KR102251167B1 - Novel betaine compounds, dye compositions comprising the same and uses thereof - Google Patents

Novel betaine compounds, dye compositions comprising the same and uses thereof Download PDF

Info

Publication number
KR102251167B1
KR102251167B1 KR1020190156739A KR20190156739A KR102251167B1 KR 102251167 B1 KR102251167 B1 KR 102251167B1 KR 1020190156739 A KR1020190156739 A KR 1020190156739A KR 20190156739 A KR20190156739 A KR 20190156739A KR 102251167 B1 KR102251167 B1 KR 102251167B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
group
substituted
discoloration
unsubstituted
compound
Prior art date
Application number
KR1020190156739A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
손영아
사티쉬 쿠마르 랑가라주
Original Assignee
충남대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 충남대학교산학협력단 filed Critical 충남대학교산학협력단
Priority to KR1020190156739A priority Critical patent/KR102251167B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102251167B1 publication Critical patent/KR102251167B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D213/00Heterocyclic compounds containing six-membered rings, not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom and three or more double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C07D213/02Heterocyclic compounds containing six-membered rings, not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom and three or more double bonds between ring members or between ring members and non-ring members having three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C07D213/04Heterocyclic compounds containing six-membered rings, not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom and three or more double bonds between ring members or between ring members and non-ring members having three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members having no bond between the ring nitrogen atom and a non-ring member or having only hydrogen or carbon atoms directly attached to the ring nitrogen atom
    • C07D213/24Heterocyclic compounds containing six-membered rings, not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom and three or more double bonds between ring members or between ring members and non-ring members having three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members having no bond between the ring nitrogen atom and a non-ring member or having only hydrogen or carbon atoms directly attached to the ring nitrogen atom with substituted hydrocarbon radicals attached to ring carbon atoms
    • C07D213/28Radicals substituted by singly-bound oxygen or sulphur atoms
    • C07D213/30Oxygen atoms
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09BORGANIC DYES OR CLOSELY-RELATED COMPOUNDS FOR PRODUCING DYES, e.g. PIGMENTS; MORDANTS; LAKES
    • C09B67/00Influencing the physical, e.g. the dyeing or printing properties of dyestuffs without chemical reactions, e.g. by treating with solvents grinding or grinding assistants, coating of pigments or dyes; Process features in the making of dyestuff preparations; Dyestuff preparations of a special physical nature, e.g. tablets, films

Abstract

The present invention relates to a novel betaine-based compound, a dye composition comprising the same, and a use thereof, wherein the compound has water discoloration, ionic discoloration, thermal discoloration, and solvent discoloration properties, and when used as the dye composition, has water discoloration, ionic discoloration, thermal discoloration, and solvent discoloration properties, thereby being very useful as a sensor. In addition, a polymer film containing the novel betaine-based compound has water discoloration, ionic discoloration, thermal discoloration, and solvent discoloration properties.

Description

신규한 베테인계 화합물, 이를 포함하는 염료 조성물 및 이의 용도{Novel betaine compounds, dye compositions comprising the same and uses thereof}Novel betaine compounds, dye compositions comprising the same and uses thereof {Novel betaine compounds, dye compositions comprising the same and uses thereof}

본 발명은 신규한 베테인계 화합물, 이를 포함하는 염료 조성물 및 이의 용도에 관한 것으로, 보다 구체적으로 신규한 베테인계 화합물의 색상 변화에 의한 센서로 활용이 가능한 신규 화합물, 이를 포함하는 염료 조성물 및 이의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to a novel betaine-based compound, a dye composition comprising the same, and a use thereof, and more specifically, a novel compound that can be used as a sensor by color change of a novel betaine-based compound, a dye composition containing the same, and uses thereof It is about.

변색성(chromism)는 일반적으로 사람의 눈이나 분광 광도계를 사용하여 감지할 수 있는 화학적 화합물의 색 변화와 관련된 가역적 프로세스이다. Chromism is a reversible process associated with the change in the color of chemical compounds that can generally be detected using a human eye or spectrophotometer.

수 많은 응용으로 인해 변색성은 광(Photo-), 열(Thermo-), 수(Hydro-), 전기(Electro-), 압전(Piezo-), 용매(Solvato-), 역학(Mechano-), 기체(Gaso-), 이온(Iono-) 및 크로노(Chrono-) 변색성과 같은 여러 가지 범주로 구분된다.Due to a number of applications, discoloration is caused by photo-, thermal-, hydro-, electro-, piezo-, solvent-, Mechano-, and gas. It is divided into several categories such as (Gaso-), Iono- and Chrono- discoloration.

상기 수 변색성(Hydrochromism)은 물에 대한 고유한 비색 반응을 나타내는 이 현상은 생체 용매용 습도 센서 및 유기 용매의 수분 함량 측정 장치로의 적용이 가능해 다양한 분야로의 적용이 가능하다. Hydrochromism, which represents a unique colorimetric reaction to water, can be applied to a humidity sensor for a bio-solvent and a device for measuring the moisture content of an organic solvent, and thus can be applied to various fields.

상기 이온 변색성(Ionochromism)은 금속의 부식을 감지하는데 유용한 이오노포어(Ionophores)의 존재 시 색상 변화를 나타내는 것으로, 하전 입자의 흐름에 의해 색상 변화가 활성화될 수 있어, 특정 이온의 검출이 필요한 용도로의 활용 가능성이 매우 높다. The ionochromism indicates a color change in the presence of ionophores useful for detecting corrosion of metals, and the color change can be activated by the flow of charged particles, so it is necessary to detect specific ions. It is highly likely to be used for purposes.

열 변색성(Thermochromism)은 온도에 반응하는 색 변화 현상이며 잉크, 플라스틱, 페인트 및 섬유 산업에 유용합니다. Thermochromism is a temperature-responsive color change and is useful in the ink, plastics, paints and textile industries.

마지막으로, 용매 변색성(Solvatochromism)은 용매 극성을 갖는 화학 용액의 색상 변화를 설명하며, 이는 센서, 분자 스위치 및 분자 전자 장치에 적용됩니다.Finally, Solvatochromism describes the color change of a chemical solution with solvent polarity, which applies to sensors, molecular switches and molecular electronics.

종래 수 변색성 화합물 또는 열 변색성 화합물은 다양한 화합물이 존재하는 것이 확인되었고, 그 중에서 플루오란계 화합물, 공액 고분자, 스피로피란계 화합물, 크리스탈 바이올렛, 무기 화합물 등 다양한 염료가 제시되어 왔다. Conventionally, it has been confirmed that various compounds exist in the water-chromic compound or the thermochromic compound, and among them, various dyes such as fluorane-based compounds, conjugated polymers, spiropyran-based compounds, crystal violets, and inorganic compounds have been suggested.

다만, 상기 염료 물질은 수 변색성 또는 열 변색성과 같이 1가지 특성에 색 변화를 나타낼 수 있는 화합물에 관한 것으로, 하나의 화합물에서 다수의 변색성이 나타나는 화합물은 확인되지 않았다. However, the dye material relates to a compound capable of exhibiting a color change in one property such as water discoloration or thermal discoloration, and a compound having a plurality of discoloration properties in one compound has not been identified.

특정 화합물에서 다수의 변색성을 나타낼 수 있다면, 여러 용도의 염료로 복합적으로 사용이 가능함을 의미한다 할 것으로, 복합적인 상황에 적용이 가능한 센서로 사용이 가능하다고 할 것이다. If a specific compound can exhibit multiple discoloration properties, it means that it can be used in combination with dyes for various purposes, and it will be said that it can be used as a sensor that can be applied in complex situations.

또한, 염료 조성물을 잉크, 페인트 및 지시약과 같은 용도로 사용하는 것이 아닌, 고분자 필름 내 성분으로 사용하더라도, 고분자 내에서 그 특성을 잃지 않고, 변색성을 유지할 수 있는 화합물에 대한 개발이 필요하다. In addition, even if the dye composition is not used for purposes such as ink, paint, and indicator, but is used as a component in a polymer film, it is necessary to develop a compound capable of maintaining discoloration properties without losing its properties in the polymer.

KR 10-1649480 B1KR 10-1649480 B1

본 발명의 목적은 신규한 베테인계 화합물, 이를 포함하는 염료 조성물 및 이의 용도를 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a novel betaine-based compound, a dye composition comprising the same, and a use thereof.

본 발명의 다른 목적은 수 변색성, 이온 변색성, 열 변색성 및 용매 변색성의 특징을 모두 가지는 신규한 베테인계 화합물, 이를 포함하는 염료 조성물 및 이의 용도를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a novel betaine-based compound having all of the features of water discoloration, ionic discoloration, thermal discoloration, and solvent discoloration, a dye composition comprising the same, and a use thereof.

본 발명의 다른 목적은 수 변색성, 이온 변색성, 열 변색성 및 용매 변색성의 특징을 고분자 필름의 제조가 가능한 신규한 베테인계 화합물, 이를 포함하는 염료 조성물 및 이의 용도를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a novel betaine-based compound capable of producing a polymer film having the characteristics of water discoloration, ionic discoloration, thermal discoloration, and solvent discoloration, a dye composition comprising the same, and a use thereof.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 베테인 화합물로, 상기 화합물은 수 변색성(Hydrochromism), 이온 변색성(Ionochromism), 열 변색성(Thermochromism) 및 용매 변색성(Solvatochromism)을 갖을 수 있다:In order to achieve the above object, the compound according to an embodiment of the present invention is a betaine compound represented by the following formula (1), wherein the compound is hydrochromic, ionic, and thermochromic. ) And solvent discoloration (Solvatochromism):

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112019123471440-pat00001
Figure 112019123471440-pat00001

여기서,here,

n, m 및 p는 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수이며,n, m and p are the same as or different from each other, and each independently an integer of 0 to 5,

q는 0 내지 4의 정수이며, q is an integer from 0 to 4,

X-는 음이온성 치환기로 -O-, -COO-, -R5COO- 및 -R6O-로 이루어진 군으로부터 선택되며,X - is -O of the anionic substituent -, -COO -, -R 5 COO - is selected from the group consisting of-O and -R 6

R1 내지 R6은 서로 동일하거나 상이하며 각각 독립적으로 수소, 시아노기, 트리플루오로메틸기, 니트로기, 할로겐기, 히드록시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 4의 알킬티오기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 24의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 30의 아르알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 헤테로아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아르알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 24의 헤테로 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기로 이루어진 군으로부터 선택되며, R 1 to R 6 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen, cyano group, trifluoromethyl group, nitro group, halogen group, hydroxy group, substituted or unsubstituted alkylthio group having 1 to 4 carbon atoms, substituted or unsubstituted A C 1 to C 30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C 1 to C 20 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 30 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 24 alkynyl group, substituted or unsubstituted A substituted or unsubstituted aralkyl group having 7 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted heteroaryl group having 2 to 60 carbon atoms, a substituted or unsubstituted heteroarylalkyl group having 6 to 30 carbon atoms , A substituted or unsubstituted C1-C30 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C1-C30 alkylamino group, a substituted or unsubstituted C6-C30 arylamino group, a substituted or unsubstituted C6-C30 alkoxy group Aralkylamino group, substituted or unsubstituted C2-C24 hetero arylamino group, substituted or unsubstituted C1-C30 alkylsilyl group, substituted or unsubstituted C6-C30 arylsilyl group, and substituted or unsubstituted It is selected from the group consisting of an aryloxy group having 6 to 30 carbon atoms,

상기 R1 내지 R6이 치환되는 경우, 수소, 시아노기, 트리플루오로메틸기, 니트로기, 할로겐기, 히드록시기, 카복실기, 탄소수 1 내지 10의 알콕시기, 탄소수 1 내지 4의 알킬티오기, 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 탄소수 1 내지 20의 시클로알킬기, 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 탄소수 2 내지 24의 알키닐기, 탄소수 7 내지 30의 아르알킬기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴기, 탄소수 6 내지 30의 헤테로아릴알킬기, 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 탄소수 1 내지 30의 알킬아미노기, 탄소수 6 내지 30의 아릴아미노기, 탄소수 6 내지 30의 아르알킬아미노기, 탄소수 2 내지 24의 헤테로 아릴아미노기, 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기 및 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기로 이루어진 군으로부터 선택되는 치환기로 치환되며, 복수 개의 치환기로 치환되는 경우 이들은 서로 동일하거나 상이하다.When the R 1 to R 6 are substituted, hydrogen, cyano group, trifluoromethyl group, nitro group, halogen group, hydroxy group, carboxyl group, alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, alkylthio group having 1 to 4 carbon atoms, carbon number 1 to 30 alkyl group, C 1 to C 20 cycloalkyl group, C 2 to C 30 alkenyl group, C 2 to C 24 alkynyl group, C 7 to C 30 aralkyl group, C 6 to C 30 aryl group, C 2 to C 60 Heteroaryl group, C6-C30 heteroarylalkyl group, C1-C30 alkoxy group, C1-C30 alkylamino group, C6-C30 arylamino group, C6-C30 aralkylamino group, C2-C30 alkoxy group, It is substituted with a substituent selected from the group consisting of a heteroarylamino group of 24, an alkylsilyl group having 1 to 30 carbon atoms, an arylsilyl group having 6 to 30 carbon atoms, and an aryloxy group having 6 to 30 carbon atoms, and when substituted with a plurality of substituents, these They are the same or different from each other.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 변색성(Chromism) 염료 조성물은 상기 화합물을 포함할 수 있다.Chromism dye composition according to another embodiment of the present invention may include the compound.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 변색성(Chromism) 고분자 필름은 상기 화합물을 포함할 수 있다.The chromatic polymer film according to another embodiment of the present invention may include the compound.

본 발명에서 “수소”는 수소, 경수소, 중수소 또는 삼중수소이다.In the present invention, "hydrogen" is hydrogen, light hydrogen, deuterium or tritium.

본 발명에서 “할로겐기”는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드이다.In the present invention, the "halogen group" is fluorine, chlorine, bromine or iodine.

본 발명에서 “알킬”은 탄소수 1 내지 40개의 직쇄 또는 측쇄의 포화 탄화수소에서 유래되는 1가의 치환기를 의미한다. 이의 예로는 메틸, 에틸, 프로필, 이소부틸, sec-부틸, 펜틸, iso-아밀, 헥실 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.In the present invention, "alkyl" refers to a monovalent substituent derived from a linear or branched saturated hydrocarbon having 1 to 40 carbon atoms. Examples thereof include, but are not limited to, methyl, ethyl, propyl, isobutyl, sec-butyl, pentyl, iso-amyl, hexyl, and the like.

본 발명에서 “알케닐(alkenyl)”은 탄소-탄소 이중 결합을 1개 이상 가진 탄소수 2 내지 40개의 직쇄 또는 측쇄의 불포화 탄화수소에서 유래되는 1가의 치환기를 의미한다. 이의 예로는 비닐(vinyl), 알릴(allyl), 이소프로펜일(isopropenyl), 2-부텐일(2-butenyl) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.In the present invention, “alkenyl” refers to a monovalent substituent derived from a straight or branched unsaturated hydrocarbon having 2 to 40 carbon atoms having at least one carbon-carbon double bond. Examples thereof include vinyl (vinyl), allyl (allyl), isopropenyl (isopropenyl), 2-butenyl (2-butenyl), and the like, but is not limited thereto.

본 발명에서 “알키닐(alkynyl)”은 탄소-탄소 삼중 결합을 1개 이상 가진 탄소수 2 내지 40개의 직쇄 또는 측쇄의 불포화 탄화수소에서 유래되는 1가의 치환기를 의미한다. 이의 예로는 에티닐(ethynyl), 2-프로파닐(2-propynyl) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.In the present invention, “alkynyl” refers to a monovalent substituent derived from a straight or branched unsaturated hydrocarbon having 2 to 40 carbon atoms having at least one carbon-carbon triple bond. Examples thereof include, but are not limited to, ethynyl and 2-propynyl.

본 발명에서 “아릴”은 단독 고리 또는 2이상의 고리가 조합된 탄소수 6 내지 60개의 방향족 탄화수소로부터 유래된 1가의 치환기를 의미한다. 또한, 2 이상의 고리가 서로 단순 부착(pendant)되거나 축합된 형태도 포함될 수 있다. 이러한 아릴의 예로는 페닐, 나프틸, 페난트릴, 안트릴, 플루오닐, 다이메틸플루오레닐 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.In the present invention, “aryl” refers to a monovalent substituent derived from an aromatic hydrocarbon having 6 to 60 carbon atoms in which a single ring or two or more rings are combined. In addition, a form in which two or more rings are simply attached to each other or condensed may be included. Examples of such aryl include, but are not limited to, phenyl, naphthyl, phenanthryl, anthryl, fluorenyl, and dimethylfluorenyl.

본 발명에서 “헤테로아릴”은 탄소수 6 내지 30개의 모노헤테로사이클릭 또는 폴리헤테로사이클릭 방향족 탄화수소로부터 유래된 1가의 치환기를 의미한다. 이때, 고리 중 하나 이상의 탄소, 바람직하게는 1 내지 3개의 탄소가 N, O, S 또는 Se와 같은 헤테로원자로 치환된다. 또한, 2 이상의 고리가 서로 단순 부착(pendant)되거나 축합된 형태도 포함될 수 있고, 나아가 아릴기와의 축합된 형태도 포함될 수 있다. 이러한 헤테로아릴의 예로는 피리딜, 피라지닐, 피리미디닐, 피리다지닐, 트리아지닐과 같은 6-원 모노사이클릭 고리, 페녹사티에닐(phenoxathienyl), 인돌리지닐(indolizinyl), 인돌릴(indolyl), 퓨리닐(purinyl), 퀴놀릴(quinolyl), 벤조티아졸(benzothiazole), 카바졸릴(carbazolyl)과 같은 폴리사이클릭 고리 및 2-퓨라닐, N-이미다졸릴, 2-이속사졸릴, 2-피리디닐, 2-피리미디닐 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.In the present invention, "heteroaryl" refers to a monovalent substituent derived from a monoheterocyclic or polyheterocyclic aromatic hydrocarbon having 6 to 30 carbon atoms. At this time, at least one carbon, preferably 1 to 3 carbons in the ring is substituted with a heteroatom such as N, O, S or Se. In addition, a form in which two or more rings are simply attached to each other or condensed may be included, and further, a form condensed with an aryl group may be included. Examples of such heteroaryl include 6-membered monocyclic rings such as pyridyl, pyrazinyl, pyrimidinyl, pyridazinyl, and triazinyl, phenoxathienyl, indolizinyl, indolyl ( indolyl), purinyl, quinolyl, benzothiazole, polycyclic rings such as carbazolyl and 2-furanyl, N-imidazolyl, 2-isoxazolyl , 2-pyridinyl, 2-pyrimidinyl, and the like, but are not limited thereto.

본 발명에서 "아르알킬"은, 아릴 및 알킬이 상기한 바와 같은 아릴-알킬 그룹을 의미한다. 바람직한 아르알킬은 저급 알킬 그룹을 포함한다. 적합한 아르알킬 그룹의 비제한적인 예는 벤질, 2-펜에틸 및 나프탈레닐메틸을 포함한다. 모 잔기에 대한 결합은 알킬을 통해 이루어진다.In the present invention, "aralkyl" refers to an aryl-alkyl group in which aryl and alkyl are as described above. Preferred aralkyls include lower alkyl groups. Non-limiting examples of suitable aralkyl groups include benzyl, 2-phenethyl and naphthalenylmethyl. Binding to the parent moiety is made through alkyl.

본 발명에서 “헤테로아릴알킬기”는 헤테로고리기로 치환된 아릴-알킬 그룹을 의미한다. In the present invention, “heteroarylalkyl group” refers to an aryl-alkyl group substituted with a heterocyclic group.

본 발명에서 “축합고리”는 축합 지방족 고리, 축합 방향족 고리, 축합 헤테로지방족 고리, 축합 헤테로방향족 고리 또는 이들의 조합된 형태를 의미한다.In the present invention, "condensed ring" means a condensed aliphatic ring, a condensed aromatic ring, a condensed heteroaliphatic ring, a condensed heteroaromatic ring, or a combination thereof.

본 발명에서 "인접하는 기와 서로 결합하여 고리를 형성한다"는 것은 인접하는 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 지방족 탄화수소고리; 치환 또는 비치환된 방향족 탄화수소고리; 치환 또는 비치환된 지방족 헤테로고리; 치환 또는 비치환된 방향족 헤테로고리; 또는 이들의 축합고리를 형성하는 것을 의미한다.In the present invention, "adjacent   groups are bonded to each other to form a ring" means  adjacent   groups are bonded to each other to form a substituted or unsubstituted aliphatic hydrocarbon ring; A substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon ring; Substituted or unsubstituted aliphatic heterocycle; Substituted or unsubstituted aromatic heterocycle; Or it means to form a condensed ring of these.

본 발명에서 "치환"은 화합물의 탄소 원자에 결합된 수소 원자가 다른 치환기로 바뀌는 것을 의미하며, 치환되는 위치는 수소 원자가 치환되는 위치 즉, 치환기가 치환 가능한 위치라면 한정하지 않으며, 2 이상 치환되는 경우, 2 이상의 치환기는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.In the present invention, "substitution" means that the hydrogen atom bonded to the carbon atom of the compound is replaced with another substituent, and the position to be substituted is not limited as long as the position at which the hydrogen atom is substituted, that is, the position where the substituent can be substituted. , Two or more substituents may be the same or different from each other.

본 발명에서 "변색(chromism)"은 내부 또는 외부의 자극에 반응하여 분자 전체의 흡수(Absorption) 또는 방출(Emission) 스펙트럼이 변화를 보이는 것으로, 가역적으로 색이 변하는 색전이 현상을 의미한다.In the present invention, "chromism" refers to a change in the absorption or emission spectrum of the entire molecule in response to internal or external stimuli, and refers to an embolic phenomenon in which the color changes reversibly.

본 발명의 신규한 베테인계 화합물, 이를 포함하는 염료 조성물 및 이의 용도에 의하면, 수 변색성, 이온 변색성, 열 변색성 및 용매 변색성의 특징을 모두 가지는 신규한 베테인계 화합물을 제공할 수 있다. According to the novel betaine compound of the present invention, the dye composition comprising the same, and the use thereof, it is possible to provide a novel betaine compound having all of the features of water discoloration, ionic discoloration, thermal discoloration, and solvent discoloration.

상기 신규한 베테인계 화합물을 포함하는 염료 조성물은, 수 변색성, 이온 변색성, 열 변색성 및 용매 변색성의 특성을 모두 가져, 센서로 활용도가 매우 우수하다. The dye composition containing the novel betaine-based compound has all of the characteristics of water discoloration, ionic discoloration, thermal discoloration, and solvent discoloration, and thus has excellent utilization as a sensor.

또한, 상기 신규한 베테인계 화합물을 포함하는 고분자 필름은 수 변색성, 이온 변색성, 열 변색성 및 용매 변색성의 특징을 나타낼 수 있다.In addition, the polymer film including the novel betaine-based compound may exhibit water discoloration, ionic discoloration, thermal discoloration, and solvent discoloration.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료 조성물의 물 첨가 전과 후의 UV-vis 흡수 스펙트럼 결과에 관한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료 조성물의 물 첨가 전과 후의 색상 변화 결과에 관한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 필름의 SEM 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 필름의 제조 방법, 수증기 처리에 의한 색상 변화 결과 및 UV-vis 흡수 스펙트럼 결과에 관한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료 조성물의 금속 염 첨가 전과 후의 UV-vis 흡수 스펙트럼 결과에 관한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료 조성물의 금속 염 첨가 전과 후의 색상 변화 결과에 관한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료 조성물의 온도 변화에 따른 UV-vis 흡수 스펙트럼 결과에 관한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료 조성물의 온도 변화에 따른 색상 변화 결과이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료 조성물의 용매 변화에 따른 UV-vis 흡수 스펙트럼 결과에 관한 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료 조성물의 용매 변화에 따른 색상 변화 결과이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 베테인 화합물의 구조 및 UV-vis 최대 흡수 값에 대한 측정 결과이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 베테인 화합물의 HOMO 및 LUMO에서의 전자 밀도의 분포 결과이다.
1 is a UV-vis absorption spectrum result before and after water addition of a dye composition according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 relates to a color change result before and after water addition of a dye composition according to an embodiment of the present invention.
3 is an SEM photograph of a polymer film according to an embodiment of the present invention.
4 is a method for manufacturing a polymer film according to an embodiment of the present invention, a color change result by water vapor treatment, and a UV-vis absorption spectrum result.
5 is a UV-vis absorption spectrum result before and after addition of a metal salt of a dye composition according to an embodiment of the present invention.
6 is a view of a color change result before and after addition of a metal salt of a dye composition according to an embodiment of the present invention.
7 is a UV-vis absorption spectrum result according to a temperature change of a dye composition according to an embodiment of the present invention.
8 is a result of a color change according to a temperature change of a dye composition according to an embodiment of the present invention.
9 is a UV-vis absorption spectrum result according to a solvent change of a dye composition according to an embodiment of the present invention.
10 is a result of color change according to a solvent change of a dye composition according to an embodiment of the present invention.
11 is a measurement result of the structure and UV-vis maximum absorption value of the betaine compound according to an embodiment of the present invention.
12 is a result of distribution of electron densities in HOMO and LUMO of a betaine compound according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 발명의 일 실시예에 따른 신규한 베테인 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다:A novel betaine compound according to an embodiment of the present invention may be a compound represented by the following Formula 1:

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112019123471440-pat00002
Figure 112019123471440-pat00002

여기서,here,

n, m 및 p는 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수이며,n, m and p are the same as or different from each other, and each independently an integer of 0 to 5,

q는 0 내지 4의 정수이며, q is an integer from 0 to 4,

X-는 음이온성 치환기로 -O-, -COO-, -R5COO- 및 -R6O-로 이루어진 군으로부터 선택되며,X - is -O of the anionic substituent -, -COO -, -R 5 COO - is selected from the group consisting of-O and -R 6

R1 내지 R6은 서로 동일하거나 상이하며 각각 독립적으로 수소, 시아노기, 트리플루오로메틸기, 니트로기, 할로겐기, 히드록시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 4의 알킬티오기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 24의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 30의 아르알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 헤테로아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아르알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 24의 헤테로 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기로 이루어진 군으로부터 선택되며, R 1 to R 6 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen, cyano group, trifluoromethyl group, nitro group, halogen group, hydroxy group, substituted or unsubstituted alkylthio group having 1 to 4 carbon atoms, substituted or unsubstituted A C 1 to C 30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C 1 to C 20 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 30 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 24 alkynyl group, substituted or unsubstituted A substituted or unsubstituted aralkyl group having 7 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted heteroaryl group having 2 to 60 carbon atoms, a substituted or unsubstituted heteroarylalkyl group having 6 to 30 carbon atoms , A substituted or unsubstituted C1-C30 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C1-C30 alkylamino group, a substituted or unsubstituted C6-C30 arylamino group, a substituted or unsubstituted C6-C30 alkoxy group Aralkylamino group, substituted or unsubstituted C2-C24 hetero arylamino group, substituted or unsubstituted C1-C30 alkylsilyl group, substituted or unsubstituted C6-C30 arylsilyl group, and substituted or unsubstituted It is selected from the group consisting of an aryloxy group having 6 to 30 carbon atoms,

상기 R1 내지 R6이 치환되는 경우, 수소, 시아노기, 트리플루오로메틸기, 니트로기, 할로겐기, 히드록시기, 카복실기, 탄소수 1 내지 10의 알콕시기, 탄소수 1 내지 4의 알킬티오기, 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 탄소수 1 내지 20의 시클로알킬기, 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 탄소수 2 내지 24의 알키닐기, 탄소수 7 내지 30의 아르알킬기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴기, 탄소수 6 내지 30의 헤테로아릴알킬기, 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 탄소수 1 내지 30의 알킬아미노기, 탄소수 6 내지 30의 아릴아미노기, 탄소수 6 내지 30의 아르알킬아미노기, 탄소수 2 내지 24의 헤테로 아릴아미노기, 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기 및 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기로 이루어진 군으로부터 선택되는 치환기로 치환되며, 복수 개의 치환기로 치환되는 경우 이들은 서로 동일하거나 상이하다.When the R 1 to R 6 are substituted, hydrogen, cyano group, trifluoromethyl group, nitro group, halogen group, hydroxy group, carboxyl group, alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, alkylthio group having 1 to 4 carbon atoms, carbon number 1 to 30 alkyl group, C 1 to C 20 cycloalkyl group, C 2 to C 30 alkenyl group, C 2 to C 24 alkynyl group, C 7 to C 30 aralkyl group, C 6 to C 30 aryl group, C 2 to C 60 Heteroaryl group, C6-C30 heteroarylalkyl group, C1-C30 alkoxy group, C1-C30 alkylamino group, C6-C30 arylamino group, C6-C30 aralkylamino group, C2-C30 alkoxy group, It is substituted with a substituent selected from the group consisting of a heteroarylamino group of 24, an alkylsilyl group having 1 to 30 carbon atoms, an arylsilyl group having 6 to 30 carbon atoms, and an aryloxy group having 6 to 30 carbon atoms, and when substituted with a plurality of substituents, these They are the same or different from each other.

상기 화합물은 수 변색성(Hydrochromism), 이온 변색성(Ionochromism), 열 변색성(Thermochromism) 및 용매 변색성(Solvatochromism)을 갖는 것을 특징으로 하여, 용액 내 물 첨가 시, 색상이 변화하며, 특정 이온과 반응 시에도 색상이 변화하며, 온도 변화에 의해서도 색상이 변화하고, 용매의 변화에 따라서도 색상이 변화한다. The compound is characterized by having hydrochromism, ionic discoloration (Ionochromism), thermochromism and solvent discoloration (Solvatochromism).When water is added to the solution, the color changes, and specific ions The color changes even when overreacted, the color changes according to the temperature change, and the color changes according to the change of the solvent.

특정 변색성을 갖는 화합물은, 수 변색성, 이온 변색성, 열 변색성 또는 용매 변색성과 같은 1 종류의 변색 특성을 가지는 것을 특징으로 하지만, 본 발명의 신규한 베테인 화합물은 수 변색성, 이온 변색성, 열 변색성 및 용매 변색성을 동시에 갖는 것을 특징으로 한다. Compounds having a specific discoloration property are characterized by having one kind of discoloration property such as water discoloration, ionic discoloration, thermal discoloration, or solvent discoloration, but the novel betaine compound of the present invention is water discoloration, ionic discoloration. It is characterized by having a discoloration property, a thermal discoloration property, and a solvent discoloration property at the same time.

상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있다:The compound represented by Formula 1 may be a compound represented by the following Formula 2:

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112019123471440-pat00003
Figure 112019123471440-pat00003

여기서, X-, q, R1 및 R4는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같다.Here, X -, q, R 1 and R 4 are as defined in formula (I).

상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 3 내지 5로 표시되는 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물일 수 있다:
[화학식 3]

Figure 112021032598015-pat00030

[화학식 4]
Figure 112021032598015-pat00031

[화학식 5]
Figure 112021032598015-pat00032

여기서,
R1, R4 및 X-는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같다.The compound represented by Formula 1 may be a compound selected from the group consisting of compounds represented by the following Formulas 3 to 5:
[Formula 3]
Figure 112021032598015-pat00030

[Formula 4]
Figure 112021032598015-pat00031

[Formula 5]
Figure 112021032598015-pat00032

here,
R 1, R 4 and X - are as defined in Formula 1 above.

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

상기 X-는 음이온성 치환기로 -O-이며, R1 및 R4는 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 할로겐기일 수 있다. X - is -O- as an anionic substituent, R 1 and R 4 are the same as or different from each other, and each independently may be a halogen group.

보다 바람직하게, R1은 -Br 또는 -Cl이며, R4는 -Cl이지만 상기 예시에 국한되지 않고, 변색 특성을 나타낼 수 있는 치환기는 제한 없이 모두 사용 가능하다.More preferably, R 1 is -Br or -Cl, and R 4 is -Cl, but is not limited to the above example, and all substituents capable of exhibiting discoloration properties may be used without limitation.

상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식으로 표시되는 화합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다:The compound represented by Formula 1 may be selected from the group consisting of compounds represented by the following formula:

Figure 112019123471440-pat00007
Figure 112019123471440-pat00007

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 변색성(Chromism) 염료 조성물은 상기 화합물을 포함할 수 있다.Chromism dye composition according to another embodiment of the present invention may include the compound.

상기 변색성은 수 변색성(Hydrochromism), 이온 변색성(Ionochromism), 열 변색성(Thermochromism) 및 용매 변색성(Solvatochromism)이다. The discoloration properties are hydrochromism, ionic discoloration (Ionochromism), thermochromism (Thermochromism) and solvent discoloration (Solvatochromism).

상기 염료 조성물은 용매에 상기 화합물을 혼합한 것으로, 물의 첨가에 따라 색상이 변화될 수 있다. The dye composition is a mixture of the compound in a solvent, and the color may be changed according to the addition of water.

보다 구체적으로, 염료 조성물에 물을 첨가함으로써 발생하는 흡수 변화는 분자간 용매-용매 상호 작용(intermolecular solvent-solvent interactions)에 기인하는 상승 효과에 기초하여 설명되며, 이는 두 용매와는 별도로 새로운 용매 시스템을 생성하고 매체의 극성이 증가함에 른 것으로, 주로 물이 페놀레이트 그룹(phenolate group)의 산소와 강한 수소 결합을 만들기 때문이다.More specifically, the absorption change caused by the addition of water to the dye composition is explained based on the synergistic effect due to the intermolecular solvent-solvent interactions, which creates a new solvent system separate from the two solvents. It was formed and the polarity of the medium increased, mainly because water made strong hydrogen bonds with the oxygen of the phenolate group.

이때, 염료 조성물의 용매는 종류에 한정하지 않고 제한 없이 모두 사용이 가능하다. 바람직하게 상기 용매는 클로로포름, DMF, 아세토나이트릴, 아세톤, 디클로로메탄 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 상기 용매에 국한되지 않는다. At this time, the solvent of the dye composition is not limited to the type and may be used without limitation. Preferably, the solvent may be selected from the group consisting of chloroform, DMF, acetonitrile, acetone, dichloromethane, and mixtures thereof, but is not limited to the solvent.

상기 염료 조성물의 제조에 사용되는 용매는 극성이 증가함에 따라 수 변색 특성도 증가한다. As the polarity of the solvent used in the preparation of the dye composition increases, the water discoloration property also increases.

상기와 같은 염료 조성물의 특성을 이용하여, 물과 접촉 시 경고 문구가 나타나거나, 특정 이미지가 나타나도록 사용이 가능하다. 이에, 상기 화합물을 용매에 용해시킨 후, 염색 또는 코팅 등의 방식으로 활용이 가능하여, 잉크, 페인트 및 지시약과 같은 용도로의 활용이 가능하다. By using the characteristics of the dye composition as described above, it can be used so that a warning phrase appears or a specific image appears when contacted with water. Accordingly, after dissolving the compound in a solvent, it can be used in a manner such as dyeing or coating, so that it can be used for applications such as ink, paint, and indicator.

상기 용도는 물 감지 센서로 역할을 수행할 수 있다. This use can serve as a water detection sensor.

상기 염료 조성물은 수 변색성 이외에 이온 변색 특성을 가질 수 있다. The dye composition may have ionic discoloration properties in addition to water discoloration.

상기 이온 변색 특성은 용액 내 금속 염이 첨가되면, 색상이 변화되는 것으로, 상기 금속 염은 LiI, NaI, KI, RbI, CaI2 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 상기 예시에 국한되지 않는다.The ion discoloration property is that the color changes when a metal salt in the solution is added, and the metal salt may be selected from the group consisting of LiI, NaI, KI, RbI, CaI 2 and mixtures thereof, but is limited to the above examples. It doesn't work.

상기 염료 조성물의 색상 변화는 상기 염료 조성물 내에 금속 염이 첨가되더라도, 염료 조성물 내 화합물은 화학적 구조를 유지하는 반면, 용매 성분의 내부 미세 구조가 변한다. 이러한 방식으로, 염료의 용매 극성 및 이온 강도가 분자 내 전하 이동으로 인해 영역에서 UV-가시광선 스펙트럼에 영향을 미쳐, 색상 변화를 나타낼 수 있다. The color change of the dye composition is that even if a metal salt is added in the dye composition, the compound in the dye composition maintains the chemical structure, while the internal microstructure of the solvent component is changed. In this way, the solvent polarity and ionic strength of the dye can affect the UV-visible spectrum in the region due to intramolecular charge transfer, resulting in a color change.

상기 염료 조성물은 열의 변화에 따라 색상 변화가 나타날 수 있다. 열 변색 특성은 염료 조성물 내 화합물의 구조적 형태의 변화 및 용매 비유전율의 조합으로 인한 결과이다. The dye composition may exhibit a color change according to the change of heat. The thermochromic properties are a result of the combination of the change in the structural form of the compound in the dye composition and the relative dielectric constant of the solvent.

즉, 색상 변화는 화합물 분자가 분자 단위의 환경에서 미세한 구조적 형태의 변화가 발생하게 되고, 이러한 작은 변화로 인해, 색상 변화가 일어나게 되어, 열 변색 특성을 나타낼 수 있다 할 것이다. In other words, the color change may result in a change in a fine structural shape of a compound molecule in a molecular environment, and a color change may occur due to such a small change, thereby exhibiting thermal discoloration characteristics.

마지막으로 상기 염료 조성물은 용매 변색 특성을 가질 수 있다. 용매 변색 특성은 서로 다른 용매 극성을 가진 염료의 분쇄 및 여기 상태의 불균일하고 차등적인 용매화에 의한 색상의 변화이다. 이 변칙적 변화의 원인은 용액 상태에서 가능한 많은 수의 형태이성질체(conformer) 사이의 작은 에너지 차이 일 수 있으며, 때로는 베테인 염료 내 분자 구조의 작은 변화가 전자 스펙트럼에 차이를 나타냄에 따른 색상 변화일 수 있다.Finally, the dye composition may have a solvent discoloration property. The solvent discoloration property is a change in color due to pulverization of dyes having different solvent polarities and non-uniform and differential solvation of excited states. The cause of this anomalous change can be a small energy difference between as many conformers as possible in a solution state, and sometimes a small change in the molecular structure in the betaine dye can be a color change as a difference in the electron spectrum. have.

본 발명의 일 실시예에 따른 변색성(Chromism) 염료 조성물은, 상기 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 변색성은 수 변색성(Hydrochromism), 이온 변색성(Ionochromism), 열 변색성(Thermochromism) 및 용매 변색성(Solvatochromism)일 수 있다. Chromism dye composition according to an embodiment of the present invention is characterized in that it contains the compound, the color change is hydrochromism (Hydrochromism), ion discoloration (Ionochromism), thermochromism (Thermochromism) And solvent discoloration (Solvatochromism).

상기 염료 조성물은, 본 발명의 신규한 베테인 화합물 및 용매를 포함할 수 있으며, 상기 용매는 아세톤(Acetone), 아세토나이트릴(Acetonitrile), 에테르(ether), 엔-메틸-2-피롤리돈(NMP), 디메틸폼아미드(Dimethylfomamide), 디메틸아세트아미드(Dimethylacetamide), 자일렌(Xylene), 벤젠(Benzene), 클로로폼(Chloroform), 톨루엔(Toluene), 테트라하이드로퓨란(THF), 글리세린(Glycerin), 에틸렌글리콜(Ethylene glycol), 디메틸피롤리돈(Dimethylpyrrolydone), 사이클로헥산(Cyclohexane), 디메틸술폭사이드(Dimethyl sulphoxide) 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 상기 예시에 국한되지 않는다.The dye composition may include a novel betaine compound and a solvent of the present invention, and the solvent is acetone, acetonitrile, ether, and en-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylfomamide, dimethylacetamide, xylene, benzene, chloroform, toluene, tetrahydrofuran (THF), glycerin ), ethylene glycol, dimethylpyrrolydone, cyclohexane, dimethyl sulfoxide, and mixtures thereof, but is not limited to the above examples.

상기 염료 조성물은 염색 또는 날염의 용도로 사용이 가능하며, 잉크, 페인트 및 지시약과 같은 제품으로 활용이 가능하다. The dye composition can be used for dyeing or printing, and can be used as products such as inks, paints, and indicators.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 변색성(Chromism) 고분자 필름은 상기 신규한 베테인 화합물을 포함할 수 있다. The chromatic polymer film according to another embodiment of the present invention may include the novel betain compound.

상기 변색성 고분자 필름은, 본 발명의 일 실시예에 따른 신규한 베테인 화합물 및 고분자 레진을 포함하는 것을 특징으로 한다. The color-changing polymer film is characterized in that it comprises a novel betaine compound and a polymer resin according to an embodiment of the present invention.

상기 고분자 레진은 폴리비닐알코올(Poly vinyl alcohol, PVA), 폴리비닐 피롤리돈(Poly vinyl pyrollidone, PVP), 폴리에틸렌 옥사이드(Polyethylene oxide, PEO), 폴리아크릴아마이드(Poly acrylamide, PAAM), 폴리아크릴산(Polye acrylic acid), 폴리스타이렌설포닉산(Poly styrenesulfonic acid, PSSA), 폴리실리식산(Polysilicic acid, PSiA), 폴리포스포릭산(Poly phosphoric acid, PPA), 폴리에틸렌 설포닉산(Polyethylene sulfonic acid, PESA), 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine, PEI), 폴리아마이드아민(Polyamideamine, PAMAM), 폴리아민(Polyamine) 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 바람직하게는 PEO이지만 상기 예시에 국한되지 않는다. The polymer resin is polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl pyrollidone (PVP), polyethylene oxide (PEO), polyacrylamide (PAAM), polyacrylic acid ( Polye acrylic acid), polystyrenesulfonic acid (PSSA), polysilicic acid (PSiA), polyphosphoric acid (PPA), polyethylene sulfonic acid (PESA), polyethylene It may be selected from the group consisting of imine (Polyethyleneimine, PEI), polyamideamine (PAMAM), polyamine, and a mixture thereof, and is preferably PEO, but is not limited to the above example.

본 발명의 변색성 고분자 필름은, 고분자 레진에 신규한 베테인 화합물을 혼합하고, 이를 필름 형태로 가공하여 제조하는 것으로, 고분자 레진 내에 신규한 베테인 화합물이 포함됨에 따라, 앞선 변색 특성이 나타나는 것을 특징으로 한다. The color-changing polymer film of the present invention is prepared by mixing a new betaine compound with a polymer resin and processing it in a film form. It is characterized.

보다 구체적으로 상기 변색 특성은, 수 변색성(Hydrochromism), 이온 변색성(Ionochromism), 열 변색성(Thermochromism) 및 용매 변색성(Solvatochromism)으로, 바람직하게는 수 변색성이지만, 고분자 필름 내 베테인 화합물로 인한 변색 특성이 그대로 유지되는 것이다. More specifically, the discoloration properties are hydrochromism, ion discoloration (Ionochromism), thermal discoloration (Thermochromism), and solvent discoloration (Solvatochromism). The discoloration characteristic due to the compound is maintained as it is.

본 발명의 변색성 고분자 필름에 수증기가 접하게 되면, 고분자 필름 내 포함된 베테인 화합물의 색상 변화로 인해, 고분자 필름의 색상이 변화될 수 있다. When water vapor comes into contact with the color-changing polymer film of the present invention, the color of the polymer film may be changed due to the color change of the betaine compound contained in the polymer film.

상기 변색성 고분자 필름은, 플렉서블 고분자 필름으로 활용이 가능하고, 매우 미세한 양의 수분도 감지하여 센서로 활용이 가능하다는 점에서, 사람의 땀 구멍 맵핑(mapping)의 용도로 활용이 가능할 수 있다. The color-changing polymer film can be used as a flexible polymer film, and can be used as a sensor by detecting a very fine amount of moisture, so it can be used for mapping a sweat hole of a person.

상기 용도 이외에, 플렉서블 고분자 필름으로, 변색 특성을 이용할 수 있는 용도는 제한 없이 모두 사용이 가능하다.In addition to the above uses, it is a flexible polymer film, and any application capable of utilizing color change properties may be used without limitation.

신규한 베테인 화합물의 제조Preparation of novel betaine compounds

Figure 112019123471440-pat00008
Figure 112019123471440-pat00008

Figure 112019123471440-pat00009
Figure 112019123471440-pat00009

할로겐-치환된 2,4,6-트리페닐피릴륨 수소 설페이트(halogen-substituted 2,4,6-triphenylpyrylium hydrogen sulfate, 2mmol), 클로로-치환 아미노페놀(chloro-substituted aminophenol, 2mmol) 및 무수 소듐 아세테이트(anhydrous sodium acetate, 6mmol)의 혼합물을 10mL의 에탄올에 용해하였다. Halogen-substituted 2,4,6-triphenylpyrylium hydrogen sulfate (2 mmol), chloro-substituted aminophenol (2 mmol) and anhydrous sodium acetate A mixture of (anhydrous sodium acetate, 6 mmol) was dissolved in 10 mL of ethanol.

상기 혼합물을 3시간 동안 환류시키고 냉각하였다. 이후, 반응 혼합물을 10 mL의 5% 수산화 나트륨 수용액을 사용하여, 염기화하고, 15분 동안 교반하였다. 이후, 상기 반응 혼합물을 100mL의 물에 붓고 DCM(2100mL)로 추출하였다. 합성한 유기층을 황산나트륨상에서 건조하였다. The mixture was refluxed for 3 hours and cooled. Thereafter, the reaction mixture was basified using 10 mL of 5% aqueous sodium hydroxide solution, and stirred for 15 minutes. Thereafter, the reaction mixture was poured into 100 mL of water and extracted with DCM (2100 mL). The synthesized organic layer was dried over sodium sulfate.

이후, 용매는 회전 증발기를 이용하여 제거하고 적색 고체를 수득 하였다. 상기 고체는 물/에탄올을 이용하여 재결정화 하였다. 상기 혼합물는 밤새 고진공 조건 하(under a high vacuum overnight), P2O5상에서 건조하였다.Thereafter, the solvent was removed using a rotary evaporator and a red solid was obtained. The solid was recrystallized using water/ethanol. The mixture was dried over P 2 O 5 under a high vacuum overnight.

베타인 염료를 합성하기 위해, 2,4,6-트리페닐피릴륨(2,4,6-triphenylpyrylium)의 바이설페이트 염(bisulfate salt)으로 제조하였다. JBK1 내지 3은 트리페닐피릴륨 염(triphenylpyrylium salt)의 브로모 유도체(bromo derivative)로부터 제조하였고, JBK4 내지 6은 트리페닐피릴륨 염(triphenylpyrylium salt)의 클로로 유도체(chloro derivative)로부터 제조하였다.To synthesize the betaine dye, it was prepared with a bisulfate salt of 2,4,6-triphenylpyrylium. JBK1 to 3 were prepared from a bromo derivative of triphenylpyrylium salt, and JBK4 to 6 were prepared from a chloro derivative of triphenylpyrylium salt.

상기 합성된 JBK 1 내지 6의 NMR, ESI-MS 및 UV-가시광 스펙트럼 측정 결과는 하기와 같다. NMR, ESI-MS and UV-visible spectrum measurement results of the synthesized JBK 1 to 6 are as follows.

4-(2-(4-bromophenyl)-4,6-diphenylpyridin-1-ium-1-yl)-2-chlorophenolate (JBK1)4-(2-(4-bromophenyl)-4,6-diphenylpyridin-1-ium-1-yl)-2-chlorophenolate (JBK1)

수율: 0.909 g, 89%, mp 207 내지 209 ℃. Yield: 0.909 g, 89%, mp 207 to 209 °C.

1H NMR (600 MHz, DMSO-d6): d 8.48 (s, 2H), 8.28-8.19 (m, 2H), 7.70-7.32 (m, 12H), 6.70 (d, J ¼ 8.3 Hz, 1H), 6.02-5.94 (m, 1H), 5.76 (d, J ¼ 8.3 Hz, 1H) ppm; 1 H NMR (600 MHz, DMSO-d6): d 8.48 (s, 2H), 8.28-8.19 (m, 2H), 7.70-7.32 (m, 12H), 6.70 (d, J ¼ 8.3 Hz, 1H), 6.02-5.94 (m, 1H), 5.76 (d, J ¼ 8.3 Hz, 1H) ppm;

13C NMR (150 MHz, DMSO-d6): d 157.5, 156.4, 154.2, 134.6, 133.5, 132.8, 131.9, 130.5, 129.7, 129.4, 129.2, 128.8, 128.5, 127.6, 125.7, 125.3, 125.1, 123.5, 119.7. 13 C NMR (150 MHz, DMSO-d6): d 157.5, 156.4, 154.2, 134.6, 133.5, 132.8, 131.9, 130.5, 129.7, 129.4, 129.2, 128.8, 128.5, 127.6, 125.7, 125.3, 125.1, 123.5, 119.7 .

HRMS (ESI-MS) m/z calcd for C29H20BrClNO [M+H]+: 512.0417, found 512.0432.HRMS (ESI-MS) m/z calcd for C 29 H 20 BrClNO [M+H] + : 512.0417, found 512.0432.

2-(2-(4-bromophenyl)-4,6-diphenylpyridin-1-ium-1-yl)-5-chlorophenolate (JBK2)2-(2-(4-bromophenyl)-4,6-diphenylpyridin-1-ium-1-yl)-5-chlorophenolate (JBK2)

수율: 0.889g, 87%, mp 200-202℃. Yield: 0.889 g, 87%, mp 200-202°C.

1H NMR (600 MHz, DMSO-d6): d 8.51 (s, 2H), 8.33-8.23 (m, 2H), 7.69-7.34 (m, 12H), 6.68 (d, J ¼ 8.1 Hz, 1H), 6.12-6.05 (m, 1H), 5.90-5.81 (m, 1H) ppm; 1 H NMR (600 MHz, DMSO-d6): d 8.51 (s, 2H), 8.33-8.23 (m, 2H), 7.69-7.34 (m, 12H), 6.68 (d, J ¼ 8.1 Hz, 1H), 6.12-6.05 (m, 1H), 5.90-5.81 (m, 1H) ppm;

13C NMR (150 MHz, DMSO-d6): d 155.9, 154.7, 154.5, 137.9, 133.4, 133.0, 132.6, 132.7, 132.2, 131.4, 130.7, 129.5, 129.3, 128.6, 128.2, 127.8,125.8,125.2,125.1,124.0,123.5,118.5 ppm; 13 C NMR (150 MHz, DMSO-d6): d 155.9, 154.7, 154.5, 137.9, 133.4, 133.0, 132.6, 132.7, 132.2, 131.4, 130.7, 129.5, 129.3, 128.6, 128.2, 127.8,125.8,125.2,125.1 ,124.0,123.5,118.5 ppm;

HRMS (ESI-MS) m/z calcd for C29H20BrClNO [M+H]+: 512.0417, found 512.0425.HRMS (ESI-MS) m/z calcd for C 29 H 20 BrClNO [M+H] + : 512.0417, found 512.0425.

5-(2-(4-bromophenyl)-4,6-diphenylpyridin-1-ium-1-yl)-2-chlorophenolate (JBK3)5-(2-(4-bromophenyl)-4,6-diphenylpyridin-1-ium-1-yl)-2-chlorophenolate (JBK3)

수율: 0.858g, 84%, mp 207-209℃. Yield: 0.858 g, 84%, mp 207-209°C.

1H NMR (600 MHz, DMSO-d6): d 8.63 (s, 2H), 8.42-8.31 (m, 2H), 7.80-7.20 (m, 12H), 7.16 (d, J ¼ 8.3 Hz, 1H), 6.86-6.77 (m, 1H), 6.18 (d, J ¼ 8.3, 1H) ppm; 1 H NMR (600 MHz, DMSO-d6): d 8.63 (s, 2H), 8.42-8.31 (m, 2H), 7.80-7.20 (m, 12H), 7.16 (d, J ¼ 8.3 Hz, 1H), 6.86-6.77 (m, 1H), 6.18 (d, J ¼ 8.3, 1H) ppm;

13C NMR (150 MHz, DMSO-d6): d 157.1, 155.7, 154.6, 141.3, 136.5, 133.4, 133.0, 132.7, 131.6, 131.0, 129.6, 129.4, 128.2, 127.7, 125.8, 124.9, 125.0, 123.4, 120.5, 116.7 ppm; 13 C NMR (150 MHz, DMSO-d6): d 157.1, 155.7, 154.6, 141.3, 136.5, 133.4, 133.0, 132.7, 131.6, 131.0, 129.6, 129.4, 128.2, 127.7, 125.8, 124.9, 125.0, 123.4, 120.5 , 116.7 ppm;

HRMS (ESI-MS) m/z calcd for C29H20BrClNO [M+H]+: 512.0417, found 512.0435.HRMS (ESI-MS) m/z calcd for C 29 H 20 BrClNO [M+H] + : 512.0417, found 512.0435.

2-Chloro-4-(2-(4-chlorophenyl)-4,6-diphenylpyridin-1-ium-1-yl)phenolate (JBK4)2-Chloro-4-(2-(4-chlorophenyl)-4,6-diphenylpyridin-1-ium-1-yl)phenolate (JBK4)

수율: 0.779g, 83.5%, mp 202-204℃. Yield: 0.779 g, 83.5%, mp 202-204°C.

1H NMR (600 MHz, DMSO-d6): d 8.53-8.49 (m, 2H), 8.30-8.27 (m, 2H), 7.69-7.60 (m, 3H), 7.52-7.39 (m, 9H), 6.85 (d, J ¼ 3.0 Hz, 1H), 6.53-6.49 (m, 1H), 5.75 (d, J ¼ 9.0, 1H) ppm; 1 H NMR (600 MHz, DMSO-d6): d 8.53-8.49 (m, 2H), 8.30-8.27 (m, 2H), 7.69-7.60 (m, 3H), 7.52-7.39 (m, 9H), 6.85 (d, J ¼ 3.0 Hz, 1H), 6.53-6.49 (m, 1H), 5.75 (d, J ¼ 9.0, 1H) ppm;

13C NMR (150 MHz, DMSO-d6): d 155.9, 154.7,154.4,137.9,134.6,133.4,132.3,132.1,131.2,129.7,129.5,129.3, 128.8, 128.6, 128.3, 128.1, 127.7, 127.2, 125.7, 125.2, 125.0, 118.5 ppm; 13 C NMR (150 MHz, DMSO-d6): d 155.9, 154.7,154.4,137.9,134.6,133.4,132.3,132.1,131.2,129.7,129.5,129.3, 128.8, 128.6, 128.3, 128.1, 127.7, 127.2, 125.7 , 125.2, 125.0, 118.5 ppm;

HRMS (ESI-MS) m/z calcd for C29H20Cl2NO [M+H]+: 468.0922, found 468.0933.HRMS (ESI-MS) m/z calcd for C 29 H 20 Cl 2 NO [M+H] + : 468.0922, found 468.0933.

5-Chloro-2-(2-(4-chlorophenyl)-4,6-diphenylpyridin-1-ium-1-yl)phenolate (JBK5)5-Chloro-2-(2-(4-chlorophenyl)-4,6-diphenylpyridin-1-ium-1-yl)phenolate (JBK5)

수율: 0.794g, 85%, mp 205-207℃. Yield: 0.794 g, 85%, mp 205-207°C.

1H NMR (600 MHz, DMSO-d6): d 8.53-8.50 (m, 2H), 8.32-8.29 (m, 2H), 7.69-7.45 (m, 12H), 6.90 (d, J ¼ 8.2 Hz, 1H), 6.19-6.14 (m, 1H), 5.93 (d, J ¼ 6.9 Hz, 1H) ppm; 1 H NMR (600 MHz, DMSO-d6): d 8.53-8.50 (m, 2H), 8.32-8.29 (m, 2H), 7.69-7.45 (m, 12H), 6.90 (d, J ¼ 8.2 Hz, 1H ), 6.19-6.14 (m, 1H), 5.93 (d, J ¼ 6.9 Hz, 1H) ppm;

13C NMR (150 MHz, DMSO-d6): d 157.0, 155.7, 154.3, 134.4, 133.6, 133.4, 132.5, 132.1, 131.3, 129.5, 129.4, 128.5, 128.3, 128.0, 127.9,127.5,125.0,124.9,120.8,117.0 ppm. 13 C NMR (150 MHz, DMSO-d6): d 157.0, 155.7, 154.3, 134.4, 133.6, 133.4, 132.5, 132.1, 131.3, 129.5, 129.4, 128.5, 128.3, 128.0, 127.9,127.5,125.0,124.9,120.8 , 117.0 ppm.

HRMS (ESI-MS) m/z calcd for C29H20Cl2NO [M+H]+: 468.0922, found 468.0932.HRMS (ESI-MS) m/z calcd for C 29 H 20 Cl 2 NO [M+H] + : 468.0922, found 468.0932.

2-Chloro-5-(2-(4-chlorophenyl)-4,6-diphenylpyridin-1-ium-1-yl)phenolate (JBK6)2-Chloro-5-(2-(4-chlorophenyl)-4,6-diphenylpyridin-1-ium-1-yl)phenolate (JBK6)

수율: 0.808g, 86.5%, mp 203-205℃. Yield: 0.808 g, 86.5%, mp 203-205°C.

1H NMR (600 MHz, DMSO-d6): d 8.53-8.49 (m, 2H), 8.30-8.27 (m, 2H), 7.72-7.38 (m, 12H), 6.66 (d, J ¼ 8.1 Hz, 1H), 6.05 (d, J ¼ 2.6 Hz, 1H), 5.84-5.81 (m, 1H), ppm; 1 H NMR (600 MHz, DMSO-d6): d 8.53-8.49 (m, 2H), 8.30-8.27 (m, 2H), 7.72-7.38 (m, 12H), 6.66 (d, J ¼ 8.1 Hz, 1H ), 6.05 (d, J ¼ 2.6 Hz, 1H), 5.84-5.81 (m, 1H), ppm;

13C NMR (150 MHz, DMSO-d6): d 155.9,154.7,154.4,137.9, 134.6,133.4,132.3,132.1,131.2,129.7,129.5,129.3,128.6,127.8,127.7, 125.2, 125.1, 124.0, 118.5 ppm; 13 C NMR (150 MHz, DMSO-d6): d 155.9,154.7,154.4,137.9, 134.6,133.4,132.3,132.1,131.2,129.7,129.5,129.3,128.6,127.8,127.7, 125.2, 125.1, 124.0, 118.5 ppm;

HRMS (ESI-MS) m/z calcd for C29H20Cl2NO [M+H]+: 468.0922, found 468.0932.HRMS (ESI-MS) m/z calcd for C 29 H 20 Cl 2 NO [M+H] + : 468.0922, found 468.0932.

실험 조건Experimental conditions

사용된 모든 유기 용매 및 분석 및 분광 등급을 가진 모든 시약은 상업적으로 구입하여 달리 명시하지 않는 한 수령한 대로 사용하였다. All organic solvents used and all reagents with analytical and spectroscopic grades were purchased commercially and used as received unless otherwise specified.

AVANCE III 600 분광계(일본 아키시마)를 1H 및 13C NMR 분광법에 대해 각각 600 및 150 MHz에서 작동하였다. 용매로서 DMSO-d6을 사용하였고, 스펙트럼 분석을 위해 Alice 4.0 소프트웨어를 사용하였다. An AVANCE III 600 spectrometer (Akishima, Japan) was operated at 600 and 150 MHz for 1 H and 13 C NMR spectroscopy, respectively. DMSO-d6 was used as a solvent, and Alice 4.0 software was used for spectral analysis.

모든 화합물의 화학적 이동 (d 값)은 내부 표준 (Me4Si)으로부터 백만 분의 일 (ppm) 다운필드로 설정하였다.Chemical shifts (d values) of all compounds were set in parts per million (ppm) downfield from the internal standard (Me4Si).

1290 무한대 II/트리플 TOF 5600 플러스 질량 분석기를 사용하여 HRMS 스펙트럼을 수득하였다. UV-vis 흡수 스펙트럼은 Agilent 8453 분광 광도계를 사용하였다. 고체 UV-vis 스펙트럼은 Shimadzu SolidSpec-3700 기기를 사용하여 측정하였다. TA 기기 DSC 2010을 사용하여 융점을 측정하였다.HRMS spectra were obtained using a 1290 Infinity II/Triple TOF 5600 Plus Mass Spectrometer. The UV-vis absorption spectrum was used with an Agilent 8453 spectrophotometer. Solid UV-vis spectra were measured using a Shimadzu SolidSpec-3700 instrument. The melting point was determined using a TA instrument DSC 2010.

실험 방법 및 결과Experimental method and results

용액 상태인 염료의 수 변색 특성 확인Checking the water discoloration characteristics of dyes in solution

아세톤(1 ×104M)에 용해한 6mL의 염료 용액에 0.2mL의 물을 첨가하였다. 물을 아세톤 염료 용액에 첨가한 후, UV-visible 흡수 스펙트럼에서 청색 이동이 관찰되었다. 0.2 mL of water was added to a 6 mL dye solution dissolved in acetone (1 x 10 4 M). After adding water to the acetone dye solution, a blue shift was observed in the UV-visible absorption spectrum.

아세톤에 용해한 JBK1은, 물을 첨가한 후 적색에서 황색으로 색상이 변하면서 흡수 최대 값이 525에서 475nm로 이동하였다. JBK1 dissolved in acetone changed color from red to yellow after water was added, and the maximum absorption value shifted from 525 to 475 nm.

아세톤에 용해한 JBK2는 밝은 갈색에서 황색으로 변하면서 흡수 최대 값이 540에서 480 nm로 이동하였다. JBK2 dissolved in acetone changed from light brown to yellow and the absorption maximum value shifted from 540 to 480 nm.

JBK3은 흡수 최대값이 545에서 475nm로 이동하면서, 짙은 갈색에서 짙은 노랑으로 변하는 것이 관찰되었다. JBK3 was observed to change from dark brown to dark yellow as the absorption maximum shifted from 545 to 475 nm.

JBK4는 청색으로 595 nm에서 최대 흡수를 나타냈고, 물을 첨가한 후, 적색 변화하며, 508 nm로 청색-시프트(blue-shifted) 하였다. JBK4 showed maximum absorption at 595 nm in blue color, changed red after adding water, and blue-shifted to 508 nm.

JBK5는 진한 갈색에서 황색으로 변색되면서 흡수 최대 값이 540에서 465 nm로 이동하였다. As JBK5 changed color from dark brown to yellow, the maximum absorption value shifted from 540 to 465 nm.

JBK6는 550 nm의 최대 흡수 값을 갖는 암갈색 용액이며, 물을 첨가한 후, 최대 흡수값이 465 nm로 이동하면서 황색으로 변화하였다(도 1). JBK6 is a dark brown solution having a maximum absorption value of 550 nm, and after adding water, the maximum absorption value shifted to 465 nm and changed to yellow (FIG. 1).

본 발명의 염료 조성물에 대한 수 변색 특성을 추가로 확인하기 위해, 일반적인 극성 용매를 사용하여 추가 실험을 진행하였다. 본 발명의 염료 조성물은 각기 다른 용매에서 색상의 변화가 나타났으며, 이는 모든 용매에서 수 변색성을 나타냄을 의미한다고 할 것이다. In order to further confirm the water discoloration property of the dye composition of the present invention, an additional experiment was conducted using a general polar solvent. The dye composition of the present invention exhibits a change in color in different solvents, which means that it exhibits water discoloration in all solvents.

도 2와 같이 아세톤에서 DMSO로 용매의 극성이 증가함에 따라 수 변색 특성도 증가하였다. 상기 도 2는 본 발명의 염료 조성물을 이용하여 관찰될 수 있는 넓은 범위의 수 변색 특성에 관한 것이다. As shown in Figure 2, as the polarity of the solvent from acetone to DMSO increased, the water discoloration property also increased. FIG. 2 relates to a wide range of water discoloration properties that can be observed using the dye composition of the present invention.

상기 실험 결과는 본 발명의 신규한 베타인 화합물을 포함하는 염료 조성물이 물에 의해 효과적으로 용매화됨을 의미한다고 할 것이다. The above experimental results will be said to mean that the dye composition containing the novel betaine compound of the present invention is effectively solvated by water.

또한, 상기 실험 결과를 토대로, 본 발명의 수 변색성 베타인 염료 조성물은 가역적이며, 물-촉발 이미징과 관련된 응용 제품에 유용하게 적용될 수 있음을 의미한다고 할 것이다.In addition, based on the above experimental results, it will be said that the water discoloration betaine dye composition of the present invention is reversible and can be usefully applied to applications related to water-triggered imaging.

고분자 필름내의 수 변색 특성 평가Evaluation of water discoloration properties in polymer films

3mL의 클로로포름에 JBK 4(20 mg) 및 폴리에틸렌 옥사이드(100 mg) (polyethylene oxide, PEO, MW ¼ 200 K)을 용해하고, 실온에서 2시간 동안 교반 하여 균일한 용액을 제조하였다. JBK 4 (20 mg) and polyethylene oxide (100 mg) (polyethylene oxide, PEO, MW ¼ 200 K) were dissolved in 3 mL of chloroform, and stirred at room temperature for 2 hours to prepare a uniform solution.

상기 제조된 균일한 용액은 200mm 직경의 유리 페트리(Petri) 접시(dish)에 옮긴 후, 실온에서 8시간 동안 진공 상태 하에서 건조하였다. 폴리머에 포함된 베타인은 SEM 분석으로 확인하였다(도 3).The prepared homogeneous solution was transferred to a 200 mm diameter glass Petri dish, and then dried under vacuum at room temperature for 8 hours. Betaine contained in the polymer was confirmed by SEM analysis (Fig. 3).

JBK4를 포함하는 PEO 필름은 청색을 나타내고, 수증기(가습기에 의해 생성된 수증기)와 접하면 가역적인 방식으로 즉각적인 색상 변화가 나타났다. The PEO film containing JBK4 exhibited a blue color, and upon contact with water vapor (water vapor generated by the humidifier), an immediate color change appeared in a reversible manner.

이는 본 발명의 신규한 베테인 화합물을 이용하여 고분자 필름으로 제조할 경우에도 우수한 수 변색 감지 특성을 나타냄을 의미한다 할 것이다. This will mean that it exhibits excellent water discoloration detection properties even when it is manufactured as a polymer film using the novel betaine compound of the present invention.

상기 청색의 플렉서블 중합체 필름은 수증기를 분무한 후, 흡수 최대 값이 652 nm에서 590 nm로 이동하고, 색상은 청색에서 적색으로 변하여, 수 변색성을 나타냈다(도 4). After spraying water vapor, the blue flexible polymer film shifted from 652 nm to 590 nm, and the color changed from blue to red, showing water discoloration (FIG. 4).

상기 결과에 의해 베타인 염료를 포함하는 고체 상태에서도 액체 상태와 같이 수 변색 특성을 나타냄을 확인하였다.From the above results, it was confirmed that even in the solid state containing the betaine dye, the water discoloration property was exhibited as in the liquid state.

상기와 같이 제조된 중합체 필름은 유연한 성질을 가져, 다양한 용도로 활용이 가능하며, 특히, 사람의 땀 구멍 매핑을 위한 센서로 유용하게 활용될 수 있다.The polymer film prepared as described above has flexible properties and can be used for various purposes, and in particular, can be usefully used as a sensor for mapping a sweat hole of a person.

이온 변색 특성의 평가Evaluation of ion discoloration properties

LiI, NaI, KI, RbI 및 CaI2와 베타인 염료의 이온 변색 특성을 조사하였다. The ionic discoloration properties of LiI, NaI, KI, RbI and CaI 2 and betaine dyes were investigated.

실험 시 용매의 높은 비유전율, 염과의 강한 용매화 특성 및 분자간 수소 결합을 피하기 위해, 용매로 아세토나이트릴을 이용하였다. In the experiment, acetonitrile was used as a solvent in order to avoid high relative dielectric constant of the solvent, strong solvation property with salt, and intermolecular hydrogen bonding.

본 발명의 염료 조성물이 용해된 아세토나이트릴 용액(110M)에 염 용액(110M)을 첨가하고, 전하 전달 밴드의 단파장(hypsochromic) 이동을 관찰하였다(도 5). A salt solution (110M) was added to the acetonitrile solution (110M) in which the dye composition of the present invention was dissolved, and a short wavelength (hypsochromic) shift of the charge transfer band was observed (FIG. 5).

도 5에 따르면, 금속 염의 첨가에 따른 색상 변화를 확인할 수 있다. 상기 이온 변색 효과는 유효 양이온 전하(이온 전하/반지름), 즉 루비듐에서 칼슘 염으로 증가함에 따라 증가하였다(Rb+ <K+ <Na+ <Li+ <Ca2 +). According to FIG. 5, color change according to the addition of the metal salt can be confirmed. The ion discoloration effect increased as the effective cationic charge (ionic charge/radius), that is, increased from rubidium to calcium salt (Rb + <K + <Na + <Li + <Ca 2 + ).

도 6에 따르면, JBK1에서 JBK6까지, 모든 염료는 염 첨가 시 적색 또는 적갈색에서 황색으로 변하였다.According to Figure 6, from JBK1 to JBK6, all dyes changed from red or reddish brown to yellow when salt was added.

베타인 염료는 금속 염과 만나게되면 이온 변색 특성을 나타낼 수 있다. 이러한 이온 변색성은 염료 내 화합물 자체는 염이 첨가될 때 화학적 구조를 유지하는 반면, 용매 성분의 내부 미세 구조가 변하는 것을 확인하였다. Betaine dyes can exhibit ionic discoloration properties when encountered with metal salts. This ionic discoloration was confirmed that the compound in the dye itself maintained a chemical structure when a salt was added, while the internal microstructure of the solvent component was changed.

이러한 방식으로, 염료 조성물 내 용매 극성 및 이온 강도의 변화로 인해, 분자 내 전하 이동이 발생하게 되고, 이러한 분자 내 전하 이동으로 인한 영역에서 UV-가시광선 스펙트럼에 영향을 미쳤다. 이러한 특성을 이용하면, 금속 염 및 폴리(에틸렌 옥사이드) 올리고머를 포함하는 베타인 염료는 고성능 이온 전도성 매트릭스의 설계에 유용하게 활용될 수 있다.In this way, due to the change in solvent polarity and ionic strength in the dye composition, intramolecular charge transfer occurs, and in the region due to such intramolecular charge transfer, the UV-visible spectrum is affected. Using these properties, betaine dyes including metal salts and poly(ethylene oxide) oligomers can be usefully utilized in the design of high-performance ion conductive matrices.

열 변색 특성의 평가Evaluation of heat discoloration properties

UV-visible 분광법과 시각적인 색상 변화를 사용하여 클로로포름(1×104M) 내에서의 온도 변화에 따른, 베타인 염료를 관찰하여 열 변색성을 확인하였다(도 7 및 8). Using UV-visible spectroscopy and visual color change , the betaine dye was observed according to the temperature change in chloroform (1×10 4 M) to confirm thermal discoloration (FIGS. 7 and 8).

JBK1에서 JBK6까지, 온도가 50℃에서 10℃로 감소함에 따라, 모든 화합물은 가역적 색 변화를 갖는 블루 시프트를 나타냈다. 이러한 현상은 본 발명의 베타인 화합물의 분자상 치환기로 인한 것으로, 상기 분자 상 치환기가 열 변색 특성 상 중요한 역할을 한다.From JBK1 to JBK6, as the temperature decreased from 50° C. to 10° C., all compounds showed a blue shift with a reversible color change. This phenomenon is due to the molecular substituent of the betaine compound of the present invention, and the molecular substituent plays an important role in terms of thermal discoloration properties.

JBK1의 경우, 50 ℃에서 10 ℃로 냉각 시, 최대 흡수 값이 570에서 550nm로 이동하고, 자주색에서 적색으로 색상 변화가 발생하였다. In the case of JBK1, when cooling from 50° C. to 10° C., the maximum absorption value shifted from 570 to 550 nm, and a color change occurred from purple to red.

JBK2의 경우, 50℃에서 10℃로 냉각 시, 최대 흡수 값이 590에서 555nm로 이동하고, 녹색에서 분홍색으로 색상 변화가 발생하였다. In the case of JBK2, when cooling from 50° C. to 10° C., the maximum absorption value shifted from 590 to 555 nm, and a color change occurred from green to pink.

JBK3은 경우, 50℃ 에서 10 ℃로 냉각 시, UV-가시광 흡수 스펙트럼에서 80nm 청색 이동(hypsochromic shift)이 일어나고, 청색에서 적색으로의 색상의 변화가 나타냈다. In the case of JBK3, when cooled from 50° C. to 10° C., an 80 nm blue shift (hypsochromic shift) occurred in the UV-visible light absorption spectrum, and a color change from blue to red was observed.

동일한 온도 변화 조건에서, JBK4는 최대 흡수값이 630에서 600nm로 이동하고, 남색에서 파란색으로 색상 변화가 발생하였다.Under the same temperature change condition, the maximum absorption value of JBK4 shifted from 630 to 600 nm, and a color change occurred from indigo blue to blue.

JBK5의 용액을 동일한 조건 하에서 냉각시키면 590에서 550nm으로 파장이 이동하고 녹색에서 적자색으로 색상이 변화하였다. When the JBK5 solution was cooled under the same conditions, the wavelength shifted from 590 to 550 nm and the color changed from green to reddish purple.

마지막으로, JBK6의 경우, 최대 흡수 값이 590에서 560nm로 이동하고, 녹색에서 자주색으로 색상이 변화하였다. Finally, in the case of JBK6, the maximum absorption value shifted from 590 to 560 nm, and the color changed from green to purple.

온도를 감소시킴으로써, 이러한 청색 이동(hypsochromic shift)은 음의 열 변색과 일치하였다. 상기 염료의 열 변색 특성은 염료의 구조적 형태의 변화 및 용매의 비유전율의 조합으로 인한 결과이다. 이러한 색 변화는 염료 분자의 분자 환경에서의 작은 변화가 열 변색 감지 특성에 큰 변화를 일으킬 수 있음을 의미한다 할 것이다.By decreasing the temperature, this hypsochromic shift coincided with negative thermal discoloration. The thermochromic property of the dye is a result of the combination of the change in the structural form of the dye and the relative dielectric constant of the solvent. This color change means that a small change in the molecular environment of the dye molecule can cause a large change in the thermal discoloration detection property.

용매 변색 특성의 평가Evaluation of solvent discoloration properties

본 발명의 신규한 베타인 염료 조성물의 용매 변색 특성을 UV-vis 흡수(도 9) 및 용매(클로로포름, DMF, 아세톤, EtOH, 아세토나이트릴 및 디클로로 메탄)하에서의 색상 변화로 조사하였다(도 10). The solvent discoloration property of the novel betaine dye composition of the present invention was investigated by color change under UV-vis absorption (FIG. 9) and solvent (chloroform, DMF, acetone, EtOH, acetonitrile and dichloromethane) (FIG. 10). .

상기 실험 결과에 의하면, 본 발명의 신규한 베타인 염료 조성물은 용매의 차이로 인해, 분자 구조에서의 작은 치환 변화가 발생하게 되고, 이러한 현상으로 인해 뚜렷한 색 변화 및 최대 흡수의 큰 변화가 얻어졌다. According to the above experimental results, in the novel betaine dye composition of the present invention, due to the difference in the solvent, a small substitution change in the molecular structure occurs, and due to this phenomenon, a distinct color change and a large change in maximum absorption were obtained. .

상기 염료 조성물에서 용매의 극성이 증가함에 따라, 흡수 최대 값이 더 낮은 파장으로 이동하였다. 이러한 현상은 네거티브 용매 변색성이라고 하며 이 현상에 대한 명확한 이해를 위해 여기 상태에서의 ET-30 값을 계산하였다.As the polarity of the solvent in the dye composition increased, the absorption maximum shifted to a lower wavelength. This phenomenon is called negative solvent discoloration, and for a clear understanding of this phenomenon, the ET-30 value in the excited state was calculated.

해당 결과는 하기 표 1과 같다.The results are shown in Table 1 below.

Figure 112019123471440-pat00010
Figure 112019123471440-pat00010

본 발명의 베타인 염료 및 페놀레이트 산소는 수소 결합 공여 용매와 특정 수소 결합이 일어나고, 반면 전자쌍 공여 용매와의 상호 작용은 피리디늄 고리에서의 양전하의 비편재화로 인해 약해지거나 무시할 수 있다.The betaine dye and phenolate oxygen of the present invention undergo a specific hydrogen bond with the hydrogen bond donating solvent, whereas the interaction with the electron pair donating solvent is weakened or negligible due to the delocalization of the positive charge in the pyridinium ring.

JBK1에서 JBK6까지, 모든 염료는 용매가 변할 때 눈에 띄는 색상 변화를 나타냈다. From JBK1 to JBK6, all dyes showed a noticeable color change when the solvent was changed.

DCM에서 DMF로 극성을 증가시킴으로써 UV-visible 흡수 최대값이 단파장쪽으로(hypsochromically) 거의 50 내지 100 nm만큼 이동하였다. By increasing the polarity from DCM to DMF, the maximum value of UV-visible absorption shifted to a short wavelength (hypsochromically) by almost 50 to 100 nm.

색상 및 UV-visible 흡수 스펙트럼의 변화는 서로 다른 용매 극성을 가진 염료의 분쇄 및 여기 상태의 불균일하고 차등적인 용매화에 의한 것이다. 페닐기의 분지형 파라 할로겐 원자를 제외하고는 합성된 JBK2의 분자 구조는 JBK4 염료의 분자 구조와 동일하지만 JBK2와 비교하여 JBK4에 대해 매우 높은 흡광도로 인해 적색 이동한 것이 가장 긴 파장으로 관찰되었다. 이 변칙적 변화의 원인은 용액 상태에서 가능한 많은 수의 형태이성질체(conformer) 사이의 작은 에너지 차이 일 수 있으며, 때로는 베타인 염료 내 분자 구조의 작은 변화가 전자 스펙트럼에 큰 차이를 줄 수 있다.The change in color and UV-visible absorption spectrum is due to the pulverization of dyes with different solvent polarities and the heterogeneous and differential solvation of the excited state. Except for the branched para-halogen atom of the phenyl group, the molecular structure of the synthesized JBK2 is the same as that of the JBK4 dye, but the red shift was observed as the longest wavelength due to the very high absorbance for JBK4 compared to JBK2. The cause of this anomalous change can be a small energy difference between as many conformers as possible in solution, and sometimes a small change in the molecular structure in a betaine dye can make a big difference in the electron spectrum.

모든 염료에 대해, HBD 용매(수소결합 주개 용매, 예를 들어 EtOH) 및 비-HBD 용매(예를 들어, 클로로포름, DMF, 아세토나이트릴, 아세톤 및 디클로로메탄) 둘 다에서 색상 및 UV-vis 흡수 스펙트럼의 상당한 변화가 나타났다. 베테인 염료 분자와의 용매 상호 작용 및 CT 흡수는 용매의 친전자성 용매력에 의존한다.For all dyes, color and UV-vis absorption in both HBD solvents (hydrogen bond donor solvents, e.g. EtOH) and non-HBD solvents (e.g. chloroform, DMF, acetonitrile, acetone and dichloromethane) Significant changes in the spectrum appeared. The solvent interaction and CT absorption with the betaine dye molecule depend on the electrophilic solvent power of the solvent.

합성된 베테인 염료에서 컨쥬게이션된 p-시스템은 전하 공명으로 보여지는 여기 상태에서의 분자 내 전하 이동을 나타낸다. 베테인 염료는 수소 결합 공여체가 아니거나 루이스 산의 성질을 나타내지 않지만, 염료는 쌍극자 유도 쌍극자, 쌍극사-쌍극자 및 강한 수소 결합 수용에 의해 용매와 상호 작용할 수 있으며, 또한 높은 분극성 및 분산 상호 작용 용량을 나타낼 수 있다.The p-system conjugated in the synthesized betain dye exhibits intramolecular charge transfer in the excited state seen by charge resonance. While betaine dyes are not hydrogen bond donors or exhibit the properties of Lewis acids, dyes can interact with solvents by accepting dipole-induced dipoles, dipole-dipoles and strong hydrogen bonds, and also have high polarization and dispersive interactions. Can indicate the capacity.

HBD 용매에서의 용매 변색성 현상은 페놀레이트 산소 원자와의 특정 분자간 수소 결합 상호 작용에 의존하지만, 비 HBD 용매에서는 런던 분산력(London dispersion forces) 및 유도력(비특이적인 분자간 염료 대 용매 상호 작용)에 의한 결과이다.Solvent discoloration phenomena in HBD solvents depend on specific intermolecular hydrogen bonding interactions with phenolate oxygen atoms, but in non-HBD solvents, London dispersion forces and induction forces (nonspecific intermolecular dye-solvent interactions) are affected. Is the result of.

본 발명의 실시예에서 합성한 베테인 염료는 다양한 용매에서 육안으로 확인 가능한 정도의 뚜렷한 색상 변화를 나타내, 오일 분석, 폴리머 특성 및 생물학적 프로브로 활용 가능하다고 할 것이다.It will be said that the betaine dye synthesized in the examples of the present invention exhibits a distinct color change that can be seen with the naked eye in various solvents, and can be used as oil analysis, polymer properties, and biological probes.

합성된 베티인 화합물의 특성Properties of the synthesized vetiin compound

본 발명에서 합성된 베테인 화합물의 구조, 광학적 특성 및 전자 구성에 대한 확인을 위해, 화합물에 대한 특성 평가를 진행하였다. In order to confirm the structure, optical properties, and electronic configuration of the betaine compound synthesized in the present invention, the properties of the compound were evaluated.

DFT 및 TDDFT 계산은 가우시안(Gaussian) 09 프로그램으로 설정된 b3lyp/6-31g(d, p) 기준을 사용하여 수행하였다.DFT and TDDFT calculations were performed using the b3lyp/6-31g (d, p) criteria set with the Gaussian 09 program.

상기 베테인 화합물의 형상은 DFT를 사용하여 최적화하였으며, 도 11a와 같다.The shape of the betaine compound was optimized using DFT, as shown in FIG. 11A.

상기 베테인 화합물의 바닥 상태(ground state) 및 여기 상태(excited state) 사이의 분자 궤도 에너지 수준, 밴드 갭 및 베테인 염료의 전체 쌍극자 모멘트는 하기 표 2와 같다.The molecular orbital energy level, the band gap, and the total dipole moment of the betaine dye between the ground state and the excited state of the betaine compound are shown in Table 2 below.

EHOMO(eV)E HOMO (eV) ELUMO(eV)E LUMO (eV) E0-0(eV)E 0-0 (eV) Dipole moment
(μ, D)
Dipole moment
(μ, D)
JBK1JBK1 -4.47-4.47 -2.77-2.77 1.701.70 13.8813.88 JBK2JBK2 -4.48-4.48 -2.74-2.74 1.741.74 12.1012.10 JBK3JBK3 -3.99-3.99 -2.99-2.99 1.001.00 16.4716.47 JBK4JBK4 -4.48-4.48 -2.75-2.75 1.731.73 12.1912.19 JBK5JBK5 -4.47-4.47 -2.77-2.77 1.701.70 13.9813.98 JBK6JBK6 -3.99-3.99 -2.99-2.99 1.001.00 16.5816.58

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 6개의 베타인 염료 중에서, 오르쏘 및 파라-O 치환된 염료는 접지 상태 에너지(HOMO)와 비교하여 더 낮다. Among the six betaine dyes according to an embodiment of the present invention, ortho and para-O substituted dyes are lower compared to ground state energy (HOMO).

메타-치환 화합물인 JBK1-6에 대한 밴드 갭은 각각 1.70, 1.74, 1.00, 1.73, 1.70 및 1.00eV 인 것으로 밝혀졌다. The band gaps for the meta-substituted compound JBK1-6 were found to be 1.70, 1.74, 1.00, 1.73, 1.70 and 1.00 eV, respectively.

이론적 데이터는 오르쏘 및 파라 위치에서 공여 그룹(donating group)이 밴드갭을 증가시킨다는 것을 확인하였다. Theoretical data confirmed that the donating group increased the bandgap at the ortho and para positions.

공여 O-는 JBK3 및 JBK6의 메타 위치에 있으며, 이는 오르쏘 및 파라 위치에 비해 전자 공여에 덜 효과적이다. The donor O - is in the meta position of JBK3 and JBK6, which is less effective at electron donating compared to the ortho and para positions.

또한, 염료의 쌍극자 모멘트는 이론적으로 계산되었으며 JBK1-6에 대해 각각 13.88, 12.10, 16.47, 12.19, 13.98 및 16.58D 인 것으로 밝혀졌다. In addition, the dipole moment of the dye was calculated theoretically and found to be 13.88, 12.10, 16.47, 12.19, 13.98 and 16.58D respectively for JBK1-6.

염료의 쌍극자 모멘트는 전자 흡수에 의해 관찰된 비정상적인 거동 및 이들 염료의 명백한 쌍극자 모멘트가 용매와 염료 분자 사이의 수소 결합에 기인할 수 있다는 것을 의미한다.The dipole moment of the dye means that the abnormal behavior observed by electron absorption and the apparent dipole moment of these dyes can be due to the hydrogen bonding between the solvent and the dye molecule.

베타인 염료에 대한 20개의 일중 수직 여기 에너지(singlet vertical excitation energies)는 TDDFT를 사용하여 계산되었고 5개의 1 중앙 에너지는 표 3과 같다. 또한, UV-Vis 스펙트럼 데이터 및 진동기 강도는 하기 표 3에 나타냈다.Twenty single vertical excitation energies for betaine dyes were calculated using TDDFT, and five one central energies are shown in Table 3. In addition, UV-Vis spectrum data and vibrator intensity are shown in Table 3 below.

Figure 112019123471440-pat00011
Figure 112019123471440-pat00011

도 11b에 도시 된 바와 같이, JBK1-6의 계산된 최대 흡수는 609, 593, 567, 670, 609 및 566 nm에 위치한다. 흡수 결과가 실험 결과와 일치하였다. 11B, the calculated maximum absorption of JBK1-6 is located at 609, 593, 567, 670, 609 and 566 nm. The absorption result was consistent with the experimental result.

이들 흡수 최대치에 대응하는 전이는 각각 JBK1e6에 대한 H→L+1, H→L+1, H-1→ L+1, H-1→ L, H→ L+1 및 H-1→ L+1이다. JBK4의 경우 전이 S0 → S3 및 S0 → S2가 지배적입니다.The transitions corresponding to these absorption maxima are H→L+1, H→L+1, H-1→ L+1, H-1→ L, H→ L+1 and H-1→ L+ for JBK1e6, respectively. It is 1. For JBK4, the transitions S0 → S3 and S0 → S2 dominate.

전자 구름의 분포는 도 12와 같다. 상기 도 12에 도시된 바와 같이, 베타인 염료의 전자 밀도 분포 패턴은 유사하다. HOMO는 주로 N-치환된 페놀레이트 고리에 위치하고, LUMO는 트리페닐피릴륨 부분에 분포한다. The distribution of the electron cloud is shown in FIG. 12. As shown in FIG. 12, the electron density distribution pattern of the betaine dye is similar. HOMO is mainly located in the N-substituted phenolate ring, and LUMO is distributed in the triphenylpyryllium moiety.

여기(excitation)는 페놀레이트 공여체 그룹으로부터 피릴륨 수용체로 분자 내 전하 이동에 상응하는 LUMO의 형태를 초래한다.Excitation results in a form of LUMO corresponding to the intramolecular charge transfer from the phenolate donor group to the pyryllium acceptor.

염료의 전자 밀도는 흡수된 광자 에너지에 따라 산소 및 질소 축을 통해 또는 중심 디페닐-피리딘 단편상으로 변위되었다. The electron density of the dye was displaced through the oxygen and nitrogen axes or onto the central diphenyl-pyridine fragment, depending on the absorbed photon energy.

결론적으로, 모든 실험이 용매 매질에서 수행되고 이론적 계산에는 용매가 사용되지 않았기 때문에 이론적 및 실험적 값이 다양하다. 따라서, 결과에서의 편차는 용매와 용질 사이의 상호 작용의 존재로 인한 것일 수 있다.In conclusion, the theoretical and empirical values vary because all experiments were performed in a solvent medium and no solvent was used in the theoretical calculations. Thus, the deviation in the results may be due to the presence of an interaction between the solvent and the solute.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also present It belongs to the scope of rights of

Claims (11)

하기 화학식 1로 표시되는 베테인 화합물로,
상기 화합물은 수 변색성(Hydrochromism), 이온 변색성(Ionochromism), 열 변색성(Thermochromism) 및 용매 변색성(Solvatochromism)을 갖는
화합물:
[화학식 1]
Figure 112019123471440-pat00012

여기서,
n, m 및 p는 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수이며,
q는 0 내지 4의 정수이며,
X-는 음이온성 치환기로 -O-, -COO-, -R5COO- 및 -R6O-로 이루어진 군으로부터 선택되며,
R1 내지 R6은 서로 동일하거나 상이하며 각각 독립적으로 수소, 시아노기, 트리플루오로메틸기, 니트로기, 할로겐기, 히드록시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 4의 알킬티오기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 24의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 30의 아르알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 헤테로아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아르알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 24의 헤테로 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기로 이루어진 군으로부터 선택되며,
상기 R1 내지 R6이 치환되는 경우, 수소, 시아노기, 트리플루오로메틸기, 니트로기, 할로겐기, 히드록시기, 카복실기, 탄소수 1 내지 10의 알콕시기, 탄소수 1 내지 4의 알킬티오기, 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 탄소수 1 내지 20의 시클로알킬기, 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 탄소수 2 내지 24의 알키닐기, 탄소수 7 내지 30의 아르알킬기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴기, 탄소수 6 내지 30의 헤테로아릴알킬기, 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 탄소수 1 내지 30의 알킬아미노기, 탄소수 6 내지 30의 아릴아미노기, 탄소수 6 내지 30의 아르알킬아미노기, 탄소수 2 내지 24의 헤테로 아릴아미노기, 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기 및 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기로 이루어진 군으로부터 선택되는 치환기로 치환되며, 복수 개의 치환기로 치환되는 경우 이들은 서로 동일하거나 상이하다.
A betaine compound represented by the following formula (1),
The compound has hydrochromism, ionic discoloration (Ionochromism), thermal discoloration (Thermochromism), and solvent discoloration (Solvatochromism).
compound:
[Formula 1]
Figure 112019123471440-pat00012

here,
n, m and p are the same as or different from each other, and each independently an integer of 0 to 5,
q is an integer from 0 to 4,
X - is -O of the anionic substituent -, -COO -, -R 5 COO - is selected from the group consisting of-O and -R 6
R 1 to R 6 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen, cyano group, trifluoromethyl group, nitro group, halogen group, hydroxy group, substituted or unsubstituted alkylthio group having 1 to 4 carbon atoms, substituted or unsubstituted A C 1 to C 30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C 1 to C 20 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 30 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C 2 to C 24 alkynyl group, substituted or unsubstituted A substituted or unsubstituted aralkyl group having 7 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted heteroaryl group having 2 to 60 carbon atoms, a substituted or unsubstituted heteroarylalkyl group having 6 to 30 carbon atoms , A substituted or unsubstituted C1-C30 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C1-C30 alkylamino group, a substituted or unsubstituted C6-C30 arylamino group, a substituted or unsubstituted C6-C30 alkoxy group Aralkylamino group, substituted or unsubstituted C2-C24 hetero arylamino group, substituted or unsubstituted C1-C30 alkylsilyl group, substituted or unsubstituted C6-C30 arylsilyl group, and substituted or unsubstituted It is selected from the group consisting of an aryloxy group having 6 to 30 carbon atoms,
When the R 1 to R 6 are substituted, hydrogen, cyano group, trifluoromethyl group, nitro group, halogen group, hydroxy group, carboxyl group, alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, alkylthio group having 1 to 4 carbon atoms, carbon number 1 to 30 alkyl group, C 1 to C 20 cycloalkyl group, C 2 to C 30 alkenyl group, C 2 to C 24 alkynyl group, C 7 to C 30 aralkyl group, C 6 to C 30 aryl group, C 2 to C 60 Heteroaryl group, C6-C30 heteroarylalkyl group, C1-C30 alkoxy group, C1-C30 alkylamino group, C6-C30 arylamino group, C6-C30 aralkylamino group, C2-C30 alkoxy group, It is substituted with a substituent selected from the group consisting of a heteroarylamino group of 24, an alkylsilyl group having 1 to 30 carbon atoms, an arylsilyl group having 6 to 30 carbon atoms, and an aryloxy group having 6 to 30 carbon atoms, and when substituted with a plurality of substituents, these They are the same or different from each other.
제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는
화합물:
[화학식 2]
Figure 112019123471440-pat00013

여기서, X-, q, R1 및 R4는 제1항에서 정의한 바와 같다.
The method of claim 1,
The compound represented by Formula 1 is represented by the following Formula 2
compound:
[Formula 2]
Figure 112019123471440-pat00013

Here, X -, q, R 1 and R 4 are as defined in claim 1.
제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 3 내지 5로 표시되는 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는
화합물:
[화학식 3]
Figure 112021032598015-pat00033


[화학식 4]
Figure 112021032598015-pat00034

[화학식 5]
Figure 112021032598015-pat00035

여기서,
R1, R4 및 X-는 제1항에서 정의한 바와 같다.
The method of claim 1,
The compound represented by Formula 1 is selected from the group consisting of compounds represented by the following Formulas 3 to 5
compound:
[Formula 3]
Figure 112021032598015-pat00033


[Formula 4]
Figure 112021032598015-pat00034

[Formula 5]
Figure 112021032598015-pat00035

here,
R 1, R 4 and X - are as defined in claim 1.
제1항에 있어서,
상기 X-는 음이온성 치환기로 -O-
화합물.
The method of claim 1,
Wherein X - is -O of the anionic substituents of
compound.
제1항에 있어서,
R1 및 R4는 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 할로겐기인
화합물.
The method of claim 1,
R 1 and R 4 are the same as or different from each other, and each independently a halogen group
compound.
제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식으로 표시되는 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는
화합물:
Figure 112019123471440-pat00017
The method of claim 1,
The compound represented by Formula 1 is selected from the group consisting of compounds represented by the following formula
compound:
Figure 112019123471440-pat00017
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 화합물을 포함하는
변색성(Chromism) 염료 조성물.
Comprising the compound according to any one of claims 1 to 6
Chromism dye composition.
제7항에 있어서,
상기 변색성은 수 변색성(Hydrochromism), 이온 변색성(Ionochromism), 열 변색성(Thermochromism) 및 용매 변색성(Solvatochromism)인
변색성(Chromism) 염료 조성물.
The method of claim 7,
The discoloration is water discoloration (Hydrochromism), ion discoloration (Ionochromism), thermal discoloration (Thermochromism) and solvent discoloration (Solvatochromism).
Chromism dye composition.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 화합물을 포함하는
변색성(Chromism) 고분자 필름.
Comprising the compound according to any one of claims 1 to 6
Chromism polymer film.
제9항에 있어서,
상기 고분자는 폴리비닐알코올(Poly vinyl alcohol, PVA), 폴리비닐 피롤리돈(Poly vinyl pyrollidone, PVP), 폴리에틸렌 옥사이드(Polyethylene oxide, PEO), 폴리아크릴아마이드(Poly acrylamide, PAAM), 폴리아크릴산(Polye acrylic acid), 폴리스타이렌설포닉산(Poly styrenesulfonic acid, PSSA), 폴리실리식산(Polysilicic acid, PSiA), 폴리포스포릭산(Poly phosphoric acid, PPA), 폴리에틸렌 설포닉산(Polyethylene sulfonic acid, PESA), 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine, PEI), 폴리아마이드아민(Polyamideamine, PAMAM), 폴리아민(Polyamine) 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는
변색성(Chromism) 고분자 필름.
The method of claim 9,
The polymer is polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl pyrollidone (PVP), polyethylene oxide (PEO), polyacrylamide (PAAM), polyacrylic acid (Polye acrylic acid), polystyrenesulfonic acid (PSSA), polysilicic acid (PSiA), polyphosphoric acid (PPA), polyethylene sulfonic acid (PESA), polyethyleneimine (Polyethyleneimine, PEI), polyamideamine (PAMAM), polyamine, and a mixture thereof
Chromism polymer film.
제9항에 있어서,
상기 변색성은 수 변색성(Hydrochromism), 이온 변색성(Ionochromism), 열 변색성(Thermochromism) 및 용매 변색성(Solvatochromism)인
변색성(Chromism) 고분자 필름.
The method of claim 9,
The discoloration is water discoloration (Hydrochromism), ion discoloration (Ionochromism), thermal discoloration (Thermochromism) and solvent discoloration (Solvatochromism).
Chromism polymer film.
KR1020190156739A 2019-11-29 2019-11-29 Novel betaine compounds, dye compositions comprising the same and uses thereof KR102251167B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190156739A KR102251167B1 (en) 2019-11-29 2019-11-29 Novel betaine compounds, dye compositions comprising the same and uses thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190156739A KR102251167B1 (en) 2019-11-29 2019-11-29 Novel betaine compounds, dye compositions comprising the same and uses thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102251167B1 true KR102251167B1 (en) 2021-05-11

Family

ID=75915116

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190156739A KR102251167B1 (en) 2019-11-29 2019-11-29 Novel betaine compounds, dye compositions comprising the same and uses thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102251167B1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101649480B1 (en) 2013-01-18 2016-08-19 한양대학교 산학협력단 Hydrochromic polydiacetylene composite, hydrochromic thin film using the same and use thereof

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101649480B1 (en) 2013-01-18 2016-08-19 한양대학교 산학협력단 Hydrochromic polydiacetylene composite, hydrochromic thin film using the same and use thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. Excited‐state intramolecular proton transfer (ESIPT) for optical sensing in solid state
Grzybowski et al. Diketopyrrolopyrroles: synthesis, reactivity, and optical properties
Kothavale et al. Novel pyrazino-phenanthroline based rigid donor-π-acceptor compounds: a detail study of optical properties, acidochromism, solvatochromism and structure-property relationship
Sharma et al. Synthesis, photophysical and electrochemical studies of acridone-amine based donor–acceptors for hole transport materials
Goel et al. Non-aggregating solvatochromic bipolar benzo [f] quinolines and benzo [a] acridines for organic electronics
Huang et al. Constructing full-color highly emissive organic solids based on an X-shaped tetrasubstituted benzene skeleton
Zhan et al. Donor-acceptor π-conjugated quinoxaline derivatives exhibiting multi-stimuli-responsive behaviors and polymorphism-dependent multicolor solid-state emission
Zhan Fluorescence response of anthracene modified D-π-A heterocyclic chromophores containing nitrogen atom to mechanical force and acid vapor
Yan et al. Design, synthesis, photophysical properties and pH-sensing application of pyrimidine-phthalimide derivatives
Zhang et al. High quantum yield both in solution and solid state based on cyclohexyl modified triphenylamine derivatives for picric acid detection
Merkt et al. Synthesis and electronic properties of expanded 5-(hetero) aryl-thien-2-yl substituted 3-ethynyl quinoxalines with AIE characteristics
Li et al. D-π-A benzo [c][1, 2, 5] selenadiazole-based derivatives via an ethynyl bridge: Photophysical properties, solvatochromism and applications as fluorescent sensors
Zhan et al. Reversible mechanofluorochromism and acidochromism using a cyanostyrylbenzimidazole derivative with aggregation-induced emission
Jia et al. Mechanofluorochromic properties of tert-butylcarbazole-based AIE-active D-π-A fluorescent dye
Liu et al. The origin of the unusual red-shifted aggregation-state emission of triphenylamine-imidazole molecules: excimers or a photochemical reaction?
Vigante et al. Synthesis of linear and V‐shaped carbazolyl‐substituted pyridine‐3, 5‐dicarbonitriles exhibiting efficient bipolar charge transport and E‐type fluorescence
Hsiao et al. Highly stable electrochromic polyamides based on N, N‐bis (4‐aminophenyl)‐N′, N′‐bis (4‐tert‐butylphenyl)‐1, 4‐phenylenediamine
Shaikh et al. Synthesis, Photophysical, Electrochemical and Thermal Studies of Triarylamines based on benzo [g] quinoxalines
Yin et al. A novel blue emission PLED material: synthesis, photophysical and electrochemical properties
Sachdeva et al. Multi‐Stimuli Response Displaying Novel Phenothiazine‐Based Non‐Planar D‐π‐A Hydrazones: Synthesis, Characterization, Photophysical and Thermal studies
EP3098227B1 (en) Phosphole compound and fluorescent dye containing same
Shelar et al. Novel synthesis of 2‐aminoquinoline‐3‐carbaldehyde, benzo [b][1, 8] naphthyridines and study of their fluorescence behavior
KR102251167B1 (en) Novel betaine compounds, dye compositions comprising the same and uses thereof
Ma et al. Rational molecular design: functional quinoline derivatives for PA detection, gaseous acid/base switching and anion-controlled fluorescence
Meti et al. Unveiling the photophysical and morphological properties of an acidochromic thiophene flanked dipyrrolopyrazine-based chromophore for optoelectronic application

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant