[发明专利]新型螺噁嗪类化合物的制备及其光变性能改进

说明书

技术领域

本发明属于吲哚啉螺噁嗪类有机光致变色材料的制备及其应用技术领域，特别涉及吲哚啉螺苯并噁嗪化合物及其制备方法与光致变色性能改进。本发明的步骤包括：以功能设计为依据，以螺噁嗪为母体，通过分子设计在不同位置引入具有特定基团，通过化学反应制备具有特定结构和功能的新型光致变色材料，即吲哚啉螺苯并噁嗪类化合物制备的化合物（结构如下图所示），其名称为：N–（R₁）-3 ,3-二甲基5-（R₂）-4′-（R₃）-2-螺吲哚啉-2，3′-[3H]苯并[2，1-b][1,4]噁嗪；通过添加赋型剂、包囊包覆等，提高光致变色材料稳定性；通过在介质中加入抗氧剂等方法，改善光致变色材料的抗疲劳性。本发明的吲哚啉螺苯并噁嗪光致变色化合物具有良好的光致变性、热稳定性以及抗疲劳性等特点，具有广阔的应用前景。

 

背景技术

Hirshberg第一次提出光致变色的科学意义后，光致变色研究才脱离了以前的无目的与随意性。光致变色材料的特异性给有机光致变色化合物带来广阔的发展和应用前景，与无机材料相比，它具有响应速度快、易加工及成本较低等优点。已经被用于光致变色眼镜、光信息记录材料、分子导线和分子开关等方面。

   在众多有机光致变色化合物中，吲哚啉螺噁嗪类化合物是非常重要而且具有一定应用价值的光敏材料。它的突出优点是具有较好的耐候性能和抗疲劳性能，可经多次成色-消色循环而无明显的光分解现象。其光致变色原理过程可以用下式进行表示： 

在通常情况下，螺噁嗪的稳定形式是一个闭环体(Spirooxazines,用 SP表示), 螺碳原子将螺噁嗪分子分为近似互相垂直的两部分---吲哚啉环和苯（或萘）并螺噁嗪, 两个环彼此不能共轭, 在可见光区没有吸收。但是在紫外光（hv₁）照射下,螺噁嗪嗪的螺碳原子与氧原子之间的单键发生断裂, 分子由闭环体变为开环的平面花菁类型结构(Photo-merocyanines,用PMC表示)的异构体,形成一个大的共轭体系,因此在可见光区出现吸收。而当用另一波长的紫外光（hv₂）或者热源（△）作用下恢复原来的颜色,此时PMC又很快变为SP形式。

与螺吡喃类化合物相比，螺噁嗪类化合物有较高的化学稳定性和抗疲劳性,因而更有希望达到实用化。

在螺噁嗪类光致变色化合物领域中，研究最多的是吲哚啉螺萘并噁嗪类化合物，对哚啉螺苯并噁嗪化合物研究却鲜有报道。美国专利US 4936995在吲哚啉的苯环上引进取代基制备吲哚啉螺苯并噁嗪类化合物衍生物，而中国专利CN 1465578在苯环的3,5位引进取代基来制备吲哚啉螺苯并噁嗪类化合物衍生物，本发明是在苯环的4位上键合特定基团的第三单体合成一系列新的吲哚啉螺苯并噁嗪类化合物衍生物。通过添加赋型剂、包囊包覆等，提高光致变色材料稳定性；通过在介质中加入抗氧剂等方法，解决光致变色材料的抗疲劳性。本发明的新型光致变色化合物将丰富光致变色化合物的种类，具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的之一是提供一类新型的吲哚啉螺苯并噁嗪化合物，这类化合物具有很好的光致变色性能，而且这类化合物比较稳定，无论是以混入基体还是涂层的形式，并且都与有机聚合物或无机物形成的基体具有很好的相容性。

本发明的目的之二是提供一类新型新型吲哚啉螺苯并噁嗪化合物的制备方法。此类化合物光致变色后大多数为红色，使吲哚啉螺噁嗪类化合物的红色基调更加完善。

本发明的目的之三是提供一类化合物，作为合成吲哚啉螺噁嗪类光致变色材料的主要中间体------2-亚硝基苯酚衍生物的制备方法。

本发明的目的之四是提供一类化合物，作为合成吲哚啉螺噁嗪类光致变色材料的主要中间体------吲哚衍生物的制备方法。

本发明的目的之五是提供一种改善吲哚啉螺噁嗪类光致变色材料稳定性的方法，通过如添加赋型剂、包囊包覆等方法，解决变色材料稳定性问题。

本发明的目的之六是提供一种提高吲哚啉螺噁嗪类光致变色材料抗疲劳性的方法，即通过介质中加入抗氧剂等方法，解决光致变色材料的抗疲劳性问题。

本发明的吲哚啉螺苯并噁嗪化合物具有以下结构特征：