专利名称：可共结晶的二炔单体组合物、晶相和混合物及相关方法
可共结晶的ニ炔单体组合物、晶相和混合物及相关方法本申请要求2009年3月31日递交的临时专利申请第61/165292号的优先权，本文通过引用将其公开结合到本文中。本发明涉及新的ニ炔单体组合物、混合物和晶相。本文所述组合物、混合物及其它产品通常可共结晶，并可用作暴露于环境条件的视觉指示器中的活性指示剂。这样的指示器可用于监测环境条件例如可与寄主产品的货架寿命、新鮮度、成熟度或其它特性有关的温度。本文所述方法可用于制备、表征或使用所描述的组合物、混合物及其它产品。
背景技术：
各种ニ炔単体已经长期被用作时间-温度及其它环境条件指示器中的活性指示齐U，以表明指示器与之有关的寄主产品的新鮮度或另外的特性。某些ニ炔単体以响应热条件或其它刺激的可预知和不可逆方式经历改变颜色或另外视觉特性的固态聚合反应。采用ニ炔单体或者ー种或多种ニ炔单体的组合物作为活性指示剂的指示器可提供寄主产品累计暴露于例如热的简单视觉指示。这样的指示器可以可预知、定量的方式结合时间与温度暴露，并可用于监测易腐坏寄主产品例如疫苗、药物或药剂、食品、エ业品等的有用货架寿命。指示器可在预定的終点提供变色，以指示寄主产品新鮮度或寄主产品另外可能品质的可能丧失。为了提供有意义的信号，合乎需要的是将活性指示剂对热暴露或被测量的另外參数的响应特性在所监测的条件变化范围内相当密切地对应于指示器与之关联的寄主产品的响应特性。因为对于本发明指示器存在多种潜在的寄主产品，其中许多具有其从有的响应热暴露及其它环境參数的独特显色特征或图案，合乎需要的是具有可从中作出相应选择的指示剂响应特征的广泛目录。许多可聚合的ニ炔单体化合物为已知的或者已经被建议。參见例如Patel的美国专利第3999946、4189399和4384980号以及Preziosi等的美国专利第4788151和4789637号(本文分别称为“Preziosi等’ 151”和“ Preziosi等’ 637”)。这些专利以及别处描述的大量ニ炔单体在响应所监测的环境条件发生聚合反应时提供有用的变色。然而，仅有限数目的已知ニ炔单体具有使得它们可用于监测易腐坏或成熟寄主产品的性能參数，并且为商业上可行的，即可作为商品满足一系列可接受性标准。该有限数目的有用ニ炔单体限制了对指示器配方设计师寻找与寄主产品相匹配的合适ニ炔単体以监测寄主产品品质的可用选择。増加可用选择的ー种方法是改变给定市售有用的ニ炔单体的反应性，以便其有差异地响应给定的环境条件。于是，一种ニ炔单体可根据ニ炔单体是以ー种或多种方式改变或是未改变提供两种以上显色响应特征，以与寄主产品相匹配。如在Preziosi等’151中所描述的，通过使化合物与有效络合金属(或金属离子)接触可改变或控制炔属化合物对环境刺激的 活性。在可比较的脉络(vein)中，Preziosi等’ 637描述了通过使化合物与有效络合酸接触可改变或控制活性。而且，Prusik等的美国专利第6924148号(本文称为“Prusik，148”)公开了通过回流ニ炔单体的溶液改变ニ炔单体的反应性。取决于所采用的ニ炔单体与溶剂的特定组合，对增大和减小反应性均有描述。Prusik’148也描述了由回流溶解于こ酸中的2，4_己ニ炔-1，6_双(こ基脲)变化的时间生成的回流单体产物在显微镜、X-射线衍射及其它分析技术观察下似乎基本上相同，然而当被测试热变色响应时，它们随着回流时间增加呈现反应性增加。另外，Prusik等的美国专利申请公开第2008/0004372号公开了反应性增强佐剂使ニ炔指示剂的反应性适合寄主产品响应特征的用途。所描述的ー些例示性佐剂包括低温聚合引发剂例如过氧化甲こ酮、聚合加速剂例如钴化合物及引发剂与加速剂的组合。提供具有新的或改变的颜色相关反应性特征的指示剂的另ー种方法为将两者指示剂化合物混合在一起。因此，两种ニ炔单体可共结晶以提供具有不同于任何ー种起始原料的反应性特征的共结晶混合物。例如，Miller等(Patel)在“联こ炔以结晶固态共聚合.ー种用于记录潜在指纹的万法(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-双(苯基氨基甲酸酷)和2，4-己ニ炔-1，6-双(对-氯苯基氨基甲酸酷)的固态共聚。如所述，在喷洒两种化合物的溶液的表面上存在油影响所生成共结晶ニ炔相的反应性。而且，Enkelmann 的“Polymerization in Mixed Crystals”，J. MaterialsScience, 15(1980)第951-958页(本文称为“Enkelmann 1980”)描述了适当取代的联こ炔可共结晶形成取代的 固溶体。參照时间转换曲线(第956-958页和图9-11)描述了 2，4-亚己ニ炔基ニ对甲苯磺酸酯(Enkelmann 1980中“ la”)与高达20%的2,4-亚己ニ炔基ニ对氣苯横酸酷(Enkelmann 1980中“lb”)或ニ对漠苯横酸酷(Enkelmann 1980中“lc”)的混合晶体的固态聚合。化合物Ia类似于化合物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中被描述为亚稳态的，并且也描述了微晶电子衍射图案，其表明这些物质与Ia的反应相为同晶型的(第957页)。为“同晶型的”可理解为意指它们的结晶结构在相同空间群中、具有相同的分子対称性和在晶胞中具有相同数目的分子。化合物Ib和Ic的稳定形式据说在固态下完全不起反应并因此不可聚合，被描述为具有不与化合物Ia的结构同晶形的三斜晶体结构。根据Enkelmann 1980,当单体以等同于4.9人的聚合物重复单元的距离伴随接近45度角堆积时，可预期最佳反应性。另夕卜，Enke Imann的“联こ炔混合晶体的固态聚合、物理性质和晶体结构(Thebolid—btate Polymerization， Physical Properties， and Crystal Structures 01Diacetylene Mixed Crystals) ” Makromol. Chem. 184，1945-1955 (1983)(本文称为"Enkelmann 1983”)描述了某些取代的联乙炔，尤其2，4-亚己ニ炔基ニ对甲苯磺酸酯(Enkelmann 1983 中“la”)和 2，4_ 亚己ニ块基ニ对氣苯横酸醋(Enkelmann 1983 中“lb”)的共結晶，形成取代的固溶体。这些化合物不同仅在于用后者化合物中的氟取代前者化合物中的甲基。描述了ー种ニ炔单体在另ー种中不同浓度的固溶体。在各浓度下，Enkelmann发现固溶体的聚合反应性介于各ニ炔的反应性之间(图9)。也描述了ー些X-射线衍射数据(第 1947-1950 页)。
Enkelmann文章似乎均未描述在商业上可用于监测易腐坏寄主产品品质的指示齐U。从专利例如Preziosi 等’ 151、Preziosi 等’ 637 和 Prusik’ 148 以及 Patel 的美国专利第 4189399,4208186 和 4384980 号、JP Laboratories 的 WO 2004/077097 和 Prusik等的美国专利第7019171号(本文称为“Prusik等’ 171”)也已知ニ炔单体的多种其它共结晶混合物。ー些或全部这些文件描述了多种己ニ炔双(烷基服)的共结晶混合物，尤其包括2，4-己ニ炔-1，6-双(こ基脲)和2，4-己ニ炔-1，6-双(丙基脲)的共结晶混合物。后者共结晶ニ炔单体混合物具有比混合物中任何一种组分更快的响应热暴露的显色反应性。该指示剂尤其可用于监测具有相对短货架寿命的寄主产品，例如新鮮食品。Patel的美国专利第4384980号描述了ー种经两种以上ニ炔的混合物从溶剂中缓慢结晶来制备联こ炔化合物的无活性形式的方法(第4栏第53-68行和第5栏第15-17行)。如所述，通过与活化蒸气接触可将无活性形式转化为活性形式。Preziosi等’ 151描述了用于不同比例的2，4_己ニ炔_1，6_双(こ基脲)和2，4-己ニ炔-1，6-双(丙基服)共结晶的步骤。根据Preziosi等’ 151，X-射线分析表明形成固溶体且NMR(核磁共振，据推測)质子分析证实所使用的比例。2，4_己ニ炔-1，6-双(丙基脲)2，4_己ニ炔-1，6-双(こ基脲)为1: 2份的重量比在Preziosi等’151 (实施例S)中被描述为最具反应性。此外，Preziosi等’ 637描述了通过用石油醚从稀こ酸溶液沉淀制备2,4-己ニ炔-1，6-双(こ基服)和2，4_己ニ炔-1，6-双(丁基服)的共结晶混合物。另外，Prusik’ 148公开了在こ酸中回流两种ニ炔单体2，4_己ニ炔_1，6_双(こ基服)和2，4_己ニ炔-1，6-双(丙基服)的混合物以改变共结晶产物的反应性。另外，Prusik’ 171描述了用控制粒度參数例如平均大小或扩散(spread)来沉淀聚炔剂。通过混合炔系试剂的温热溶液与冷沉淀流体并适当选择冷沉淀流体的组分和/或温度条件来进行控制。此处进一步描述的Prusik’ 171的比较实施例4描述了 2，4_己ニ炔-1，6-双(こ基服)和2，4_己ニ炔-1，6-双(丙基服)混合物的こ酸溶液的重結晶。尽管存在这些与其它建议，合乎需要的是具有可用的另外的ニ炔单体反应性选择。
背景技术：
的上述说明可包括在本发明之前不为相关领域所知但由本发明提供的见解、发现、理解或公开或者与公开的相互关联。本文可能已具体指出本发明的一些这样的贡献，而本发明的其它这样的贡献根据其上下文将是显而易见的。由于本文仅是已引用某文献，故不承认该文献的 领域(可能与本发明相当不同)与本发明的领域类似。发明概述本发明提供新的ニ炔单体组合物、ニ炔单体晶相和混合物以及制备和表征这些物质的相关方法。本发明提供的一些物质可响应环境刺激改变颜色，并表现出新的或改变的反应性和反应性特征。本发明提供的表征方法使得ー些具有物理相似性但是呈现不同变色反应性的物质能够被清楚地鉴定。在ー个方面，本发明提供一种固态单体组合物，其包含第一单体与第二単体，各单体具有第一化学式
权利要求
1.一种固态单体组合物，其包含第一单体和第二单体，各所述单体具有以下化学式 CH3 (CH2)mlNHCONH(CH2) (-C = C-) 2 (CH2) NHCONH (CH2) m5CH3 ； 其中， 在第一单体中ml和m5均为I ; 在第二单体中ml和m5均为2 ； 所述固态单体组合物可呈现利用CuKa i辐射采集的X-射线粉末衍射波谱，所述衍射波谱在约4.28A的d间距和约3.81A的d间距之间具有3个反射峰； 所述3个反射峰包括在约4.28A-约4.18A范围内的i间距处的长间距峰、在约4.11人-约3.99A范围内的i间距处的中等间距峰和在约3.94A -约3.81A范围内的d间距处的短间距峰；和 所述固态单体组合物可热聚合以具有变化的视觉外观。
2.权利要求1的固态单体组合物，其中X-射线粉末衍射波谱包括在长间距峰与中等间距峰之间的约0.1OA -约0.27A的间隔和在中等间距峰与短间距峰之间的约0.07A -约0.26人的间隔。
3.权利要求1的固态单体组合物，其中所述3个反射峰为在约4.28人-3.81人之间的衍射间距范围内的最高强度峰，中等间距峰强度高于长间距峰或短间距峰的强度。
4.权利要求1、2或3的固态单体组合物，其包含在约31-约1:1 (重量)范围内的第一单体与第二单体比。
5.权利要求4的固态单体组合物，其包含约2 1(重量)的第一单体与第二单体比。
6.权利要求4的固态单体组合物，其包含约1: 1(重量)的第一单体与第二单体比。
7.权利要求5的固态单体组合物，其中X-射线粉末衍射波谱包含最长间距峰和第二长间距峰，所述最长和第二长间距峰分别为在约17.80A和约8.91A的i间距处的单峰。
8.一种固态单体组合物，其包含第一单体和第二单体，各所述单体具有以下化学式 CH3 (CH2)mlNHCONH(CH2) (-C = C-) 2 (CH2) NHCONH (CH2) m5CH3 ； 其中 在第一单体中ml和m5均为I ; 在第二单体中ml和m5均为2 ； 所述固态单体组合物可呈现利用CuKa i辐射采集的X-射线粉末衍射波谱，所述衍射波谱在约4.40A的d间距和约3.95A的d间距之间具有2个反射峰； 所述2个反射峰包括在约4.43A -约4.37A范围内的i间距处的长间距峰和在约3.99A -约3.92A范围内的d间距处的短间距峰；和 所述单体组合物可热聚合以具有变化的视觉外观。
9.权利要求8的固态单体组合物，其中所述2个反射峰为在约4.43A-约3.92A的衍射间距范围内的最高强度峰，并且所述2个峰的强度相似。
10.权利要求8或9的固态单体组合物，其包含约2:1 (重量)的第一单体与第二单体比。
11.权利要求10的固态单体组合物，其中X-射线粉末衍射波谱包含最长间距峰和第二长间距峰，所述最长和第二长间距峰本质上分别为在约17.80A和约8.91 A的d间距处的单峰。
12.一种可热聚合的共结晶固态单体组合物，其包含第一单体和第二单体，各所述单体具有以下化学式CH3 (CH2)mlNHCONH(CH2) (-C = C_) 2 (CH2)NHCONH(CH2)ni5CH3, 其中 在第一单体中ml和m5均为I ; 在第二单体中ml和m5均为2 ； X-射线粉末衍射波谱包含最长间距峰和第二长间距峰； 所述最长和第二长间距峰本质上为单峰；并且所述第二长间距峰所处的d间距为最长间距峰d间距的约一半。
13.权利要求12的固态单体组合物，其中所述最长间距峰在约16.4A-约20.1 A的d间距。
14.权利要求12或13的固态单体组合物，其包含约2:1 (重量)的第一单体与第二单体比。
15.权利要求12的固态单体组合物，其包含约1: 1(重量)的第一单体与第二单体比。
16.一种固态单体组合物，其包含第一单体和第二单体，各所述单体具有以下化学式 CH3 (CH2)mlNHCONH(CH2) (-C = C_) 2 (CH2)NHCONH(CH2)ni5CH3, 其中 在第一单体中ml和m5均为I ; 在第二单体中ml和m5均为2 ； 所述固态单体组合物可在固态下聚合，以提供在利用交叉极化魔角固态NMR表征时能够呈现4个不同sp碳原子13C化学位移的聚合物产物；和所述聚合物产物具有从固态单体组合物变化的视觉外观。
17.权利要求16的固态单体组合物，其中可在约106、102、99和97 111处观察到4个13C化学位移。
18.权利要求16的固态单体组合物，其中所述固态聚合物产物在利用交叉极化魔角固态NMR表征时能够在约131ppm和128ppm处呈现2个sp2碳原子13C化学位移。
19.权利要求16、17或18的固态单体组合物，其包含约2 I的第一单体与第二单体重量比。
20.一种共结晶固态单体组合物，其包含第一单体和第二单体，各所述单体具有以下化学式 CH3 (CH2)ffllNHCONH (CH2)ffl2 (-C ^ C-) ffl3 (CH2) ffl4NHC0NH (CH2) ffl5CH3 ； 其中 ml为0或在1-约17范围内的正整数， m2为在1-约10范围内的正整数， m3为在2-4范围内的正整数， m4为在1-约10范围内的正整数，和 m5为0或在1-约17范围内的正整数；在第一单体和第二单体中，m2、m3和m4为相同的整数； 第一单体中的ml和m5中至少一个分别与第二单体中的ml或m5相差I并且不多于I ; 所述单体组合物包含能够在单体堆积中通常在一个晶向上聚合的晶相；和 至少一个单体堆积包含第一单体与第二单体分子的混合物。
21.权利要求20的固态单体组合物，其中m3为2。
22.权利要求20或21的固态单体组合物，其中ml和m5在第一单体中为I和在第二单体中为2,并且m2和m4均为I。
23.一种晶相组合物，其包含第一晶相和第二晶相，其中第一晶相包含至少约20(重量)％的第一单体，余量基本上由第二单体组成，而第二晶相包含至少约20 (重量)％的第二单体，余量基本上由第一单体组成，第一单体和第二单体具有以下化学式的不同分子结构 CH3 (CH2)ffllNHCONH (CH2)ffl2 (-C ^ C-) ffl3 (CH2) ffl4NHC0NH (CH2) ffl5CH3 ； 其中 ml为0或在1-约17范围内的正整数， m2为在1-约10范围内的正整数， m3为在2-4范围内的正整数， m4为在1-约10范围内的正整数，和 m5为0或在1-约17范围内的正整数； 在两种单体的每一种中，m2、m3和m4为相同的整数；和 第一单体中的ml和m5中至少一个分别与第二单体中的ml或m5相差I并且不多于I。
24.权利要求23的晶相组合物，其中m3为2。
25.权利要求23的晶相组合物，其中，在第一单体中ml和m5均为1，在第二单体中ml和m5均为2。
26.权利要求23、24或25的晶相组合物，其中第一晶相包含至少约50(重量)％的第一单体，第二晶相包含至少约50 (重量)％的第二单体。
27.—种共聚物组合物，其包括含有第一单体单元与第二单体单元的共聚物链，各所述单体单元在聚合之前具有以下化学式 CH3 (CH2)ffllNHCONH (CH2)ffl2 (-C ^ C-) ffl3 (CH2) ffl4NHC0NH (CH2) ffl5CH3 ； 其中 ml为0或在1-约17范围内的正整数； m2为在1-约10范围内的正整数； m3为在2-4范围内的正整数； m4为在1-约10范围内的正整数；和 m5为0或在1-约17范围内的正整数； 在第一单体与第二单体中，m2、m3和m4为相同的整数；和 第一单体中的ml和m5中至少一个分别与第二单体中的ml或m5相差I并且不多于I。
28.权利要求27的共聚物组合物，其中m3为2。
29.权利要求28的共聚物组合物，其中ml和m5对于第一单体为I，对于第二单体为2，且m2和m4均为I。
30.一种通过调节炔属组合物晶体的结构周期性和与结构周期性有关的衍射间距制备具有所需热反应性的固态晶体炔属组合物的方法，所述方法包括 混合第一单体与第二单体，各所述单体具有以下化学式 CH3 (CH2)ffllNHCONH(CH2)ffl2 (-C 三 C-)ffl3 (CH2)ffl4NHCONH(CH2)ffl5CH3, 其中 ml为0或在1-约17范围内的正整数， m2为在1-约10范围内的正整数， m3为在2-4范围内的正整数， m4为在1-约10范围内的正整数，和 m5为0或在1-约17范围内的正整数； 在第一单体与第二单体中，m2、m3和m4为相同的整数； 第一单体中的ml和m5中至少一个分别与第二单体中的ml或m5相差I ; 基于第一与第二单体的合并重量选择第一单体的重量比例，以提供所需衍射间距；和 从溶液共结晶混合的第一与第二单体，以提供固态晶体炔属组合物； 和其中进行混合以在使用CuKal辐射采集的固态晶体炔属组合物的X-射线粉末衍射波谱中提供最低角衍射峰和第二低角衍射峰，各所述衍射峰本质上为衍射间距随第一单体组合物与总单体组合物的重量比变化近乎线性改变的单峰。
31.权利要求30的方法，其中m3为2.
32.权利要求30或31的方法，其中在第一单体中ml和m5均为I，在第二单体中ml和m5均为2。
33.一种制备具有所需变色热反应性的固态晶体炔属组合物的方法，所述方法包括 混合第一单体与第二单体，各单体具有以下化学式
34.权利要求33的方法，其包括 进行混合，使得固态组合物可呈现使用CuKal辐射采集的具有本质上为单最低角衍射峰和本质上为单第二低角衍射峰的X-射线粉末衍射波谱，其中与最低角和第二低角衍射峰相关的各衍射间距随第一单体与总单体组合物的重量比变化近乎线性改变；和选择有效提供最低角和第二低角衍射峰的与所需热反应性相关的衍射间距的第一单体重量比例。
35.权利要求33或34的方法，其包括选择用于结晶的结晶溶剂和冷却速率以控制高反应性相的重量比例。
36.权利要求33、34或35的方法，其中m3为2.
37.权利要求33、34或35的方法，其中在第一单体中ml和m5均为1，在第二单体中ml和m5均为2。
38.一种制备用于监测易腐坏寄主产品暴露于温度的累计暴露的环境条件指示器的方法，其中寄主产品具有待指示的所需新鲜度点，环境条件指示器包含响应于环境条件的变色指示剂，所述方法包括 对指示剂测定指示剂响应环境条件的时间相关响应的所需变色特征； 从指示剂变色特征确定与寄主产品新鲜度点近乎一致的终点；和 选择具有与所需指示剂变色特征有关的衍射特征的二炔单体组合物用作指示剂。
39.权利要求38的方法，其中衍射特征包括衍射波谱强度和比3A长的衍射间距。
40.权利要求39的方法，其中对二炔指示组合物粉末测定衍射特征。
41.权利要求38、39或40的方法，其中衍射特征包括权利要求1、2或3限定的衍射波P曰。
42.权利要求38、39或40的方法，其中环境条件为温度。
43.一种用于控制可变色共结晶二炔单体组合物反应性的方法，所述可变色共结晶二炔单体组合物包含第一二炔单体和第二二炔单体，其中第一二炔单体与第二二炔单体具有以下化学式的不同分子结构
44.权利要求43的方法，其包括选择溶剂体系以得到具有所需变色反应性的二炔单体组合物晶体。
45.权利要求43的方法，其中升高的温度为至少70°C，将溶液从约60°C冷却至约30°C需要至少90分钟的时间。
46.权利要求43的方法，其包括利用热水浴提供升高的温度以溶解第一单体和第二二炔单体，和通过使水浴在室温环境下被动冷却来冷却水浴中的溶液。
47.权利要求43、44、45或46的方法，其包括通过检查所回收晶体的衍射波谱测定所回收晶体的变色反应性。
48.一种通过权利要求30、31、33或34的方法产生的晶体组合物。
49.一种通过权利要求43或44的方法产生的共结晶二炔单体组合物。
50.一种时间-温度指示器，其包含权利1、8、12、16、20、21、23或27的组合物。
51.一种通过权利要求38、39或40的方法制备的环境条件指示器。
全文摘要
包括在不同冷却条件下从多种溶剂体系共结晶的组合物在内的固态可聚合二炔单体组合物可呈现与组合物的显色反应性有关的衍射图。公开了高反应性组合物，并可鉴定高反应性相和低反应性相。低角粉末X-射线衍射峰可表明组合物中存在一个或多个晶相。指纹区可呈现与不同反应性有关的衍射峰指纹图。关于二炔单体聚合的信息使用13C核磁共振(“NMR”)表征公开。公开了可用于环境条件指示器例如时间-温度指示器的二炔单体组合物。
文档编号C08G18/10GK103038271SQ201080015871
公开日2013年4月10日 申请日期2010年3月24日 优先权日2009年3月31日
发明者E·卡斯蒂洛马丁尼斯, R·H·鲍曼, L·J·霍尔, M·科斯洛夫, D·E·史密斯, T·普鲁西克, C·M·伦茨 申请人:坦普泰姆公司