TW202200534A

TW202200534A - 具可見光波段吸收之單分子型二苯甲酮衍生物光起始劑合成方法

Info

Publication number: TW202200534A
Application number: TW109121684A
Authority: TW
Inventors: 陳永忠; 黃東亮
Original assignee: 國立高雄科技大學
Priority date: 2020-06-24
Filing date: 2020-06-24
Publication date: 2022-01-01
Also published as: TWI747343B

Abstract

本發明單分子型二苯甲酮衍生物涉及用於可見光波段吸收之光起始劑，其具有一氫受體、一氫予體及一共軛片，藉由不同共軛片段具可見光吸收波段致使有不同之光反應速度，其特徵為單分子型二苯甲酮衍生物於光起始劑之用途，可避免分散不均及增加分子內質子或電子轉移效率，此寬廣吸收波段亦可滿足不同曝光光源之需求，更進一步亦可應用於光吸收劑之用途。

Description

具可見光波段吸收之單分子型二苯甲酮衍生物光起始劑

光固化技術通常是指在紫外光、可見光下或在電子束等照射下，所產生的能量會使得不飽和單體由液態轉換成固態的情形，此技術已被廣泛的應用在非成相系統如塗料、黏著劑、牙科補強材料等以及成相系統的3D列印、半導體、印刷電路板製程等電子元件。光源為光固化系統中之重要因子，是指光起始劑接受到光的能量之後轉變成活性自由基進行後續連鎖反應，因此光起始劑的選擇與光源的搭配對於光固化效率具有一決定性影響，近年來業者以持朝向將傳統UV汞燈轉換為較為環保之LED燈源或是可具有底部穿透效果之可見光波長光源等。因此如何設計新穎光起始劑以符合適當光源之需求已刻不容緩。

光固化系統依應用可分成不同組成如寡聚物、反應性單體、光起始劑及添加劑等。而通常光起始劑之含量約佔整體配方的1-5wt%，雖其量不多但卻有反應速率的決定步驟。其反應機制為光起始劑捕捉光輻射能量，藉由能量產生反應性片段並將能量傳遞給寡聚物及反應性單體，產生反應固化的相變化過程，並可因應需求添加相對應之添加劑，使該系統符合需求。一般光起始劑需要具備：(1)能吸收光輻射能，使單體產生聚合反應; (2)且有良好的熱穩定性等。光起始劑因結構、能量傳遞的方式不同，可分為陽離子型(Cationic polymerization, CP)與自由基型(Free radical polymerization, FRP)光固化系統，其中自由基光起始劑目前被廣泛的應用於業界，因為其具有固化速率快、成本低廉、無後固化等優點。自由基型反應機制區又可分為Type I (直接裂解型)與Type II (雙分子型)兩類，其反應機制如下：Type I光起始劑反應機制如圖一，並以市售之TPO為例。當光照射Type I光起始劑時，分子中碳-磷鍵產生斷鍵，生成自由基引發寡聚物與反應性單體進行交聯聚合反應，此外下圖為市面上常見的Type I光起始劑。

圖一 Type I光起始劑與TPO光起始劑之反應機制

Type II系統則是由光起始劑(PI，又稱為氫受體Hydrogen acceptor)、共起始劑(Co-initiator，又稱氫予體Hydrogen donor，DH)雙成分所組成，其反應機制如圖二所示，由光起始劑吸收光子並斷鍵成為氫原子的被攻擊者(P•)，氫原子予體(DH)進行給予氫原子之動作，產生自由基(D•)，並生成自由基引發寡聚物與反應性單體進行交聯聚合反應。常見的Type II中hydrogen acceptor結構如Benzophenone (BP)、Thioxanthones (TX)、Acridine、Ocl-HABI、Camphorqinone (CQ)等結構，不同的hydrogen acceptor具有不同感光度與吸光範圍並已經被廣泛的應用於電子業、黏著劑、牙科材料與印刷等產業。以BP為氫受體(hydrogen acceptor)，TEA (Triethylamine,三乙胺)為氫予體(hydrogen donor)之Type II工作機制如圖二所示，藉由hydrogen acceptor照光後產生之電子轉移至hydrogen donor分子而誘使單體進行光聚合動作。當BP在適當的光源照射下，藉由激發產生三重態與TEA作用，並進行電子轉移形成二苯甲醇負離子與胺正離子，爾後二苯甲醇負離子從胺正離子奪取氫生成無引發活性之二苯甲醇自由基(Ketyl radical)和活性很高的胺基自由基，胺基自由基可與具有不飽和官能基之單體或寡聚進行聚合反應。

圖二 Type II與例子BP/TEA光起始劑系統之反應機制

常見單分子型二苯甲酮系之BP-Ph (4-phenyl-benzophenone , 4-苯基二苯甲酮)、BPN (4-(diethylamino)-benzophenone, 4-(二乙氨基)二苯甲酮)、EMK(4,4'-Bis(diethylamino)benzophenone, 4,4'-雙(二乙氨基)二苯甲酮)如第1圖所示，其想法是將hydrogen acceptor與hydrogen donor利用共價鍵結方式形成單分子結構，此方式可避免雙分子型光起始劑系統分散不均之風險。

本發明以BPN為起始單體進行延伸共軛長度之合成，製備出單分子型二苯甲酮衍生物(BPNs): BPN-D、BPN-Ph、 BPN-N、BPN-An及BPN-Py (如第2圖)，除了比較其光反應特性外，亦評估可見光波長單分子二苯甲酮之可行性。此外非單分子型光起始劑(BP-Ph) (如第1圖)亦使用並比較其光反應特性。本發明乃是一種單分子型二苯甲酮衍生物，其具有以下通式(I)：

(I) 其中：Ｒ為

該二苯胺結構含有一個氮原子，該氮原子附接Ｉ式中碳原子；或苯、萘、蒽、芘之芳香族環結構附接Ｉ式中碳原子。其中，形成具有一氫受體、一氫予體及一共軛片，藉由不同共軛片段具可見光吸收波段致使有不同之光反應速度。其中R為二苯胺結構，即BPN-D單分子型二苯甲酮衍生物之合成乃是將BPN-Br (2.356 g, 6.54 mmol)、diphenylamine (1.217 g, 7.192 mmol)、Pd2(dba)3 (0.1197 g, 0.131 mmol)和NaOtBu (0.943 g, 9.81 mmol)置於圓底燒瓶內，抽灌氮氣數次後打入P(^t Bu)₃ (0.5 ml, 0.5 M)及toluene (20 ml)為溶劑加熱至95^o C反應12 h。反應結束後將溶劑移除，並使用DCM (dichloromethane, 二氯甲烷)/水與氯化銨水溶液進行萃取，收集有機層，經無水硫酸鎂除水後，粗產物以管柱層析純化(n-Hexane :DCM = 1 :1)，得鵝黃色固體產率32.68 % (0.913 g)；¹ H-NMR (CDCl3, 400MHz) : δ (ppm) = 1.19-1.24 (6H, CH3), 3.40-3.46 (4H, CH2), 6.63-6.70 (2H, Ar-H), 7.02-7.18 (8H, Ar-H), 7.28-7.33 (4H, Ar-H), 7.63-7.67 (2H, Ar-H), 7.77-7.81 (2H, Ar-H). FT-Mass: m/z = 421.22744 (M-H⁺ )。其中R為苯結構，即BPN-Ph單分子型二苯甲酮衍生物之合成乃是將反應瓶抽灌氮氣數次後打入dry THF (20 ml)為溶劑，並降溫至-78^o C後，加入bromobenzene (3 ml)緩慢滴入n-BuLi (6.5 ml) (維持低溫反應)反應1 h，再加入B(OMe)₃ (1.17 ml)後，回溫至室溫攪拌過夜後，加入鹽酸_(aq) (2 N)攪拌1 h，使用DCM/水與鹽酸水溶液進行萃取，收集有機層經無水硫酸鎂除水後粗產物Ph-B(OH)₂ ；將BPN-Br (3.012 g, 8.36 mmol)、Ph-B(OH)₂ (1.120 g, 9.20 mmol)、Pd(PPh₃ )₄ (0.193 g, 0.167 mmol)置入圓底燒瓶內抽灌氮氣數次，打入K₂ CO₃ (2 M) (12.50 ml)、toluene為溶劑(15 ml)加熱至95^o C反應12 h；反應結束後將溶劑移除，使用DCM/水與氯化銨水溶液進行萃取，收集有機層經無水硫酸鎂除水後粗產物以管柱層析純化(n-Hexane : DCM = 5 : 2)純化得黃色固體，產率32.68 % (0.805 g)；¹ H-NMR (CDCl3, 400MHz) : δ (ppm) = 1.21-1.25 (6H, CH₃ ), 3.42-3.48 (4H, CH₂ ), 6.65-6.69 (2H, Ar-H), 7.37-7.42 (1H, Ar-H), 7.45-7.50 (2H, Ar-H), 7.63-7.70 (4H, Ar-H), 7.80-7.84 (4H, Ar-H). FT-Mass: m/z = 329.17747 (M-H⁺ )。其中R為萘結構，即BPN-N單分子型二苯甲酮衍生物之合成乃是將反應瓶抽灌氮氣數次後打入dry THF (20 ml)為溶劑，並降溫至-78^o C後，加入1-bromonaphthalene (3 ml)緩慢滴入n-BuLi (6.24 ml)並維持低溫反應1 h，再加入B(OMe)₃ (1.11 ml)後，回溫至室溫攪拌隔夜後，加入鹽酸_(aq) (2 N)攪拌1 h，使用DCM/水與鹽酸水溶液進行萃取，收集有機層經無水硫酸鎂除水後粗產物N-B(OH)₂ ；將 BPN-Br (1.0363 g, 2.88 mmol)、N-B(OH)₂ (0.5445 g, 3.16 mmol)、Pd(PPh₃ )₄ (0.066 g, 0.0571 mmol)置入圓底燒瓶內抽灌氮氣數次，打入K₂ CO₃ (2 M) (4.30 ml)、 toluene (20 ml)為溶劑加熱反應95^o C反應24 h；反應結束後將溶劑移除，使用DCM/水與氯化銨水溶液進行萃取，收集有機層經無水硫酸鎂除水後粗產物以管柱層析純化(n-Hexane : EA = 10 : 1)純化得黃色固體，產率35 % (0.382 g)；¹ H-NMR (CDCl₃ , 400MHz) : δ (ppm) = 1.22-1.26 (6H, CH₃ ), 3.43-3.49 (4H, CH₂ ), 6.68-6.72 (2H, Ar-H), 7.44-7.77 (6H, Ar-H), 7.85-7.89 (2H, Ar-H), 7.89-7.95 (5H, Ar-H). FT-Mass: m/z = 380.20066 (M-H⁺ )。其中R為蒽結構，即BPN-An單分子型二苯甲酮衍生物之合成乃是將 9-bromoanthracene (2.497 g, 9.71 mmol)置入圓底燒瓶抽灌氮氣數次後打入dry THF (20 ml)為溶劑，並降溫至-78^o C後緩慢滴入n-BuLi (6.7 ml)並維持低溫反應1 h，再加入B(OMe)₃ (1.2 ml)後，回溫至室溫攪拌隔夜後，加入鹽酸_(aq) (2 N)攪拌1 h，使用DCM/水與鹽酸水溶液進行萃取，收集有機層經無水硫酸鎂除水後粗產物An-B(OH)₂ ；將BPN-Br (2.346 g, 6.51 mmol)、An-B(OH)₂ (1.591 g, 7.162 mmol)、Pd(PPh₃ )₄ (0.131 g, 0.114 mmol)置入圓底燒瓶內抽灌氮氣數次，打入K₂ CO₃ (2 M) (9 ml)、toluene (20 ml)為溶劑加熱反應95^o C反應24 h；反應結束後將溶劑移除，使用DCM/水與氯化銨水溶液進行萃取，收集有機層經無水硫酸鎂除水後粗產物以管柱層析純化(n-Hexane : EA = 10 : 1)純化得黃色固體，產率8.18 % (0.229 g).¹ H-NMR (CDCl₃ , 400MHz) : δ (ppm) = 1.12-1.27 (6H, CH₃ ), 3.45-3.51 (4H, CH₂ ), 6.72-6.75 (2H, Ar-H), 7.36-7.51 (4H, Ar-H), 7.52-7.55 (2H, Ar-H), 7.68-7.71 (2H, Ar-H), 7.93-7.97 (4H, Ar-H), 8.06-8.08 (2H, Ar-H), 8.53 (1H, Ar-H). FT-Mass: m/z = 430.21653 (M-H⁺ )。其中R為芘結構，即BPN-Py單分子型二苯甲酮衍生物之合成乃是將1-bromopyrene (2.825 g, 10.09 mmol)置入圓底燒瓶抽灌氮氣數次後打入dry THF (20 ml)為溶劑，並降溫至-78^o C後，緩慢滴入n-BuLi (6.93 ml)並維持低溫反應1 h，再加入B(OMe)₃ (0.7 ml)後，回溫至室溫攪拌隔夜後，加入鹽酸_(aq) (2 N)攪拌1 h，使用DCM/水與鹽酸水溶液進行萃取，收集有機層經無水硫酸鎂除水後粗產物Py-B(OH)₂ ；將BPN-Br (1.344 g, 3.730 mmol)、Py-B(OH)₂ (1.009 g, 4.100 mmol)、Pd(PPh₃ )₄ (0.086 g, 0.074 mmol)置入圓底燒瓶內抽灌氮氣數次，打入K₂ CO₃ (2 M) (9 ml)、toluene為溶劑(20 ml)加熱反應95^o C反應72 h；反應結束後將溶劑移除，使用DCM/水與氯化銨水溶液進行萃取，收集有機層經無水硫酸鎂除水後粗產物以管柱層析純化(n-Hexane : EA = 10 : 1)純化得黃色固體，產率42.45% (0.723 g).¹ H-NMR (CDCl₃ , 400MHz) : δ (ppm) = 1.23-1.27 (6H, CH₃ ), 3.44-3.51 (4H, CH₂ ), 6.70-6.74 (2H, Ar-H), 7.71-7.75, (2H, Ar-H), 7.90-7.94 (2H, Ar-H), 7.93-7.96 (2H, Ar-H), 8.012-8.27 (9H, Ar-H). FT-Mass: m/z = 454.21663 (M-H⁺ )。其中，添加了二乙胺及共軛片段可有效改善光收成效果，反應出較好的莫耳消光係數。其中任一單分子型二苯甲酮衍生物使用於光起始劑之用途，可避免分散不均及增加分子內質子或電子轉移效率。更進一步，任一單分子型二苯甲酮衍生物使用於光吸收劑及光起始劑之用途。本發明具單分子型二苯甲酮衍生物於光起始劑及光起始劑之用途，可避免分散不均及增加分子內質子或電子轉移效率。有別於過去習知技藝具差異化，其新穎、進步及實用效益無誤。有關本創作所採用之技術、手段及其功效，茲舉一較佳實施例並配合圖式詳細說明於後，相信本創作上述之目的、構造及特徵，當可由之得一深入而具體的瞭解。

以下係藉由特定的具體實施例說明本創作之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本創作之其他優點與功效。本創作亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本創作之精神下進行各種修飾與變更。

首先敬請閱第2圖係顯示本發明BPN-D、BPN-Ph、BPN-N、BPN-An及BPN-Py結構示意圖，本發明以BPN為主體結構合成出第2圖中之單分子型二苯甲酮衍生物(BPNs)，其合成步驟如下：

BPN合成如第3圖，將benzoyl chloride (2.99 g, 21.26 mmol)、 N,N-diethylaniline (3.81g, 25.51 mmol)、AlCl₃ (3.40 g, 25.51 mmol)以DCM(dichloromethane, 二氯甲烷)為溶劑下回流反應12 h(小時)，反應結束冷卻加入HCl(aq) (1 N)終止反應，並使用DCM/水與氯化銨水溶液進行萃取，收集有機層，經無水硫酸鎂除水後，粗產物以管柱層析純化，(n-Hexane :DCM = 3 : 1)，得白色固體，產率57.5% (3.44 g)。1H-NMR (CDCl3, 400MHz): δ (ppm) = 1.19-1.24 (6H, Ar-H), 3.41-3.47 (4H, Ar-H), 6.63-6.66 (2H, Ar-H), 7.44-7.52 (2H, Ar-H), 7.70-7.71 (2H, Ar-H), 7.72-7.80 (3H, Ar-H). EI-Mass: m/z = 253.14612。

欲合成BPNs須先合成BNP-Br，將中間體BPN-Br (第4圖)利用C-N coupling reaction或鈀Suszki cross-coupling reaction與不同結構進行共軛片段之連結(第5圖)。其BPN-Br之合成乃是使用傅里德-克拉夫茨反應(Friedel craft)以四-氯化苯甲醯氯及與苯基二乙胺合成中間體BPN-Br，將4-bromobenzoyl chloride (2.450 g, 11.36 mmol)、N,N-diethylaniline (2.04 g, 13.67 mmol)、AlCl3 (1.82 g, 13.65 mmol)及DCM作為溶劑回流反應12 h後，反應結束冷卻後加入HCl(aq) (1 N)終止反應，並使用DCM/水與氯化銨水溶液進行萃取，收集有機層，經無水硫酸鎂除水後，粗產物以管柱層析純化，(n-Hexane :DCM = 3 : 1)，得白色固體1.86 g (45.4%)。1H-NMR (CDCl3, 400MHz) : δ (ppm) = 1.20-1.26 (6H, Ar-H), 3.41-3.47 (4H, Ar-H), 6.63-6.66 (2H, Ar-H), 7.59-7.60 (4H,Ar-H), 7.72-7.75 (2H, Ar-H)。

BPN-D單分子型二苯甲酮衍生物之合成乃是將BPN-Br (2.356 g, 6.54 mmol)、diphenylamine (1.217 g, 7.192 mmol)、Pd2(dba)3 (0.1197 g, 0.131 mmol)和NaOtBu (0.943 g, 9.81 mmol)置於圓底燒瓶內，抽灌氮氣數次後打入P(^t Bu)₃ (0.5 ml, 0.5 M)及toluene (20 ml)為溶劑加熱至95^o C反應12 h。反應結束後將溶劑移除，並使用DCM/水與氯化銨水溶液進行萃取，收集有機層，經無水硫酸鎂除水後，粗產物以管柱層析純化(n-Hexane :DCM = 1 :1)，得鵝黃色固體產率32.68 % (0.913 g)。¹ H-NMR (CDCl3, 400MHz) : δ (ppm) = 1.19-1.24 (6H, CH3), 3.40-3.46 (4H, CH2), 6.63-6.70 (2H, Ar-H), 7.02-7.18 (8H, Ar-H), 7.28-7.33 (4H, Ar-H), 7.63-7.67 (2H, Ar-H), 7.77-7.81 (2H, Ar-H). FT-Mass: m/z = 421.22744 (M-H⁺ )。

BPN-Ph單分子型二苯甲酮衍生物之合成乃是將反應瓶抽灌氮氣數次後打入dry THF (20 ml)為溶劑，並降溫至-78^o C後，加入bromobenzene (3 ml)緩慢滴入n-BuLi (6.5 ml) (維持低溫反應)反應1 h，再加入B(OMe)₃ (1.17 ml)後，回溫至室溫攪拌過夜後，加入鹽酸_(aq) (2 N)攪拌1 h，使用DCM/水與鹽酸水溶液進行萃取，收集有機層經無水硫酸鎂除水後粗產物Ph-B(OH)₂ 。將BPN-Br (3.012 g, 8.36 mmol)、Ph-B(OH)₂ (1.120 g, 9.20 mmol)、Pd(PPh₃ )₄ (0.193 g, 0.167 mmol)置入圓底燒瓶內抽灌氮氣數次，打入K₂ CO₃ (2 M) (12.50 ml)、toluene為溶劑(15 ml)加熱至95^o C反應12 h。反應結束後將溶劑移除，使用DCM/水與氯化銨水溶液進行萃取，收集有機層經無水硫酸鎂除水後粗產物以管柱層析純化(n-Hexane : DCM = 5 : 2)純化得黃色固體，產率32.68 % (0.805 g)。¹ H-NMR (CDCl3, 400MHz) : δ (ppm) = 1.21-1.25 (6H, CH₃ ), 3.42-3.48 (4H, CH₂ ), 6.65-6.69 (2H, Ar-H), 7.37-7.42 (1H, Ar-H), 7.45-7.50 (2H, Ar-H), 7.63-7.70 (4H, Ar-H), 7.80-7.84 (4H, Ar-H). FT-Mass: m/z = 329.17747 (M-H⁺ )。

BPN-N單分子型二苯甲酮衍生物之合成乃是將反應瓶抽灌氮氣數次後打入dry THF (20 ml)為溶劑，並降溫至-78^o C後，加入1-bromonaphthalene (3 ml)緩慢滴入n-BuLi (6.24 ml)並維持低溫反應1 h，再加入B(OMe)₃ (1.11 ml)後，回溫至室溫攪拌隔夜後，加入鹽酸_(aq) (2 N)攪拌1 h，使用DCM/水與鹽酸水溶液進行萃取，收集有機層經無水硫酸鎂除水後粗產物N-B(OH)₂ 。將 BPN-Br (1.0363 g, 2.88 mmol)、N-B(OH)₂ (0.5445 g, 3.16 mmol)、Pd(PPh₃ )₄ (0.066 g, 0.0571 mmol)置入圓底燒瓶內抽灌氮氣數次，打入K₂ CO₃ (2 M) (4.30 ml)、 toluene (20 ml)為溶劑加熱反應95^o C反應24 h。反應結束後將溶劑移除，使用DCM/水與氯化銨水溶液進行萃取，收集有機層經無水硫酸鎂除水後粗產物以管柱層析純化(n-Hexane : EA = 10 : 1)純化得黃色固體，產率35 % (0.382 g)。¹ H-NMR (CDCl₃ , 400MHz) : δ (ppm) = 1.22-1.26 (6H, CH₃ ), 3.43-3.49 (4H, CH₂ ), 6.68-6.72 (2H, Ar-H), 7.44-7.77 (6H, Ar-H), 7.85-7.89 (2H, Ar-H), 7.89-7.95 (5H, Ar-H). FT-Mass: m/z = 380.20066 (M-H⁺ )。

BPN-An單分子型二苯甲酮衍生物之合成乃是將 9-bromoanthracene (2.497 g, 9.71 mmol)置入圓底燒瓶抽灌氮氣數次後打入dry THF (20 ml)為溶劑，並降溫至-78^o C後緩慢滴入n-BuLi (6.7 ml)並維持低溫反應1 h，再加入B(OMe)₃ (1.2 ml)後，回溫至室溫攪拌隔夜後，加入鹽酸_(aq) (2 N)攪拌1 h，使用DCM/水與鹽酸水溶液進行萃取，收集有機層經無水硫酸鎂除水後粗產物An-B(OH)₂ 。將BPN-Br (2.346 g, 6.51 mmol)、An-B(OH)₂ (1.591 g, 7.162 mmol)、Pd(PPh₃ )₄ (0.131 g, 0.114 mmol)置入圓底燒瓶內抽灌氮氣數次，打入K₂ CO₃ (2 M) (9 ml)、toluene (20 ml)為溶劑加熱反應95^o C反應24 h。反應結束後將溶劑移除，使用DCM/水與氯化銨水溶液進行萃取，收集有機層經無水硫酸鎂除水後粗產物以管柱層析純化(n-Hexane : EA = 10 : 1)純化得黃色固體，產率8.18 % (0.229 g).¹ H-NMR (CDCl₃ , 400MHz) : δ (ppm) = 1.12-1.27 (6H, CH₃ ), 3.45-3.51 (4H, CH₂ ), 6.72-6.75 (2H, Ar-H), 7.36-7.51 (4H, Ar-H), 7.52-7.55 (2H, Ar-H), 7.68-7.71 (2H, Ar-H), 7.93-7.97 (4H, Ar-H), 8.06-8.08 (2H, Ar-H), 8.53 (1H, Ar-H). FT-Mass: m/z = 430.21653 (M-H⁺ )。

BPN-Py單分子型二苯甲酮衍生物之合成乃是將1-bromopyrene (2.825 g, 10.09 mmol)置入圓底燒瓶抽灌氮氣數次後打入dry THF (20 ml)為溶劑，並降溫至-78^o C後，緩慢滴入n-BuLi (6.93 ml)並維持低溫反應1 h，再加入B(OMe)₃ (0.7 ml)後，回溫至室溫攪拌隔夜後，加入鹽酸_(aq) (2 N)攪拌1 h，使用DCM/水與鹽酸水溶液進行萃取，收集有機層經無水硫酸鎂除水後粗產物Py-B(OH)₂ 。將BPN-Br (1.344 g, 3.730 mmol)、Py-B(OH)₂ (1.009 g, 4.100 mmol)、Pd(PPh₃ )₄ (0.086 g, 0.074 mmol)置入圓底燒瓶內抽灌氮氣數次，打入K₂ CO₃ (2 M) (9 ml)、toluene為溶劑(20 ml)加熱反應95^o C反應72 h。反應結束後將溶劑移除，使用DCM/水與氯化銨水溶液進行萃取，收集有機層經無水硫酸鎂除水後粗產物以管柱層析純化(n-Hexane : EA = 10 : 1)純化得黃色固體，產率42.45% (0.723 g).¹ H-NMR (CDCl₃ , 400MHz) : δ (ppm) = 1.23-1.27 (6H, CH₃ ), 3.44-3.51 (4H, CH₂ ), 6.70-6.74 (2H, Ar-H), 7.71-7.75, (2H, Ar-H), 7.90-7.94 (2H, Ar-H), 7.93-7.96 (2H, Ar-H), 8.012-8.27 (9H, Ar-H). FT-Mass: m/z = 454.21663 (M-H⁺ )。

溶解度測試目的是探討光起始劑在不同的工業上常用有機溶劑下之溶解度，藉以了解光起始劑的溶劑選擇性，避免在光固化體系中發生無法溶解的現象；此外本發明亦使用單體TMPTMA(第6圖)來檢測其與光起始劑之互溶性，以確保配方在混合時無沉澱物產生，另外當光起始劑在室溫下無法溶於溶劑時，透過加溫方式，提升光起始劑在該溶劑的溶解度。

測試結果如第1表所示，將BPN、EMK、BPN-D、BPN-Ph、BPN-N、BPN-An、BPN-Py進行比較，發現新合成光起始劑可溶解於Acetone、DCM、THF及DMF中，在MeOH中的結果則需經加熱狀態方可溶解，這是因為雖有導入具有碳鏈結構之酯肪族胺類，但由於多苯環結構導致。此外於TMPTMA單體下，具有萘環與蒽環之BPN-N與BPN-An因其結構較為平面性導致其溶解度較差，相對的，含芘環之BPN-Py由於立體障礙的關係而會破壞分子結構堆疊因此有不錯之溶解度。第1表光起始劑在不同溶劑溶解度比較^a

^a ^重量比： ^{1 mg} ^光起始劑 ^{/1 ml} ^{溶劑。○：室溫下可以溶解；} ^Δ ^{：室溫下微溶；} ^X ^{：加熱後也無法溶解}

UV/Vis測試是將BPN、EMK與BPNs以DCM作為溶劑，濃度為10^-5 M下進行UV/Vis之量測，其UV/Vis圖如第7圖所示，且其結果整理於第2表中。在第7圖中可得知導入二乙胺推電子結構之BPN-D因其二苯胺為電子豐盈結構，使最大吸收波長最為往紅光波長移動，並從390-400 nm延伸至410 nm左右之位置，且也有較好的消光係數；另外將二苯胺結構以苯、萘、蒽、芘等不同苯環數據之BPNs可調整其吸收波長的位置與莫耳消光係數；BPN-An及BPN-Py因為接枝蒽與芘環的分子結構導致其較具有不錯之莫耳消光係數。第2表吸收光數據

^a 樣品溶於DCM濃度為10^-5 M^b 於括弧中以莫耳消光係數表示吸收度

光聚合特性分析，由於BPNs本身就具有氫予體功用(二乙胺)，因此不需要添加氫予體就可以產生光聚合反應，並進一步測試其光固化轉化率，使用Photo-DSC進行光固化之量測。當光固化反應發生時，會釋放反應熱，並藉由公式C = ΔH_t /H_theor 來計算光固化轉化率，其中C為光固化轉化率，ΔH_t 為t時間下的反應熱，而H_theor 反應性單體的理論放熱值。在光聚合反應中，採用TMPTMA作為反應性單體其理論放熱值為86 KJ/mol，以UV光源100 W/m² 照射光固化配方，配方為 TMPTMA為98 wt %、光起始劑BPNs為2 wt %，實驗結果如第8圖所示且數據整理於第3表中，可以觀察到BPN-Ph具有最大的放熱峰值(H_max )，其值為48.69 mW/mg，其最大放熱時間(T_max )分別為76 s(秒)，所有之轉化率順序為BPN-Ph (56.61 %) > BPN (46.84 %) > EMK (40.59 %) > BPN-An (39.69 %) > BPN-Py (34.67 %) > BPN-D (32.50 %) > BPN-N (25.74 %)，將結果歸納為以下幾點原因： (1)所合成出的BPNs因添加了二乙胺及共軛片段可有效改善光收成效果，反應出較好的莫耳消光係數。 (2)所合成出單分子型BPNs可以改善Type II光起始劑在氫予體與氫受體共混上的均勻性的疑慮，將其配方從原本的雙光子系統進一步的變成單成分系統，且相較於市面上常見的光敏劑有較好的效率。 (3)接枝苯環之BPN-Ph得最佳轉化率至約56 %位置且具有快的反應速率，可以嘗試將BPN-Ph導入現在的光固化配方中，不但可以解決現今Type II雙光子配方混摻時會發現的聚集問題，也能考慮將其導入現今市售的配方中，以改善現今的光固化配方。

另外比較例中，本發明亦取非單分子型光起始劑BP-Ph與TMPTMA於同比例下進行Photo-DSC之量測，可發現BP-Ph因無氫予體的存在導致此系統無光反應之結果。第3表 BPN、EMK與BPNs之Photo-DSC性質^a

^a 以100 W/m2 UV汞燈照射配方4 min，BPN、EMK及BPNs = 2 wt %^b H_max 最大放熱峰^c T_max 最大放熱時間

本發明乃是一種單分子型二苯甲酮衍生物涉及用於可見光波段吸收之光起始劑，其具有一氫受體、一氫予體及一共軛片，藉由不同共軛片段具可見光吸收波段致使有不同之光反應速度，其特徵為單分子型二苯甲酮衍生物於光起始劑之用途，可避免分散不均及增加分子內質子或電子轉移效率，本發明任一單分子型二苯甲酮衍生物使用於光吸收劑及光起始劑之用途。其有別於過去習知技藝具差異化，其新穎、進步及實用效益無誤。故可有效改進習知缺失，使用上有相當大之實用性。綜觀上述，本創作實施例所揭露之具體構造，確實能提供光起始劑之應用，以其整體化學結構而言，既未曾見諸於同類產品中，申請前亦未見公開，誠已符合專利法之法定要件，爰依法提出發明專利申請。

惟以上所述者，僅為本創作之一較佳實施例而已，當不能以此限定本創作實施之範圍，即大凡依本創作申請專利範圍及創作說明書內容所作之等效變化與修飾，皆應仍屬本創作專利涵蓋之範圍內。

無

第1圖係顯示習知BP-Ph、BPN、EMK結構示意圖。第2圖係顯示本發明BPN-D、BPN-Ph、BPN-N、BPN-An及BPN-Py結構示意圖。第3圖係顯示本發明BPN反應流程圖。第4圖係顯示本發明BPN-Br反應流程圖。第5圖係顯示本發明BPNs衍生物反應流程圖。第6圖係顯示本發明溶解度測試中 TMPTMA (Trihydroxymethylpropyl trimethylacrylate)之結構示意圖。第7圖係顯示本發明BP衍生物之UV/Vis吸收光譜圖。第8圖係顯示本發明BPN、EMK與BPNs光起始劑及TMPTMA為單體之Photo-DSC圖(a) Heat flow (b) Double bond conversion efficiency。

Claims

一種單分子型二苯甲酮衍生物，其具有以下通式(I)：
(I) 其中：Ｒ為
該二苯胺結構含有一個氮原子，該氮原子附接Ｉ式中碳原子；或苯、萘、蒽、芘之芳香族環結構附接Ｉ式中碳原子。
如請求項1所述之單分子型二苯甲酮衍生物，其中，形成具有一氫受體、一氫予體及一共軛片，藉由不同共軛片段具可見光吸收波段致使有不同之光反應速度。
如請求項1所述之單分子型二苯甲酮衍生物，其中R為二苯胺結構，即BPN-D單分子型二苯甲酮衍生物之合成乃是將BPN-Br (2.356 g, 6.54 mmol)、diphenylamine (1.217 g, 7.192 mmol)、Pd2(dba)3 (0.1197 g, 0.131 mmol)和NaOtBu (0.943 g, 9.81 mmol)置於圓底燒瓶內，抽灌氮氣數次後打入P(^t Bu)₃ (0.5 ml, 0.5 M)及toluene (20 ml)為溶劑加熱至95^o C反應12 h(小時)。反應結束後將溶劑移除，並使用DCM(dichloromethane, 二氯甲烷)/水與氯化銨水溶液進行萃取，收集有機層，經無水硫酸鎂除水後，粗產物以管柱層析純化(n-Hexane :DCM = 1 :1)，得鵝黃色固體產率32.68 % (0.913 g)；¹ H-NMR (CDCl3, 400MHz) : δ (ppm) = 1.19-1.24 (6H, CH3), 3.40-3.46 (4H, CH2), 6.63-6.70 (2H, Ar-H), 7.02-7.18 (8H, Ar-H), 7.28-7.33 (4H, Ar-H), 7.63-7.67 (2H, Ar-H), 7.77-7.81 (2H, Ar-H). FT-Mass: m/z = 421.22744 (M-H⁺ )。
如請求項1所述之單分子型二苯甲酮衍生物，其中R為苯結構，即BPN-Ph單分子型二苯甲酮衍生物之合成乃是將反應瓶抽灌氮氣數次後打入dry THF (20 ml)為溶劑，並降溫至-78^o C後，加入bromobenzene (3 ml)緩慢滴入n-BuLi (6.5 ml) (維持低溫反應)反應1 h(小時)，再加入B(OMe)₃ (1.17 ml)後，回溫至室溫攪拌過夜後，加入鹽酸_(aq) (2 N)攪拌1 h，使用DCM/水與鹽酸水溶液進行萃取，收集有機層經無水硫酸鎂除水後粗產物Ph-B(OH)₂ ；將BPN-Br (3.012 g, 8.36 mmol)、Ph-B(OH)₂ (1.120 g, 9.20 mmol)、Pd(PPh₃ )₄ (0.193 g, 0.167 mmol)置入圓底燒瓶內抽灌氮氣數次，打入K₂ CO₃ (2 M) (12.50 ml)、toluene為溶劑(15 ml)加熱至95^o C反應12 h；反應結束後將溶劑移除，使用DCM/水與氯化銨水溶液進行萃取，收集有機層經無水硫酸鎂除水後粗產物以管柱層析純化(n-Hexane : DCM = 5 : 2)純化得黃色固體，產率32.68 % (0.805 g)；¹ H-NMR (CDCl3, 400MHz) : δ (ppm) = 1.21-1.25 (6H, CH₃ ), 3.42-3.48 (4H, CH₂ ), 6.65-6.69 (2H, Ar-H), 7.37-7.42 (1H, Ar-H), 7.45-7.50 (2H, Ar-H), 7.63-7.70 (4H, Ar-H), 7.80-7.84 (4H, Ar-H). FT-Mass: m/z = 329.17747 (M-H⁺ )。
如請求項1所述之單分子型二苯甲酮衍生物，其中R為萘結構，即BPN-N單分子型二苯甲酮衍生物之合成乃是將反應瓶抽灌氮氣數次後打入dry THF (20 ml)為溶劑，並降溫至-78^o C後，加入1-bromonaphthalene (3 ml)緩慢滴入n-BuLi (6.24 ml)並維持低溫反應1 h，再加入B(OMe)₃ (1.11 ml)後，回溫至室溫攪拌隔夜後，加入鹽酸_(aq) (2 N)攪拌1 h，使用DCM/水與鹽酸水溶液進行萃取，收集有機層經無水硫酸鎂除水後粗產物N-B(OH)₂ ；將 BPN-Br (1.0363 g, 2.88 mmol)、N-B(OH)₂ (0.5445 g, 3.16 mmol)、Pd(PPh₃ )₄ (0.066 g, 0.0571 mmol)置入圓底燒瓶內抽灌氮氣數次，打入K₂ CO₃ (2 M) (4.30 ml)、 toluene (20 ml)為溶劑加熱反應95^o C反應24 h；反應結束後將溶劑移除，使用DCM/水與氯化銨水溶液進行萃取，收集有機層經無水硫酸鎂除水後粗產物以管柱層析純化(n-Hexane : EA = 10 : 1)純化得黃色固體，產率35 % (0.382 g)；¹ H-NMR (CDCl₃ , 400MHz) : δ (ppm) = 1.22-1.26 (6H, CH₃ ), 3.43-3.49 (4H, CH₂ ), 6.68-6.72 (2H, Ar-H), 7.44-7.77 (6H, Ar-H), 7.85-7.89 (2H, Ar-H), 7.89-7.95 (5H, Ar-H). FT-Mass: m/z = 380.20066 (M-H⁺ )。
如請求項1所述之單分子型二苯甲酮衍生物，其中R為蒽結構，即BPN-An單分子型二苯甲酮衍生物之合成乃是將 9-bromoanthracene (2.497 g, 9.71 mmol)置入圓底燒瓶抽灌氮氣數次後打入dry THF (20 ml)為溶劑，並降溫至-78^o C後緩慢滴入n-BuLi (6.7 ml)並維持低溫反應1 h，再加入B(OMe)₃ (1.2 ml)後，回溫至室溫攪拌隔夜後，加入鹽酸_(aq) (2 N)攪拌1 h，使用DCM/水與鹽酸水溶液進行萃取，收集有機層經無水硫酸鎂除水後粗產物An-B(OH)₂ ；將BPN-Br (2.346 g, 6.51 mmol)、An-B(OH)₂ (1.591 g, 7.162 mmol)、Pd(PPh₃ )₄ (0.131 g, 0.114 mmol)置入圓底燒瓶內抽灌氮氣數次，打入K₂ CO₃ (2 M) (9 ml)、toluene (20 ml)為溶劑加熱反應95^o C反應24 h；反應結束後將溶劑移除，使用DCM/水與氯化銨水溶液進行萃取，收集有機層經無水硫酸鎂除水後粗產物以管柱層析純化(n-Hexane : EA = 10 : 1)純化得黃色固體，產率8.18 % (0.229 g).¹ H-NMR (CDCl₃ , 400MHz) : δ (ppm) = 1.12-1.27 (6H, CH₃ ), 3.45-3.51 (4H, CH₂ ), 6.72-6.75 (2H, Ar-H), 7.36-7.51 (4H, Ar-H), 7.52-7.55 (2H, Ar-H), 7.68-7.71 (2H, Ar-H), 7.93-7.97 (4H, Ar-H), 8.06-8.08 (2H, Ar-H), 8.53 (1H, Ar-H). FT-Mass: m/z = 430.21653 (M-H⁺ )。
如請求項1所述之單分子型二苯甲酮衍生物，其中R為芘結構，即BPN-Py單分子型二苯甲酮衍生物之合成乃是將1-bromopyrene (2.825 g, 10.09 mmol)置入圓底燒瓶抽灌氮氣數次後打入dry THF (20 ml)為溶劑，並降溫至-78^o C後，緩慢滴入n-BuLi (6.93 ml)並維持低溫反應1 h，再加入B(OMe)₃ (0.7 ml)後，回溫至室溫攪拌隔夜後，加入鹽酸_(aq) (2 N)攪拌1 h，使用DCM/水與鹽酸水溶液進行萃取，收集有機層經無水硫酸鎂除水後粗產物Py-B(OH)₂ ；將BPN-Br (1.344 g, 3.730 mmol)、Py-B(OH)₂ (1.009 g, 4.100 mmol)、Pd(PPh₃ )₄ (0.086 g, 0.074 mmol)置入圓底燒瓶內抽灌氮氣數次，打入K₂ CO₃ (2 M) (9 ml)、toluene為溶劑(20 ml)加熱反應95^o C反應72 h；反應結束後將溶劑移除，使用DCM/水與氯化銨水溶液進行萃取，收集有機層經無水硫酸鎂除水後粗產物以管柱層析純化(n-Hexane : EA = 10 : 1)純化得黃色固體，產率42.45% (0.723 g).¹ H-NMR (CDCl₃ , 400MHz) : δ (ppm) = 1.23-1.27 (6H, CH₃ ), 3.44-3.51 (4H, CH₂ ), 6.70-6.74 (2H, Ar-H), 7.71-7.75, (2H, Ar-H), 7.90-7.94 (2H, Ar-H), 7.93-7.96 (2H, Ar-H), 8.012-8.27 (9H, Ar-H). FT-Mass: m/z = 454.21663 (M-H⁺ )。
如請求項1所述之單分子型二苯甲酮衍生物，其中，添加了二乙胺及共軛片段可有效改善光收成效果，反應出較好的莫耳消光係數。
如請求項1所述之單分子型二苯甲酮衍生物，其中任一單分子型二苯甲酮衍生物使用於光起始劑之用途，可避免分散不均及增加分子內質子或電子轉移效率。
如請求項1所述之單分子型二苯甲酮衍生物，更進一步，任一單分子型二苯甲酮衍生物使用於光吸收劑及光起始劑之用途。