可共結晶的二炔單體組合物、晶相和混合物及相關方法
2023-05-09 20:59:21 2
專利名稱：可共結晶的二炔單體組合物、晶相和混合物及相關方法
可共結晶的ニ炔單體組合物、晶相和混合物及相關方法本申請要求2009年3月31日遞交的臨時專利申請第61/165292號的優先權，本文通過引用將其公開結合到本文中。本發明涉及新的ニ炔單體組合物、混合物和晶相。本文所述組合物、混合物及其它產品通常可共結晶，並可用作暴露於環境條件的視覺指示器中的活性指示劑。這樣的指示器可用於監測環境條件例如可與寄主產品的貨架壽命、新鮮度、成熟度或其它特性有關的溫度。本文所述方法可用於製備、表徵或使用所描述的組合物、混合物及其它產品。
背景技術：
各種ニ炔単體已經長期被用作時間-溫度及其它環境條件指示器中的活性指示齊U，以表明指示器與之有關的寄主產品的新鮮度或另外的特性。某些ニ炔単體以響應熱條件或其它刺激的可預知和不可逆方式經歷改變顏色或另外視覺特性的固態聚合反應。採用ニ炔單體或者ー種或多種ニ炔單體的組合物作為活性指示劑的指示器可提供寄主產品累計暴露於例如熱的簡單視覺指示。這樣的指示器可以可預知、定量的方式結合時間與溫度暴露，並可用於監測易腐壞寄主產品例如疫苗、藥物或藥劑、食品、エ業品等的有用貨架壽命。指示器可在預定的終點提供變色，以指示寄主產品新鮮度或寄主產品另外可能品質的可能喪失。為了提供有意義的信號，合乎需要的是將活性指示劑對熱暴露或被測量的另外參數的響應特性在所監測的條件變化範圍內相當密切地對應於指示器與之關聯的寄主產品的響應特性。因為對於本發明指示器存在多種潛在的寄主產品，其中許多具有其從有的響應熱暴露及其它環境參數的獨特顯色特徵或圖案，合乎需要的是具有可從中作出相應選擇的指示劑響應特徵的廣泛目錄。許多可聚合的ニ炔單體化合物為已知的或者已經被建議。參見例如Patel的美國專利第3999946、4189399和4384980號以及Preziosi等的美國專利第4788151和4789637號(本文分別稱為「Preziosi等』 151」和「 Preziosi等』 637」)。這些專利以及別處描述的大量ニ炔單體在響應所監測的環境條件發生聚合反應時提供有用的變色。然而，僅有限數目的已知ニ炔單體具有使得它們可用於監測易腐壞或成熟寄主產品的性能參數，並且為商業上可行的，即可作為商品滿足一系列可接受性標準。該有限數目的有用ニ炔單體限制了對指示器配方設計師尋找與寄主產品相匹配的合適ニ炔単體以監測寄主產品品質的可用選擇。増加可用選擇的ー種方法是改變給定市售有用的ニ炔單體的反應性，以便其有差異地響應給定的環境條件。於是，一種ニ炔單體可根據ニ炔單體是以ー種或多種方式改變或是未改變提供兩種以上顯色響應特徵，以與寄主產品相匹配。如在Preziosi等』151中所描述的，通過使化合物與有效絡合金屬(或金屬離子)接觸可改變或控制炔屬化合物對環境刺激的 活性。在可比較的脈絡(vein)中，Preziosi等』 637描述了通過使化合物與有效絡合酸接觸可改變或控制活性。而且，Prusik等的美國專利第6924148號(本文稱為「Prusik，148」)公開了通過回流ニ炔單體的溶液改變ニ炔單體的反應性。取決於所採用的ニ炔單體與溶劑的特定組合，對增大和減小反應性均有描述。Prusik』148也描述了由回流溶解於こ酸中的2，4_己ニ炔-1，6_雙(こ基脲)變化的時間生成的回流單體產物在顯微鏡、X-射線衍射及其它分析技術觀察下似乎基本上相同，然而當被測試熱變色響應時，它們隨著回流時間增加呈現反應性增加。另外，Prusik等的美國專利申請公開第2008/0004372號公開了反應性增強佐劑使ニ炔指示劑的反應性適合寄主產品響應特徵的用途。所描述的ー些例示性佐劑包括低溫聚合引發劑例如過氧化甲こ酮、聚合加速劑例如鈷化合物及引發劑與加速劑的組合。提供具有新的或改變的顏色相關反應性特徵的指示劑的另ー種方法為將兩者指示劑化合物混合在一起。因此，兩種ニ炔單體可共結晶以提供具有不同於任何ー種起始原料的反應性特徵的共結晶混合物。例如，Miller等(Patel)在「聯こ炔以結晶固態共聚合.ー種用於記錄潛在指紋的萬法(しopolymerization of diacetyienes in tne crystalline solid state. A methodfor recording latent fingerprints)，，，J. of Applied Polymer Science (1979)，24 (3)，883-6中描述了 2，4-己ニ炔-1，6-雙(苯基氨基甲酸酷)和2，4-己ニ炔-1，6-雙(對-氯苯基氨基甲酸酷)的固態共聚。如所述，在噴灑兩種化合物的溶液的表面上存在油影響所生成共結晶ニ炔相的反應性。而且，Enkelmann 的「Polymerization in Mixed Crystals」，J. MaterialsScience, 15(1980)第951-958頁(本文稱為「Enkelmann 1980」)描述了適當取代的聯こ炔可共結晶形成取代的 固溶體。參照時間轉換曲線(第956-958頁和圖9-11)描述了 2，4-亞己ニ炔基ニ對甲苯磺酸酯(Enkelmann 1980中「 la」)與高達20%的2,4-亞己ニ炔基ニ對氣苯橫酸酷(Enkelmann 1980中「lb」)或ニ對漠苯橫酸酷(Enkelmann 1980中「lc」)的混合晶體的固態聚合。化合物Ia類似於化合物Ib和化合物lc，只是化合物Ib中的氯原子和化合物Ic中的溴原子置換了化合物Ia中的甲苯甲基。化合物Ib和Ic的活性形式在Enkelmann 1980中被描述為亞穩態的，並且也描述了微晶電子衍射圖案，其表明這些物質與Ia的反應相為同晶型的(第957頁)。為「同晶型的」可理解為意指它們的結晶結構在相同空間群中、具有相同的分子対稱性和在晶胞中具有相同數目的分子。化合物Ib和Ic的穩定形式據說在固態下完全不起反應並因此不可聚合，被描述為具有不與化合物Ia的結構同晶形的三斜晶體結構。根據Enkelmann 1980,當單體以等同於4.9人的聚合物重複單元的距離伴隨接近45度角堆積時，可預期最佳反應性。另夕卜，Enke Imann的「聯こ炔混合晶體的固態聚合、物理性質和晶體結構(Thebolid—btate Polymerization， Physical Properties， and Crystal Structures 01Diacetylene Mixed Crystals) 」 Makromol. Chem. 184，1945-1955 (1983)(本文稱為"Enkelmann 1983」)描述了某些取代的聯乙炔，尤其2，4-亞己ニ炔基ニ對甲苯磺酸酯(Enkelmann 1983 中「la」)和 2，4_ 亞己ニ塊基ニ對氣苯橫酸醋(Enkelmann 1983 中「lb」)的共結晶，形成取代的固溶體。這些化合物不同僅在於用後者化合物中的氟取代前者化合物中的甲基。描述了ー種ニ炔單體在另ー種中不同濃度的固溶體。在各濃度下，Enkelmann發現固溶體的聚合反應性介於各ニ炔的反應性之間(圖9)。也描述了ー些X-射線衍射數據(第 1947-1950 頁)。
Enkelmann文章似乎均未描述在商業上可用於監測易腐壞寄主產品品質的指示齊U。從專利例如Preziosi 等』 151、Preziosi 等』 637 和 Prusik』 148 以及 Patel 的美國專利第 4189399,4208186 和 4384980 號、JP Laboratories 的 WO 2004/077097 和 Prusik等的美國專利第7019171號(本文稱為「Prusik等』 171」)也已知ニ炔單體的多種其它共結晶混合物。ー些或全部這些文件描述了多種己ニ炔雙(烷基服)的共結晶混合物，尤其包括2，4-己ニ炔-1，6-雙(こ基脲)和2，4-己ニ炔-1，6-雙(丙基脲)的共結晶混合物。後者共結晶ニ炔單體混合物具有比混合物中任何一種組分更快的響應熱暴露的顯色反應性。該指示劑尤其可用於監測具有相對短貨架壽命的寄主產品，例如新鮮食品。Patel的美國專利第4384980號描述了ー種經兩種以上ニ炔的混合物從溶劑中緩慢結晶來製備聯こ炔化合物的無活性形式的方法(第4欄第53-68行和第5欄第15-17行)。如所述，通過與活化蒸氣接觸可將無活性形式轉化為活性形式。Preziosi等』 151描述了用於不同比例的2，4_己ニ炔_1，6_雙(こ基脲)和2，4-己ニ炔-1，6-雙(丙基服)共結晶的步驟。根據Preziosi等』 151，X-射線分析表明形成固溶體且NMR(核磁共振，據推測)質子分析證實所使用的比例。2，4_己ニ炔-1，6-雙(丙基脲)2，4_己ニ炔-1，6-雙(こ基脲)為1: 2份的重量比在Preziosi等』151 (實施例S)中被描述為最具反應性。此外，Preziosi等』 637描述了通過用石油醚從稀こ酸溶液沉澱製備2,4-己ニ炔-1，6-雙(こ基服)和2，4_己ニ炔-1，6-雙(丁基服)的共結晶混合物。另外，Prusik』 148公開了在こ酸中回流兩種ニ炔單體2，4_己ニ炔_1，6_雙(こ基服)和2，4_己ニ炔-1，6-雙(丙基服)的混合物以改變共結晶產物的反應性。另外，Prusik』 171描述了用控制粒度參數例如平均大小或擴散(spread)來沉澱聚炔劑。通過混合炔系試劑的溫熱溶液與冷沉澱流體並適當選擇冷沉澱流體的組分和/或溫度條件來進行控制。此處進一步描述的Prusik』 171的比較實施例4描述了 2，4_己ニ炔-1，6-雙(こ基服)和2，4_己ニ炔-1，6-雙(丙基服)混合物的こ酸溶液的重結晶。儘管存在這些與其它建議，合乎需要的是具有可用的另外的ニ炔單體反應性選擇。
背景技術：
的上述說明可包括在本發明之前不為相關領域所知但由本發明提供的見解、發現、理解或公開或者與公開的相互關聯。本文可能已具體指出本發明的一些這樣的貢獻，而本發明的其它這樣的貢獻根據其上下文將是顯而易見的。由於本文僅是已引用某文獻，故不承認該文獻的 領域(可能與本發明相當不同)與本發明的領域類似。發明概述本發明提供新的ニ炔單體組合物、ニ炔單體晶相和混合物以及製備和表徵這些物質的相關方法。本發明提供的一些物質可響應環境刺激改變顏色，並表現出新的或改變的反應性和反應性特徵。本發明提供的表徵方法使得ー些具有物理相似性但是呈現不同變色反應性的物質能夠被清楚地鑑定。在ー個方面，本發明提供一種固態單體組合物，其包含第一單體與第二単體，各單體具有第一化學式
權利要求
1.一種固態單體組合物，其包含第一單體和第二單體，各所述單體具有以下化學式 CH3 (CH2)mlNHCONH(CH2) (-C = C-) 2 (CH2) NHCONH (CH2) m5CH3 ； 其中， 在第一單體中ml和m5均為I ; 在第二單體中ml和m5均為2 ； 所述固態單體組合物可呈現利用CuKa i輻射採集的X-射線粉末衍射波譜，所述衍射波譜在約4.28A的d間距和約3.81A的d間距之間具有3個反射峰； 所述3個反射峰包括在約4.28A-約4.18A範圍內的i間距處的長間距峰、在約4.11人-約3.99A範圍內的i間距處的中等間距峰和在約3.94A -約3.81A範圍內的d間距處的短間距峰；和 所述固態單體組合物可熱聚合以具有變化的視覺外觀。
2.權利要求1的固態單體組合物，其中X-射線粉末衍射波譜包括在長間距峰與中等間距峰之間的約0.1OA -約0.27A的間隔和在中等間距峰與短間距峰之間的約0.07A -約0.26人的間隔。
3.權利要求1的固態單體組合物，其中所述3個反射峰為在約4.28人-3.81人之間的衍射間距範圍內的最高強度峰，中等間距峰強度高於長間距峰或短間距峰的強度。
4.權利要求1、2或3的固態單體組合物，其包含在約31-約1:1 (重量)範圍內的第一單體與第二單體比。
5.權利要求4的固態單體組合物，其包含約2 1(重量)的第一單體與第二單體比。
6.權利要求4的固態單體組合物，其包含約1: 1(重量)的第一單體與第二單體比。
7.權利要求5的固態單體組合物，其中X-射線粉末衍射波譜包含最長間距峰和第二長間距峰，所述最長和第二長間距峰分別為在約17.80A和約8.91A的i間距處的單峰。
8.一種固態單體組合物，其包含第一單體和第二單體，各所述單體具有以下化學式 CH3 (CH2)mlNHCONH(CH2) (-C = C-) 2 (CH2) NHCONH (CH2) m5CH3 ； 其中 在第一單體中ml和m5均為I ; 在第二單體中ml和m5均為2 ； 所述固態單體組合物可呈現利用CuKa i輻射採集的X-射線粉末衍射波譜，所述衍射波譜在約4.40A的d間距和約3.95A的d間距之間具有2個反射峰； 所述2個反射峰包括在約4.43A -約4.37A範圍內的i間距處的長間距峰和在約3.99A -約3.92A範圍內的d間距處的短間距峰；和 所述單體組合物可熱聚合以具有變化的視覺外觀。
9.權利要求8的固態單體組合物，其中所述2個反射峰為在約4.43A-約3.92A的衍射間距範圍內的最高強度峰，並且所述2個峰的強度相似。
10.權利要求8或9的固態單體組合物，其包含約2:1 (重量)的第一單體與第二單體比。
11.權利要求10的固態單體組合物，其中X-射線粉末衍射波譜包含最長間距峰和第二長間距峰，所述最長和第二長間距峰本質上分別為在約17.80A和約8.91 A的d間距處的單峰。
12.一種可熱聚合的共結晶固態單體組合物，其包含第一單體和第二單體，各所述單體具有以下化學式CH3 (CH2)mlNHCONH(CH2) (-C = C_) 2 (CH2)NHCONH(CH2)ni5CH3, 其中 在第一單體中ml和m5均為I ; 在第二單體中ml和m5均為2 ； X-射線粉末衍射波譜包含最長間距峰和第二長間距峰； 所述最長和第二長間距峰本質上為單峰；並且所述第二長間距峰所處的d間距為最長間距峰d間距的約一半。
13.權利要求12的固態單體組合物，其中所述最長間距峰在約16.4A-約20.1 A的d間距。
14.權利要求12或13的固態單體組合物，其包含約2:1 (重量)的第一單體與第二單體比。
15.權利要求12的固態單體組合物，其包含約1: 1(重量)的第一單體與第二單體比。
16.一種固態單體組合物，其包含第一單體和第二單體，各所述單體具有以下化學式 CH3 (CH2)mlNHCONH(CH2) (-C = C_) 2 (CH2)NHCONH(CH2)ni5CH3, 其中 在第一單體中ml和m5均為I ; 在第二單體中ml和m5均為2 ； 所述固態單體組合物可在固態下聚合，以提供在利用交叉極化魔角固態NMR表徵時能夠呈現4個不同sp碳原子13C化學位移的聚合物產物；和所述聚合物產物具有從固態單體組合物變化的視覺外觀。
17.權利要求16的固態單體組合物，其中可在約106、102、99和97 111處觀察到4個13C化學位移。
18.權利要求16的固態單體組合物，其中所述固態聚合物產物在利用交叉極化魔角固態NMR表徵時能夠在約131ppm和128ppm處呈現2個sp2碳原子13C化學位移。
19.權利要求16、17或18的固態單體組合物，其包含約2 I的第一單體與第二單體重量比。
20.一種共結晶固態單體組合物，其包含第一單體和第二單體，各所述單體具有以下化學式 CH3 (CH2)ffllNHCONH (CH2)ffl2 (-C ^ C-) ffl3 (CH2) ffl4NHC0NH (CH2) ffl5CH3 ； 其中 ml為0或在1-約17範圍內的正整數， m2為在1-約10範圍內的正整數， m3為在2-4範圍內的正整數， m4為在1-約10範圍內的正整數，和 m5為0或在1-約17範圍內的正整數；在第一單體和第二單體中，m2、m3和m4為相同的整數； 第一單體中的ml和m5中至少一個分別與第二單體中的ml或m5相差I並且不多於I ; 所述單體組合物包含能夠在單體堆積中通常在一個晶向上聚合的晶相；和 至少一個單體堆積包含第一單體與第二單體分子的混合物。
21.權利要求20的固態單體組合物，其中m3為2。
22.權利要求20或21的固態單體組合物，其中ml和m5在第一單體中為I和在第二單體中為2,並且m2和m4均為I。
23.一種晶相組合物，其包含第一晶相和第二晶相，其中第一晶相包含至少約20(重量)％的第一單體，餘量基本上由第二單體組成，而第二晶相包含至少約20 (重量)％的第二單體，餘量基本上由第一單體組成，第一單體和第二單體具有以下化學式的不同分子結構 CH3 (CH2)ffllNHCONH (CH2)ffl2 (-C ^ C-) ffl3 (CH2) ffl4NHC0NH (CH2) ffl5CH3 ； 其中 ml為0或在1-約17範圍內的正整數， m2為在1-約10範圍內的正整數， m3為在2-4範圍內的正整數， m4為在1-約10範圍內的正整數，和 m5為0或在1-約17範圍內的正整數； 在兩種單體的每一種中，m2、m3和m4為相同的整數；和 第一單體中的ml和m5中至少一個分別與第二單體中的ml或m5相差I並且不多於I。
24.權利要求23的晶相組合物，其中m3為2。
25.權利要求23的晶相組合物，其中，在第一單體中ml和m5均為1，在第二單體中ml和m5均為2。
26.權利要求23、24或25的晶相組合物，其中第一晶相包含至少約50(重量)％的第一單體，第二晶相包含至少約50 (重量)％的第二單體。
27.—種共聚物組合物，其包括含有第一單體單元與第二單體單元的共聚物鏈，各所述單體單元在聚合之前具有以下化學式 CH3 (CH2)ffllNHCONH (CH2)ffl2 (-C ^ C-) ffl3 (CH2) ffl4NHC0NH (CH2) ffl5CH3 ； 其中 ml為0或在1-約17範圍內的正整數； m2為在1-約10範圍內的正整數； m3為在2-4範圍內的正整數； m4為在1-約10範圍內的正整數；和 m5為0或在1-約17範圍內的正整數； 在第一單體與第二單體中，m2、m3和m4為相同的整數；和 第一單體中的ml和m5中至少一個分別與第二單體中的ml或m5相差I並且不多於I。
28.權利要求27的共聚物組合物，其中m3為2。
29.權利要求28的共聚物組合物，其中ml和m5對於第一單體為I，對於第二單體為2，且m2和m4均為I。
30.一種通過調節炔屬組合物晶體的結構周期性和與結構周期性有關的衍射間距製備具有所需熱反應性的固態晶體炔屬組合物的方法，所述方法包括 混合第一單體與第二單體，各所述單體具有以下化學式 CH3 (CH2)ffllNHCONH(CH2)ffl2 (-C 三 C-)ffl3 (CH2)ffl4NHCONH(CH2)ffl5CH3, 其中 ml為0或在1-約17範圍內的正整數， m2為在1-約10範圍內的正整數， m3為在2-4範圍內的正整數， m4為在1-約10範圍內的正整數，和 m5為0或在1-約17範圍內的正整數； 在第一單體與第二單體中，m2、m3和m4為相同的整數； 第一單體中的ml和m5中至少一個分別與第二單體中的ml或m5相差I ; 基於第一與第二單體的合併重量選擇第一單體的重量比例，以提供所需衍射間距；和 從溶液共結晶混合的第一與第二單體，以提供固態晶體炔屬組合物； 和其中進行混合以在使用CuKal輻射採集的固態晶體炔屬組合物的X-射線粉末衍射波譜中提供最低角衍射峰和第二低角衍射峰，各所述衍射峰本質上為衍射間距隨第一單體組合物與總單體組合物的重量比變化近乎線性改變的單峰。
31.權利要求30的方法，其中m3為2.
32.權利要求30或31的方法，其中在第一單體中ml和m5均為I，在第二單體中ml和m5均為2。
33.一種製備具有所需變色熱反應性的固態晶體炔屬組合物的方法，所述方法包括 混合第一單體與第二單體，各單體具有以下化學式
34.權利要求33的方法，其包括 進行混合，使得固態組合物可呈現使用CuKal輻射採集的具有本質上為單最低角衍射峰和本質上為單第二低角衍射峰的X-射線粉末衍射波譜，其中與最低角和第二低角衍射峰相關的各衍射間距隨第一單體與總單體組合物的重量比變化近乎線性改變；和選擇有效提供最低角和第二低角衍射峰的與所需熱反應性相關的衍射間距的第一單體重量比例。
35.權利要求33或34的方法，其包括選擇用於結晶的結晶溶劑和冷卻速率以控制高反應性相的重量比例。
36.權利要求33、34或35的方法，其中m3為2.
37.權利要求33、34或35的方法，其中在第一單體中ml和m5均為1，在第二單體中ml和m5均為2。
38.一種製備用於監測易腐壞寄主產品暴露於溫度的累計暴露的環境條件指示器的方法，其中寄主產品具有待指示的所需新鮮度點，環境條件指示器包含響應於環境條件的變色指示劑，所述方法包括 對指示劑測定指示劑響應環境條件的時間相關響應的所需變色特徵； 從指示劑變色特徵確定與寄主產品新鮮度點近乎一致的終點；和 選擇具有與所需指示劑變色特徵有關的衍射特徵的二炔單體組合物用作指示劑。
39.權利要求38的方法，其中衍射特徵包括衍射波譜強度和比3A長的衍射間距。
40.權利要求39的方法，其中對二炔指示組合物粉末測定衍射特徵。
41.權利要求38、39或40的方法，其中衍射特徵包括權利要求1、2或3限定的衍射波P曰。
42.權利要求38、39或40的方法，其中環境條件為溫度。
43.一種用於控制可變色共結晶二炔單體組合物反應性的方法，所述可變色共結晶二炔單體組合物包含第一二炔單體和第二二炔單體，其中第一二炔單體與第二二炔單體具有以下化學式的不同分子結構
44.權利要求43的方法，其包括選擇溶劑體系以得到具有所需變色反應性的二炔單體組合物晶體。
45.權利要求43的方法，其中升高的溫度為至少70°C，將溶液從約60°C冷卻至約30°C需要至少90分鐘的時間。
46.權利要求43的方法，其包括利用熱水浴提供升高的溫度以溶解第一單體和第二二炔單體，和通過使水浴在室溫環境下被動冷卻來冷卻水浴中的溶液。
47.權利要求43、44、45或46的方法，其包括通過檢查所回收晶體的衍射波譜測定所回收晶體的變色反應性。
48.一種通過權利要求30、31、33或34的方法產生的晶體組合物。
49.一種通過權利要求43或44的方法產生的共結晶二炔單體組合物。
50.一種時間-溫度指示器，其包含權利1、8、12、16、20、21、23或27的組合物。
51.一種通過權利要求38、39或40的方法製備的環境條件指示器。
全文摘要
包括在不同冷卻條件下從多種溶劑體系共結晶的組合物在內的固態可聚合二炔單體組合物可呈現與組合物的顯色反應性有關的衍射圖。公開了高反應性組合物，並可鑑定高反應性相和低反應性相。低角粉末X-射線衍射峰可表明組合物中存在一個或多個晶相。指紋區可呈現與不同反應性有關的衍射峰指紋圖。關於二炔單體聚合的信息使用13C核磁共振(「NMR」)表徵公開。公開了可用於環境條件指示器例如時間-溫度指示器的二炔單體組合物。
文檔編號C08G18/10GK103038271SQ201080015871
公開日2013年4月10日 申請日期2010年3月24日 優先權日2009年3月31日
發明者E·卡斯蒂洛馬丁尼斯, R·H·鮑曼, L·J·霍爾, M·科斯洛夫, D·E·史密斯, T·普魯西克, C·M·倫茨 申請人:坦普泰姆公司