KR101949610B1 - Polydimethylsiloxane using aziridine and method for preparing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 아지리딘을 이용한 폴리디메틸실록산 고분자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to polydimethylsiloxane polymers using aziridine and a process for their preparation.

Description

아지리딘을 이용한 폴리디메틸실록산 고분자 및 이의 제조방법{Polydimethylsiloxane using aziridine and method for preparing the same}(Polydimethylsiloxane using aziridine and a method for preparing the same)

본 발명은 3원 고리형 화합물인 아지리딘을 이용한 폴리디메틸실록산 고분자 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다. The present invention provides a polydimethylsiloxane polymer using aziridine as a ternary cyclic compound and a method for producing the same.

건강, 에너지 및 환경 문제를 해결하기 위한 급격한 기술의 복잡성 증가로 인해 분자 수준에서 맞춤형 특성을 가진 재료의 요구가 증가하고 있다. 상기와 같은 물질은 클릭할 수 있는 부분(다른 작용기와 결합될 수 있는 부분)을 간단하고 높은 수율로 기질에 통합시킴으로써 제조될 수 있다. 따라서 고리 변형을 갖는 유기 고리화합물을 갖는 맞춤형 물질을 구축하는 기술은 수십 년 동안 주목을 받아왔다. 물질의 표면 및/또는 표면상의 유기 고리화합물은 이들의 개환 반응을 통해 추가의 화학반응을 가능하게 하고, 개별적인 적용을 위한 다양한 유형의 생물학적 또는 비생물학적 기질의 구조적 변형을 유도할 수 있다. The increasing complexity of the technology to address health, energy and environmental issues is increasing the demand for materials with tailored characteristics at the molecular level. Such a material can be prepared by incorporating a clickable moiety (moiety capable of binding other functional groups) into the substrate in a simple and high yield. Thus, the technology to build tailor-made materials with organic cyclic compounds with ring modifications has received attention for decades. Organic ring compounds on the surface and / or surface of the material enable additional chemical reactions through their ring opening reactions and can induce structural modifications of various types of biological or non-biological substrates for individual applications.

3원 O-헤테로고리 에폭사이드는 기능성 중합체 물질을 개발하는데 특히 주목을 받아왔다. 에폭사이드의 섬세한 고리 구조는 친핵체의 존재하에서 쉽게 열릴 수 있다. 이러한 특징은 접착제, 표면 코팅제, 자가치유재료 및 나노미커 크기의 재료를 제조하기 위한 매트릭스를 비롯하여 많은 범주의 고분자 재료 개발 분야에서 적극적으로 활용되고 있다. 그러나 에폭사이드는 수분에 의해 촉진되어 개환 반응이 일어나는 문제가 있다. Ternary O-heterocyclic epoxides have received particular attention in the development of functional polymer materials. The delicate ring structure of the epoxide can be easily opened in the presence of the nucleophile. This feature has been actively utilized in many categories of polymeric materials development including adhesives, surface coatings, self-healing materials, and matrices for making nanomachic-sized materials. However, there is a problem that the epoxide is promoted by moisture and a ring opening reaction occurs.

에폭사이드의 개환 반응은 통상적으로 아민계 친핵체에 의존한다. 아지리딘은 3원 N-헤테로고리 화합물로 에폭사이드와 구조적으로 유사하나, 화학적 성질은 크게 상이하다. 개환 반응에 대한 아지리딘의 화학적 및 위치 선택성은 전자구조와 2개의 sp3 탄소와 아지리딘의 질소 상의 치환체의 입체 장애를 조절함으로써 프로그래밍이 가능하다. 또한, 아지리딘은 고온 및 산성/ 염기성 조건과 같은 가혹한 조건을 비롯한 주변 조건에서도 구조적으로 견고하게 설계될 수 있다. 유기합성에서 오랫동안 아지리딘을 이용해온 역사에도 불구하고, 재료과학 분야에서 아지리딘을 이용하는 것은 거의 이루어지지 않았다. The ring opening reaction of the epoxide is typically dependent on the amine-based nucleophile. Aziridine is a 3-membered N-heterocyclic compound that is structurally similar to an epoxide, but has greatly different chemical properties. The chemical and position selectivity of aziridine for the ring opening reaction is programmable by controlling the steric hindrance of the electron structure and the substituents on the nitrogen of the two sp 3 carbons and aziridine. In addition, aziridines can be structurally and robustly designed in ambient conditions, including harsh conditions, such as high temperature and acid / basic conditions. Despite the long history of using aziridines in organic synthesis, little has been done with aziridine in the field of materials science.

본 발명의 발명자들은 특히 이 연구를 위한 고분자 지지체로 지지체로 폴리디메틸실록산에 중점을 두었다. PDMS는 광학적으로 투명하고, 신축성이 있고, 저렴하며, 상업적으로 입수할 수 있고, 독성이 없으므로 유기 고분자를 필요로 하는 기술에서 많이 사용된다. 이러한 독특한 특성으로 인해 PDMS는 신축성 디스플레이 및 전자제품이나 랩온어 칩에 적용될 수 있다. PDMS를 이용하여 복잡한 기술을 실현하려는 요구가 증가함에 따라 분자 수준에서 미세조정 가능한 화학적 성질을 갖는 PDMS 유사체 개발에 많은 노력을 기울이고 있다. 일반적인 전략은 산소/자외선 처리, 화학적 클릭 반응 및 나노메터 크기의 입자를 PDMS에 혼합하는 방법들을 이용하여 PDMS 표면의 후개질에 이용한다. 이러한 전략을 통해 형성된 PDMS 유사체는 종종 원래의 광학적 특성 및/또는 엘라스토머성 특성의 손실을 초래하는 문제가 있다. 또 다른 전략은 작용기를 갖는 새로운 실록산 단량체의 합성 및 이들의 중합체에 기초하여 원하는 기능을 갖는 PDMS 유도체를 제조하는 것이다. 이 전략을 통해서 분자 수준에서 PDMS 구조를 설계할 수 있으며, 샘플을 넘어 조성과 구조를 비교적 균일하게 할 수 있다. 아지드나 티올과 같은 여러 클릭성 잔기는 이들 부분을 함유하는 실록산 모노머를 중합함으로써 PDMS로 통합되었지만, 간단하고, 효율적이며, 직접적인 클릭반응에 기초한 클릭 가능한 PDMS는 물론 광범위한 기판 범위를 나타내는 것이 어려웠다.The inventors of the present invention especially focused on polydimethylsiloxane as a support for the polymer scaffold for this study. PDMS is widely used in technologies requiring an organic polymer because it is optically transparent, stretchable, inexpensive, commercially available, and non-toxic. Because of these unique properties, PDMS can be applied to flexible displays and electronics or lab-on-a-chip. As the demand for the realization of complicated technology using PDMS increases, much efforts are being made to develop PDMS analogs having fine chemical properties at the molecular level. The general strategy is to use post-reforming of the PDMS surface using oxygen / ultraviolet treatment, chemical click reactions and mixing nanometer-sized particles into the PDMS. PDMS analogs formed through this strategy often suffer from the loss of original optical and / or elastomeric properties. Another strategy is the synthesis of novel siloxane monomers with functional groups and the production of PDMS derivatives with desired functionality based on these polymers. This strategy allows the PDMS structure to be designed at the molecular level and allows the composition and structure to be relatively uniform over the sample. Although multiple click residues such as azide and thiol have been incorporated into PDMS by polymerizing siloxane monomers containing these moieties, it has been difficult to represent a wide range of substrates, as well as clickable PDMS based on simple, efficient, direct click reactions.

특허문헌 1. 대한민국 공개특허 제10-2006-0003749호Patent Document 1: Korean Patent Publication No. 10-2006-0003749 특허문헌 2. 대한민국 등록특허 제10-16314781호Patent Document 2: Korean Patent No. 10-16314781

본 발명의 목적은 3원 고리형 화합물인 아지리딘을 이용한 폴리디메틸실록산 고분자를 제공하는데 있다. An object of the present invention is to provide a polydimethylsiloxane polymer using aziridine as a ternary ring compound.

본 발명의 다른 목적은 상기 아지리딘을 이용한 폴리디메틸실록산 고분자의 제조방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a process for preparing a polydimethylsiloxane polymer using the aziridine.

상기한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 [화학식 1]로 표시되는 고분자를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a polymer represented by the following formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112017095219783-pat00001
Figure 112017095219783-pat00001

상기 [화학식 1]에서, In the above formula (1)

a는 1 내지 20의 정수이고, a is an integer of 1 to 20,

b는 0 내지 20의 정수이고, b is an integer of 0 to 20,

c는 1 내지 20의 정수이고, c is an integer of 1 to 20,

l은 1 내지 20의 정수이고,l is an integer of 1 to 20,

m은 1 내지 20의 정수이다. m is an integer of 1 to 20;

본 발명에 의하면, 상기 [화학식 1]의 고분자는 카르복시산, 알콜, 아민기 또는 티올기 포함하는 화합물과 반응하여 아지리딘기가 개환될 수 있고, 상기 개환된 아지리딘 모이어티에 상기 카르복시산, 알콜, 아민기 또는 티올기 포함하는 화합물이 부착되는 것일 수 있다. According to the present invention, the polymer of formula (1) may be reacted with a compound containing a carboxylic acid, an alcohol, an amine group or a thiol group so that an aziridine group can be opened, and the above-mentioned aziridine moiety Or a compound containing a thiol group is attached.

본 발명에 의하면, 상기 [화학식 1]의 고분자는 신축성을 보유하는 것일 수 있다. According to the present invention, the polymer of formula (1) may have elasticity.

또한, 본 발명은 하기 [화학식 2]로 표시되는 화합물, 하기 [화학식 3]으로 표시되는 화합물 및 하기 [화학식 4]로 표시되는 화합물을 카르스테트 촉매(karstedt' catalyst) 하에서 반응시켜 하기 [화학식 1]로 표시되는 고분자를 제조하는 단계;를 포함하는 아지리딘기를 보유한 폴리디메틸실록산계 고분자의 제조방법을 제공한다.The present invention also relates to a process for producing a compound represented by the following formula (2), a compound represented by the following formula (3) and a compound represented by the following formula (4) under a karstedt catalyst, 1], comprising the steps of: (a) preparing a polymer having an aziridine group,

[화학식 2](2)

Figure 112017095219783-pat00002
Figure 112017095219783-pat00002

[화학식 3](3)

Figure 112017095219783-pat00003
Figure 112017095219783-pat00003

[화학식 4][Chemical Formula 4]

Figure 112017095219783-pat00004
Figure 112017095219783-pat00004

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112017095219783-pat00005
Figure 112017095219783-pat00005

상기 [화학식 1] 내지 [화학식 4]에서, In the above Chemical Formulas 1 to 4,

a는 1 내지 20의 정수이고, a is an integer of 1 to 20,

b는 0 내지 20의 정수이고, b is an integer of 0 to 20,

c는 1 내지 20의 정수이고, c is an integer of 1 to 20,

l은 1 내지 20의 정수이고,l is an integer of 1 to 20,

m은 1 내지 20의 정수이고,m is an integer of 1 to 20,

n은 2 내지 30의 정수이고, n is an integer from 2 to 30,

a + b + c = n 이다.a + b + c = n.

본 발명에 의하면, 상기 반응은 50 내지 100 ℃에서 0.5 내지 3시간 동안 수행함으로써 이루어질 수 있다. According to the present invention, the reaction may be carried out at 50 to 100 ° C for 0.5 to 3 hours.

본 발명에 의하면, 상기 [화학식 4]의 화합물은 (1-벤질아지리딘-2-일)메탄올과 클로로디메틸(비닐)실란을 40 내지 80 ℃로 반응시킴으로써 제조될 수 있다. According to the present invention, the compound of Formula 4 can be prepared by reacting (1-benzylaziridin-2-yl) methanol with chlorodimethyl (vinyl) silane at 40 to 80 ° C.

본 발명에 의하면, 상기 (1-벤질아지리딘-2-일)메탄올은,According to the present invention, the (1-benzylaziridin-2-yl)

에틸 2,3-디브로모프로파노이이트를 벤질아민을 질소 기류 및 트리에틸아민과 같은 염기 존재하에서 반응시켜 에틸 1-벤질아지리딘-2-카복실레이트를 제조하는 단계; 및 상기 에틸 1-벤질아지리딘-2-카복실레이트를 리튬알루미늄하이드라이드와 반응시키는 단계;를 포함하여 수행하여 제조될 수 있다.Ethyl 2,3-dibromopropanoate is reacted with benzylamine in the presence of a base such as triethylamine to produce ethyl 1-benzyl aziridine-2-carboxylate; And reacting the ethyl 1-benzyl aziridine-2-carboxylate with lithium aluminum hydride.

본 발명에 의하면, 상기 반응은 상기 [화학식 2]로 표시되는 화합물 10 중량부에 대하여, 상기 [화학식 3]으로 표시되는 화합물 0.5 내지 2 중량부 및 상기 [화학식 4]로 표시되는 화합물 0.02 내지 0.2 중량부로 반응시키는 것일 수 있다. According to the present invention, the above reaction is carried out in the presence of 0.5 to 2 parts by weight of the compound represented by the above-mentioned formula (3) and 0.02 to 0.2 part by weight of the compound represented by the above formula (4), based on 10 parts by weight of the compound represented by the above formula By weight.

본 발명에 의하면, 상기 [화학식 1]로 표시되는 화합물을 카르복시산, 알콜, 아민기 또는 티올기 포함하는 화합물과 반응시켜 [화학식 1]의 아지리딘기를 개환시키는 단계;를 더 포함하여 수행될 수 있다. According to the present invention, there can be further carried out a step of ring-opening an aziridine group of the formula (I) by reacting a compound represented by the formula (I) with a compound containing a carboxylic acid, an alcohol, an amine group or a thiol group .

본 발명에 따른 제조방법은 맞춤형 PDMS의 제조에 이용될 수 있다. 본 발명에 따른 클릭 가능한 PDMS(aziPDMS)의 제조방법은 아지리딘의 고리구조를 손상시키지 않으면서 간단하고, 일반적인 PDMS 경화공정을 이용하여 제조될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 아지리딘의 직교적 개환 반응은 넓은 기질 범위를 가지는 고분자 지지체(PDMS)의 후개질에 효율적이다. 본 발명에 따른 아지리딘의 개환 반응을 통한 PDMS의 후개질은 표면에 국한되지 않고, 내부공극에서도 가능하며, 영역 특이적(region-specific) 방식으로 수행될 수 있다. 또한, 아지리딘의 프로그래 가능한 반응성 및 화학선택성을 이용하여 목적하는 반응조건에 반응하는 고급 재료의 디자인이 가능하다. The manufacturing method according to the present invention can be used for the manufacture of customized PDMS. The process for producing clickable PDMS (aziPDMS) according to the present invention can be made using a simple, general PDMS curing process without compromising the ring structure of the aziridine. In addition, the orthogonal ring opening reaction of aziridine according to the present invention is effective for post-modification of a polymer scaffold (PDMS) having a wide substrate range. Post-modification of the PDMS through the ring opening reaction of aziridine according to the present invention is not limited to the surface, but may be performed in the inner cavity or in a region-specific manner. Further, the programmable reactivity and chemical selectivity of aziridine can be used to design advanced materials that respond to the desired reaction conditions.

본원 발명자들은 공유결합으로 연결된 아지리딘을 포함하는 PDMS(aziPDMS)는 아지리딘과 카르복실산, 알콜, 아민 또는 티올의 직교된 개환 반응에 의해 후개질 될 수 있다. 이러한 후개질은 각각 자외선 조사 및 XPS 특정을 통한 거시적 및 분자적 규모에서 광발광 및 플루오로화된 분자를 사용함으로써 개환된 aziPDMS을 특성을 확립하였다. PDMS 스케폴드 내부의 양은 직접 조정가능하다. 본 발명에 따른 맞춤형 PDMS 및 이의 제조방법은 전례없이 매력적이며, 효율적인 것으로, 신축성 있는 디스플레이, 나노 잉크펜, 생체의학 센서칩, 광학재료 및 접촉 대전 표면 등의 분자적으로 조절된 기능을 필요로 하는 기능성 재료 및 장치를 구축하는데 유용하게 적용할 수 있다.The present inventors have found that PDMS (aziPDMS) comprising an aziridine linked by a covalent bond can be modified by orthogonal ring opening reaction of an aziridine with a carboxylic acid, alcohol, amine or thiol. This post-modification has established the characteristics of aziPDMS ring opened by using photoluminescent and fluorinated molecules on macroscopic and molecular scale, respectively, via ultraviolet irradiation and XPS specification. The amount inside the PDMS scaffold is directly adjustable. The customized PDMS according to the present invention and its manufacturing method are unprecedentedly attractive and efficient, and require a molecularly controlled function such as a flexible display, a nano ink pen, a biomedical sensor chip, an optical material and a contact charging surface Can be usefully applied to construct functional materials and devices.

도 1a는 본 발명에 따른 아지리딘을 포함하는 폴리디메틸실록산계 고분자를 제조하는데 사용된 화합물의 구조이다. 도 1b는 아지리딘을 포함하는 폴리디메틸실록산계 고분자(aziPDMS)의 제조 및 개환 반응을 통한 후개질을 도식화하여 나타낸 것이다. 도 1c는 본 발명에 따른 비교예 1(PDMS)과 실시예 1.6(aziPDMS) 필름 사진(왼쪽)과 물방울의 정적 접촉각 이미지(오른쪽)이다. 도 1d는 X-선 광전자 분광분석(XPS, X-ray photoelectron spectroscopy)으로 얻은 PDMS(회색선, 대조군) 및 aziPDMS(검정색선)의 조사스캔 결과이다. 도 1e는 aziPDMS의 인시츄 에칭을 통해 얻은 XPS 깊이 프로파일 결과이다.
도 2a는 비교예 1(PDMS) 및 실시예 1.6(aziPDMS) 필름을 2.5 mM 5(6)카르복시플루오세인 용액에서 배양한 뒤, 가시광선(visivle light; 위) 및 254 nm 자외선(UV light; 아래)으로 조사한 결과이다. aziPDMS는 상당한 양의 형광을 방출하였으나, PDMS는 형광을 거의 방출하지 않았다. 도 2b는 카르복시산 화합물(5(6)-카르복시플루오세인)에 의한 개환 반응 전 후의 PDMS 및 aziPDMS 섬유의 강도-신장 곡선이다. 도 2c는 상이한 연신율에 따른 본 발명의 개환 aziPDMS 섬유의 이미지를 나타낸 결과이다. 도 2d는 PDMS/aziPDMS 적층 구조를 제조한 뒤, 5(5)-카르복시플루오세인을 이용하여 후개질한 결과이다. aziPDMS 영역에서 선택적으로 후개질된 것이 관찰되었다.
도 3a는 상이한 함량의 아지리딘을 함유하는 aziPDMS의 이미지이다(베이스:경화제: 말단이 비닐인 아지리딘 1=10:1:x, 여기서 x는 0 내지 0.15). 도 3b는 aziPDMS 필름의 UV 흡수 스펙트럼이다. 아지리딘의 함량이 증가함에 따라 흡수 강도가 증가하였다. 도 3c는 2.5 mM 5(6)-카르복시플루오레신에서 배양하여 개환 반응을 수행한 후 촬영한 aziPDMS 필름의 사진이다. 도 3d는 개환 aziPDMS 필름의 광발광 방출 스펙트럼 결과이다. 도 3e는 XPS 측정을 통한 aziPDMS의 기질 범위를 측정한 것으로, 다양한 플루오로화된 카르복실산, 알콜, 아민 및 티올 유도체를 아지리딘 개환 반응을 통해 aziPDMS에 혼입시킨 결과이다. 삽입된 그래프는 PDMS(대조군) 및 개환 aziPDMS에 대한 F1s 영역의 고분해능 스펙트럼 결과이다.
도 4a는 저-습윤성 PDMS에 대한 용액의 극성을 제어함으로써 aziPDMS의 구조적 특이성(표면 대 내부)을 후개질을 통해 확인하였다. aziPDMS 큐브(1 cm × 1 cm × 1 cm)를 개별적으로 제조된 0.25 mM 5(6)-카르복시플루오레신 용액(노랑색; CHCl3:MeOH=1:5, v/v) 및 0.25 mM 7-하이드록시쿠마린(청색; HCl3:MeOH=5:1, v/v)에 연속적으로 배양 및 세절하여 얻은 샘플을 가시광선 및 자외선을 조사하여 촬영한 이미지이다. 도 4b는 용액의 극성도에 따른 aziPDMS의 후개질 표면 깊이를 확인한 결과이다. 메탄올의 양이 감소함에 따라, 첫 번째 개질 후(노란색 영역) 표면 깊이가 증가하였다. 도 4c는 용액 내 메탄올의 부피비 함수로서 % 표면 깊이의 플롯을 나타낸 도이다(전체 필름의 절반 폭에 대한 첫 번째 개질 후 표면 깊이의 비율로 정의됨).
도 5는 말단에 비닐기를 갖는 아지리딘 1 과 PDMS 예비중합체 사이의 Pt(0)-촉매화된 하이드로실릴화의 반응식을 도식화하여 나타낸 것이다.
도 6은 실릴 하이드라이드(경화제 B)와 말단에 비닐기를 갖는 아지리딘(1) 사이의 Pt(0)-촉매화된 하이드로실릴화 및 아지리딘 및 벤조산의 개환 반응의 1H NMR 분광분석결과이다. 시판 시약인 경화제 B는 첨가제가 소량 첨가될 수 있으며, 이에 따른 피크가 검출될 수 있다.
도 7은 메탄올 중의 5(6)-카르복시플루오레신(붉은색) 및 2.5 mM 5(6)-카르복시플루오레신(검은색) 용액에서 배양한 aziPDMS의 광발광 스펙트럼 결과이다.
도 8은 도 4b에서의 절단된 aziPDMS 필름에 대한 경계화(thresholding) 기법을 적용한 결과이다.
1A is a structure of a compound used to prepare a polydimethylsiloxane polymer containing aziridine according to the present invention. FIG. 1B is a graph showing the preparation of a polydimethylsiloxane-based polymer (aziPDMS) containing aziridine and post-reforming through a ring-opening reaction. 1C is a photograph of the film of Comparative Example 1 (PDMS) and Example 1.6 (aziPDMS) according to the present invention (left) and a static contact angle image of water droplets (right). FIG. 1D is a scanning scan result of PDMS (gray line, control group) and aziPDMS (black line) obtained by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). FIG. 1E shows the XPS depth profile obtained through in situ etching of aziPDMS.
Figure 2A shows the results of a comparison of the fluorescence intensity of the UV light of Example 1 (PDMS) and that of the Example 1.6 (aziPDMS) film in a 2.5 mM 5 (6) carboxyfluoscein solution. ). The aziPDMS emitted a significant amount of fluorescence, but the PDMS emitted little fluorescence. FIG. 2B is an intensity-elongation curve of the PDMS and aziPDMS fibers before and after the ring-opening reaction with the carboxylic acid compound (5 (6) -carboxyfluoscein). Figure 2c shows the results of images of the open aziPDMS fiber of the present invention at different elongation ratios. FIG. 2d shows the results of the PDMS / aziPDMS laminate structure, followed by post-modification with 5 (5) -carboxyfluoscein. lt; RTI ID = 0.0 > aziPDMS < / RTI >
Figure 3a is an image of aziPDMS containing different amounts of aziridine (base: hardener: aziridine 1 = 10: 1: x where vinyl is terminal, where x is 0 to 0.15). Figure 3b is the UV absorption spectrum of the azi PDMS film. As the content of aziridine increased, the absorption intensity increased. FIG. 3c is a photograph of the aziPDMS film taken after performing the ring-opening reaction by culturing in 2.5 mM 5 (6) -carboxyfluorescein. Figure 3d shows the photoluminescence emission spectrum results of ring-opening aziPDMS films. Figure 3e is a measurement of the substrate range of aziPDMS via XPS measurement, which is the result of incorporation of various fluorinated carboxylic acids, alcohols, amines and thiol derivatives into aziPDMS via an aziridine ring opening reaction. The inserted graph shows the high resolution spectral results of the F1s region for PDMS (control group) and open aziPDMS.
Figure 4a identifies the structural specificity (surface versus interior) of aziPDMS by post-modification by controlling the polarity of the solution for low-wetting PDMS. The aziPDMS cube (1 cm x 1 cm x 1 cm) was mixed with 0.25 mM 5 (6) -carboxyfluorescein solution (yellow CHCl 3 : MeOH = 1: 5, v / v) and 0.25 mM 7- The image obtained by continuously irradiating a sample obtained by continuously culturing and dividing into hydroxy coumarin (blue; HCl 3 : MeOH = 5: 1, v / v) was irradiated with visible light and ultraviolet light. FIG. 4B shows the result of confirming the post-modification surface depth of aziPDMS according to the polarity of the solution. As the amount of methanol decreased, the surface depth increased after the first reform (yellow region). 4C is a plot of percent surface depth as a function of volume of methanol in solution (defined as the ratio of the first post-reform surface depth to the half width of the total film).
Figure 5 is a schematic representation of the reaction scheme of Pt (0) -catalyzed hydrosilylation between aziridine 1 having a vinyl group at the end and a PDMS prepolymer.
Figure 6 shows the results of 1 H NMR spectroscopy of Pt (0) -catalyzed hydrosilylation and ring opening reaction of aziridine and benzoic acid between silylhydride (Hardener B) and aziridine (1) with a vinyl group at the end . Curing agent B, a commercially available reagent, can be added with a small amount of an additive, and thus a peak can be detected.
Figure 7 shows the photoluminescence spectra of aziPDMS cultured in 5 (6) -carboxyfluorescein (red) and 2.5 mM 5 (6) -carboxyfluorescein (black) solutions in methanol.
FIG. 8 is a result of applying the thresholding technique for the cut aziPDMS film in FIG. 4B.

본 발명자들은 분자 수준에서 맞춤형 고분자 지지체를 고안하기 위하여 분자 기질 상에 아지리딘을 도입하고, 아지리딘의 개환 반응을 이용하는 방법을 개발하여 본 발명을 완성하게 되었다. 구체적으로 본 발명은 말단이 비닐인 아지리딘 존재하에서 종래의 PDMS 예비중합체(Sylgard 184 Silicone elastomer kit)를 경화시킴으로써 제조된 아지리딘이 관능화된 맞춤형 PDMS(이하, aziPDMS) 및 이의 제조방법을 제공한다. The present inventors have completed the present invention by developing a method of introducing aziridine on a molecular substrate and using a ring-opening reaction of aziridine in order to design a customized polymer scaffold at a molecular level. Specifically, the present invention provides a customized PDMS (hereinafter aziPDMS) prepared by curing a conventional PDMS prepolymer (Sylgard 184 Silicone elastomer kit) in the presence of aziridine having a terminal vinyl and a method for producing the same .

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 고분자를 제공한다.The present invention provides a polymer represented by the following formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112017095219783-pat00006
Figure 112017095219783-pat00006

상기 화학식 1에서, In Formula 1,

a는 1 내지 20의 정수이고, a is an integer of 1 to 20,

b는 0 내지 20의 정수이고, b is an integer of 0 to 20,

c는 1 내지 20의 정수이고, c is an integer of 1 to 20,

l은 1 내지 20의 정수이고, l is an integer of 1 to 20,

m은 1 내지 20의 정수이다.m is an integer of 1 to 20;

본 발명에 있어서, 상기 [화학식 1]의 고분자는 카르복시산, 알콜, 아민기 또는 티올기 포함하는 화합물과 반응하여 아지리딘기가 개환될 수 있고, 상기 개환된 아지리딘 모이어티에 상기 카르복시산, 알콜, 아민기 또는 티올기 포함하는 화합물이 부착되는 것일 수 있다. In the present invention, the polymer of formula (1) may be reacted with a compound containing a carboxylic acid, an alcohol, an amine group or a thiol group to cause an aziridine group to be opened, and the above-mentioned aziridine group may be substituted with a carboxylic acid, Or a compound containing a thiol group is attached.

본 발명에 의하면, 상기 [화학식 1]의 고분자는 신축성을 보유하는 것이 특징으로, 250 %까지 용이하게 신장될 수 있다. According to the present invention, the polymer of formula (1) has elasticity and can be easily stretched up to 250%.

본 발명에 의하면, 상기 [화학식 1]의 고분자는 종래의 PDMS와 비교하여 광학적 및 기계적 특성의 손실이 없으면서도, 경량성 및 기계적 탄성은 향상되었다. According to the present invention, the polymer of formula (1) has improved lightweight and mechanical elasticity without loss of optical and mechanical properties as compared with conventional PDMS.

또한, 본 발명에 따른 아지리딘이 관능화된 PDMS(aziPDMS)는 입수가 용이한 예비 중합체로부터 용이하게 합성할 수 있다. In addition, aziridine-functionalized PDMS (aziPDMS) according to the present invention can be easily synthesized from a prepolymer which is easily available.

본 발명은 하기 [화학식 2]로 표시되는 화합물, 하기 [화학식 3]으로 표시되는 화합물 및 하기 [화학식 4]로 표시되는 화합물을 카르스테트 촉매(karstedt' catalyst) 하에서 반응시켜 하기 [화학식 1]로 표시되는 고분자를 제조하는 단계;를 포함하는 아지리딘기를 보유한 폴리디메틸실록산계 고분자의 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a process for preparing a compound represented by the following formula (1), which comprises reacting a compound represented by the following formula (2), a compound represented by the following formula (3) and a compound represented by the following formula (4) under a karstedt ' To produce a polymer represented by the general formula (1): < EMI ID = 1.0 >

[화학식 2](2)

Figure 112017095219783-pat00007
Figure 112017095219783-pat00007

[화학식 3](3)

Figure 112017095219783-pat00008
Figure 112017095219783-pat00008

[화학식 4][Chemical Formula 4]

Figure 112017095219783-pat00009
Figure 112017095219783-pat00009

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112017095219783-pat00010
Figure 112017095219783-pat00010

상기 [화학식 1] 내지 [화학식 4]에서, In the above Chemical Formulas 1 to 4,

a는 1 내지 20의 정수이고, a is an integer of 1 to 20,

b는 0 내지 20의 정수이고, b is an integer of 0 to 20,

c는 1 내지 20의 정수이고, c is an integer of 1 to 20,

l은 1 내지 20의 정수이고,l is an integer of 1 to 20,

m은 1 내지 20의 정수이고,m is an integer of 1 to 20,

n은 2 내지 30의 정수이고, n is an integer from 2 to 30,

a + b + c = n 이다.a + b + c = n.

본 발명에 의하면, 상기 반응은 50 내지 100 ℃에서 0.5 내지 3시간 동안 수행하는 열경화 반응일 수 있다.According to the present invention, the reaction may be a thermal curing reaction performed at 50 to 100 ° C for 0.5 to 3 hours.

본 발명에 의하면, 상기 [화학식 4]의 화합물은 (1-벤질아지리딘-2-일)메탄올과 클로로디메틸(비닐)실란을 40 내지 80 ℃로 반응시킴으로써 제조되는 것일 수 있으며, 바람직하게는 염기 존재하의 유기용매에서 반응시키는 것일 수 있다. 상기 염기는 트리에틸아민일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 유기용매는 메틸렌클로라이드, 테트라하이드로퓨란, N,N-디메틸포름아마이드, 디메틸설폭사이드, 톨루엔, 에탄올, 메탄올, 에틸아세테이트 및 에테르 중에서 선택되는 유기용매 일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 바람직하게는 톨루엔일 수 있다. According to the present invention, the compound of Formula 4 may be prepared by reacting (1-benzylaziridin-2-yl) methanol with chlorodimethyl (vinyl) silane at 40 to 80 ° C, In the presence of an organic solvent. The base may be triethylamine, but is not limited thereto. The organic solvent may be an organic solvent selected from methylene chloride, tetrahydrofuran, N, N-dimethylformamide, dimethylsulfoxide, toluene, ethanol, methanol, ethyl acetate and ether, Lt; / RTI >

본 발명에 의하면, 상기 (1-벤질아지리딘-2-일)메탄올은 에틸 2,3-디브로모프로파노이이트를 벤질아민을 질소 기류 및 트리에틸아민과 같은 염기 존재하에서 반응시켜 에틸 1-벤질아지리딘-2-카복실레이트를 제조하는 단계; 및 상기 에틸 1-벤질아지리딘-2-카복실레이트를 리튬알루미늄하이드라이드와 반응시키는 단계;를 포함하여 수행하여 제조될 수 있다. According to the present invention, the above (1-benzylaziridin-2-yl) methanol is obtained by reacting ethyl 2,3-dibromopropanoate with benzylamine in the presence of a nitrogen stream and a base such as triethylamine to obtain ethyl 1 - benzyl aziridine-2-carboxylate; And reacting the ethyl 1-benzyl aziridine-2-carboxylate with lithium aluminum hydride.

본 발명에 의하면, 상기 [화학식 2]로 표시되는 화합물 10 중량부에 대하여, 상기 [화학식 3]으로 표시되는 화합물 0.5 내지 2 중량부 및 상기 [화학식 4]로 표시되는 화합물 0.02 내지 0.2 중량부로 반응시키는 것일 수 있다. 상기 [화학식 4]로 표시되는 화합물의 함량이 상기 범위 미만이면 클릭 가능한 부분이 너무 적어 후개질이 용이하지 않으며, 신축성을 나타내기 어렵다. 한편, 상기 범위를 초과하면 베이스와 경화제 사이의 가교 결합에 심각한 간섭현상이 일어나 투명성을 잃게 되고, 분말이나 유성의 불투명한 고분자가 제조되므로 바람직하지 않다. According to the present invention, 0.5 to 2 parts by weight of the compound represented by the formula (3) and 0.02 to 0.2 part by weight of the compound represented by the formula (4) are reacted with 10 parts by weight of the compound represented by the formula It can be done. If the content of the compound represented by the formula (4) is less than the above range, the amount of the clickable part is too small to be easily reformed, and it is difficult to exhibit stretchability. On the other hand, if it exceeds the above range, serious interference occurs in cross-linking between the base and the curing agent, and transparency is lost, and an opaque polymer powder or oil is produced.

본 발명에 따른 상기 [화학식 1]로 표시되는 화합물은 카르복시산, 알콜, 아민기 또는 티올기 포함하는 화합물과 반응시켜 [화학식 1]의 아지리딘기를 개환시키는 단계;를 더 포함하여 수행할 수 있으며, 상기 카르복시산, 알콜, 아민기 또는 티올기 포함하는 화합물이 개환된 아지리딘의 모이어티에 부착될 수 있다. The compound represented by the formula (1) according to the present invention may be further reacted with a compound containing a carboxylic acid, an alcohol, an amine group or a thiol group to ring the aziridine group of the formula (1) A compound containing a carboxylic acid, an alcohol, an amine group or a thiol group may be attached to a ring-opened moiety of aziridine.

본 발명은 다음과 같은 세 가지 특징이 있다. The present invention has the following three characteristics.

i) 클릭할 수 있는 PDMS의 제조는 아지리딘의 고리 구조를 손상 없이, 간단하게 종래의 PDMS 경화공정을 이용하여 제조될 수 있다. i) The manufacture of clickable PDMS can be made using conventional PDMS curing processes simply without compromising the ring structure of the aziridine.

2) PDMS의 후개질은 표면에 국한되지 않고, 아지리딘의 개환 반응을 통해 공극 내부에서도 가능하다.2) Post-modification of PDMS is not limited to the surface but is possible inside the pores through ring-opening reaction of aziridine.

3) 프로그래밍 가능한 반응성, 화학 선택성 및 아지리딘의 넓은 기질 범위를 이용하여 원하는 반응 조건에 반응하는 아지리딘계 물질을 디자인할 수 있다. 3) Using programmable reactivity, chemical selectivity, and a broad substrate range of aziridine, aziridine-based materials can be designed that respond to desired reaction conditions.

본 발명에 있어서, 분자 기질은 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane; PDMS)일 수 있다.In the present invention, the molecular substrate may be polydimethylsiloxane (PDMS).

본 발명에 따르면, 아지리딘이 포함된 PDMS는 말단이 비닐인 아지리딘의 존재하에서 예비중합체를 열경화시켜 제조될 수 있다. 상기 예비중합체는 도 1a에 개시된 바와 같이, 베이스(part A)와 경화제(part B)가 8:1 내지 20:1의 중량비로 함유된 것일 수 있으며, 바람직하게는 10:1 중량비로 함유된 것 일 수 있다. According to the present invention, PDMS containing aziridine can be prepared by thermally curing the prepolymer in the presence of aziridine at the terminal vinyl. The prepolymer may be such that the base (part A) and the curing agent (part B) are contained in a weight ratio of 8: 1 to 20: 1, preferably 10: 1 by weight Lt; / RTI >

본 발명에 의하면, 상기 열경화는 80 ℃에서 2시간 동안 수행되는 것일 수 있으며, 이를 통해, 공유결합된 아지리딘 팬던트를 갖는 PDMS로 전환된 합성물(aziPDMS)을 얻을 수 있다. 이렇게 수득된 aziPDMS는 기존의 PDMS가 보유한 광학적 투명성과 기계적 탄성이 유지된 것일 수 있다. According to the present invention, the thermosetting may be performed at 80 ° C for 2 hours, thereby obtaining a compound (aziPDMS) converted to PDMS having a covalently bonded aziridine pendant. The aziPDMS thus obtained may have optical transparency and mechanical elasticity retained by the conventional PDMS.

aziPDMS의 후개질은 아지리딘 팬던트의 직교링 개환 반응을 통해 달성될 수 있다(도 1b). 본 발명에 의하면, 알코올, 아민, 티올 및 카르복시산이 aziPDMS의 후개질에 사용될 수 있다.  Post-modification of aziPDMS can be accomplished through orthogonal ring opening reactions of the aziridine pendant (Fig. 1b). According to the present invention, alcohols, amines, thiols and carboxylic acids can be used for post-modification of aziPDMS.

본 발명에 따른 제조공정 및 구조 변형 반응은 간단하고 효과적이며, 상용 시약을 이용하여 수행될 수 있다. 이러한 장점들과 함께 아지리딘의 다양하고 견고한 개환 반응은 맞춤형 고분자 재료를 제조하는데 유용하다. The manufacturing process and the structural modification reaction according to the present invention are simple and effective, and can be carried out using commercially available reagents. Along with these advantages, the wide and robust ring opening reaction of aziridine is useful for preparing tailor-made polymeric materials.

이하 본 발명을 실시예에 기초하여 더욱 상세하게 설명하지만, 하기에 개시되는 본 발명의 실시 형태는 어디까지 예시로써, 본 발명의 범위는 이들의 실시 형태에 한정되지 않는다. 본 발명의 범위는 특허청구범위에 표시되었고, 더욱이 특허 청구범위 기록과 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경을 함유하고 있다. 또한, 이하의 실시예, 비교예에서 함유량을 나타내는 "%" 및 "부"는 특별히 언급하지 않는 한 중량 기준이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the embodiments of the present invention described below are illustrative only and the scope of the present invention is not limited to these embodiments. The scope of the present invention is indicated in the claims, and moreover, includes all changes within the meaning and range of equivalency of the claims. In the following Examples and Comparative Examples, "% " and " part " representing the content are based on weight unless otherwise specified.

<실시예><Examples>

<시약> <Reagent>

특별히 명시하지 않는 한 모든 시약은 시판되는 시약을 구매하여 사용하였다. 유기용매는 대정(DAEJUNG, KOREA)에서 구입하였으며, 물은 Aqua MAX-Basic System(탈이온수, ~18.2 MΩ·cm의 전기 비저항)을 사용하여 정제하였다. 다우 코닝사의 Sylgard 184 elastoemr kit를 사용하였다.Unless otherwise stated, all reagents were purchased from commercial sources. Organic solvents were purchased from DAEJUNG, KOREA and the water was purified using Aqua MAX-Basic System (deionized water, electrical resistivity of ~ 18.2 MΩ · cm). The Sylgard 184 elastoemr kit from Dow Corning was used.

<장치><Device>

1H 및 13C NMR 스펙트럼은 CDCl3를 용매로 사용하고, 잔류용매를 내부 표준으로 사용하여 Bruker FT-NMR Advance-500으로 측정되었다. 화학적 이동은 내부 TMS와 관련된 ppm으로 표시되며, 커플링 상수(J)는 Herz이다. MS (ESI-QTOF) 측정은 Bruker compat Q-TOF MS로 측정하였다. 모든 XPS의 측정은 단색화된 Al Kα 소스가 있는 Thermo Scientific K-Alpha XPS 장치에서 수행하였다. UV-vis 스펙트럼은 Agilent technologies - Agilent 8453 UV-Vis 분광계를 이용하여 측정하였다. UV-vis 흡광도 측정의 경우, 손상되지 않은(intact) PDMS 필름을 블랭크로 사용하였다. 샘플의 필름 두께는 일정하게 유지하였다(~2 mm). 샘플의 두께는 미시적인 수준에서 필연적으로 오차가 발생되나, 아지리딘의 질량비의 함수로서 λmax의 전반적인 경향에 영향을 주지는 않는다. 광발광 스펙트럼은 Hitachi F-7000 Fluorescence spectrophotometer를 사용하여 측정하였다. PDMS 및 aziPDMS의 인장강도는 Universal Testing Machine (UTM; WL 2100)을 사용하여 측정하였다. The 1 H and 13 C NMR spectra were measured with Bruker FT-NMR Advance-500 using CDCl 3 as the solvent and residual solvent as the internal standard. The chemical shifts are expressed in ppm relative to the internal TMS and the coupling constant (J) is Herz. MS (ESI-QTOF) measurements were measured with Bruker compat Q-TOF MS. All XPS measurements were performed on a Thermo Scientific K-Alpha XPS instrument with a monochromatic Al K alpha source. The UV-vis spectra were measured using an Agilent Technologies-Agilent 8453 UV-Vis spectrometer. For UV-vis absorbance measurements, an intact PDMS film was used as a blank. The film thickness of the sample was kept constant (~ 2 mm). The thickness of the sample necessarily produces an error at the microscopic level, but does not affect the overall tendency of λ max as a function of the mass ratio of aziridine. The light emission spectrum was measured using a Hitachi F-7000 fluorescence spectrophotometer. The tensile strengths of PDMS and aziPDMS were measured using a Universal Testing Machine (UTM; WL 2100).

합성예 1. 1-벤질-2-(((디메틸(비닐)실릴)옥시)-메틸)아지리딘(1)의 합성Synthesis Example 1 Synthesis of 1-benzyl-2 - (((dimethyl) (vinyl) silyl) oxy) -methyl) aziridine (1)

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

Figure 112017095219783-pat00011
Figure 112017095219783-pat00011

합성예Synthetic example 1.1. 에틸 2,3- 1.1. Ethyl 2,3- 디브로모프로파노에이트Dibromofropanoate

디클로로메탄 75 mL에 에틸아세테이트(16.3 mL, 150 mmol)를 혼합한 후, 0 ℃의 불활성 대기 하에서 브롬(7.7 mL, 150 mmol)을 20 분에 걸쳐 천천히 투여하였다. 반응혼합물을 0 ℃에서 1시간 동안 반응시킨 다음, 상온에서 3시간 동안 추가 반응하였다. 반응완료 후, 반응혼합물에 Na2S2O3 포화용액을 첨가하여 반응을 종료시킨 뒤, 디클로로메탄과 물을 이용하여 추출하였으며, 유기층으로부터 목적하는 화합물을 얻었다. 얻어진 화합물의 분석 결과 종래 알려진 데이터 값과 일치하였다. 수율 97%(37.6 g)Ethyl acetate (16.3 mL, 150 mmol) was added to 75 mL of dichloromethane and bromine (7.7 mL, 150 mmol) was slowly added over 20 minutes under an inert atmosphere at 0 ° C. The reaction mixture was reacted at 0 ° C for 1 hour and then at room temperature for 3 hours. After completion of the reaction, the reaction mixture was added with a saturated solution of Na 2 S 2 O 3 to terminate the reaction, followed by extraction with dichloromethane and water, and the desired compound was obtained from the organic layer. The analytical results of the obtained compound were consistent with data values known in the art. Yield 97% (37.6 g)

합성예Synthetic example 1.2. 에틸 1- 1.2. Ethyl 1- 벤질아지리딘Benzyl aziridine -2--2- 카복실레이트Carboxylate

0℃ 질소기류 하에서 무수에탄올 60 mL에 벤질아민(3.4 mL, 30.8 mmol)이 용해시킨 다음, 여기에 합성예 1.1의 화합물(8 g, 30.8 mmol) 및 트리메틸아민(8.5 mL, 69.6 mmol)을 순차적으로 첨가하고, 60 ℃로 승온하여 1시간 동안 반응시켰다. 반응 종료 후, 용매를 제거하고, 디클로로메탄과 물을 이용하여 추출하였다. 유기층을 건조제(황산마그네슘)으로 건조한 뒤, 감압 증류하였다. 농축된 혼합물은 컬럼크로마토그래피법으로 정제하여 백색 고체의 목적하는 화합물을 얻었다. 얻어진 화합물의 분석 결과 종래 알려진 데이터 값과 일치하였다. 수율 80%(6.2g)Benzylamine (3.4 mL, 30.8 mmol) was dissolved in 60 mL of anhydrous ethanol at 0 ° C in a nitrogen stream. To the solution was added the compound of Synthesis 1.1 (8 g, 30.8 mmol) and trimethylamine (8.5 mL, 69.6 mmol) , The temperature was raised to 60 占 폚, and the reaction was carried out for 1 hour. After completion of the reaction, the solvent was removed, and extraction was performed using dichloromethane and water. The organic layer was dried with a drying agent (magnesium sulfate), and then distilled under reduced pressure. The concentrated mixture was purified by column chromatography to give the desired compound as a white solid. The analytical results of the obtained compound were consistent with data values known in the art. Yield 80% (6.2 g)

합성예Synthetic example 1.3. (1- 1.3. (One- 벤질아지리딘Benzyl aziridine -2-일)메탄올Yl) methanol

디에틸에테르 130 ml에 합성예 1.2의 화합물(6.2 g, 30.2 mmol)을 용해시킨 뒤, 리튬알루미늄하이드라이드(2.29 g, 60.4 mmol)를 천천히 첨가하고, 상온에서 3시간동안 교반하였다. 반응 종료 후 물(2.3 mL)을 첨가하여 퀸칭시키고, 15% NaOH 수용액(2.3 mL) 및 물(6.9 mL)를 첨가한 다음 혼합물을 여과하였다. 반응혼합물을 에틸아세테이트로 추출한 뒤, 유기층은 건조제로 건조하고, 감압하여 용매를 제거함으로서 황색 분말 형태의 목적하는 화합물을 얻었다. 얻어진 화합물의 분석 결과 종래 알려진 데이터 값과 일치하였다. 수율 87%(4.31g)After dissolving the compound of Synthesis Example 1.2 (6.2 g, 30.2 mmol) in 130 ml of diethyl ether, lithium aluminum hydride (2.29 g, 60.4 mmol) was added slowly and stirred at room temperature for 3 hours. After completion of the reaction, water (2.3 mL) was added to quenched, 15% aqueous NaOH solution (2.3 mL) and water (6.9 mL) were added and the mixture was then filtered. After extracting the reaction mixture with ethyl acetate, the organic layer was dried with a drying agent and the solvent was removed under reduced pressure to obtain the desired compound in the form of a yellow powder. The analytical results of the obtained compound were consistent with data values known in the art. Yield 87% (4.31 g)

합성예Synthetic example 1.4. 1-벤질-2-((( 1.4. Benzyl-2 - ((( 디메틸(비닐)실릴Dimethyl (vinyl) silyl )) 옥시Oxy )) 메틸methyl )아지리딘(1)) Aziridin (1)

질소 기류하의 상온에서 증류시킨 톨루엔 50 mL에 합성예 1.3의 화합물(5.5 g, 33.7 mmol) 및 트리에틸아민(5.0 mL, 36.1 mmol)을 첨가한 뒤 클로로디메틸(비닐)실란(5.1 mL, 35.4 mmol)을 천천히 첨가하였다. 반응 혼합물을 60 ℃로 승온하여 일야 반응시킨 뒤, 에틸아세테이트로 3회 추출하였다. 추출된 에틸아세테이트를 혼합한 뒤, 증류수로 세척한 뒤, 에틸아세테이트에 잔류하는 수분을 무수황산나트륨으로 제거하고, 감압 증류하여 노란색 오일형의 목적하는 화합물을 얻었다. 수율 92%)(7.7g)(5.5 g, 33.7 mmol) and triethylamine (5.0 mL, 36.1 mmol) were added to 50 mL of toluene distilled at room temperature under a nitrogen stream, and then chlorodimethyl (vinyl) silane (5.1 mL, 35.4 mmol ) Was slowly added. The reaction mixture was heated to 60 DEG C and allowed to react with the plate, and then extracted three times with ethyl acetate. The extracted ethyl acetate was mixed and then washed with distilled water. The water remaining in ethyl acetate was removed with anhydrous sodium sulfate and distilled under reduced pressure to obtain the desired compound in the form of a yellow oil. Yield: 92%) (7.7 g)

1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ 7.21 - 7.40 (m, 5H), 6.05 - 6.16 (m, 1H), 5.97 - 6.05 (m, 1H), 5.75 (dd, J=20.1, 4.0 Hz, 1H), 3.62 (dd, J=11.1, 5.6 Hz, 1H), 3.53 (dd, J=11.1, 5.6 Hz, 1H), 3.45 (s, 2H), 1.72 - 1.82 (m, 1H), 1.69 (s, 1H), 1.45 (d, J=6.1 Hz, 1H), 0.18 (s, 6H); 1 H NMR (500 MHz, CDCl 3) δ 7.21 - 7.40 (m, 5H), 6.05 - 6.16 (m, 1H), 5.97 - 6.05 (m, 1H), 5.75 (dd, J = 20.1, 4.0 Hz, 1H ), 3.62 (dd, J = 11.1, 5.6 Hz, 1H), 3.53 (dd, J = 11.1, 5.6 Hz, 1H), 3.45 (s, 2H), 1.72-1.82 1H), 1.45 (d, J = 6.1 Hz, 1H), 0.18 (s, 6H);

13C NMR (126 MHz, CDCl3) δ 139.1, 137.2, 133.3, 128.3, 129.9, 65.3, 64.3, 40.5, 31.2, -2.2, -2.3; 13 C NMR (126 MHz, CDCl 3) δ 139.1, 137.2, 133.3, 128.3, 129.9, 65.3, 64.3, 40.5, 31.2, -2.2, -2.3;

MS (ESI) m/z: [M + H]+ calcd for C14H22NOSi: 248.1465; found: 248.1429. MS (ESI) m / z: [M + H] + calcd for C 14 H 22 NOSi: 248.1465; found: 248.1429.

비교예Comparative Example 1.  One. PDMSPDMS 의 제조Manufacturing

베이스와 경화제가 포함된 Sylgard 184(Dow Corning) 실리콘 엘라스토머 키트를 사용하였다. PDMS를 제조하는 통상적인 합성방법은 비닐과 Si-H에 백금촉매를 첨가하는 것으로, 구체적으로, 베이스와 경화제를 10:1의 중량비로 혼합하고, 혼합물을 감압하에서 2시간 동안 방치하여 내부의 기포를 제거한 뒤, 80℃에서 2시간 동안 경화시켜 제조하였다.A Sylgard 184 (Dow Corning) silicone elastomer kit containing a base and a curing agent was used. Specifically, a base and a curing agent are mixed at a weight ratio of 10: 1, and the mixture is allowed to stand under reduced pressure for 2 hours to form an inner bubble Followed by curing at 80 ° C for 2 hours.

실시예Example 1.  One. aziPDMS의제조Preparation of aziPDMS

aziPDMS는 알려진 PDMS 제조방법을 이용하여 제조하였다. 도 1a에 개시한 바와 같이, 베이스(A), 경화제(B) 및 말단에 비닐기를 갖는 아지리딘(1)를 혼합하여 aziPDMS를 제조하였으며, 모델 엘라스토머로 Sylgard 184를 사용하였다. 구체적으로, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 몰드에 베이스와 경화제의 혼합물과 1-벤질-2-(((디메틸(비닐)실릴)옥시)메틸)아지리딘을 붓고, 내포된 기포를 제거하기 위해 진공데시케이터 안에 20분 동안 넣어 탈기하였다. 혼합물을 80℃에서 2시간 동안 열경화시켜 aziPDMS 필름을 제조하였다. The aziPDMS was prepared using the known PDMS preparation method. AziPDMS was prepared by mixing base (A), a curing agent (B) and an aziridine (1) having a vinyl group at the terminal thereof, and Sylgard 184 was used as a model elastomer. Specifically, 1-benzyl-2 - (((dimethyl) (vinyl) silyl) oxy) methyl) aziridine was poured into a polytetrafluoroethylene (PTFE) mold and a mixture of a base and a curing agent was added to remove the entrapped air bubbles Degassed in a vacuum desiccator for 20 minutes. The mixture was thermally cured at &lt; RTI ID = 0.0 &gt; 80 C &lt; / RTI &gt; for 2 hours to produce an azi PDMS film.

이때, 베이스:경화제:1-벤질-2-(((디메틸(비닐)실릴)옥시)메틸)아지리딘은 10:1:X 중량비로 혼합하였으며, X는 0.025 내지 0.2 중량비의 범위로 함유시켰다. X가 0.2보다 큰 경우에는 다량의 말단에 비닐기를 갖는 아지리딘에 의해 베이스와 경화제 사이의 가교 결합이 심각한 간섭 현상이 일어나 분말 또는 유성의 불투명한 PDMS가 제조되므로 바람직하지 않았다. At this time, the base: the hardener: 1-benzyl-2 - ((dimethyl (vinyl) silyl) oxy) methyl) aziridine was mixed in a weight ratio of 10: 1: X and X was contained in a range of 0.025 to 0.2 weight ratio. When X is larger than 0.2, crosslinking between the base and the curing agent is seriously interfered by aziridine having a vinyl group at a large amount of terminals, and powdery or oily opaque PDMS is produced, which is not preferable.

실시예 1.1Example 1.1

X가 0.025인 aziPDMSAziPDMS with X = 0.025

실시예 1.2Example 1.2

X가 0.05인 aziPDMSAziPDMS with X = 0.05

실시예 1.3Example 1.3

X가 0.1인 aziPDMSAziPDMS with X = 0.1

실시예 1.4Example 1.4

X가 0.125인 aziPDMSAziPDMS with X = 0.125

실시예 1.5Example 1.5

X가 0.15인 aziPDMSAziPDMS with X = 0.15

실시예 1.6Example 1.6

X가 0.2인 aziPDMSAziPDMS with X = 0.2

실시예Example 2. 카르복시산을 사용한 개환  2. Opening with Carboxylic Acid aziPDMSaziPDMS 의 제조Manufacturing

상이한 함량의 아지리딘을 가지는 aziPDMS 필름을 2.5 mM 5(6)-카르복시플루오레신 용액(메탄올:CH2Cl2=1:1; v/v)에 넣고 상온에서 18시간(또는 50℃ 정도의 약간 높은 온도에서 12시간)동안 인큐베이션 하였다. 다음으로, 메탄올과 CH2Cl2로 세척하여 미반응 5(6)-카르복시플루오레신을 제거한 뒤, 고온의 오븐 및 진공 하에서 건조하였다. AziPDMS films with different amounts of aziridine were placed in 2.5 mM 5 (6) -carboxyfluorescein solution (methanol: CH 2 Cl 2 = 1: 1; v / v) and incubated at room temperature for 18 hours 12 hours at slightly elevated temperature). Next, unreacted 5 (6) -carboxyfluorescein was removed by washing with methanol and CH 2 Cl 2 , and then dried under a high-temperature oven and vacuum.

실시예Example 3. 플루오르화 카르복시산, 페놀,  3. Fluorinated carboxylic acids, phenols, 티오페놀Thiophenol 및 아민 유도체를 사용한 개환  And amine derivatives aziPDMSaziPDMS 의 제조Manufacturing

플루오로화 카르복시산으로서 3,5-비스(트리플루오로메틸)벤조익산을, 페놀로서 2,3,4,5,6-펜타플로오로페놀을, 티오페놀로서 2,3,4,5,6-펜타플루오로벤젠티올을 사용하였다. aziPDMS 필름을 5(6)-카르복시플루오레신을 이용하는 제조예 3에 따른 방법과 유사한 방법으로 다양한 플루오르화 친핵체를 이용하여 aziPDMS 필름을 후개질하였다. aziPDMS는 각 플루오르화 화합물 20 mM THF 용액에서 인큐베이션하였다. 아민 유도체(4-트리플루오로메틸아닐린)의 경우, 후개질을 위해 루이스산(10 mM of BF3·OEt2) 을 첨가하였다. 루이스산을 이용한 아민에 대한 aziPDMS의 후개질은 불소화에 의한 아민의 감소된 친핵성에 기인한다. (Trifluoromethyl) benzoic acid as the fluorinated carboxylic acid, 2,3,4,5,6-pentafluorophenol as the phenol, 2,3,4,5,6 as the thiophenol - pentafluorobenzenethiol was used. The aziPDMS film was post-modified with a variety of fluorinated nucleophiles in a manner similar to that of Preparation 3 using 5 (6) -carboxyfluorescein. The aziPDMS was incubated in a 20 mM THF solution of each fluorinated compound. For the amine derivative (4-trifluoromethylaniline), Lewis acid (10 mM of BF 3 .OEt 2 ) was added for post-reforming. Post-modification of aziPDMS to amines with Lewis acid is due to reduced nucleophilicity of the amine by fluorination.

시험예 1. 1H NMR을 이용한 실릴 하이드라이드 폴리머(도 1a의 B; 경화제)와 말단에 비닐기를 갖는 아지리딘의 반응 결정 및 벤조산에 의한 개환 반응 검증:Test Example 1. Reaction determination of silylhydride polymer (B in FIG. 1A: curing agent) with aziridine having a vinyl group at the terminal and verification of ring opening reaction with benzoic acid using 1 H NMR:

도 5에 나타낸 바와 같이, PDMS 예비중합체의 열 경화공정은 실릴하이드라이드와 비닐 유도체 사이의 Pt(0) 촉매에 의한 하이드로 실릴화가교 결합의 기초가 된다. As shown in Fig. 5, the thermosetting process of the PDMS prepolymer is the basis for the hydrosilylation by the Pt (0) catalyst between the silylhydride and the vinyl derivative.

도 1a에서 도식화 한 바와 같이, 화합물 1(말단에 비닐기를 갖는 아지리딘)의 비닐기가 Pt 촉매의 존재하에서 실릴 하이드라이드와 결합하는지 확인하기 위하여 상온의 깨끗한 환경에서 Pt 촉매(Karstedt's catalyst, 1 mg, 0.001 mmol, 0.001%) 존재하에 화합물 1(120 mg, 0.48 mmol)에 B(600 mg)를 첨가하여 80℃에서 1.5 시간동안 교반시킨 혼합물의 1H NMR 스펙트럼을 측정하여 반응을 확인하였다.As shown in FIG. 1A, in order to confirm whether the vinyl group of Compound 1 (aziridine having a vinyl group at the terminal) bonds with the silyl hydride in the presence of the Pt catalyst, Pt catalyst (Karstedt's catalyst, 1 mg, B (600 mg) was added to Compound 1 (120 mg, 0.48 mmol) in the presence of a base (0.001 mmol, 0.001 mmol) and the mixture was stirred at 80 ° C for 1.5 hours. 1 H NMR spectrum of the mixture was measured to confirm the reaction.

도 6에서 하단의 검정색 1H NMR 스펙트럼은 출발 혼합물의 결과이며, 상단의 붉은색 1H NMR 스펙트럼은 반응 1.5시간 후의 결과이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 1H NMR 스펙트럼을 통해 화합물 1과 B 사이의 하이드로실릴화반응이 확인되었다. 화합물 1의 비닐 양성자에 상응되는 5.75, 6.01 및 6.10 ppm의 화학적 이동이 1.5 시간 내에 완전히 사라져서 목적하는 커플링 반응이 매우 효율적임을 확인하였다. 또한, 반응 후에도 아지리딘 고리 구조는 유지되었는데, 아지리딘 잔기에 상응하는 화학적 이동(1.45, 1.69 및 1.77 ppm)은 변하지 않고 유지되는 것을 통해 확인하였다.The black 1 H NMR spectrum at the bottom of Figure 6 is the result of the starting mixture and the red 1 H NMR spectrum at the top is the result after 1.5 hours of reaction. As shown in Fig. 6, the hydrosilylation reaction between compounds 1 and B was confirmed through 1 H NMR spectrum. The chemical shifts of 5.75, 6.01 and 6.10 ppm, corresponding to the vinyl protons of Compound 1, completely disappeared within 1.5 hours, confirming that the desired coupling reaction was very efficient. The aziridine ring structure was also maintained after the reaction, confirming that the chemical shifts corresponding to the aziridine residues (1.45, 1.69 and 1.77 ppm) remained unchanged.

다음으로, 공유 결합된 아지리딘이 카르복실산 유도체와 효과적인 개환 반응을 수행할 수 있는지 확인하였다. 구조적으로 단순한 화합물인 벤조산을 이용하여 실험을 실시하였다. 디클로로메탄(3 ml) 중의 벤조산(67.0 mg, 0.55 mmol)을 상온에서 13시간 동안 아지리딘 기능화된 예비중합체에 첨가하였다. 1H NMR로 확인한 결과 아지리딘의 개환 반응은 공유결합된 아지리딘의 양성자에 상응하는 1.45, 1.69 및 1.77 ppm에서의 화학적 이동이 완전히 사라져서, 원하는 개환 반응이 정량적으로 완료되었음이 확인되었다. Next, it was confirmed that the covalently bonded aziridine was able to carry out an effective ring-opening reaction with the carboxylic acid derivative. Experiments were carried out using a structurally simple compound, benzoic acid. Benzoic acid (67.0 mg, 0.55 mmol) in dichloromethane (3 ml) was added to the aziridine functionalized prepolymer at room temperature for 13 hours. The 1 H NMR confirmed that the ring opening reaction of aziridine completely abolished the chemical shifts at 1.45, 1.69 and 1.77 ppm corresponding to the protons of the covalently bound aziridine, indicating that the desired ring opening reaction was quantitatively completed.

시험예 2. X선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy; XPS) 분석:Test Example 2. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis:

도 1c에 나타낸 바와 같이, 실시예 1의 aziPDMS와 비교예 1의 PDMS의 겉보기 광학 투명도는 구별되지 않았다. 실시예 1의 aziPDMS와 비교예 1의 PDMS의 표면 젖음성은 유사하였다(△θ=6°).As shown in Fig. 1C, the apparent optical transparency of the aziPDMS of Example 1 and the PDMS of Comparative Example 1 was not distinguished. The surface wettability of the aziPDMS of Example 1 and the PDMS of Comparative Example 1 were similar ([Delta] [theta] = 6 [deg.]).

XPS를 이용한 구조분석을 하기 위해 aziPDMS를 불순물 없는 헥산과 디클로로메탄에 각각, 6시간 동안 침지한 다음 헹구었다. 하기 도 1d에 나타낸 바와 같이, aziPDMS의 스캔 조사에서 PDMS 백본에 해당하는 Si2p (~102 eV) 및 O1s (~532 eV) 신호를 나타내었으며, 아지리딘 팬던트에 해당하는 C1s (~284eV) 및 N1s (~398 eV)신호가 나타났다. 표 1에 나타낸 바와 같이, PDMS 및 aziPDMS에서 모두 계산값과 실험값의 원자 농도(원자%)가 일치하였다. For the structural analysis using XPS, aziPDMS was immersed in impurity-free hexane and dichloromethane for 6 hours, respectively, and rinsed. (~ 102 eV) and O1s (~ 532 eV) signals corresponding to the PDMS backbone in the scan of azi PDMS, and C1s (~ 284 eV) and N1s (~ 284 eV) corresponding to the aziridine pendant ~ 398 eV) signal appeared. As shown in Table 1, both the calculated value and the atomic concentration (atomic%) of the experimental values in PDMS and aziPDMS were in agreement.

깊이 프로파일 XPD 스캔은 aziPDMS 표면을 에칭하여 수행하였다(에칭속도 : ~5 nm/min). aziPDMS의 깊이 프로파일은 에칭하는 동안 Si와 O의 원자%가 가장 높았고, c가 가장 낮은 원자%를 나타냈다. 흥미로롭게도 aziPDMS의 N1s의 원자%는 측정하는 동안 일정하였으며, 이는 아지리딘이 표면과 내부에서 동일하게 존재하는 것을 의미한다.Depth profile XPD scans were performed by etching the aziPDMS surface (etch rate: ~ 5 nm / min). The depth profile of aziPDMS showed the highest atomic% of Si and O and the lowest atomic% c during the etching. Interestingly, the atomic% of N1s of aziPDMS was constant during the measurement, which means that aziridine is equally present on the surface and inside.

contents
contents
원자%atom%
SiSi CC OO NN
PDMS

PDMS
calcdb calcd b 25.025.0 50.050.0 25.025.0 0.00.0
exptlc exptl c 29.429.4 43.943.9 26.726.7 0.00.0 aZiPDMSa
aZiPDMS a
calcdd calcd d 24.624.6 50.750.7 24.624.6 0.10.1
exptlc exptl c 27.327.3 47.647.6 24.624.6 0.50.5

a. 베이스:경화제:말단이 비닐인 아지리딘(1)의 중량비 10:1:0.2a. Base: Hardener: Aziridine (1) at a terminal vinyl ratio of 10: 1: 0.2

b. 원자%는 (SiOC2)를 반복단위로 사용하여 계산함b. Atomic% is calculated using (SiOC 2 ) as the recurring unit.

c. 결과 데이터는 3번 측정한 평균값임c. Result data is average value measured 3 times

d. 아지리딘 펜던트가 있거나 또는 없는 실록산 반복단위의 분자량(Mw)은 74임d. The molecular weight (Mw) of the siloxane repeating unit with or without the aziridine pendant is 74

시험예 3. 5(6)-카복실플루오레신에 의한 개환 aziPDMS의 광발광 스펙트럼에서의 λmax의 적색이동:Test Example 3. Red shift of? Max in the photoluminescence spectrum of ring-opened aziPDMS by 5 (6) -carboxylic fluorosine:

표면 깊이는 임계값 방법을 사용한 이미지 분석을 통해 결정하였다. 후개질의 표면 깊이를 결정하기 위해서, 극성 및 비극성 용액에서 두 종류의 다른 광발광성 개환시약을 이용하여 aziPDMS를 기능화하였다. 다기능화된 aziPDMS 필름의 광발광 이미지를 얻었으며, 상기 이미지를 소프트웨어(ImageJ)를 사용하여 회색조 이미지로 변환하였으며, 상기 회색조 이미지를 이용하여 단일 강도 값을 기준으로 이미지를 분석하였다. 각 픽셀에서의 그레이 레벨 강도는 컬러 이미지에서 적색, 녹색 및 청색 부분에 대한 컬러값의 평균으로 계산하였다. 최대 엔트로피 한계점을 적용하여 회색 음영 이미지에서 2진(흑색 및 백색) 이미지를 생성하였다. 상기 방법을 사용하면 모든 이미지 픽셀을 전경(본 발명의 아지리딘이 5(6)-카르복시플루오레신에 의해 개환된 영역) 또는 배경 픽셀로 분류할 수 있다. 첫 번째 후개질 후 표면깊이의 백분율은 라인에서 필름의 폭의 절반에 대한 흰색 픽셀(표면 후개질에 해당)의 폭의 비율을 결정하고, 10개 이상의 각 샘플로부터 평균하여 추정하였다. Surface depth was determined by image analysis using the threshold method. To determine the surface depth of the post-modification, aziPDMS was functionalized using two different photoluminescent ring-opening reagents in polar and nonpolar solutions. A photoluminescent image of the multifunctional aziPDMS film was obtained and the image was converted into a grayscale image using software (ImageJ) and the image was analyzed on the basis of a single intensity value using the grayscale image. The gray level intensity at each pixel was calculated as the average of the color values for the red, green, and blue portions in the color image. A binary (black and white) image was generated from grayscale images by applying a maximum entropy threshold. Using this method, all image pixels can be classified into foreground (regions where the aziridine of the present invention is open by 5 (6) -carboxyfluorescene) or background pixels. The percentage of the surface depth after the first post-reform was determined by determining the ratio of the width of white pixels (corresponding to post-surface modification) to half the width of the film in the line and averaging from each of the 10 or more samples.

아지리딘의 개환 반응을 통한 aziPDMS의 후개질은 먼저 카르복실산 유도체로 실시하였다. 질소 분위기 하에서 주변 온도 또는 50℃와 같은 약간 높은 온도의 조건으로 전자공여성 치환기(본 발명의 벤질 N-치환체)를 갖는 아지리딘을 촉매 및 첨가제 없이 카르복시산으로 처리하여 개환 반응시켰다.Post-modification of aziPDMS via ring opening of aziridine was first carried out with carboxylic acid derivatives. Aziridine having an electron donating substituent (benzyl N-substituent of the present invention) was subjected to ring-opening reaction with a catalyst and an additive-free carboxylic acid under a nitrogen atmosphere at a relatively high temperature such as an ambient temperature or 50 ° C.

카르복시산의 산성 양성자는 아지리딘의 질소 원자의 고립전자쌍과 반응한다. 이 반응은 활성화된 아지리디늄 구조를 생성하고, 이어서 카복실레이트의 후속첨가가 일어난다. 상기 아지리딘의 개환 반응은 우수한 화학적 및 위치 선택성과 높은 수율(> 90 %)을 나타낸다. aziPDMS의 후개질을 가시화하기 위하여 aziPDMS 내부의 아지리딘과 광발광 카복실산 유도체인 5(6)-카르복시플루오세인을 반응시켜 매핑 분석을 실시하였다.The acidic proton of the carboxylic acid reacts with the lone electron pair of the nitrogen atom of the aziridine. This reaction produces an activated aziridinium structure, followed by subsequent addition of the carboxylate. The ring opening reaction of the aziridine exhibits excellent chemical and positional selectivity and high yield (> 90%). Mapping analysis was performed by reacting aziridine in aziPDMS with 5 (6) - carboxyfluoscein, a photoluminescent carboxylic acid derivative, to visualize the post - modification of aziPDMS.

상온에서 실시예 1.6의 aziPDMS 및 비교예 1의 PDMS를 2.5 mM 5(6)-카르복시플루오레신 메탄올:CH2Cl2=1:1(부피비) 용액에 18시간 동안 배양한 다음, 메탄올 및 CH2Cl2로 세척하여 미반응 5(6)-카르복시플루오세인을 제거하였다. At room temperature, aziPDMS of Example 1.6 and PDMS of Comparative Example 1 were incubated in a solution of 2.5 mM 5 (6) -carboxyfluoresin methanol: CH 2 Cl 2 = 1: 1 (by volume) for 18 hours, 2 &lt; RTI ID = 0.0 &gt; Cl2 &lt; / RTI &gt; to remove unreacted 5 (6) -carboxyflucecein.

도 2a에 나타낸 바와 같이, 자외선(수은 UV램프의 254 nm; 24 W)의 조사 시, 실시예 1.6의 aziPDMS는 육안으로 쉽게 관찰되는 광발광을 방출하는 반면, 비교예 1의 PDMS는 광발광을 방출하지 않았다. 상기와 같은 결과는 아지리딘과 카르복시산의 개환 반응이 효율적이고 직교하여 이루어짐을 의미한다. As shown in FIG. 2A, aziPDMS of Example 1.6 emits light easily visible to the naked eye when irradiated with ultraviolet rays (254 nm; 24 W of a mercury UV lamp), whereas PDMS of Comparative Example 1 emits light Did not release. The above results indicate that the ring-opening reaction of aziridine and carboxylic acid is efficient and orthogonal.

도 7에 나타낸 바와 같이, aziPDMS의 광발광 스펙트럼은 ~531 nm에서 λmax를 나타내었다. 상기 방출 밴드는 용액 상에서 자유 5(6)-카르복시플루오레신에 비해 약간 적색 이동(△λmax =~10)하였다(λmax = ~521 nm in methanold). 상기 λmax의 적색 이동은 aziPDMS의 골격에 공유결합된 5(6)-카르복시플루오레신을 확인할 수 있는 지표로, PDMS에 연결된 5(6)-카르복시플루오레신 분자 사이의 상호작용은 λmax의 변화를 유도하기 때문이다.As shown in FIG. 7, the photoluminescence spectrum of aziPDMS exhibited? Max at? 531 nm. The emission band was slightly reddish (Δλ max = ~ 10) in solution (λ max = ~ 521 nm in methanold) relative to free 5 (6) -carboxyfluorescine. The red shift of λ max is an indicator to identify 5 (6) -carboxyfluorescein covalently attached to the skeleton of aziPDMS, and the interaction between 5 (6) -carboxyfluorescein molecules linked to PDMS is λ max Because it induces change.

시험예 4. 신장성 평가Test Example 4. Evaluation of Elongation

아지리딘과 5(6)-카르복시플루오레신의 개환 반응 전과 후에 실시예 1.6의 aziPDMS의 탄성계수를 측정하여 실시예 1.6의 aziPDMS의 탄성 특성이 후개질시 변화하는지 여부를 확인하였다. 도 2b는 카르복시산 화합물(5(6)-카르복시플루오세인)에 의한 개환 반응 전 후의 PDMS 및 aziPDMS 섬유의 강도-신장 곡선이다. 미처리 및 개환 aziPDMS에 대한 인장 강도는 각각 0.66MPa 및 0.51 MPa의 유의적이지 않은 변화(~×1.3)를 나타내었다. The modulus of elasticity of the aziPDMS of Example 1.6 before and after the ring opening reaction of aziridine and 5 (6) -carboxyfluorescein was measured to determine whether the elastic properties of aziPDMS of Example 1.6 changed during post-reforming. FIG. 2B is an intensity-elongation curve of the PDMS and aziPDMS fibers before and after the ring-opening reaction with the carboxylic acid compound (5 (6) -carboxyfluoscein). The tensile strengths for untreated and open aziPDMS were 0.66 MPa and 0.51 MPa, respectively (~ 1.3).

한편, 도 2c는 상이한 연신율에 따른 본 발명의 개환 aziPDMS 섬유의 이미지를 나타낸 결과로, 200% 까지 충분히 신장되는 것이 확인되었다. On the other hand, FIG. 2C shows an image of the ring-opened aziPDMS fiber of the present invention at different elongation ratios, and it was confirmed that the elongated aziPDMS fibers stretched to 200% sufficiently.

시험예 5. 호환성 연구Test Example 5. Compatibility Study

본 발명에 따른 aziPDMS와 종래의 PDMS가 호환될 수 있는지 확인하기 위하여 도 2d와 같이 PDMS와 aziPDMS를 반복하여 열경화시켜 적층 구조를 제조하였다. 구조 전체에 대한 매핑 분석을 수행하기 위하여 제조된 적층 구조의 필름을 5(5)-카르복시플루오세인 용액에 배양하였다. 도 2d에 나타낸 바와 같이, 광발광은 PDMS 영역이 아닌 aziPDMS 영역에서 선택적으로 관찰되었으며, aziPDMS 영역이 선택적으로 후개질된 것을 확인하였다. 상기와 같은 결과를 통해 aziPDMS에서 아지리딘의 개환 반응이 PDMS 지지체의 후개질에 효율적이라는 것을 확인하였다.In order to confirm that the aziPDMS according to the present invention can be compatible with the conventional PDMS, PDMS and aziPDMS were repeatedly thermally cured to produce a laminate structure as shown in FIG. 2d. To perform the mapping analysis on the entire structure, the prepared laminated film was cultured in a 5 (5) -carboxyfluoscein solution. As shown in FIG. 2d, the photoluminescence was selectively observed in the azi PDMS region other than the PDMS region, and the azi PDMS region was selectively post-modified. From the above results, it was confirmed that the ring opening reaction of aziridine in aziPDMS was effective for post-reforming the PDMS support.

시험예 6. 아지리딘 함량에 따른 aziPDMS의 특성 평가Test Example 6. Characterization of aziPDMS according to aziridine content

실시예 1에서의 방법으로 베이스 및 경화제의 중량비는 동일하게 유지하면서, 말단이 비닐인 아지리딘의 중량비 x를 조절하여 aziPDMS 내부의 아지리딘 함량이 상이한 aziPDMS 필름을 제조하고, 아지리딘 함량에 따른 특성을 평가하였다. AziPDMS films different in aziridine content in aziPDMS were prepared by adjusting the weight ratio x of aziridine having a terminal vinyl to the base while maintaining the weight ratio of the base and the curing agent in the same manner as in Example 1 and the properties according to the aziridine content .

도 3a는 실시예 1.1 내지 1.5에 따른 aziPDMS 필름으로 외관상 광학 투명도에서 미미한 변화가 관찰되었다. 또한, 도 3b에 나타낸 UV-vis 흡수스펙트럼을 참조하면, 아지리딘의 양이 증가함에 따라 259 nm에서의 흡수 밴드의 강도가 선형적으로 증가하였다. Figure 3a shows a slight change in apparent optical clarity in aziPDMS films according to Examples 1.1 to 1.5. In addition, referring to the UV-vis absorption spectrum shown in Fig. 3B, the intensity of the absorption band at 259 nm linearly increased as the amount of aziridine increased.

아지리딘 함량 구배에 따른 개환 반응을 확인하기 위하여, 실시예 1.1 내지 1.5에 따른 aziPDMS 필름을 상온에서 18시간 동안 2.5 mM 5(6)-카르복시플루오레신 용액에 배양한 다음, 클로로포름 및 메탄올로 세척하고, 고온의 오븐 및 진공하에서 건조시켰다. 도 3c는 가시광선 및 UV 조사 하에서 촬영한 상기 필름들의 이미지이다. 개환된 aziPDMS의 광발광 강도는 말단이 비닐인 아지리딘의 함량 증가에 따라 함께 증가하였다. 상기와 같은 결과를 통해 도 3d에 나타낸 바와 같이, 광발광 방출 특성이 아지리딘의 함량과 선형적 상관관계가 있음을 확인하였다. To confirm the ring opening reaction with the aziridine content gradient, the aziPDMS films according to Examples 1.1 to 1.5 were incubated in a 2.5 mM 5 (6) -carboxyfluorescein solution for 18 hours at room temperature and then washed with chloroform and methanol , Dried in a hot oven and under vacuum. Figure 3c is an image of the films taken under visible light and UV irradiation. The photoluminescence intensities of ring - opened aziPDMS increased with increasing aziridine content. As shown in FIG. 3D, it was confirmed that the photoluminescence emission characteristics were linearly correlated with the content of aziridine.

시험예 7. 기질 범위 평가Test Example 7. Evaluation of Substrate Range

aziPDMS 개환의 기질로 카르복시산, 티올, 알콜 및 아민 유도체와 같은 다양한 작용기를 갖는 화합물이 사용될 수 있다. 특히 불소 원자는 XPS 측정에서 강한 신호를 내기 때문에 aziPDMS의 개환 반응의 여부를 XPS로 확인하는 것이 용이하므로, 본 발명에서는 불소 함유 화합물을 실험에 이용하였다. Compounds having various functional groups such as carboxylic acid, thiol, alcohol and amine derivatives as a substrate for aziPDMS exchange may be used. Particularly, since fluorine atoms give a strong signal in XPS measurement, it is easy to confirm whether or not ring opening reaction of aziPDMS is due to XPS. Therefore, in the present invention, a fluorine-containing compound was used for the experiment.

실시예 1.1 내지 1.5의 aziPDMS 및 비교예 1의 PDMS를 3시간 또는 6시간 동안 상온에서 0.25 mM 불소함유 화합물의 THF 용액으로 처리한 뒤, 순수한 THF, CH2Cl2 및 메탄올로 세척하고, 고온의 오븐 및 진공하에서 건조하였다. 도 3e에 나타낸 바와 같이, F1s 피크가 개환 aziPDMS의 XPS 스펙트럼에서는 나타났으나, PDMS에서는 검출되지 않았다. 상기와 같은 결과는 개질 후 아지리딘의 개환 반응의 넓은 기질 범위를 나타낸다.AziPDMS of Examples 1.1 to 1.5 and PDMS of Comparative Example 1 were treated with a THF solution of 0.25 mM fluorine-containing compound at room temperature for 3 hours or 6 hours, then washed with pure THF, CH 2 Cl 2 and methanol, Dried in an oven and under vacuum. As shown in FIG. 3E, the F1s peak appeared in the XPS spectrum of ring-opened aziPDMS, but not in PDMS. The above results show a wide substrate range of the ring opening reaction of aziridine after the modification.

시험예 8. 표면 습윤성을 이용한 평가Test Example 8. Evaluation using surface wettability

도 1c에 나타낸 바와 같이, 통상적인 PDMS는 일반적으로 낮은 습윤성을 나타낸다(물방울의 정적 접촉각 θ=~113°). 물이나 메탄올과 같은 높은 유전 상수의 액체에 의해서는 매우 낮은 습윤성을 나타내는 반면, n-헥산이나 클로로포름과 같은 낮은 유전 상수의 액체에 의해서는 표면에서 대부분의 영역으로 확산되어 PDMS가 팽창한다. 이러한 PDMS의 표면 습윤성을 이용하여 aziPDMS의 위치 특이성(표면 대 부피) 후개질을 추가로 입증하였다. As shown in Figure Ic, conventional PDMS generally exhibits low wettability (static contact angle of water droplet &amp;thetas; = ~ 113 DEG). The PDMS exhibits very low wettability by liquids of high dielectric constant such as water or methanol, whereas PDMS spreads to most regions on the surface by low dielectric constant liquids such as n-hexane or chloroform. The surface wettability of these PDMSs further exploited the post-modification of the aziPDMS post-site specificity (surface-to-volume).

도 4에 나타낸 것과 같이, aziPDMS을 입방체(1cm×1cm×1cm)로 제작한 뒤, 50 ℃에서 12 시간 동안 광발광 화합물(0.25 mM 5(6)-카르복시플루오레신)을 함유하는 극성용액(CHCl3:MeOH = 1:5 부피비)에서 배양한 뒤, 순수한 CHCl3 및 MeOH로 세척하고, 고온의 오븐 및 진공하에서 건조하였다. 건조된 입방체를 다른 광발광 화합물(254 nm UV 조사하에 청색 광발광을 방출하는 0.25 mM 7-하이드록시쿠마린)을 함유하는 보다 낮은 극성의 용액(CHCl3:MeOH = 5:1 부피비)에서 순차적으로 배양하였다. 입방체를 순수한 CHCl3 및 MeOH로 세척하고, 고온의 오븐 및 진공하에서 건조하고, 세절하였다. As shown in Fig. 4, aziPDMS was made into a cubic body (1 cm x 1 cm x 1 cm), and then a polar solution (0.25 mM 5 (6) -carboxyfluorescein) CHCl 3 : MeOH = 1: 5 by volume), washed with pure CHCl 3 and MeOH, and dried under high temperature oven and vacuum. Solution is lower than the other light emitting compounds containing the dried cubes (0.25 mM 7- that emits blue light emission under 254 nm UV irradiation hydroxy coumarin) polarity (CHCl 3: 1 volume ratio: MeOH = 5) in sequence in the Lt; / RTI &gt; Washing the cubes in pure CHCl 3 and MeOH, and dried under a high-temperature oven and vacuum, and sejeol.

자외선 조사시 입방체는 표면과 내부에서 각각 노란색과 청색의 광발광을 보였다(도 4a). aziPDMS의 이러한 부위 특이적인 후개질은 세절된 필름의 광발광 이미지에서도 확인되었다. 후개질의 표면 깊이는 용액의 극성을 구배를 형성함으로써 제어될 수 있다. 광발광 화합물인 5(6)-카르복시플루오레신을 다양한 부피비의 CHCl3:MeOH 공용매(0:100~60:40)에 용해시킨 뒤, aziPDMS 입방체를 각각 배양한 뒤, 세척하고, 잔류 내부 부위를 후개질 시키기 위해 비극성 용액(CHCl3:MeOH = 9:1 부피비)에서 배양하였다. 표면 깊이는 상기의 이미지 분석방법을 이용하여 추정하였다. 표면 개질 후 용액 내 메탄올의 부피가 감소함에 따라 도 4b에 나타낸 바와 같이, 개질된 표면 깊이가 증가하였다. 이러한 경향은 메탄올의 부피비(용매의 극성과 직접적으로 관련이 있음)와 전체 표면의 절반 폭에 대한 첫 번째 개질 후 표면 깊이의 비율로 정의되는 % 표면 깊이를 연관시킴으로써 확인할 수 있다(도 4c). % 표면 깊이는 메탄올 비율이 70%인 지점에서 변화하기 시작하였다. When irradiated with ultraviolet light, the cube showed yellow and blue light emission on the surface and inside, respectively (Fig. 4A). This site-specific post-modification of aziPDMS was also confirmed in the photoluminescent image of the chopped film. The surface depth of the post-reform can be controlled by forming a gradient of the polarity of the solution. The photoluminescent compound 5 (6) -carboxyfluorescein was dissolved in various volume ratios of CHCl 3 : MeOH co-solvent (0: 100 to 60:40), then the aziPDMS cube was cultured, washed, They were cultured in a non-polar solution to modified after (1 volume CHCl 3:: MeOH = 9) . The surface depth was estimated using the above image analysis method. As the volume of methanol in the solution decreased after surface modification, the modified surface depth increased as shown in Figure 4b. This tendency can be confirmed by relating the% surface depth defined by the ratio of the volume ratio of methanol (directly related to the polarity of the solvent) to the half-width of the entire surface to the first post-modification surface depth (FIG. The% surface depth began to change at a point where the methanol ratio was 70%.

Claims (9)

하기 [화학식 1]로 표시되는 고분자:
[화학식 1]
Figure 112018078840426-pat00012

상기 [화학식 1]에서,
Ph는 페닐기이고,
a는 1 내지 20의 정수이고,
b는 0 내지 20의 정수이고,
c는 1 내지 20의 정수이고,
l은 1 내지 20의 정수이고,
m은 1 내지 20의 정수이다.
A polymer represented by the following formula 1:
[Chemical Formula 1]
Figure 112018078840426-pat00012

In the above formula (1)
Ph is a phenyl group,
a is an integer of 1 to 20,
b is an integer of 0 to 20,
c is an integer of 1 to 20,
l is an integer of 1 to 20,
m is an integer of 1 to 20;
제1항에 있어서,
카르복시산, 알콜, 아민기 또는 티올기 포함하는 화합물과 반응하여 아지리딘기가 개환되며, 상기 화합물이 개환된 아지리딘 모이어티에 부착되는 것을 특징으로 하는 고분자.
The method according to claim 1,
Wherein the aziridine group is opened by reacting with a compound containing a carboxylic acid, an alcohol, an amine group or a thiol group, and the compound is attached to the ring-opened aziridine moiety.
제1항에 있어서,
신축성을 나타내는 것을 특징으로 하는 고분자.
The method according to claim 1,
Wherein the polymer exhibits elasticity.
하기 [화학식 2]로 표시되는 화합물, 하기 [화학식 3]으로 표시되는 화합물 및 하기 [화학식 4]로 표시되는 화합물을 카르스테트 촉매(karstedt' catalyst) 하에서 반응시켜 하기 [화학식 1]로 표시되는 고분자를 제조하는 단계;를 포함하는 아지리딘기를 보유한 폴리디메틸실록산계 고분자의 제조방법:
[화학식 2]
Figure 112018078840426-pat00013

[화학식 3]
Figure 112018078840426-pat00014

[화학식 4]
Figure 112018078840426-pat00015

[화학식 1]
Figure 112018078840426-pat00016

상기 [화학식 1] 내지 [화학식 4]에서,
Ph는 페닐기이고,
a는 1 내지 20의 정수이고,
b는 0 내지 20의 정수이고,
c는 1 내지 20의 정수이고,
l은 1 내지 20의 정수이고,
m은 1 내지 20의 정수이고,
n은 2 내지 30의 정수이고,
a + b + c = n 이다.
A compound represented by the following formula (2), a compound represented by the following formula (3) and a compound represented by the following formula (4) are reacted under a karstedt catalyst to obtain a compound represented by the following formula A process for producing a polydimethylsiloxane-based polymer having an aziridine group, comprising:
(2)
Figure 112018078840426-pat00013

(3)
Figure 112018078840426-pat00014

[Chemical Formula 4]
Figure 112018078840426-pat00015

[Chemical Formula 1]
Figure 112018078840426-pat00016

In the above Chemical Formulas 1 to 4,
Ph is a phenyl group,
a is an integer of 1 to 20,
b is an integer of 0 to 20,
c is an integer of 1 to 20,
l is an integer of 1 to 20,
m is an integer of 1 to 20,
n is an integer from 2 to 30,
a + b + c = n.
제4항에 있어서,
상기 반응은 50 내지 100 ℃에서 0.5 내지 3시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the reaction is carried out at 50 to 100 DEG C for 0.5 to 3 hours.
제4항에 있어서,
상기 [화학식 4]의 화합물은 (1-벤질아지리딘-2-일)메탄올과 클로로디메틸(비닐)실란을 40 내지 80 ℃로 반응시킴으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the compound of Formula 4 is prepared by reacting (1-benzylaziridin-2-yl) methanol with chlorodimethyl (vinyl) silane at 40 to 80 ° C.
제6항에 있어서,
상기 (1-벤질아지리딘-2-일)메탄올은,
에틸 2,3-디브로모프로파노에이트와 벤질아민을 질소 기류 및 트리에틸아민 존재 하에서 반응시켜 에틸 1-벤질아지리딘-2-카복실레이트를 제조하는 단계; 및
상기 에틸 1-벤질아지리딘-2-카복실레이트를 리튬알루미늄하이드라이드와 반응시키는 단계;를 포함하여 수행하여 제조되는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 6,
The above (1-benzylaziridin-2-yl)
Reacting ethyl 2,3-dibromopropanoate with benzylamine in the presence of a nitrogen stream and triethylamine to produce ethyl 1-benzylaziridine-2-carboxylate; And
Reacting the ethyl 1-benzyl aziridine-2-carboxylate with lithium aluminum hydride.
제4항에 있어서,
상기 [화학식 2]로 표시되는 화합물 10 중량부에 대하여, 상기 [화학식 3]으로 표시되는 화합물 0.5 내지 2 중량부 및 상기 [화학식 4]로 표시되는 화합물 0.02 내지 0.2 중량부로 반응시키는 것을 특징으로 하는 제조방법.
5. The method of claim 4,
0.5 to 2 parts by weight of the compound represented by the formula (3) and 0.02 to 0.2 part by weight of the compound represented by the formula (4) are added to 10 parts by weight of the compound represented by the formula (2) Gt;
제4항에 있어서,
상기 [화학식 1]로 표시되는 화합물을 카르복시산, 알콜, 아민기 또는 티올기 포함하는 화합물과 반응시켜 [화학식 1]의 아지리딘기를 개환시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
5. The method of claim 4,
Reacting a compound represented by the formula (1) with a compound containing a carboxylic acid, an alcohol, an amine group or a thiol group to ring an aziridine group of the formula (1).
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