ES2215331T3 - Nuevos naftopiranos pirano condensados fotocromicos. - Google Patents
Nuevos naftopiranos pirano condensados fotocromicos.Info
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Abstract
Un Compuesto de naftopirano representado por la siguiente **fórmula** donde, (a) R1 y R2 forman juntos un grupo oxo o R1 y R2 son ambos hidrógeno, alquilo C1-C6, cicloalquilo C3-C7, alilo, fenilo, fenilo monosustituido, bencilo o bencilo monosustituido siendo cada uno de los sustituyentes de dicho grupo fenilo y bencilo alquilo C1-C6 o alcoxi C1- C6; (b) R3 es hidrógeno, alquilo C1-C6, cicloalquilo C3- C7, o el grupo CH(B)B'', donde B y B'' se seleccionan cada uno del grupo formado por: (i) los grupos arilo no sustituidos, mono-, di- y tri-sustituidos, seleccionados entre fenilo y naftilo; (ii) los grupos heteroaromáticos no sustituidos, mono- y di-sustituidos piridilo, furanilo, benzofuran-2-ilo, benzofuran-3-ilo, tienilo, benzotien-2- ilo, benzotien-3-ilo, dibenzofuran-4-ilo, dibenzotien-4- ilo, y carbazol-4-ilo, seleccionándose cada uno de dichos sustituyentes de arilo y heteroaromático de (b) (i) y (ii) del grupo formado por arilo, alcoxi(C1-C6)arilo, alquil(C1-C6)arilo, cloroarilo, fluoroarilo, cicloalquilo C3-C7, cicloalquiloxi C3-C7, arilalquilo C1-C6, arilalcoxi C1-C6, ariloxi, alquil(C1-C6)arilalquilo C1- C6, alcoxi(C1-C6)arilalquilo C1-C6, alquil(C1- C6)arilalcoxi C1-C6, alcoxi(C1-C6)arilalcoxi C1-C6, amino, monoalquil(C1-C6)-amino, dialquil(C1-C6)amino, diarilamino, N-alquil(C1-C6)-piperazino, aziridino, indolino, piperidino, morfolino, tiomorfolino, tetrahidroquinolino, pirrilo, alquilo C1-C6, cloroalquilo C1-C6, fluoroalquilo C1-C6, alcoxi C1-C6, monoalcoxi(C1- C6)alquilo C1-C4, acriloxi, metacriloxi, cloro y flúor.
Description
Nuevos naftopiranos pirano condensados
fotocrómicos.
La presente invención se refiere a ciertos
compuestos de naftopirano novedosos. Más concretamente, esta
invención se refiere a compuestos de naftopirano fusionados con
pirano fotocrómicos novedosos y a composiciones y artículos que
contienen tales compuestos de naftopirano novedosos. Cuando se
exponen a radiación electromagnética que contiene rayos
ultravioletas, tal como radiación ultravioleta de la luz solar o de
una lámpara de mercurio, muchos compuestos fotocrómicos manifiestan
un cambio de color reversible. Cuando la radiación ultravioleta es
discontinua, semejante compuesto fotocrómico volverá a su color
original o a un estado incoloro.
Se han sintetizado diversas clases de compuestos
fotocrómicos y se han sugerido para su uso en aplicaciones en las
que se desea un cambio de color o un oscurecimiento reversible
inducido por la luz solar. En la Patente de los Estados Unidos
3.567.605 (Becker) se describe una serie de derivados de pirano,
incluyendo ciertos benzopiranos y naftopiranos. Estos compuestos se
describen como derivados de cromeno y se ha informado que
experimentan un cambio de color, v.g., de incoloro a
amarillo-naranja, tras la irradiación con luz
ultravioleta a temperaturas por debajo de aproximadamente -30ºC. Se
ha informado que la irradiación de los compuestos con luz visible o
tras elevar la temperatura por encima de aproximadamente 0ºC
revierte la coloración hasta un estado incoloro.
En la Patente de los Estados Unidos 5.066.818 se
describen diversos
3,3-diaril-3H-nafto[2,1-b]piranos
por tener propiedades fotocrómicas, es decir, una capacidad de
coloración elevada y un desvanecimiento aceptable, para aplicaciones
oftálmicas y otras aplicaciones. Asimismo se describen a modo de
ejemplo comparativo en la patente '818
2,2-diaril-2H-nafto[1,2-b]piranos
isoméricos, que se ha informado que requieren períodos de tiempo
inaceptablemente largos para desvanecerse después de la
activación.
En la Patente de los Estados Unidos 3.627.690 se
describen composiciones de
2,2-disustituido-2H-nafto[1,2-b]pirano
fotocrómicas que contienen cantidades minoritarias o bien de una
base o bien de un ácido de fuerza débil a moderada. Se ha informado
que la adición de ácido o base a la composición de naftopirano
incrementa la velocidad de desvanecimiento de los naftopiranos
coloreados, haciéndolos útiles de ese modo en aplicaciones para la
protección ocular tales como gafas de sol. Se ha informado allí
adicionalmente que la velocidad de desvanecimiento de los
2H-nafto[1,2-b]piranos
sin los aditivos anteriormente mencionados oscila de varias horas a
muchos días hasta alcanzar una reversión completa.
En la Patente de los Estados Unidos 4.818.096 se
describen benzo- o naftopiranos fotocrómicos que se colorean de
púrpura/azul que tienen en la posición alfa con respecto al oxígeno
del anillo de pirano un grupo fenilo que tiene un nitrógeno que
contiene sustituyentes en posiciones orto y para. En la Patente de
los Estados Unidos 5.645.767 se describen compuestos de
2H-nafto[1,2-b]pirano
fusionados con indeno fotocrómicos novedosos, estando fusionadas las
posiciones 2,1 del grupo indeno con el lado f del naftopirano.
En la Patente de los Estados Unidos 5.458.814 se
describen compuestos de
2H-nafto[1,2-b]pirano
fotocrómicos que tienen ciertos sustituyentes en los átomos de
carbono número 5 y 6 de la porción nafto del naftopirano y en la
posición 2 del anillo de pirano. Estos compuestos tienen una
velocidad de desvanecimiento aceptable además de una intensidad muy
activada y una velocidad de coloración elevada.
La presente invención hace referencia a
compuestos de naftopirano sustituidos novedosos que tienen un anillo
"S" de pirano sustituido o no sustituido, cuyas posiciones 3,4
están fusionadas al lado f de la porción de pirano del naftopirano,
y que tienen ciertos sustituyentes en la posición 2 del anillo de
pirano "T". El anillo de pirano "T" es donde se producen
la apertura y el cierre de los anillos para proporcionar los cambios
de color fotocrómicos reversibles. Estos compuestos han demostrado
una velocidad de desvanecimiento aceptable sin la adición de ácidos
o bases, una intensidad muy activada, y una velocidad de coloración
elevada.
En los últimos años, los materiales plásticos
fotocrómicos, concretamente los materiales plásticos para
aplicaciones ópticas, han sido sujeto de una atención considerable.
En particular, se han investigado las lentes de plástico oftálmicas
fotocrómicas debido a la ventaja de peso que ofrecen,
vis-a-vis, las lentes de vidrio. Por
otra parte, han sido de interés las transparencias fotocrómicas para
vehículos, tales como coches y aviones debido a las características
de seguridad potencial que semejantes transparencias ofrecen.
Según la presente invención, se ha descubierto
ahora que se pueden preparar ciertos
pirano-[3',4':3,4]nafto[1,2-b]piranos
novedosos que tienen colores activados que oscilan entre naranja y
azul, una velocidad de desvanecimiento aceptable, una intensidad muy
activada y una velocidad de coloración elevada. Estos compuestos
pueden ser descritos como [1,2-b]naftopiranos
fusionados con pirano que tienen ciertos sustituyentes en la
posición 2 del anillo "T" del pirano. Ciertos sustituyentes
también pueden estar presentes en los átomos de carbono número 5, 7,
8, 9, 10, 11 ó 12 de los compuestos. Estos compuestos pueden estar
representados por la siguiente fórmula gráfica I en la que las
letras a a n representan los lados del naftopirano, las letras
"S" y "T" identifican los anillos de pirano y los números
1 a 12 dentro de los anillos identifican la secuencia de numeración
de los átomos del anillo del naftopirano fusionado con pirano. En la
definición de los sustituyentes mostrados en la fórmula gráfica I,
los símbolos similares tienen el mismo significado a menos que se
establezca de otro modo.
En la fórmula gráfica I, R_{1} y R_{2} pueden
formar juntos un grupo oxo o ambos R_{1} y R_{2} pueden ser
hidrógeno, alquilo C_{1}-C_{6}, cicloalquilo
C_{3}-C_{7}, alilo, fenilo, fenilo
monosustituido, bencilo o bencilo monosustituido. Cada uno de los
sustituyentes de los grupos fenilo y bencilo puede ser alquilo
C_{1}-C_{6} o alcoxi
C_{1}-C_{6}. Preferiblemente, tanto R_{1} como
R_{2} se seleccionan del grupo formado por hidrógeno, alquilo
C_{1}-C_{4}, cicloalquilo
C_{3}-C_{6}, fenilo, fenilo monosustituido,
bencilo y bencilo monosustituido. Cada uno de los sustituyentes de
los grupos fenilo y bencilo son alquilo
C_{1}-C_{4} o alcoxi
C_{1}-C_{4}. Más preferiblemente, tanto R_{1}
como R_{2} se seleccionan del grupo formado por hidrógeno, alquilo
C_{1}-C_{3}, cicloalquilo
C_{3}-C_{5}, fenilo, fenilo monosustituido,
bencilo y bencilo monosustituido; siendo cada uno de los
sustituyentes de los grupos fenilo y bencilo alquilo
C_{1}-C_{3} o alcoxi
C_{1}-C_{3}.
R_{3} puede ser hidrógeno, alquilo
C_{1}-C_{6}, cicloalquilo
C_{3}-C_{7}, o el grupo, CH(B)B',
donde B y B' se pueden seleccionar cada uno del grupo formado
por:
(i) los grupos arilo no sustituidos, mono-,
di- y tri-sustituidos, fenilo y naftilo;
(ii) los grupos heteroaromáticos no
sustituidos, mono- y di-sustituidos piridilo,
furanilo, benzofuran-2-ilo,
benzofuran-3-ilo, tienilo,
benzotien-2-ilo,
benzotien-3-ilo,
dibenzofuran-4-ilo,
dibenzotien-4-ilo, y
carbazol-4-ilo, seleccionándose cada
uno de dichos sustituyentes de arilo y heteroaromático de los
apartados (i) y (ii) del grupo formado por arilo,
alcoxi(C_{1}-C_{6})arilo,
alquil(C_{1}-C_{6})arilo,
cloroarilo, fluoroarilo, cicloalquilo
C_{3}-C_{7}, cicloalquiloxi
C_{3}-C_{7}, arilalquilo
C_{1}-C_{6}, arilalcoxi
C_{1}-C_{6}, ariloxi,
alquil(C_{1}-C_{6})arilalquilo
C_{1}-C_{6},
alcoxi(C_{1}-C_{6})arilalquilo
C_{1}-C_{6},
alquil(C_{1}-C_{6})arilalcoxi
C_{1}-C_{6},
alcoxi(C_{1}-C_{6})arilalcoxi
C_{1}-C_{6}, amino,
monoalquil(C_{1}-C_{6})amino,
dialquil(C_{1}-C_{6})amino,
diarilamino,
N-alquil(C_{1}-C_{6})piperazino,
aziridino, indolino, piperidino, morfolino, tiomorfolino,
tetrahidroquinolino, pirrilo, alquilo
C_{1}-C_{6}, cloroalquilo
C_{1}-C_{6}, fluoroalquilo
C_{1}-C_{6}, alcoxi
C_{1}-C_{6},
monoalcoxi(C_{1}-C_{6})alquilo
C_{1}-C_{4}, acriloxi, metacriloxi, cloro y
flúor;
(iii) los grupos representados por las siguientes
fórmulas gráficas:
donde E puede ser carbono u oxígeno y D puede ser
oxígeno o nitrógeno sustituido, siempre que cuando D sea nitrógeno
sustituido, E sea carbono, seleccionándose dichos sustituyentes de
nitrógeno del grupo formado por hidrógeno, alquilo
C_{1}-C_{6} y acilo
C_{2}-C_{6}; cada R_{6} es alquilo
C_{1}-C_{6}, alcoxi
C_{1}-C_{6}, hidroxi, cloro o flúor; cada uno de
R_{7} y R_{8} es hidrógeno o alquilo
C_{1}-C_{6}, y q es el entero 0, 1 ó
2;
(iv) alquilo C_{1}-C_{6},
cloroalquilo C_{1}-C_{6}, fluoroalquilo
C_{1}-C_{6},
alcoxi(C_{1}-C_{6})alquilo
C_{1}-C_{4}; y
(v) el grupo representado por la siguiente
fórmula gráfica;
donde X en la fórmula gráfica IIC puede ser
hidrógeno o alquilo C_{1}-C_{4}, e Y en la
fórmula gráfica IIC se puede seleccionar entre los miembros no
sustituidos, mono-, y di-sustituidos del grupo
formado por naftilo, fenilo, furanilo y tienilo, siendo cada uno de
los sustituyentes de dichos grupos de este apartado (v) alquilo
C_{1}-C_{4}, alcoxi
C_{1}-C_{4}, flúor o
cloro.
Preferiblemente, R_{3} es hidrógeno, alquilo
C_{1}-C_{4}, cicloalquilo
C_{3}-C_{6}, o el grupo CH(B)B',
donde B y B' se seleccionan cada uno del grupo formado por: (i)
fenilo, fenilo mono-sustituido y fenilo
di-sustituido, preferiblemente sustituido en las
posiciones meta y/o para; (ii) los grupos heteroaromáticos no
sustituidos, mono- y di-sustituidos furanilo,
benzofuran-2-ilo, tienilo,
benzotien-2-ilo,
dibenzofuran-2-ilo y
dibenzotien-2-ilo, seleccionándose
cada uno de dichos sustituyentes de fenilo y heteroaromático de (i)
y (ii) del grupo formado por arilo, ariloxi, arilaquilo
C_{1}-C_{3}, amino,
monoalquil(C_{1}-C_{3})amino,
dialquil(C_{1}-C_{3})amino,
N-alquil(C_{1}-C_{3})piperazino,
indolino, piperidino, morfolino, pirrilo, alquilo
C_{1}-C_{3}, cloroalquilo
C_{1}-C_{3}, fluoroalquilo
C_{1}-C_{3}, alcoxi
C_{1}-C_{3},
monoalcoxi(C_{1}-C_{3})alquilo
C_{1}-C_{3}, flúor y cloro; (iii) los grupos
representados por las fórmulas gráficas IIA y IIB, donde E es
carbono y D es oxígeno, R_{6} es alquilo
C_{1}-C_{3}, o alcoxi
C_{1}-C_{3}, R_{7} y R_{8} son cada uno
hidrógeno o alquilo C_{1}-C_{4}; y q es el
entero 0 ó 1; (iv) alquilo C_{1}-C_{4}; y (v) el
grupo representado por la fórmula gráfica IIC donde X es hidrógeno o
metilo e Y es fenilo o fenilo mono-sustituido,
seleccionándose dicho sustituyente de fenilo del grupo formado por
alquilo C_{1}-C_{3}, alcoxi
C_{1}-C_{3} y
flúor.
flúor.
Más preferiblemente, R_{3} es hidrógeno,
alquilo C_{1}-C_{3}, cicloalquilo
C_{3}-C_{6}, o el grupo CH(B)B'
donde B y B' se seleccionan cada uno del grupo formado por (i)
fenilo, fenilo mono- y di-sustituido; (ii) los
grupos heteroaromáticos no sustituidos, mono- y
di-sustituidos furanilo,
benzofuran-2-ilo, tienilo y
benzotien-2-ilo, seleccionándose
cada uno de dichos sustituyentes de fenilo y heteroaromático de (i)
y (ii) del grupo formado por alquilo
C_{1}-C_{3}, alcoxi
C_{1}-C_{3}, arilo, morfolino, flúor y cloro; y
(iii) el grupo representado por la fórmula gráfica IIA, donde E es
carbono y D es oxígeno, R_{6} es alquilo
C_{1}-C_{3}, o alcoxi
C_{1}-C_{3}, R_{7} y R_{8} son cada uno
hidrógeno o alquilo C_{1}-C_{3}; y q es el
entero 0 ó
1.
1.
R_{4} puede ser hidrógeno, alquilo
C_{1}-C_{6} o cicloalquilo
C_{3}-C_{7}; preferiblemente hidrógeno, alquilo
C_{1}-C_{4} o cicloalquilo
C_{3}-C_{6}; y más preferiblemente hidrógeno,
alquilo C_{1}-C_{3} o cicloalquilo
C_{3}-C_{6}. Cada R_{5} se selecciona del
grupo formado por alquilo C_{1}-C_{6}, alcoxi
C_{1}-C_{6}, cloro y flúor, y m es el entero 0,
1, o 2. Preferiblemente, cada R_{5} se selecciona del grupo
formado por alquilo C_{1}-C_{4}, alcoxi
C_{1}-C_{4} y flúor, y m es el entero 0, 1, o 2.
Más preferiblemente, cada R_{5} se selecciona del grupo formado
por alquilo C_{1}-C_{3} y alcoxi
C_{1}-C_{3}, y m es el entero 0, 1 ó 2. Por
supuesto, se entiende que cuando m es cero R_{5} es hidrógeno con
el fin de satisfacer el requerimiento de valencia del átomo de
carbono.
Los compuestos representados por la fórmula
gráfica I pueden ser preparados mediante las siguientes etapas. Las
benzofenonas representadas por la fórmula gráfica V y VA o bien son
adquiridas o bien son preparadas mediante los métodos de
Friedel-Crafts utilizando un cloruro de benzoílo
apropiadamente sustituido o no sustituido de fórmula gráfica IV y un
compuesto de benceno sustituido o no sustituido asequible
comercialmente de fórmula gráfica III. Ver la publicación Friedel
Crafts and Related Reactions, George A. Olah, Interscience
Publishers, 1.964, Vol. 3, Capítulo XXXI (Aromatic Ketone
Synthesis), y "Regioselective Friedel-Crafts
Acylation of 1,2,3,4-Tetrahydroquinoline and Related
Nitrogen Heterocycles: Effect on NH Protective Groups and Ring
Size" de Ishihara, Yugi y col. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1,
páginas 3401 a 3406, 1.992.
Los compuestos representados por las fórmulas
gráficas III y IV se disuelven en un disolvente, tal como disulfuro
de carbono o cloruro de metileno, y se hace reaccionar en presencia
de un ácido de Lewis, tal como cloruro de aluminio o tetracloruro de
estaño, para formar la correspondiente benzofenona sustituida
representada por la fórmula gráfica V (o VA en la Reacción B). R y
R' representan sustituyentes de fenilo potenciales, como los
descritos antes.
\newpage
Reacción
A
En la Reacción B, la cetona sustituida o no
sustituida representada por la fórmula gráfica VA, en la que B y B'
pueden representar grupos distintos de fenilo sustituido o no
sustituido, se hace reaccionar con acetiluro de sodio en un
disolvente, tal como tetrahidrofurano anhidro (THF), para formar el
correspondiente alcohol propargílico representado por la fórmula
gráfica VI. Los alcoholes propargílicos que tienen grupos B o B'
distintos de fenilo sustituido y no sustituido pueden ser preparados
a partir de cetonas asequibles comercialmente o por ejemplo, a
partir de cetonas preparadas por medio de la reacción de un haluro
de acilo con un benceno, naftaleno, o compuesto heteroaromático
sustituido o no sustituido. Los alcoholes propargílicos que tienen
grupos B o B' representados por la fórmula gráfica IIC pueden ser
preparados mediante los métodos descritos en la Patente de los
Estados Unidos 5.274.132, columna 2, líneas 40 a 68.
Reacción
B
Los naftoles representados por la fórmula gráfica
XII, utilizados en la preparación de naftopiranos de fórmula gráfica
I, pueden ser preparados como se describe en la Reacción C. En la
Reacción C, un compuesto aromático sustituido con metilo
representado por la fórmula gráfica VII, se hace reaccionar con
anhídrido maleico, representado por la fórmula gráfica VIII, en
presencia de un iniciador tal como peróxido de
di-t-butilo (DTBP). La elaboración,
consistente en tratamiento con álcali acuoso, v.g., hidróxido de
sodio, y acidulación rinde el diácido representado por la fórmula
gráfica IX. El tratamiento del compuesto IX con ácido sulfúrico
concentrado frío da como resultado la formación de la tetralona
representada por la fórmula gráfica X. La oxidación del compuesto X
con oxígeno en presencia de una solución alcohólica/acuosa, es
decir, aproximadamente 50 por ciento en volumen de alcohol y 50 por
ciento en volumen de agua, de un álcali, tal como potasa caústica
alcohólica/acuosa, seguido de acidulación, v.g., con ácido
clorhídrico, rinde el ácido hidroxinaftóico representado por la
fórmula gráfica XI. La reacción del compuesto XI con un compuesto
orgánico halogenado (R''X), por ejemplo, yoduro de metilo o ácido
etilbromoacético y similares en acetona, utilizando bicarbonato de
sodio para neutralizar el ácido formado rinde el naftol representado
por la fórmula gráfica XII.
\newpage
Reacción
C
En la Reacción D, se acopla un alcohol
propargílico representado por la fórmula gráfica VI con un naftol
representado por la fórmula gráfica XIIA (preparada por reacción de
un compuesto representado por la fórmula XI con haluro de metilo)
para formar los
2H-nafto[1,2-b]piranos
representados por la fórmula gráfica XIII y los
4H-nafto[1,2-b]piranos
representados por la fórmula gráfica XIV. El compuesto deseado,
representado por la fórmula gráfica XIV, se separa del otro
compuesto para su elaboración adicional en la Reacción E.
\newpage
Reacción
D
En la Reacción E, se describen los métodos para
preparar los compuestos representados por la fórmula gráfica I. El
acoplamiento de un alcohol propargílico representado por la fórmula
gráfica VI de la cual B y B' pueden ser iguales o diferentes de B y
B' de la fórmula gráfica XIV, con el
4H-nafto[2,1-b]pirano
representado por la fórmula gráfica XIV forma un
dihidropirano[3',4':3,4]nafto[1,2-b]pirano
que tiene un grupo oxo en la posición 5, que está representado por
la fórmula gráfica XV. Los compuestos representados por la fórmula
gráfica XV pueden ser reducidos, por ejemplo con hidruro de litio y
aluminio (LAH) en un disolvente inerte tal como tetrahidrofurano
(THF) para dar los compuestos representados por la fórmula gráfica
XVI. Tras el tratamiento con ácido y la posterior deshidratación, el
compuesto representado por la fórmula gráfica XVI se convierte en el
naftopirano fusionado con pirano de fórmula gráfica XVII.
Otra ruta para incorporar diferentes
sustituyentes R_{1} y R_{2} en el compuesto representado por la
fórmula gráfica I es haciendo reaccionar el grupo oxo del compuesto
XV con un Reactivo de Grignard (R'''MgX) para producir el
naftopirano fusionado con isopirano de fórmula gráfica XVIII.
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(Esquema pasa a página
siguiente)
\newpage
Reacción
E
Los compuestos representados por la fórmula
gráfica I, XV, XVII y XVIII pueden ser utilizados en aquellas
aplicaciones en las que se pueden emplear sustancias fotocrómicas
orgánicas, tales como lentes ópticas, v.g., lentes oftálmicas
correctoras de la visión y lentes planas, escudos faciales,
anteojos, visores, lentes para cámaras, ventanas, parabrisas de
automoción, transparencias para aeroplanos y automoción, v.g.,
techos solares, luces de posición, y luces traseras, películas y
láminas de plástico, textiles y revestimientos, v.g., composiciones
de revestimiento tales como pinturas, y marcas de verificación en
documentos de seguridad, v.g., documentos tales como billetes de
banco, pasaportes y permisos de conducir para los cuales se puede
desear una autentificación o verificación de autenticidad. Los
naftopiranos fusionados con isopirano representados por la fórmula
gráfica I, XV, XVII y XVIII manifiestan cambios de color de incoloro
a colores que oscilan de naranja a azul.
Entre los ejemplos de los compuestos de
naftopirano contemplados dentro del alcance de la invención se
incluyen los siguientes:
(a)
2,2-difenil-7-difenilmetil-10-metil-2,5-dihidro-5-oxo-pirano[3',4':3,4]nafto[1,2-b]pirano;
(b)
2,2-di(4-metoxifenil)-7-difenilmetil-10-metil-2,5-dihidro-5-oxo-pirano[3',4':3,4]nafto[1,2-b]pirano;
(c)
2,2-di(4-metoxifenil)-7-difenilmetil-10-metil-2,5-dihidro-pirano[3',4':3,4]nafto[1,2-b]pirano;
(d)
2-fenil-2-(4-morfolinofenil)-7-difenilmetil-10-metil-2,5-dihidro-5-oxo-pirano[3',4':3,4]nafto[1,2-b]pirano;
y
(e)
2-fenil-2-(4-morfolino)-7-difenilmetil-10-metil-2,5-dihidro-pirano[3',4':3,4]nafto[1,2-b]pirano.
Se contempla que los naftopiranos fotocrómicos
orgánicos de la presente invención pueden ser utilizados solos,
combinados con otros naftopiranos de la presente invención, o
combinados con uno o más materiales fotocrómicos orgánicos
complementarios apropiados distintos, es decir, compuestos
fotocrómicos orgánicos que tengan al menos un máximo de absorción
activado en el intervalo entre aproximadamente 400 y 700 nanómetros,
o sustancias que los contienen, y pueden ser incorporados, v.g.,
disueltos o dispersos, en un material huésped orgánico polimérico
utilizado para preparar artículos fotocrómicos y que se colorean
cuando son activados a un matiz apropiado.
Excepto cuando se indica de otro modo, se debe
entender que todos los números que expresan longitudes de onda,
cantidades de ingredientes o condiciones de reacción utilizados aquí
están modificados en todos los casos por el término
"aproximadamente".
Entre los ejemplos de los compuestos fotocrómicos
orgánicos complementarios se incluyen otros naftopiranos, cromenos y
oxazinas, compuestos de
2H-fenantro[4,3-b]-pirano
y
3H-fenantro[1,2-b]pirano
sustituidos, compuestos de benzopirano que tienen sustituyentes en
la posición 2 del anillo de pirano incluyendo un compuesto
heterocíclico de 5 miembros fusionado con dibenzo y un anillo
heterocíclico sustituido o no sustituido, tal como un anillo de
benzotieno o benzofurano fusionado con la porción benceno de los
benzopiranos, espiro-(benzindolino)naftopiranos,
espiro(indolino)benzopiranos,
espiro(indolino)naftopiranos,
espiro(indolino)-quinopiranos,
espiro(indolino)piranos,
espiro(indolino)-naftoxazinas,
espiro(indolino)piridobenzoxazinas,
espiro(benzindolino)piridobenzoxazinas,
espiro(benzindolino)naftoxacinas,
espiro(indolino)-benzoxacinas, y mezclas de
tales compuestos fotocrómicos. Muchos de tales compuestos
fotocrómicos se describen en la literatura pública, v.g. en las
Patentes de los Estados Unidos 3.562.172; 3.567.605; 3.578.602;
4.215.010; 4.342.668; 4.816.584; 4.818.096; 4.826.977; 4.880.667;
4.931.219; 5.066.818; 5.238.931; 5.274.132; 5.384.077; 5.405.958;
5.129.774; 5.458.814; 5.466.398; 5.514.817; 5.552.090;
5.552.091; 5.565.146; 5.573.712; 5.578.252; 5.645.767 y en la Publicación de la Patente Japonesa 62/195383. Los espiro(indolino)piranos también se describen en el texto, Techniques in Chemistry, Volumen III, "Photochromism", Capítulo 3, Glenn H. Brown, Editor, John Wiley and Sons, Inc., Nueva York, 1.971.
5.552.091; 5.565.146; 5.573.712; 5.578.252; 5.645.767 y en la Publicación de la Patente Japonesa 62/195383. Los espiro(indolino)piranos también se describen en el texto, Techniques in Chemistry, Volumen III, "Photochromism", Capítulo 3, Glenn H. Brown, Editor, John Wiley and Sons, Inc., Nueva York, 1.971.
Otras sustancias fotocrómicas complementarias
contempladas son los ditizonatos metálicos fotocrómicos, v.g.,
ditizonatos de mercurio que se describen, por ejemplo, en la Patente
de los Estados Unidos 3.361.706, fulgidas y fulgimidas, v.g., las
3-furil y 3-tienil fulgidas y
fulgimidas que se describen en la Patente de los Estados Unidos
4.931.220 en la columna 20, línea 5 a columna 21, línea 38.
Las descripciones referentes a tales compuestos
fotocrómicos de las patentes descritas antes se incorporan aquí, en
su totalidad, como referencia. Los artículos fotocrómicos de la
presente invención pueden contener un compuesto fotocrómico o una
mezcla de compuestos fotocrómicos, según se desee.
Cada una de las sustancias fotocrómicas descritas
aquí puede ser utilizada en cantidades (o en una proporción) tal que
un material huésped orgánico al cual se aplican los compuestos
fotocrómicos o las mezclas de compuestos o en el que se incorporan
manifiesta un color resultante deseado, v.g., un color
sustancialmente neutro cuando es activado con luz solar no filtrada,
es decir, un color tan próximo a un color neutro como sea posible
dados los colores de los compuestos fotocrómicos activados. Se
prefieren los colores gris neutro y pardo neutro.
Un color gris neutro manifiesta un espectro que
tiene una absorción relativamente igual en el intervalo visible
entre 400 y 700 nanómetros. Un color pardo neutro manifiesta un
espectro en el que la absorción en el intervalo de
400-550 nanómetros es moderadamente mayor que en el
intervalo de 550-700 nanómetros. Un modo alternativo
de describir el color es en términos de sus coordinados de
cromaticidad, que describen las cualidades de un color además de su
factor de luminancia, esto es, su cromaticidad. En el sistema CIE,
los coordinados de cromaticidad se obtienen tomando las proporciones
de los valores tricromáticos con respecto a su suma, v.g.,
x=X/(X+Y+Z) e y=Y/(X+Y+Z). El color según se describe en el sistema
CIE puede ser trazado en un diagrama de cromaticidad, normalmente un
diagrama de los coordinados de cromaticidad x e y. Ver las páginas
47-52 de Principles of Color Technology, de
F.W. Billmeyer, Jr., y Max Saltzman, Segunda Edición, John Wiley and
Sons, N.Y. (1.981). Según se utiliza aquí, un color casi neutro es
aquél en el que los valores del coordinado de cromaticidad de
"x" e "y" para el color están dentro de los siguientes
intervalos (iluminancia: D65): x = 0,260 a 0,400, y = 0,280 a 0,400
tras la activación a una transmisión luminosa del 40 por ciento
mediante exposición a la radiación solar (Masa de Aire 1 ó 2).
La cantidad de sustancia fotocrómica o
composición que la contiene aplicada o incorporada en un material
huésped no es crítica siempre que se utilice una cantidad suficiente
para producir un efectos fotocrómico discernible a simple vista tras
la activación. Generalmente semejante cantidad puede ser descrita
como una cantidad fotocrómica. La cantidad concreta utilizada
depende a menudo de la intensidad de color deseada tras la
irradiación del mismo y del método utilizado para incorporar o
aplicar las sustancias fotocrómicas. Típicamente, a más sustancia
fotocrómica aplicada o incorporada, mayor intensidad de color hasta
un cierto límite.
Las cantidades relativas de los compuestos
fotocrómicos anteriormente mencionados utilizadas variará y
dependerá en parte de las intensidades relativas del color de la
especie activada de semejantes compuestos, y del color último
deseado. Generalmente, la cantidad de sustancia fotocrómica total
incorporada o aplicada a un material huésped óptico fotocrómico
puede oscilar de 0,05 a 1,0, v.g., de 0,1 a 0,45, miligramos por
centímetro cuadrado de superficie a la cual se incorpora o aplica la
sustancia o las sustancias fotocrómicas.
Las sustancias fotocrómicas de la presente
invención pueden ser aplicadas o incorporadas a un material huésped
tal como un material huésped orgánico polimérico mediante diversos
métodos descritos en la técnica. Entre tales métodos se incluye
disolver o dispersar la sustancia fotocrómica en el material
huésped, v.g., fundirla en el lugar añadiendo la sustancia
fotocrómica al material huésped monomérico antes de la
polimerización; la imbibición de la sustancia fotocrómica en el
material huésped mediante inmersión del material huésped en una
solución caliente de la sustancia fotocrómica o mediante
transferencia térmica; proporcionar la sustancia fotocrómica en
forma de una capa separada entre capas adyacentes del material
huésped, v.g., como parte de una película polimérica; y aplicar la
sustancia fotocrómica como parte de un revestimiento o película
colocado sobre la superficie del material huésped. Se pretende que
el término "imbibición" o "embeber" represente e incluya
la penetración de la sustancia fotocrómica sola en el material
huésped, la transferencia ayudada por disolvente de la sustancia
fotocrómica al polímero poroso, la transferencia en fase de vapor, y
otros mecanismos de transferencia semejantes.
Se pueden aplicar tintas compatibles
(químicamente y en cuanto al color), es decir, colorantes, al
material huésped para lograr un resultado más estético, por razones
médicas, o por razones de moda. El colorante concreto seleccionado
variará y dependerá de la necesidad anteriormente mencionada y del
resultado que se vaya a lograr. En una realización, el colorante
puede ser seleccionado para complementar el color resultante de las
sustancias fotocrómicas activadas, v.g., para lograr un color más
neutro o absorber una longitud de onda concreta de luz incidente. En
otra realización, el colorante puede ser seleccionado para
proporcionar un matiz deseado para la matriz huésped cuando las
sustancias fotocrómicas estén en estado desactivado.
El material huésped será normalmente
transparente, pero puede ser traslúcido o incluso opaco. El material
huésped solo necesita ser transparente con respecto a aquella
porción del espectro electromagnético, que activa la sustancia
fotocrómica, es decir, aquella longitud de onda de la luz
ultravioleta (UV) que produce la forma abierta de la sustancia y
aquella porción del espectro visible que incluye la longitud de onda
máxima de absorción de la sustancia en su forma activada por UV,
esto es, la forma abierta. Preferiblemente, el color del huésped
será tal que no enmascare el color de la forma activada de la
sustancia fotocrómica, es decir, de manera que el cambio de color
sea fácilmente evidente para el observador. Más preferiblemente, el
artículo de material huésped es un material sólido transparente u
ópticamente claro, v.g., materiales adecuados para aplicaciones
ópticas, tales como lentes planas y oftálmicas, ventanas,
transparencias para automoción, v.g., parabrisas, transparencias
para aeroplanos, laminados plásticos, películas poliméricas,
etc.
Los compuestos fotocrómicos de la presente
invención pueden estar presentes en un disolvente orgánico o un
huésped polimérico orgánico. El disolvente orgánico puede ser
seleccionado del grupo formado por benceno, tolueno,
metiletilcetona, acetona, etanol, alcohol
tetrahidro-furfurílico,
N-metilpirrolidinona, éter
2-metoxietílico, xileno, ciclohexano,
3-metilciclohexanona, acetato de etilo,
tetrahidrofurano, metanol, propionato de metilo, etilenglicol y
mezclas de los mismos. Preferiblemente, el disolvente orgánico se
selecciona del grupo formado por acetona, etanol, alcohol
tetrahidrofurfurílico, éter 2-metoxietílico,
3-metilciclohexanona,
N-metilpirrolidinona y mezclas de los mismos.
Preferiblemente, el material huésped polimérico
orgánico es un material sólido transparente u ópticamente claro,
v.g., materiales adecuados para aplicaciones ópticas, tales como
lentes planas y oftálmicas, ventanas, transparencias para
automoción, v.g., parabrisas, transparencias para aeroplanos,
laminados plásticos, películas poliméricas, etc.
Los ejemplos de los materiales huésped orgánicos
poliméricos son polímeros preparados a partir de monómeros
individuales o mezclas de monómeros seleccionados entre los
siguientes grupos:
(a) compuestos de diacrilato o dimetacrilato
representados por la fórmula gráfica IXX:
IXXCH_{2}
\trequal
\uelm{C}{\uelm{\para}{R _{9} }}
\hskip-0.2mm
\delm{C}{\delm{\dpara}{O}}O---(W)_{t}---O
\delm{C}{\delm{\dpara}{O}}
\hskip-0.2mm
\uelm{C}{\uelm{\para}{R _{10} }}
\trequalCH_{2}
donde R_{9} y R_{10} pueden ser iguales o
diferentes y son hidrógeno o metilo, W es (CH_{2}), y t es un
entero de 1 a
20;
(b) compuestos de diacrilato o dimetacrilato
representados por la fórmula gráfica XX:
XXCH_{2}
\trequal
\uelm{C}{\uelm{\para}{R _{9} }}
\hskip-0.2mm
\delm{C}{\delm{\dpara}{O}}(O-L)_{v}---O
\delm{C}{\delm{\dpara}{O}}
\hskip-0.2mm
\uelm{C}{\uelm{\para}{R _{10} }}
\trequalCH_{2}
donde L es CH_{2}CH(R_{10}) o
(CH_{2})_{p}, donde p es un entero seleccionado del grupo
formado por 1, 3 y 4, y v es un entero de 1 a 50;
y
(c) un compuesto de acrilato o metacrilato que
tiene un grupo epoxi representado por la fórmula gráfica XXI:
En las fórmulas gráficas IXX, XX y XXI, las
letras similares utilizadas con respecto a las definiciones de los
diferentes sustituyentes tienen el mismo significado.
Entre los ejemplos de los compuestos de
diacrilato o dimetacrilato, es decir,
di(met)acrilatos, representados por la fórmula gráfica
IXX se incluyen di(metacrilato) de butanodiol,
di(metacrilato) de hexanodiol y di(metacrilato) de
nonanodiol, y entre los representados por la fórmula gráfica XX se
incluyen dimetacrilato de dietilenglicol, dimetacrilato de
trietilenglicol y poli(oxialquilen dimetacrilatos), v.g.,
dimetacrilato de polietilenglicol (600). Entre los ejemplos de los
compuestos de acrilato o metacrilato representados por la fórmula
gráfica XXI se incluyen acrilato de glicidilo y metacrilato de
glicidilo.
Entre los ejemplos adicionales de los materiales
huésped orgánicos poliméricos que se pueden utilizar con los
compuestos fotocrómicos descritos aquí se incluyen: polímeros, es
decir, homopolímeros y copolímeros, de los monómeros y mezclas de
monómeros representados por las fórmulas gráficas IXX, XX y XXI,
monómeros de bis(carbonato de alilo), monómeros de
diisopropenilbenceno, monómeros de dimetacrilato de bisfenol A
etoxilado, monómeros de bismetacrilato de etilenglicol, monómeros de
bismetacrilato de poli-(etilenglicol), monómeros de bismetacrilato
de fenol etoxilado, monómeros de poliacrilato de alcohol
polihidroxilado alcoxilado, tales como los monómeros de triacrilato
de trimetilolpropano etoxilado, los monómeros de acrilato de
uretano, tales como los descritos en la Patente de los Estados
Unidos 5.373.033, y los monómeros de vinilbenceno, tales como los
descritos en la Patente de los Estados Unidos 5.475.074 y los
polímeros de estireno, es decir, homopolímeros y copolímeros de
monómeros de acrilato y/o metacrilato polifuncionales, v.g. mono-,
di- o multi-funcionales, poli(metacrilatos de
alquilo C_{1}-C_{12}), tales como
poli(metacrilato de metilo), poli(metacrilatos de
fenol alcoxilados), acetato de celulosa, triacetato de celulosa,
acetato propionato de celulosa, acetato butirato de celulosa,
poli(acetato de vinilo), poli(alcohol vinílico),
poli(cloruro de vinilo), poli(cloruro de vinilideno),
poliuretanos, policarbonatos termoplásticos, poliésteres,
poli(tereftalato de etileno), poliestireno, poli(alfa
metilestireno), copoli-(estireno-metacrilato de
metilo), copoli(estireno-acrilonitrilo),
polivinilbutiral y polímeros, es decir, homopolímeros y copolímeros,
de pentaeritritol de dialilideno, particularmente copolímeros con
monómeros de poliol(carbonato de alilo), v.g.,
bis(alilcarbonato) de dietilenglicol, y monómeros de
acrilato, v.g., acrilato de etilo, acrilato de butilo.
Los copolímeros transparentes y las combinaciones
de polímeros transparentes también son adecuados como materiales
huésped. Preferiblemente, el material huésped es un material
orgánico polimerizado ópticamente claro preparado a partir de una
resina de policarbonato termoplástico, tal como la resina conectada
a carbonato derivada de bisfenol A y fosgeno, que se vende con el
nombre comercial, LEXAN; un poliéster, tal como el material vendido
con el nombre de fábrica MYLAR; un poli(metacrilato de
metilo), tal como el material vendido con el nombre comercial,
PLEXIGLAS; productos polimerizados de un monómero de
poliol(alilcarbonato), especialmente
bis(alilcarbonato) de dietilenglicol, cuyo monómero se vende
con el nombre comercial CR-39, y productos
polimerizados de copolímeros de un poliol(alilcarbonato),
v.g., bis(alilcarbonato) de dietilenglicol, con otros
materiales monoméricos copolimerizables, tales como copolímeros con
acetato de vinilo, v.g., copolímeros de un 80-90 por
ciento de bis(alilcarbonato) de dietilenglicol y un
10-20 por ciento de acetato de vinilo, concretamente
un 80-85 por ciento de bis(alilcarbonato) y
un 15-20 por ciento de acetato de vinilo, y
copolímeros con un poliuretano que tienen una funcionalidad
diacrilato terminal, como se describe en las Patentes de los Estados
Unidos 4.360.653 y 4.994.208; y copolímeros con uretanos alifáticos,
cuya porción terminal contiene grupos con funcionalidad alilo o
acrililo, como se describe en las Patentes de los Estados Unidos
5.200.483; poli(acetato de vinilo), polivinilbutiral,
poliuretano, polímeros de miembros del grupo que consta de monómeros
de dimetacrilato de dietilenglicol, monómeros de
diisopropenilbenceno, monómeros de dimetacrilato de bisfenol A
etoxilado, monómeros de bismetacrilato de etilenglicol,
poli(etilenglicol), bismetacrilato de fenol etoxilado y
monómeros de triacrilato de trimetilolpropano etoxilado; acetato de
celulosa, propionato de celulosa, butirato de celulosa, acetato
butirato de celulosa, poliestireno y copolímeros de estireno con
metacrilato de metilo, acetato de vinilo y acrilonitrilo.
Más concretamente, se contempla el uso de los
naftopiranos fotocrómicos de la presente invención con monómeros de
resina orgánicos ópticos utilizados para producir productos
polimerizados ópticamente claros, es decir, materiales adecuados
para aplicaciones ópticas, tales como por ejemplo lentes planas y
oftálmicas, ventanas, y transparencias para automoción. Tales
productos polimerizados ópticamente claros pueden tener un índice de
refracción que puede oscilar de aproximadamente 1,48 a
aproximadamente 1,75, v.g., de aproximadamente 1,495 a
aproximadamente 1,66. Se contemplan específicamente resinas ópticas
vendidas por PPG Industries, Inc. con la denominación CR-, v.g.,
CR-307 y CR-407.
La presente invención se describe más
concretamente en los siguientes ejemplos que se pretende que sean
meramente ilustrativos, puesto que serán evidentes numerosas
modificaciones y variaciones de la misma para los expertos en la
técnica.
Etapa
1
Se añadieron tolueno, 1.000 mililitros (ml),
heptanos, es decir, un producto destilado C_{7} que tiene un
intervalo de ebullición de 82 a 98ºC, (1.000 ml), cloruro de
metileno (1.000 ml), ácido fosfórico, 20,0 gramos de una solución al
85 por ciento en peso, 5,0 gramos de ácido hipofosforoso y 625,0
gramos de
3-(etoxicarbonil)-metoxicarbonil-1-hidroxi-6-metilnaftaleno
a un matraz de reacción. El matraz de reacción era un reactor de
fondo redondo de 5 litros con cuatro cuellos equipado con un
agitador mecánico suspendido, termómetro, manto de calentamiento
eléctrico, trampa de agua Barret más pesada que el agua, condensador
de Fredrich y salida en la base. La mezcla se calentó a reflujo
(\sim55ºC) y se separaron aproximadamente 2 ml de agua. Se añadió
al reactor
1,1-difenil-2-propin-1-ol,
903,25 gramos de una solución en cloruro de metileno al 61 por
ciento en peso y la mezcla se calentó a reflujo (\sim57ºC) durante
aproximadamente 8 horas. La mezcla caliente se filtró para separar
el producto deseado insoluble de los otros productos de reacción.
Los cristales se lavaron con 1 litro de una mezcla 1:1:2 de
tolueno:heptanos:cloruro de metileno y se secaron para rendir 144
gramos de
2-difenilmetil-6-hidroxi-9-metil-4-oxo-4H-nafto[2,1-c]pirano.
Etapa
2
Se añadió
2-difenilmetil-6-hidroxi-9-metil-4-oxo-4H-nafto[2,1-c]pirano
(2 gramos) de la Etapa 1 a un matraz de reacción que contenía 2
gramos de
1,1-difenil-2-propin-1-ol
en 50 ml de tolueno y se mezclaron. La mezcla de reacción se calentó
a 50ºC y se añadió ácido dodecil-bencenosulfónico
gota a gota hasta que se formó un color rojo oscuro permanente. La
mezcla resultante se mantuvo a 50ºC durante aproximadamente 3 horas.
Una vez que la mezcla de reacción se hubo enfriado a la temperatura
ambiente, el disolvente se separó en un evaporador rotatorio. El
residuo resultante se sometió a cromatografía sobre gel de sílice
utilizando una mezcla 2:1 de hexano:acetato de etilo como eluyente.
Las fracciones fotocrómicas se combinaron, el disolvente se evaporó
y el producto deseado se indujo a cristalizar en éter dietílico. Los
cristales recuperados se filtraron y se secaron para rendir 2 gramos
de producto que tenía un punto de fusión de
229-230ºC. El espectro de RMN mostraba que el
producto tenía una estructura que coincidía con
2,2-difenil-7-difenilmetil-10-metil-2,5-dihidro-5-oxo-pirano[3',4':3,4]nafto[1,2-b]pirano.
Se siguió el procedimiento del Ejemplo 1 excepto
que en la Etapa 2 se utilizó
1,1-di(4-metoxifenil)-2-propin-1-ol
en lugar de
1,1-difenil-2-propin-1-ol.
Se encontró que el producto recuperado, aproximadamente 2 gramos,
tenía un punto de fusión de 131-132ºC. El espectro
de RMN mostraba que el producto tenía una estructura que coincidía
con
2,2-di(4-metoxifenil)-7-difenilmetil-10-metil-2,5-dihidro-5-oxo-pirano[3',4':3,4]nafto[1,2-b]pirano.
Se disolvió
2,2-di(4-metoxifenil)-7-difenilmetil-10-metil-2,5-dihidro-5-oxo-pirano[3',4':3,4]nafto[1,2-b]-pirano,
aproximadamente 2 gramos, del Ejemplo 2 en aproximadamente 50 ml de
tetrahidrofurano anhidro en un matraz de fondo redondo en el que se
bombeaba nitrógeno anhidro. Se añadió hidruro de litio y aluminio a
la mezcla de reacción en pequeñas porciones, es decir,
aproximadamente 100 miligramos, hasta que no se observaba más
evolución gaseosa. Una vez que la mezcla se hubo agitado durante una
hora más, la reacción se sofocó cuidadosamente mediante adición gota
a gota de agua. Se añadió gota a gota ácido clorhídrico concentrado
hasta que el pH de la capa acuosa llegó a 2. La capa orgánica se
separó, y la capa acuosa de lavó con éter dietílico. Las fracciones
orgánicas se recuperaron y se combinaron. El disolvente se separó en
un evaporador giratorio. El residuo se sometió a cromatografía sobre
una columna de gel de sílice utilizando una mezcla 2:1 de
hexano:acetato de etilo. Las fracciones fotocrómicas se combinaron y
el disolvente se separó en un evaporador giratorio. El producto
deseado, que cristalizaba en una mezcla de éter dietílico y hexano,
se filtró y se secó para rendir 1 gramo de producto que tenía un
punto de fusión de 154-156ºC. El espectro de RMN
mostraba que el producto tenía una estructura que coincidía con
2,2-di(4-metoxifenil)-7-difenilmetil-10-metil-2,5-dihidro-pirano-[3',4':3,4]nafto[1,2-b]pirano.
Etapa
1
Se siguió el procedimiento del Ejemplo 1 excepto
que en la Etapa 2, se utilizó
1-fenil-1-(4-morfolinofenil)-2-propin-1-ol
en lugar de
1,1-difenil-2-propin-1-ol,
se utilizaron 100 ml de tetrahidrofurano en lugar de 50 ml de
tolueno, la mezcla de reacción se calentó a 40ºC en lugar de a 50ºC
y se añadió hidróxido de sodio acuoso diluido a la mezcla de
reacción después de enfriar a la temperatura ambiente. La capa
orgánica se lavó de nuevo con agua, se separó y se eliminó el
disolvente junto con la humedad residual en un evaporador giratorio.
El residuo, que constaba en su mayor parte de
2-fenil-2-(4-morfolinofenil)-7-difenilmetil-10-metil-2,5-dihidro-5-oxo-pirano[3',4':3,4]nafto[1,2-b]pirano
no se purificó más pero se disolvió en 75 ml de tetrahidrofurano
anhidro y se utilizó directamente en la siguiente etapa.
Etapa
2
El producto de la Etapa 1 se añadió a un matraz
de fondo redondo en el que se bombeaba nitrógeno anhidro. Se añadió
hidruro de litio y aluminio a la mezcla de reacción agitada en
pequeñas porciones, es decir, aproximadamente 100 miligramos, hasta
que no se observaba más evolución gaseosa. Una vez que la mezcla se
hubo agitado durante una hora más, la reacción se sofocó
cuidadosamente mediante la adición gota a gota de agua. Se añadió
gota a gota ácido clorhídrico concentrado hasta que el pH de la capa
acuosa llegó a 2. La mezcla resultante se agitó a la temperatura
ambiente durante 2 horas. La capa orgánica se separó, y el pH de la
capa acuosa se elevó a 6 utilizando una solución diluida de
hidróxido de sodio. La capa acuosa se lavó con éter dietílico. Las
fracciones orgánicas se combinaron y el disolvente se separó en un
evaporador giratorio. El residuo se sometió a cromatografía sobre
una columna de gel de sílice utilizando una mezcla 2:1 de
hexano:acetato de etilo. Las fracciones fotocrómicas se combinaron y
el disolvente se separó en un evaporador giratorio. El producto
deseado, que cristalizaba en una mezcla de éter dietílico y hexano,
se filtró y se secó para rendir 1 gramo de un producto que tenía un
punto de fusión de 180-181ºC. El espectro de RMN
mostraba que el producto tenía una estructura que coincidía con
2-fenil-2-(4-morfolinofenil)-7-difenilmetil-10-metil-2,5-dihidro-pirano[3',4':3,4]nafto[1,2-b]pirano.
Parte
A
Se llevó a cabo un ensayo con los compuestos
fotocrómicos preparados en los Ejemplo 1, 2, 3 y 4 de la siguiente
manera. Se añadió una cantidad de cada compuesto fotocrómico
calculada para rendir una solución 1,5 x 10^{-3} molal a un matraz
que contenía 50 gramos de una combinación monomérica de 4 partes de
dimetacrilato de bisfenol A etoxilado (BPA 2EO DMA), 1 parte de
dimetacrilato de poli(etilenglicol) 600, y 0,033 por ciento
en peso de
2,2'-azobis(2-metilpropionitrilo)
(AIBN). Cada compuesto fotocrómico fue disuelto en la combinación
monomérica mediante agitación y calentamiento suave. Una vez que se
obtuvo una solución clara, ésta se vertió en un molde para láminas
plano que tenía unas dimensiones internas de 2,2 mm x 15,24 cm (6
pulgadas) x 15,24 cm (6 pulgadas). El molde fue sellado y colocado
en un horno programable de flujo de aire horizontal programado para
incrementar la temperatura de 40ºC a 95ºC a lo largo de un intervalo
de 5 horas, mantener la temperatura a 95ºC durante 3 horas,
disminuirla a 60ºC a lo largo de un intervalo de 2 horas y después
mantener a 60ºC durante 16 horas. Una vez que el molde se hubo
abierto, la lámina de polímero se cortó utilizando una sierra de
hoja de diamante en cuadrados de ensayo de 5,1 centímetros (2
pulgadas).
Parte
B
Los cuadrados del ensayo fotocrómico preparados
en la Parte A fueron sometidos a ensayo en cuanto a la respuesta
fotocrómica en un banco óptico. Antes del ensayo en el banco óptico,
los cuadrados del ensayo fotocrómico fueron expuestos a luz
ultravioleta de 365 nanómetros durante aproximadamente 15 minutos
para activar los compuestos fotocrómicos y después fueron colocados
en un horno a 76ºC durante aproximadamente 15 minutos para blanquear
o inactivar los compuestos fotocrómicos. Los cuadrados de ensayo se
enfriaron después a la temperatura ambiente, se expusieron a
iluminación en una cámara fluorescente durante al menos 2 horas y
después se mantuvieron cubiertos durante al menos 2 horas antes del
ensayo en un banco óptico mantenido a 22,2ºC (72ºF). El banco estaba
equipado con una lámpara de arco de Xenon de 150 watios, una
lanzadera de control remoto, un baño de sulfato de cobre que actúa
como foco frío para la lámpara de arco, un filtro de corte Schott
WG-320 nm que separa la radiación de longitud de
onda corta; uno o varios filtros de densidad neutra y un contenedor
de la muestra en el que se insertaba el cuadrado a someter a ensayo.
La potencia de salida del banco óptico, es decir, la dosificación de
luz a la que se expondría la muestra, fue calibrada con un cuadrado
de ensayo fotométrico utilizado como patrón de referencia. Esto daba
como resultado una potencia de salida que oscilaba de 0,15 a 0,20
miliWatios por centímetro cuadrado (mW/cm^{2}). La medida de la
potencia de salida se realizó utilizando un fotómetro portátil
GRASEBY Optronics Modelo S-371 (Serie #21536) con un
detector de UV-A (Serie #22411) o un equipo
comparable. El detector de UV-A fue colocado en el
contenedor de la muestra y se midió la salida de luz. Los ajustes de
la potencia de salida se realizaron incrementando o disminuyendo la
potencia en watios o añadiendo o eliminando filtros de densidad
neutros del recorrido de la luz.
Se hizo pasar un haz de luz colimado, de control
desde una lámpara de tungsteno a través del cuadrado a un ángulo
pequeño (aproximadamente 30º) normal con respecto al cuadrado. Tras
pasar a través del cuadrado, la luz de la lámpara de tungsteno se
dirigió a un detector a través de un monocromador Spectral Energy
Corp. GM-200 ajustado a la lambda máxima visible
determinada previamente del compuesto fotocrómico que está siendo
medido. Las señales de salida del detector fueron procesadas por un
radiómetro.
Se determinó el cambio de densidad óptica
(\DeltaOD) insertando el cuadrado de ensayo en estado blanqueado
en el contenedor de la muestra, ajustando la escala de transmitancia
al 100%, abriendo la lanzadera de la lámpara de Xenon para
proporcionar radiación ultravioleta para cambiar el cuadrado de
ensayo del estado blanqueado a un estado activado (es decir,
oscurecido), midiendo la transmitancia en el estado activado, y
calculando el cambio de densidad óptica según la fórmula: \DeltaOD
= log(100/%Ta), donde %Ta es el porcentaje de transmitancia
en estado activado y el logaritmo es en base 10.
Las propiedades ópticas del compuesto fotocrómico
de los cuadrados de ensayo se refieren en la Tabla 1. El
\DeltaOD/Min, que representa la sensibilidad de la respuesta del
compuesto fotocrómico a la luz UV, fue medido a lo largo de los
primeros cinco (5) segundos de exposición a UV, expresado después en
una base por minutos. La densidad óptica de saturación (\Delta OD@
Saturación) se tomó en condiciones idénticas al \Delta OD/Min,
excepto que la exposición a UV continuó durante 15 minutos. La
lambda máxima (Vis) es la longitud de onda en nanómetros (nm) del
espectro visible a la cual se produce la absorción máxima de la
forma activada (coloreada) del compuesto fotocrómico en un cuadrado
de ensayo. La longitud de onda lambda max (Vis) fue determinada
sometiendo a ensayo los productos polimerizados de los cuadrados de
ensayo fotocrómicos de la Parte A en un espectrofotómetro Varian
Cary UV-Visible. La Tasa de Decoloración (T 1/2) es
el intervalo de tiempo en segundos para que la absorbancia de la
forma activada del compuesto fotocrómico de los cuadrados de ensayo
alcance la mitad de la absorbancia más alta a la temperatura
ambiente (22,2ºC, 72ºF) tras la eliminación de la fuente de luz
activadora.
Compuesto | lambda max (Vis) | Sensibilidad | \DeltaOD @ | Tasa de decoloración |
Ejemplo | nanómetros | \DeltaOD/min | Saturación | T 1/2 (seg.) |
1 | 492 | 0,70 | 0,55 | 50 |
2 | 521 | 0,48 | 0,15 | 17 |
3 | 569 | 0,33 | 0,69 | 182 |
4 | 592 | 0,39 | 1,13 | 281 |
Los resultados de la tabla 1 muestran que los
cuadrados de ensayo preparados utilizando los Compuestos de los
Ejemplos 1 a 4 demuestran una amplia gama de colores, de naranja a
492 nm a azul a 592 nm, tasas de coloración (sensibilidad) de 0,33 a
0,70, intensidad activada (\DeltaOD a Saturación) de 0,15 a 1,13,
y velocidades de desvanecimiento o decoloración de 17 a 281
segundos.
La presente invención ha sido descrita haciendo
referencia a detalles específicos de las realizaciones concretas de
la misma. No se pretende que tales detalles sean considerados
limitaciones del alcance de la invención excepto en el grado en el
que estén incluidos en las reivindicaciones adjuntas.
Claims (15)
1. Un compuesto de naftopirano representado por
la siguiente fórmula gráfica:
donde,
(a) R_{1} y R_{2} forman juntos un grupo oxo
o R_{1} y R_{2} son ambos hidrógeno, alquilo
C_{1}-C_{6}, cicloalquilo
C_{3}-C_{7}, alilo, fenilo, fenilo
monosustituido, bencilo o bencilo monosustituido siendo cada uno de
los sustituyentes de dicho grupo fenilo y bencilo alquilo
C_{1}-C_{6} o alcoxi
C_{1}-C_{6};
(b) R_{3} es hidrógeno, alquilo
C_{1}-C_{6}, cicloalquilo
C_{3}-C_{7}, o el grupo CH(B)B',
donde B y B' se seleccionan cada uno del grupo formado por:
(i) los grupos arilo no sustituidos, mono-, di-
y tri-sustituidos, seleccionados entre fenilo y
naftilo;
(ii) los grupos heteroaromáticos no
sustituidos, mono- y di-sustituidos piridilo,
furanilo, benzofuran-2-ilo,
benzofuran-3-ilo, tienilo,
benzotien-2-ilo,
benzotien-3-ilo,
dibenzofuran-4-ilo,
dibenzotien-4-ilo, y
carbazol-4-ilo, seleccionándose cada
uno de dichos sustituyentes de arilo y heteroaromático de (b) (i) y
(ii) del grupo formado por arilo,
alcoxi(C_{1}-C_{6})arilo,
alquil(C_{1}-C_{6})arilo,
cloroarilo, fluoroarilo, cicloalquilo
C_{3}-C_{7}, cicloalquiloxi
C_{3}-C_{7}, arilalquilo
C_{1}-C_{6}, arilalcoxi
C_{1}-C_{6}, ariloxi,
alquil(C_{1}-C_{6})arilalquilo
C_{1}-C_{6},
alcoxi(C_{1}-C_{6})arilalquilo
C_{1}-C_{6},
alquil(C_{1}-C_{6})arilalcoxi
C_{1}-C_{6},
alcoxi(C_{1}-C_{6})arilalcoxi
C_{1}-C_{6}, amino,
monoalquil(C_{1}-C_{6})-amino,
dialquil(C_{1}-C_{6})amino,
diarilamino,
N-alquil(C_{1}-C_{6})-piperazino,
aziridino, indolino, piperidino, morfolino, tiomorfolino,
tetrahidroquinolino, pirrilo, alquilo
C_{1}-C_{6}, cloroalquilo
C_{1}-C_{6}, fluoroalquilo
C_{1}-C_{6}, alcoxi
C_{1}-C_{6},
monoalcoxi(C_{1}-C_{6})alquilo
C_{1}-C_{4}, acriloxi, metacriloxi, cloro y
flúor;
(iii) los grupos representados por las siguientes
fórmulas gráficas:
donde E es carbono u oxígeno y D es oxígeno o
nitrógeno sustituido, siempre que cuando D sea nitrógeno sustituido,
E sea carbono, seleccionándose dichos sustituyentes de nitrógeno del
grupo formado por hidrógeno, alquilo C_{1}-C_{6}
y acilo C_{2}-C_{6}; cada R_{6} es alquilo
C_{1}-C_{6}, alcoxi
C_{1}-C_{6}, hidroxi, cloro o flúor; cada uno de
R_{7} y R_{8} es hidrógeno o alquilo
C_{1}-C_{6}; y q es el entero 0, 1 ó
2;
(iv) alquilo C_{1}-C_{6},
cloroalquilo C_{1}-C_{6}, fluoroalquilo
C_{1}-C_{6},
alcoxi(C_{1}-C_{6})alquilo
C_{1}-C_{4}; y
(v) el grupo representado por la siguiente
fórmula gráfica:
donde X es hidrógeno o alquilo
C_{1}-C_{4}, e Y se selecciona entre los
miembros no sustituidos, mono-, y di-sustituidos del
grupo formado por naftilo, fenilo, furanilo y tienilo, siendo cada
uno de los sustituyentes de dichos grupos alquilo
C_{1}-C_{4}, alcoxi
C_{1}-C_{4}, flúor o
cloro;
(c) R_{4} es hidrógeno, alquilo
C_{1}-C_{6} o cicloalquilo
C_{3}-C_{7}; y
(d) cada R_{5} se selecciona del grupo formado
por alquilo C_{1}-C_{6}, alcoxi
C_{1}-C_{6}, cloro y flúor, y m es el entero 0,
1 ó 2.
2. El naftopirano de la reivindicación 1
donde,
(a) R_{1} y R_{2} son ambos hidrógeno,
alquilo C_{1}-C_{4}, cicloalquilo
C_{3}-C_{6}, fenilo, fenilo
mono-sustituido, bencilo o bencilo
mono-sustituido siendo cada uno de los sustituyentes
de dicho grupo fenilo y bencilo alquilo
C_{1}-C_{4} o alcoxi
C_{1}-C_{4};
(b) R_{3} es hidrógeno, alquilo
C_{1}-C_{4}, cicloalquilo
C_{3}-C_{6}, o el grupo CH(B)B',
donde B y B' se seleccionan cada uno del grupo formado por:
(i) fenilo, fenilo
mono-sustituido y fenilo
di-sustituido;
(ii) los grupos heteroaromáticos no sustituidos,
mono- y di-sustituidos furanilo,
benzofuran-2-ilo, tienilo,
benzotien-2-ilo,
dibenzofuran-2-ilo y
dibenzotien-2-ilo, seleccionándose
cada uno de dichos sustituyentes de fenilo y heteroaromático de (b)
(i) y (ii) del grupo formado por arilo, ariloxi, arilaquilo
C_{1}-C_{3}, amino,
monoalquil(C_{1}-C_{3})amino,
dialquil(C_{1}-C_{3})amino,
N-alquil(C_{1}-C_{3})piperazino,
indolino, piperidino, morfolino, pirrilo, alquilo
C_{1}-C_{3}, cloroalquilo
C_{1}-C_{3}, fluoroalquilo
C_{1}-C_{3}, alcoxi
C_{1}-C_{3},
monoalcoxi(C_{1}-C_{3})alquilo
C_{1}-C_{3}, flúor y cloro;
(iii) los grupos representados por las fórmulas
gráficas:
donde E es carbono y D es oxígeno, R_{6} es
alquilo C_{1}-C_{3}, o alcoxi
C_{1}-C_{3}, R_{7} y R_{8} son cada uno
hidrógeno o alquilo C_{1}-C_{4}; y q es el
entero 0 ó
1;
(iv) alquilo C_{1}-C_{4};
y
(v) el grupo representado por la siguiente
fórmula gráfica:
donde X es hidrógeno o metilo e Y es fenilo o
fenilo mono-sustituido, seleccionándose dicho
sustituyente de fenilo del grupo formado por alquilo
C_{1}-C_{3}, alcoxi
C_{1}-C_{3} y
flúor;
(c) R_{4} es hidrógeno, alquilo
C_{1}-C_{4} o cicloalquilo
C_{3}-C_{6}; y
(d) cada R_{5} se selecciona del grupo formado
por alquilo C_{1}-C_{4}, alcoxi
C_{1}-C_{4} y flúor, y m es el entero 0, 1 ó
2.
3. El naftopirano de la reivindicación 2
donde,
(a) R_{1} y R_{2} son ambos hidrógeno,
alquilo C_{1}-C_{3}, cicloalquilo
C_{3}-C_{5}, fenilo, fenilo
mono-sustituido, bencilo o bencilo
mono-sustituido siendo cada uno de los sustituyentes
de dicho grupo fenilo y bencilo alquilo
C_{1}-C_{3} o alcoxi
C_{1}-C_{3};
(b) R_{3} es hidrógeno, alquilo
C_{1}-C_{3}, cicloalquilo
C_{3}-C_{6}, o el grupo CH(B)B'
donde B y B' se seleccionan cada uno del grupo formado por:
(i) fenilo, fenilo mono- y
di-sustituido;
(ii) los grupos heteroaromáticos no sustituidos,
mono- y di-sustituidos furanilo,
benzofuran-2-ilo, tienilo y
benzotien-2-ilo, seleccionándose
cada uno de dichos sustituyentes de fenilo y heteroaromático de (b)
(i) y (ii) del grupo formado por alquilo
C_{1}-C_{3}, alcoxi
C_{1}-C_{3}, arilo, morfolino, flúor y cloro;
y
(iii) el grupo representado por la siguiente
fórmula gráfica:
donde E es carbono y D es oxígeno, R_{6} es
alquilo C_{1}-C_{3}, o alcoxi
C_{1}-C_{3}.
R_{7} y R_{8} son cada uno hidrógeno o
alquilo C_{1}-C_{3}, y q es el entero 0 ó 1;
(c) R_{4} es hidrógeno, alquilo
C_{1}-C_{3} o cicloalquilo
C_{3}-C_{6}; y
(d) cada R_{5} se selecciona del grupo formado
por alquilo C_{1}-C_{3} y alcoxi
C_{1}-C_{3}, y m es el entero 0, 1 ó 2.
4. Un compuesto de naftopirano seleccionado del
grupo formado por:
(a)
2,2-difenil-7-difenilmetil-10-metil-2,5-dihidro-5-oxo-pirano[3',4':3,4]nafto[1,2-b]pirano;
(b)
2,2-di(4-metoxifenil)-7-difenilmetil-10-metil-2,5-dihidro-5-oxo-pirano[3',4':3,4]nafto[1,2-b]pirano;
(c)
2,2-di(4-metoxifenil)-7-difenilmetil-10-metil-2,5-dihidro-pirano[3',4':3,4]nafto[1,2-b]pirano;
(d)
2-fenil-2-(4-morfolinofenil)-7-difenilmetil-10-metil-2,5-dihidro-5-oxo-pirano[3',4':3,4]nafto[1,2-b]-pirano;
y
(e)
2-fenil-2-(4-morfolino)-7-difenilmetil-10-metil-2,5-dihidro-pirano[3',4':3,4]nafto[1,2-b]pirano.
5. Un artículo fotocrómico que comprende un
material huésped orgánico polimérico y una cantidad fotocrómica del
compuesto de naftopirano de cualquiera de las reivindicaciones
1-4.
6. Un artículo fotocrómico que comprende,
combinados, un material huésped orgánico polimérico transparente
sólido, y una cantidad fotocrómica de cada uno de (a) al menos un
compuesto de naftopirano de cualquiera de las reivindicaciones
1-4, y (b) al menos otro compuesto fotocrómico
orgánico que tiene al menos un máximo de absorción activado en el
intervalo entre aproximadamente 400 y 700 nanómetros.
7. El artículo fotocrómico de la reivindicación
6, donde el compuesto fotocrómico orgánico (b) se selecciona del
grupo formado por otros naftopiranos, cromenos, oxazinas,
ditizonatos de metales, fulgidas y fulgimidas.
8. El artículo fotocrómico de cualquiera de las
reivindicaciones 5-7 donde la cantidad total de
compuesto fotocrómico presente es de 0,05 a 1,0 miligramos por
centímetro cuadrado de superficie de material huésped orgánico a la
cual se incorpora o aplica la sustancia o las sustancias
fotocrómicas.
9. El artículo fotocrómico de cualquiera de las
reivindicaciones 5-8 donde el material huésped es un
producto polimerizado de un monómero de resina orgánica óptica.
10. El artículo fotocrómico de la reivindicación
9 donde el índice de refracción del producto polimerizado es de
aproximadamente 1,48 a aproximadamente 1,75.
11. El artículo fotocrómico de la reivindicación
10 donde el índice de refracción del producto polimerizado es de
aproximadamente 1,495 a aproximadamente 1,66.
12. El artículo fotocrómico de cualquiera de las
reivindicaciones 5-8 donde el material huésped
orgánico polimérico se selecciona del grupo formado por
poli(metacrilatos de alquilo
C_{1}-C_{12}), poli(dimetacrilatos de
oxialquileno), poli(metacrilatos de fenol alcoxilados),
acetato de celulosa, triacetato de celulosa, acetato propionato de
celulosa, acetato butirato de celulosa, poli(acetato de
vinilo), poli(alcohol vinílico), poli(cloruro de
vinilo), poli-(cloruro de vinilideno), policarbonatos
termoplásticos, poliésteres, poliuretanos, poli(tereftalato
de etileno), poliestireno, poli(alfa metilestireno),
copoli(estireno-metacrilato de metilo),
copoli(estireno-acrilonitrilo),
polivinilbutiral y polímeros de miembros del grupo formado por
monómeros de bis(carbonato de alilo), monómeros de acrilato
polifuncionales, monómeros de metacrilato polifuncionales, monómeros
de dimetacrilato de dietilenglicol, monómeros de
diisopropenilbenceno, monómeros de dimetacrilato de bisfenol A
etoxilado, monómeros de bismetacrilato de etilenglicol, monómeros de
bismetacrilato de poli(etilenglicol), monómeros de
bismetacrilato de fenol etoxilado, monómeros de acrilato de alcohol
polihidroxilado alcoxilado, monómeros de estireno, monómeros de
acrilato de uretano, monómeros de acrilato de glicidilo, monómeros
de metacrilato de glicidilo y monómeros de
dialiliden-pentaeritritol.
13. El artículo fotocrómico de la reivindicación
12 donde el material huésped orgánico polimérico es un polímero
transparente sólido seleccionado del grupo formado por
poli(metacrilato de metilo), poli-(bismetacrilato de
etilenglicol), poli(dimetacrilato de bisfenol A etoxilado),
policarbonato termoplástico, poli(acetato de vinilo),
polivinilbutiral, poliuretano y polímeros de miembros del grupo
formado por monómeros de bis(alilcarbonato) de
dietilenglicol, monómeros de dimetacrilato de dietilenglicol,
monómeros de bismetacrilato de fenol etoxilado, monómeros de
diisopropenilbenceno y monómeros de triacrilato de trimetilolpropano
etoxilado.
14. El artículo fotocrómico de cualquiera de las
reivindicaciones 5-13 donde dicho material huésped
orgánico polimérico transparente es un elemento óptico.
15. El artículo fotocrómico de la reivindicación
14 donde dicho elemento óptico es una lente.
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