellt, die einen Ν,Ν'-disubstituierten Phenyl-bis(aminophenyl)methan-Baustein sowie einen Verbindungsbaustein enthalten, der sich von einer Diglycidylverbindung ableitet.According to the Triphenylmethanfarbstoff- type high molecular weight polycations are prepared by oxidation of thermoplastic, soluble addition polymers AP containing a Ν, Ν'-disubstituted phenyl-bis (aminophenyl) methane block and a connecting block, which is derived from a diglycidyl compound.
OHOH
OHOH
wobei die Oxidation so geführt wird, daß durchschnittlich Ketten mit zwei oder mehreren (2 ^r m (= n) Kationen-Gliedern der Struktur TM entstehen:the oxidation being conducted in such a way that, on average, chains with two or more (2-rm (= n) cation members of the structure TM are formed:
Il IIl
R· OH OHR · OH OH
Dabei ist R' ein araliphatischen cycloaliphatischer oder aliphatischer Rest vorzugsweise der Senzyl-, Cyclohexyl- oder Methyl-Rest, R" repräsentiert eine Gruppierung, die zwei Glycidylreste (CH2-CH-CH2-) verbinden kann, vorzugs-In this case, R 'is an araliphatic cycloaliphatic or aliphatic radical, preferably the senzyl, cyclohexyl or methyl radical, R "represents a group which can connect two glycidyl radicals (CH 2 -CH-CH 2 -), preferably
weisewise
ΠΡ U Cf PH λ P 1-1 Pi— DP U PU P Ul ΠΠΡ U Cf PH λ P 1-1 Pi-DP U PU P Ul Π
UUgH4U(UI3J2U6H4U , Uu6H4-GH2-CgH4U -OOC-Rtt-COO-, -0OC-C6H4-COO-N-C6H4-CH2-C6H4-N-, >-C6H5, -00cUUgH 4 U (UI 3 J 2 U 6 H 4 U, Uu 6 H 4 -GH 2 -CgH 4 U -OOC-R tt -COO-, -OOC-C 6 H 4 -COO-NC 6 H 4 -CH 2 -C 6 H 4 -N-,> -C 6 H 5 , -00c
R·R ·
R*R *
COO-,COO,
-A--A-
und S einen Substituent bedeutet, vorzugsweise H, Cl, Br, OR,. OCH3, SR1 NR'2, N(CHg)2, 'N(C2H5J2, COOR', SO31R. Vorteilhaft ist die Verwendung von Additionspolymeren der Strukturen AP-I, AP-2 und AP-3.and S is a substituent, preferably H, Cl, Br, OR ,. OCH 3 , SR 1 NR ' 2 , N (CH 2 ) 2 ,' N (C 2 H 5 J 2 , COOR ', SO 31 R. It is advantageous to use addition polymers of the structures AP-1, AP-2 and AP- third
Hochmolekulare, thermoplastische Additionspolymere AP sind durch Additionspolymerisation (Polyaddition) von N,N*-disubstituierten Phenyl-bis(aminophenyl)metha,nen nach bekannten Verfahren zugänglich.High molecular weight thermoplastic addition polymers AP are accessible by addition polymerization (polyaddition) of N, N * -disubstituted phenyl-bis (aminophenyl) methanes by known methods.
Beispielsweise kann entsprechend DO 141677 bzw. US 4308085 und DD 211799 ein hochmolekulares, lösliches Additionspolymer AP aus Phenyl-bis(4-methylaminophenyl)methan und einer Diglycidylverbindung gewonnen Werden, das als Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäBe Herstellungsverfahren dienen kann.For example, according to DO 141677 or US 4308085 and DD 211799, a high molecular weight, soluble addition polymer AP can be obtained from phenylbis (4-methylaminophenyl) methane and a diglycidyl compound, which can serve as starting material for the preparation process according to the invention.
CH,CH,
N-// \\-CH-// VS-N-CH0CH-CH0O-// \\-C-/7 \\-OCH0CH-CH.N - // \\ - CH - // VS-N-CH 0 CH-CH 0 O - // \\ - C- / 7 \\ - OCH 0 CH-CH.
OHOH
CH,CH,
1 OH1 OH
AP-IAP-I
-N-CH0CH-CH0O-CO I 2I 2 CH3 OH-N-CH 0 CH-CH 0 O-CO I 2 I 2 CH 3 OH
AP-2AP-2
CO-OCH0CH-CH0/ 2I 2 OHCO-OCH-CH 0 CH 0/2 I 2 OH
OHOH
N-CH0CH-CH0-N-// \\-CH-// \\ -N-CH0CH-CH0 2i 2i\ /i \ /ι 2. 2N-CH 0 CH-CH 0 -N - // \\ - CH - // \\ -N-CH 0 CH-CH 0 2i 2i \ / i \ / ι 2. 2
ί N== N =
CHCH
CH3 OHCH 3 OH
AP-3AP-3
Diese Polymeren sind in verschiedenen Lösungsmitteln, z.3. in einer Mischung aus Chloroform und Methanol (Vol. Verh. 4:1), THF, Methylenchlorid, Dichlorethan u.a. löslich und können aus Lösung zu transparenten Filmen nach üblichen Gießtechnologien gegossen werden. Sie können auch gelöst für das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren eingesetzt werden.These polymers are in different solvents, z.3. in a mixture of chloroform and methanol (vol. ratio 4: 1), THF, methylene chloride, dichloroethane and the like. Soluble and can be cast from solution to transparent films by conventional casting technologies. They can also be used in solution for the production process according to the invention.
Die erfindungsgemäße Oxidation der AP-Polymeren zu den PoIykationen vom Triphenylmethanfarbstoff-Typ ist mit verschiedenen Oxidationsmitteln durchführbar. Als chemische Oxidationsmittel sind für die Zwecke der Erfindung besonders geeignet:The oxidation according to the invention of the AP polymers to the polyisocyanates of the triphenylmethane dye type can be carried out with various oxidizing agents. As chemical oxidants are particularly suitable for the purposes of the invention:
Elementare Halogene (Iod, Brom, Chlor), Antimonpentachlorid (SbCl5), Arsenpentafluorid (AsF5), Chloranil (CgO2Cl4), Tetracyanethylen (CgN4), PbO2/HCl sowie weitere Oxidationsmittel wie sie in Beilsteins Handbuch der Organischen Chemie Hauptwerk Bd. 13, S. 275, Springer-Verlag Berlin 1930 und zweites Ergänzungswerk Bd. 13, S. 135, Springer-Verlag Berlin, Göttingen, Heidelberg 1950 aufgeführt werden. ' Elemental halogens (iodine, bromine, chlorine), antimony pentachloride (SbCl 5 ), arsenic pentafluoride (AsF 5 ), chloranil (CgO 2 Cl 4 ), tetracyanoethylene (CgN 4 ), PbO 2 / HCl and other oxidants as described in Beilstein's Handbook of Organic Chemie Hauptwerk Bd. 13, p. 275, Springer-Verlag Berlin 1930 and second supplementary work Bd. 13, p. 135, Springer-Verlag Berlin, Gottingen, Heidelberg 1950. '
In Abhängigkeit vom Oxidationsmittel treten verschiedene Anionen als Gegenion auf, z.B. I3, Br , Cl", SbCl6". Beispielsweise wird zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Lösung des Additionspolymeren aus Phenylbis(4-methylarainophenyl)methan und DGEBA (AP-I), das nach DD 211 799 hergestellt wurde, in Chloroform/Methanol (4:1) gelöst und mit einer Iodlösung in Chloroform versetzt. Wird die Iodmenge so bemessen, daß je Mol Wiederholungsstruktureinheit von AP-I 2,0 mol I2 zur Reaktion gelangen, dann erfolgt formal eine oxidative Addition entsprechend Gl. 1Depending on the oxidizing agent, various anions occur as a counterion, eg, I 3 , Br, Cl ", SbCl 6 ". For example, a solution of the addition polymer of phenylbis (4-methylarainophenyl) methane and DGEBA (AP-I), which was prepared according to DD 211 799, dissolved in chloroform / methanol (4: 1) and with an iodine solution in Chloroform added. If the amount of iodine is such that 2.0 mol of I 2 is reacted per mol of repeat structural unit of AP-I, then an oxidative addition is formally carried out in accordance with Eq. 1
(C42H46N2°4>n + 2'° » Σ2 —> «MZ^aWη G1' 1 ( C 42 H 46 N 2 ° 4> n + 2 '° » Σ 2 ->« MZ ^ aWη G1 ' 1
Die Summenformel (C42H46isl204I4^ repräsentiert jedoch eine Durchschnittsformel, der vermutlich folgende Verteilung zugrunde liegt:The empirical formula ( C 42 H 46 isl 2 0 4 I 4 ^, however, represents an average formula which is presumably based on the following distribution:
(C42H46N204I3)2/3 (C 42 H 46 N 2 0 4 I 3 ) 2/3
Hiernach sind 2/3 der Wiederholungsstruktureinheiten zum Triphenylmethanfarbstoff-Kätion TM oxidiert und mit I3 Gegenionen kombiniert.According to this, 2/3 of the repeat structural units are oxidized to the triphenylmethane dye cationic TM and combined with I 3 counterions.
Die Bildung des Triphenylmethanfarbstoffs wird durch das Absorptionsspektrum der erhaltenen Oxidationsprodukte (Abb. 1) belegt. Das Spektrum weist die für das Triphenylmethanfarbstof fsystem typische Absorptionsbanden auf. Die Existenz der I3"*-Ionen wird durch die Absorptionsbande bei 365 nm belegt. An der Polymerkette verbleiben noch weitere nicht oxidierte Strukturglieder, die jedoch in Salzbildung mit der bei der Oxidation entstehenden Iodwasserstoff säure resp. HG3 einbezogen sind. In weiterer Ausprägung der Erfindung ist gefunden worden, daß die Epoxid-Amin-Additionspolymeren der Struktur AP nicht nur in Lösung, sondern auch als Feststoff, vorzugsweise in Form dünner Schichten oder freitragender Filme, durch Eintauchen in Lösungen der Oxidationsmittel zu den erfindungsgemäßen Polykationen vom Triphenylmethanfarbstoff-Typ oxidiert werden können. Es werden dabei zweckmäßigerweise solche Lösungsmittel gewählt, die den Polymerfilm resp. die Polymerschicht nicht auflösen oder wenigstens nicht in der kurzen Eintauchzeit (Sekunden bis Minuten) zurAuflösung führen.The formation of the triphenylmethane dye is confirmed by the absorption spectrum of the resulting oxidation products (Figure 1). The spectrum has the absorption bands typical of the triphenylmethane dye system. The existence of the I 3 "* ions is evidenced by the absorption band at 365 nm, and other unoxidized structural members remain in the polymer chain, which, however, are involved in salt formation with the hydrogen iodide or HG 3 formed during the oxidation In accordance with the invention it has been found that the epoxy-amine addition polymers of structure AP are oxidized not only in solution but also as a solid, preferably in the form of thin layers or cantilevered films, by immersion in solutions of the oxidizing agents to the triphenylmethane dye-type polycations of the invention It is expedient to choose those solvents which do not dissolve the polymer film or the polymer layer or at least do not dissolve in the brief immersion time (seconds to minutes).
Ferner kann das Verfahren der Oxidation auch durch Bedampfen von AP-Schichten oder Filmen mit dem Oxidationsmittel, z.B. Iod oder durch Kontakt der Oberfläche von AP-Schichten mit gasförmigen Oxidationsmitteln erfolgen.Further, the process of oxidation may also be accomplished by vapor deposition of AP layers or films with the oxidizing agent, e.g. Iodine or by contact of the surface of AP layers with gaseous oxidizing agents.
Beispielsweise wird eine AP-Schicht in einer Atmosphäre von Bromdampf schnell zu den Polykationen vom Triphenylmethanfarbstoff-Typ oxidiert. Die Oxidation zu Polykationen kann auch photochemisch, beispielsweise in Gegenwart von Sauerstoff ( Op) oder Alkylhalogeniden, gegebenenfalls in Gegenwart von Sensibilisatoren vorgenommen werden.For example, an AP layer in an atmosphere of bromine vapor is rapidly oxidized to the triphenylmethane dye-type polycations. The oxidation to polycations can also be carried out photochemically, for example in the presence of oxygen (Op) or alkyl halides, if appropriate in the presence of sensitizers.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die elektrochemische Oxidation. Dabei erfolgt die Oxidation des gelösten Polymeren beispielsweise an der Anode einer mit einem Diaphragma versehenen Elektrolysezelle in Gegenwart eines geeigneten Elektrolyten, Vorzugs-' weise in Gegenwart von Alkali- oder Tetraalky!ammoniumsalzen mit den Anionen ClO4",' BF4"", PPg", 3^g"' Sb-Clg", AsFg", RSO3", RCOO". Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Tetraethylammoniumperchloratf Tetrabutylammoniumperchlorat oder Lithiumperchlorat. Erfolgt die elektrochemische Oxidation nicht in Lösung, sondern am Festkörper, beispielsweise an einer auf der Anode aufgebrachten dünnen Schicht der erfindungsgemäßen Polymeren, so ist die Verwendung eines Diaphragmas nicht erforderlich.An advantageous embodiment of the method according to the invention is the electrochemical oxidation. The oxidation of the dissolved polymer takes place, for example, at the anode of an electrolytic cell provided with a diaphragm in the presence of a suitable electrolyte, preferably in the presence of alkali metal or tetraalkylammonium salts with the anions ClO 4 "," BF 4 "", PPg ", 3 ^ g"'Sb-Clg"ASFG", RSO 3 ", RCOO". particularly advantageous is the use of tetraethylammonium f tetrabutylammonium perchlorate or lithium perchlorate. If the electrochemical oxidation is not in solution but on the fixed body, for example on a on the anode applied thin layer of the polymers of the invention, the use of a diaphragm is not required.
Er findungsbeispie Ie Beispiel 1He Example Ie Example 1
0,2085 g (3,24 χ 10~4 mol) Additionspolymer AP-I, Mn (VPO) 10970, T 114 0C hergestellt nach DD 211 799 (Beispiel l)f werden in 50 ml Chloroform/Methanol (4:1) gelöst und unter Rühren tropfenweise mit 6,87 ml einer Iodlösung (11,9 g/l) versetzt. Die Lösung färbt sich dunkelgrün. Aus Hexan fällt ein dunkelgrüner Feststoff der bei 80 0C im Vakuum0.2085 g (3.24 χ 10 ~ 4 mol) addition polymer AP-I, M n (VPO) 10970, T 114 0 C produced according to DD 211 799 (Example l) f in 50 ml of chloroform / methanol (4: 1) and added dropwise with stirring 6.87 ml of an iodine solution (11.9 g / l). The solution turns dark green. From hexane, a dark green solid falls at 80 0 C in a vacuum
1,0 g (1,71 χ 10"3 mol) AP-2, Mn (VPQ) 7000, werden in 40 ml CHClVGH-OH (4:1) gelöst und unter Rühren troofenweise mit 4,35 χ lö"~ ml Br_ versetzt. Aus Hexan fällt ein türkisfarbener Feststoff der bei 80 C im Vakuum getrocknet wird1.0 g (1.71 χ 10 "3 mol) of AP-2, M n (Vpq) 7000, are dissolved in 40 ml CHClVGH-OH (4: 1) and treated with stirring with 4.35 troofenweise lö χ" ~ ml Br_ offset. From hexane falls a turquoise solid which is dried at 80 C in a vacuum
Ausbeute: 1,05 g. Yield: 1.05 g.
0,5 g des Polyadduktes AP-I werden in 10 ml Dichlorethan gelöst und zu einer Schicht (10 ^m) auf einer Quarzplatte vergossen. Durch Eintauchen dieser Schicht in eine lproz. Iodlösung in Benzen entsteht ein grünes Polykation mit einer Absorption bei K = 635 nm.0.5 g of the polyadduct AP-I are dissolved in 10 ml of dichloroethane and poured into a layer (10 ^ m) on a quartz plate. By immersing this layer in a lproz. Iodine solution in benzene gives rise to a green polycation with absorption at K = 635 nm.
Seispiel 4Example 4
Eine wie in Beispiel 3 hergestellte Schicht von AP-3 M (VPO) 8380, T 116 QC auf einer Quarzplätte wird fürA layer of AP-3M (VPO) 8380, T 116 Q C on a quartz plate prepared as in Example 3 is used for
ca. 10 sek. in ein mit Bromdampf gesättigtes Gefäß gebracht. Die Schicht färbt sich sofort unter Ausbildung der Absorptionsbande bei 635 nm intensiv grün.about 10 sec. placed in a saturated with bromine vapor vessel. The layer immediately turns intensively green, forming the absorption band at 635 nm.
15 mg des Additionspolymeren AP-I werden gemeinsam mit 250 mg Tetraethylammoniumperchlorat in 25 ml CHClo/CH OH gelöst. Die Lösung wird in eine elektrochemische Zelle eingebracht, die zur Trennung von Anoden- und Katodenraum ein Diaphragma enthält, und einem Gleichstrom von 1 mA ausgesetzt. Bereits nach kurzer Zeit färbt sich die Lösung im Anodenraum- grün und zeigt im Spektrum die Absorption des Polykations mit einem Absorptionsmaximum bei 635 nm.15 mg of the addition polymer AP-I are dissolved together with 250 mg of tetraethylammonium perchlorate in 25 ml CHClo / CH OH. The solution is placed in an electrochemical cell containing a diaphragm to separate the anode and cathode compartments and exposed to a direct current of 1 mA. After just a short time, the solution turns green in the anodic space and shows in the spectrum the absorption of the polycation with an absorption maximum at 635 nm.
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---|---|---|---|
DD26757884A DD231079A1 (en) | 1984-09-25 | 1984-09-25 | METHOD FOR PRODUCING HIGH-MOLECULAR POLYCANES OF TRIPHENYLMETHANE-TARGET-TYPE |
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