KR20130104551A - 광 파장 차단 및 전환 기능을 갖는 수용성 페릴렌 화합물 및 그의 제조 방법 - Google Patents

광 파장 차단 및 전환 기능을 갖는 수용성 페릴렌 화합물 및 그의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광 파장 차단 및 전환 기능을 갖는 수용성 페릴렌 화합물 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 페릴렌 화합물에 방향족 화합물 유도체를 도입한 후, 방향족 화합물에 이온성을 부여하여 제조한 광 파장 차단 및 전환 기능을 갖는 하기 [화학식 1]로 표시되는 신규한 수용성 페릴렌 화합물로서, 녹색 파장 차단 및 소량 흡수된 녹색 파장을 적색 파장으로 광 전환(shift)시킴으로써, 광합성에 불필요한 광선을 차단하고, 소량 흡수된 녹색 파장을 광합성에 유효한 파장으로 변형시켜 식물 성장을 도와 농작물의 생산성을 향상시킬 수 있으며, 특히 광 차단 및 전환 화합물질의 단점인 물에 대한 낮은 용해도가 향상되어, 다양한 분야에서 넓게 응용 가능한 것이 장점이다.
[화학식 1]
Figure pat00018

[상기 화학식 1에서, R1 은 각각 독립적으로 방향족 화합물, 바람직하게는 페놀, 피리딘 화합물임].

Description

광 파장 차단 및 전환 기능을 갖는 수용성 페릴렌 화합물 및 그의 제조 방법{WATER-SOLUBLE PERYLENE COMPOUNDS HAVING LIGHT INTERCEPTION AND SHIFT WAVELENGTH AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME}
본 발명은 광 파장 차단 및 전환 기능을 갖는 신규한 수용성 페릴렌 화합물 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 N,N'-디(2,6-디이소프로필페닐)-1,7-디브로모페릴렌-3,4,9,10-테트라카르복디이미드에 방향족 화합물 유도체를 도입한 후, 방향족 화합물에 이온성을 부여함으로써, 태양광 선택 차단 및 광 전환(shift) 특성을 가짐과 동시에 수용성을 갖는 것을 특징으로 하는 광 파장 차단 및 전환 기능을 갖는 수용성 페릴렌 화합물 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 농업용 필름은 투광성, 보온성, 무적성 또는 방무성 등과 같은 일반적인 기능을 갖춤으로써, 비닐하우스 외부 환경으로부터 작물을 보호하고 고소도득의 농산물을 안정적으로 생산할 수 있도록 한다.
상기 특성 중 특히 농작물의 광합성을 촉진시키기 위해서는 태양광의 가시광선 중 광합성에 유효한 영향을 주는 적색 영역의 빛을 선택적으로 흡수하는 기능이 필요하다. 이는 가시광선 속에는 식물의 광합성에 도움을 주는 적색 영역의 광선도 있지만 방해를 주는 녹색 영역의 광선도 있기 때문에 광선을 선택적으로 흡수하고 녹색 영역의 빛을 광합성에 유효한 파장으로 전환(shift)이 가능한 특성을 갖는 첨가제의 개발이 절실히 요구되고 있는 것이다.
즉, 가시광선 중 광합성에 방해를 주는 녹색 영역의 빛만 선택적으로 차단하여 가능한 소량 흡수하고 나머지 영역의 빛은 흡수하여 에너지 생산에 이용하여야 한다. 동시에 소량 흡수된 녹색 영역의 빛을 광합성에 도움을 주는 적색 영역(620∼680nm)의 빛으로 광 전환(shift)시킬 수 있는 기능 역시 필요하다.
한편 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 방안으로 특허문헌 1에는 광 선택 투과성을 갖는 기능성 농업용 필름에 대한 기술이 공지되어 있고, 특허문헌 2와 특허문헌 3에 자외선 흡수제를 포함한 농업용 필름이 공지되어 있다. 하지만 상기와 같은 특허들은 근적외선 흡수색소, 광 전환용 형광색소 등의 화합물을 적절한 조성범위로 조성하여 상기와 같은 기능성을 부여하는 기술에 대한 것으로 직접적인 첨가제 화합물의 개발에 대한 연구는 아니다.
따라서 본 발명자들은 광합성의 저하를 가져오는 녹색광 영역의 파장을 차단하고 녹색광 외의 다른 영역의 파장으로 변형시키는 첨가제 화합물을 개발함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.
특허문헌 1 : 대한민국 공개특허공보 제10- 2009-0085941호(광 선택 투과성을 갖는 기능성 농업용 필름) 특허문헌 2 : 대한민국 공개특허공보 특2000-42841호(근자외선 차단성이 우수한 폴리올레핀계 농업용 필름 조성물) 특허문헌 3 : 대한민국 등록특허공보 제10-0458015호(농업용 폴리올레핀 필름의 제조방법)
본 발명은 N,N'-디(2,6-디이소프로필페닐)-1,7-디브로모페릴렌-3,4,9,10-테트라카르복디이미드
(N,N'-di(2,6-diisopropylphenyl)-1,7-dibromoperylene-3,4,9,10-tetracarboxdiimide)의 양쪽에 방향족 화합물 유도체를 치환시킴으로써 광합성을 저하시키는 녹색광을 선택적으로 차단하고, 소량 흡수된 녹색 파장을 광합성에 유효한 빛인 적색 파장으로 광 전환(shift)시킴으로써, 농작물의 성장을 방해하는 문제점들을 해결한 것을 특징으로 하는 광 파장 차단 및 전환 기능을 갖는 수용성 페릴렌 화합물 및 그의 제조 방법을 제공함을 특징으로 한다.
본 발명은 하기 [화학식 1]로 표시되는 광 파장 차단 및 전환 기능을 갖는 수용성 페릴렌 화합물을 과제 해결 수단으로 한다.
[화학식 1]
Figure pat00001

[상기 화학식 1에서, R1 은 각각 독립적으로 방향족 화합물, 바람직하게는 페놀, 피리딘 화합물임].
그리고 본 발명은 하기 단계를 포함하는, 상기 [화학식 1]로 표시되는 광 파장 차단 및 전환 기능을 갖는 수용성 페릴렌 화합물의 제조 방법을 다른 과제 해결 수단으로 한다.
(i) 하기 [화학식 2]로 표시되는 N,N'-디(2,6-디이소프로필페닐)-1,7-디브로모페릴렌-3,4,9,10-테트라카르복디이미드(N,N'-di(2,6-diisopropylphenyl)-1,7-dibromoperylene-3,4,9,10-tetracarboxdiimide)에 하기 [화학식 3]으로 표시되는 방향족 화합물을 치환 반응시켜 하기 [화학식 4]로 표시되는 페릴렌 화합물을 제조하는 단계:
[반응식 1]
Figure pat00002
[화학식 2] [화학식 3] [화학식 4]
[상기 반응식 1에서, R1 은 각각 독립적으로 방향족 화합물, 바람직하게는 페놀, 피리딘 화합물임].
(ii) 상기 (i)에서 제조된 상기 [화학식 4]로 표시되는 중간체에 하기 [화학식 5]로 표시되는 전해질을 도입하여 하기 [화학식 1]로 표시되는 페릴렌 화합물을 제조하는 단계:
[반응식 2]
Figure pat00003
[화학식 4] [화학식 5] [화학식 1]
[상기 반응식 2에서, R1 은 각각 독립적으로 방향족 화합물, 바람직하게는 페놀, 피리딘 화합물이고, X 는 각각 독립적으로 전해질, 바람직하게는 황산, 염산, 메틸이오다이드, 수산화나트륨임].
본 발명은 N,N'-디(2,6-디이소프로필페닐)-1,7-디브로모페릴렌-3,4,9,10-테트라카르복디이미드에 전자 공여기인 방향족 화합물 유도체를 도입함으로써 녹색 파장 차단 및 소량 흡수된 녹색 파장을 적색 파장으로 광 전환(shift)시킴으로써, 광합성에 불필요한 광선을 차단하고, 소량 흡수된 녹색 파장을 광합성에 유효한 파장으로 변형시켜 식물 성장을 도와 농작물의 생산성을 향상시킬 수 있는 농업용 온실 소재로 중요하게 활용할 수 있고, 생산성을 향상시킬 수 있으며, 특히 광 차단 및 전환 화합물질의 단점인 물에 대한 낮은 용해도가 향상되어, 다양한 분야에서 넓게 응용 가능한 것이 장점이다.
상기의 효과를 달성하기 위한 본 발명에 따른 광 파장 차단 및 전환 기능을 갖는 수용성 페릴렌 화합물 및 그의 제조 방법은 본 발명의 기술적 구성을 이해하는데 필요한 부분만 설명하되, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명은 하기 [화학식 1]로 표시되는 광 파장 차단 및 전환 기능을 갖는 수용성 페릴렌 화합물을 특징으로 한다.
[화학식 1]
Figure pat00004
[상기 화학식 1에서, R1 은 각각 독립적으로 방향족 화합물, 바람직하게는 페놀, 피리딘 화합물임].
본 발명에 따른 상기 [화학식 1]로 표시되는 페릴렌 화합물은 N,N'-디(2,6-디이소프로필페닐)-1,7-디(페녹시)페릴렌-3,4,9,10-테트라카르복실산 비스이미드, N,N'-디(2,6-디이소프로필페닐)-1,7-디(3-피리독시)페릴렌-3,4,9,10-테트라카르복실산 비스이미드, N,N'-디(2,6-디이소프로필페닐)-1,7-디(4-설포닐페녹시)페릴렌-3,4,9,10-테트라카르복실산 비스이미드, 및 N,N'-디(2,6-디이소프로필페닐)-1,7-디[3-(N-메틸-피리디니움)옥시]페릴렌-3,4,9,10-테트라카르복실산 비스이미드로로 이루어진 군에서 1 종이 선택된다.
색은 광원으로부터 방사되어진 에너지가 물체에 부딪치면서 선택된 파장에 의해 흡수, 반사 또는 투과가 이루어져 다양하게 나타나게 된다. 기존의 측정 파장을 흡수, 여기, 방출하는 화합물에서 여기, 방출되는 파장을 변형하기 위해서는 전자 공여기와 전자 수용기를 부여하여 전자띠의 차이를 조절하여야 한다.
한편, 페릴렌 화합물은 높은 열안정성과 광학 안정성을 가지고 있지만 물이나 유기 용매에 대한 용해도가 거의 없어 광범위한 사용에 제약이 따른다. 본 발명에서 이를 개선하기 위해 전해질을 이용하여 반응함으로써 이온성을 부여하여 용해도를 극대화시켰다.
본 발명에 따른 상기 [화학식 1]로 표시되는 페릴렌 화합물은 기존 광 전환 색소의 광 차단 및 전환 특성을 가짐은 물론, 전해질을 이용하여 반응함으로써 이온성을 부여하여 용매에 대한 용해도 또한 향상시켰다.
본 발명에 있어서, 상기 [화학식 1]로 표시되는 페릴렌 화합물은 유기 용매, 특히 극성 용매에 대한 용해도가 높다. 상기 극성 용매는 바람직하게는, 물, 디클로로메탄, 클로로포름, 메탄올 또는 아세토니트릴로부터 선택되는 1종 또는 이상이다.
또한, 상기 [화학식 1]로 표시되는 페릴렌 화합물의 제조 방법에서의 단계 (i)에서 제조된 하기 [화학식 4]로 표시되는 중간체도 본 발명에 의한 신규한 페릴렌 화합물에 속하며, 이의 물성에 대하여도 하기 실시예를 통해 명백히 알 수 있을 것이다.
[화학식 4]
Figure pat00005

[상기 화학식 4에서, R1 은 각각 독립적으로 방향족 화합물, 바람직하게는 페놀, 피리딘 화합물임].
본 발명에서 전자 공여기로서 도입한 방향족 화합물 유도체는 하기 [화학식 3]으로 표시되는 방향족 화합물이다.
[화학식 3]
Figure pat00006

[상기 화학식 3에서, R1 은 각각 독립적으로 방향족 화합물, 바람직하게는 페놀, 피리딘 화합물임].
본 발명에서 이온성을 부여하기 위해 도입한 물질은 [화학식 5]로 표시되는 전해질이다.
[화학식 5]
Figure pat00007

[상기 화학식 5에서, X 는 각각 독립적으로 전해질, 바람직하게는 황산, 염산, 메틸이오다이드, 수산화나트륨임].
한편, 본 발명에 따른 광 파장 차단 및 전환 기능을 갖는 수용성 페릴렌 화합물은 하기 [반응식 1] 내지 [반응식 2]의 과정을 거쳐 [화학식 1]로 표시되는 수용성 페릴렌 화합물이 제조되어 진다.
이하 본 발명에 따른 광 파장 차단 및 전환 기능을 갖는 수용성 페릴렌 화합물의 제조 방법을 설명하면 아래의 내용과 같다.
(i) 하기 [화학식 2]로 표시되는 N,N'-디(2,6-디이소프로필페닐)-1,7-디브로모페릴렌-3,4,9,10-테트라카르복디이미드에 하기 [화학식 3]으로 표시되는 방향족 화합물을 치환 반응시켜 하기 [화학식 4]로 표시되는 페릴렌 화합물을 제조하는 단계:
[반응식 1]
Figure pat00008
[화학식 2] [화학식 3] [화학식 4]
[상기 반응식 1에서, R1 은 각각 독립적으로 방향족 화합물, 바람직하게는 페놀, 피리딘 화합물임].
상기 [반응식 1]에서 상기 [화학식 2]로 표시되는 N,N'-디(2,6-디이소프로필페닐)-1,7-디브로모페릴렌-3,4,9,10-테트라카르복디이미드(N,N'-di(2,6-diisopropylphenyl)-1,7-dibromoperylene-3,4,9,10-tetracarboxdiimide)와 상기 [화학식 3]으로 표시되는 방향족 화합물 유도체를 첨가하여 반응시킨다. 이때, 용매는 디메틸포르말마이드를 사용하였고 촉매로 K2CO3를 사용하였다. 방향족 화합물 유도체는 전자 공여기로서 전환(shift) 될 수 있는 기반을 마련한다.
이렇게 제조된 상기 [화학식 4]은 정제 과정이 매우 까다로워 반응액을 감압증류 한 후, 석출된 결정을 크로로포름으로 세척하여 여과 건조 과정을 거쳐 얻은 후 컬럼크로마토그래피(실리카 사용, 전개용매; 디클로로메탄)법으로 분리 정제하여 상기 [화학식 4]로 표시되는 페릴렌 화합물을 얻는다.
(ii) 상기 (i)에서 제조된 상기 [화학식 4]로 표시되는 중간체에 [화학식 5]로 표시되는 전해질을 도입하여 하기 [화학식 1]로 표시되는 페릴렌 화합물을 제조하는 단계:
[반응식 2]
Figure pat00009
[화학식 4] [화학식 5] [화학식 1]
[상기 반응식 2에서, R1 은 각각 독립적으로 방향족 화합물, 바람직하게는 페놀, 피리딘 화합물이고, X 는 각각 독립적으로 전해질, 바람직하게는 황산, 염산, 메틸이오다이드, 수산화나트륨임].
상기 [화학식 4]로 표시되는 중간체에 전해질을 넣고 마크네틱 바를 이용하여 상온에서 오랜 시간 교반시켰다. 전해질을 도입한 반응은 전자 공여기에 이온을 가지게 하여 물과의 반응성을 높이는 기반을 마련하다.
상기 [반응식 1] 내지 [반응식 4]에서 반응시키는 반응 화합물들은 당량 대 당량으로 반응시키는 것이 바람직하지만, 필요에 따라서는 반응 화합물의 양이 적절히 조정되어 질 수 있다.
이하 본 발명의 내용을 하기 실시 예를 통해 구체적으로 설명하면 다음과 같으며, 본 발명이 하기의 실시 예에 의해서만 반드시 한정되는 것은 아니다.
1. 페릴렌 화합물의 합성
(실시예 1)
3구 반응기에 온도계, 교반기와 리플럭스 콘덴서를 설치한 후, N,N'-디(2,6-디이소프로필페닐)-1,7-디브로모페릴렌-3,4,9,10-테트라카르복디이미드 5.9mmol을 디메틸포름말마이드 200ml에 용해시킨 다음, 29mmol의 페놀과 29mmol의 K2CO3를 넣고 110℃에서 6시간 동안 가열 교반하였다. 반응액을 상온으로 냉각시킨 후, 2M의 염산 수용액 500ml를 이용하여 세척하고 거른 뒤, 건조시켜 얻어진 물질을 컬럼크로마토그래피(실리카, 전개용매: 디클로로메탄)법으로 분리 정제하여 보라색 고체를 34.0%의 수율로 얻었다.
(실시예 2)
반응기에 상기 (실시예 1)에서 얻어진 중간체 1.9mmol과 4ml의 황산을 넣고 마그네틱 바를 이용하여 상온에서 24시간 교반시킨다. 그 후 물을 넣고 거른 뒤 건조시켜 보라색 고체를 56.0%의 수율로 얻었다.
(실시예 3)
3구 반응기에 온도계, 교반기와 리플럭스 콘덴서를 설치한 후, N,N'-디(2,6-디이소프로필페닐)-1,7-디브로모페릴렌-3,4,9,10-테트라카르복디이미드 5.9mmol을 디메틸포름말마이드 200ml에 용해시킨 다음, 29mmol의 히드로피리딘(hydropyridine)과 29mmol의 K2CO3를 넣고 110℃에서 6시간 동안 가열 교반하였다. 반응액을 상온으로 냉각시킨 후, 2M의 염산 수용액 500ml를 이용하여 세척하고 거른 뒤, 건조시켜 얻어진 물질을 컬럼크로마토그래피(실리카, 전개용매: 디클로로메탄)법으로 분리 정제하여 빨간색 고체를 32.0%의 수율로 얻었다.
(실시예 4)
반응기에 상기 (실시예 3)에서 얻어진 중간체 0.92mmol과 메틸이오다이드 4.6mmol을 메탄올 100ml에 넣고 마그네틱 바를 이용하여 85℃에서 24시간 교반시킨다. 그 후 물을 넣고 거른 뒤 건조시켜 빨간색 고체를 60.0%의 수율로 얻었다.
다음 [표 1]에는 상기 실시예 1 내지 4의 방법에 의해 제조된 페릴렌 화합물의 구조 및 제조 수율을 정리하여 나타내었다.
구 분 구 조 수 율(%)
실시예 1
Figure pat00010
 56.0
실시예 2
Figure pat00011
 34.0
실시예 3
Figure pat00012
 32.0
실시예 4
Figure pat00013
 60.0
2. 신규 페릴렌 화합물의 확인
상기 [표 1]의 실시예 1 내지 실시예 4의 화합물을 600MHz 핵자기 공명 분광기(600MHz Agilent NMR System), 적외선 분광 분석기(FT-IR spectrometers), 겔 투과 크로마토그래피(Gel permeation chromatography)를 사용하여 페릴렌 화합물을 확인한 결과 아래의 내용과 같다.
- 실시예 1 화합물
1H-NMR (δ, CD2Cl2) 8.12 (s, 4H), 7.33 (t, 3J=7.5 Hz, 2H), 7.24-7.08 (m, 12H), 7.02 (t, 3J=7.5 Hz, 4H), 6.93 (d, 3J=7.5 Hz, 8H), 2.601 (sept, 3J=6.9 Hz, 4H), 1.03 (d, 3J=6.9 Hz, 24H). FT-IR (cm-1, KBr pellet) 3066 (Aromatic C-H), 2962 (CH3), 2362 (N-C=O), 1586, 1508, 1487 (BENZENE RING), 959(-CH=CH-). 분자량: 수평균분자량(Mn) 1932 g/mol, 질량평균분자량 (Mw) 2854 g/mol. 녹는점>400℃.
- 실시예 2 화합물
1H-NMR (δ, CD2Cl2) 7.914(s, 4H), 7.59(d, 3J=8.8 Hz, 8H), 7.17(t, 3J=7.6 Hz, 2H), 6.88(d, 3J=8.8 Hz, 8H), 2.45(sept, 3J=Hz, 4H), 0.85(d, 3J=Hz, 24H). FT-IR(cm-1, KBr pellet) 3066 (Aromatic C-H), 2962 (CH3), 2362 (N-C=O), 1586, 1508, 1487 (BENZENE RING), 1066 (SO4), 959(-CH=CH-). 분자량: 수평균분자량(Mn) 1952 g/mol, 질량평균분자량 (Mw) 2870 g/mol. 녹는점>400℃.
- 실시예 3 화합물
1H-NMR (δ, CD2Cl2) 8.29(d, 3J=6.3 Hz, 4H), 8.28(s, 4H), 8.14(s, 4H), 7.35(t, 3J=7.9 Hz, 2H), 7.30-7.27(m, 4H), 7.19(d, 3J=7.9 Hz, 4H), 7.17(d, 3J=8.2 Hz, 4H), 2.58 (sept, 3J=6.6 Hz, 4H), 1.03(d, 3J=6.6 Hz, 24H). FT-IR(cm-1, KBr pellet) 3066 (Aromatic C-H), 2962 (CH3), 2362 (N-C=O), 1593(PYRIDINE), 1586, 1508, 1487 (BENZENE RING), 959(-CH=CH-). 분자량: 수평균분자량(Mn) 1881 g/mol, 질량평균분자량 (Mw) 2839 g/mol. 녹는점>400℃.
- 실시예 4 화합물
1H-NMR (δ, CD2Cl2) 9.22-9.01(m, 2H), 8.78-8.42(m, 12H), 8.12-7.97(m, 2H), 7.88-7.68(m, 2H), 7.57-7.33(m, 8H), 4.47-4.40(s, 12H), 2.91-2.69(m, 4H), 1.15-1.11(m, 24H). FT-IR(cm-1, KBr pellet) 3066 (Aromatic C-H), 2962 (CH3), 2362 (N-C=O), 1593(PYRIDINE), 1586, 1508, 1487 (BENZENE RING), 959(-CH=CH-). 분자량: 수평균분자량(Mn) 1962 g/mol, 질량평균분자량 (Mw) 2882 g/mol. 녹는점>400℃.
3. 페릴렌 화합물의 물성 확인 실험
상기 실시예 1 내지 4에서 합성한 페릴렌 화합물과 대조군으로 형광 색소인 페릴렌 화합물[N,N'-디(2,6-디이소프로필페닐)-1,7-디브로모페릴렌-3,4,9,10-테트라카르복디이미드(N,N'-di(2,6-diisopropylphenyl)-1,7-dibromoperylene-3,4,9,10-tetracarboxdiimide)] 각각에 대한 물성 확인 실험은 다음과 같은 방법으로 실시하였다.
가. 분광학적 특성
페릴렌 화합물은 UV-비스 스펙트로메터(V-679 spectrophotometer, Jasco)를 사용하여 흡수파장을 측정하고 PL&EL 스펙트로메터(F-4500 spectrometer)를 사용하여 여기 및 방출 파장을 측정하였다. 그 결과는 다음 표 2에 나타내었다.
나. 용해 특성
페릴렌 화합물의 유기 용매에 대한 용해 특성을 측정하여 다음 표 2에 나다내었다. 이때 사용된 유기 용매는 물, 디클로로메탄, 메탄올, 클로로포름, 아세토니트릴이다. 각 화합물 0.002g을 상기 용매 30ml에 넣은 후 소니케이터를 이용하여 1시간 용해시킨 후, 상온에서 두었을 때, 상태를 비교하여 용해 특성을 측정하고 육안으로 판단하였다. 용해도가 매우 높은 용매의 경우에는 ‘++’으로, 부분적으로 용해되는 용매의 경우에는 ‘+’ 으로, 용해도는 높으나 용해 후 발색이 다른 용매의 경우는 ‘-’으로, 그리고 용해되지 않는 용매의 경우는‘--’으로 각각 표기하였다.
구 분 분광학적 특성 (in CH2Cl2) 용해 특성
흡수파장
(nm)		 여기파장
(nm)		 방출파장
(nm)		 물 디클로로메탄 메탄올 크로로
포름		 아세토
니트릴
실시예 1 393,505,535 393,505,
535		 568,619 + ++ - ++ +
실시예 2 393,508,540 393,508,
540		 571,623 ++ ++ - ++ +
실시예 3 387,455,484,518 387,455,484,518 543,577 + ++ ++ ++ ++
실시예 4 399,468,503,560 399,468,503,560 592 ++ ++ ++ ++ ++
대조군 454,485,
518		 455,484
518		 538,575 -- ++ ++ ++ ++
상기 [표 2]에서 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 4의 페릴렌 화합물은 393∼560nm의 빛을 흡수하여 538∼623nm의 빛을 방출하는 것을 확인하였고, 이는 기존의 형광 색소의 분광학적 특성과 유사하였다.
그리고 용해 특성은 기존의 형광 색소가 상기 [표 2]의 내용과 같은 물에 대한 용해도가 매우 낮은데 비해 본 발명에 의한 실시예 1, 2, 3 및 4에 의한 페릴렌 화합물은 물에 대한 용해도를 가지고 있음을 확인하였다.
다. 특정 파장 차단 및 전환(shift) 특성
페릴렌 화합물의 520∼580nm 영역의 파장 차단율 및 전환(shift)율 측정하여 다음 [표 3]에 나타내었다.
구 분 차단율(%)1) 전환율(%)2)
실시예 1 40.8 20.9
실시예 2 55.9 11.7
실시예 3 56.8 12.4
실시예 4 48.0 9.6
대조군 46.4 3.49
주 1) 가시광선 차단율 측정은 UV-vis spectrometer(V-679 spectrophotometer, Jasco)를 사용하여
투과율(T%)을 측정한 후, 로 표현되는 가시광선 차단율을 구함. 이때, 투과율은 다음에 따라 계산함. 여기서 파장대 간격은 10nm로 하고 그에 해당하는 파장대의 가중계수를 곱함. 각 파장대의 가중계수는 KS L 2514에 명시된 값으로 함.
주 2) 파장 전환(shift)율 측정은 UV-vis spectrometer(V-679 spectrophotometer, Jasco)로 흡수 파장을 PL&EL spectrometer(F-4500 spectrometer)로 방출 파장을 측정하여 전체 파장의 흡수 및 방출 면적에 대한 선택 영역의 흡수 및 방출 파장의 비로 계산하고, 이를 520∼580nm 영역의 흡수 비에 대한 620∼680nm 영역의 방출비로 계산함.
상기 [표 3]에서 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 4의 차단율은 40.8∼56.8%이고 전환(shift)율은 3.49∼20.9%임을 확인하였다.
상기 결과들로부터 알 수 있듯이, 본 발명에 의한 페릴렌 화합물은 기존의 형광 색소와 비교해 유사한 분광학적 특성을 나타내며, 기존 물질의 단점인 물에 대한 낮은 용해도가 향상되어, 다양한 분야에서 넓게 응용 가능하다는 것을 알 수 있었다.
상기에서 설명 드린 본 발명은 상기의 구성에 의해서만 반드시 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 변경이 가능하다.

Claims (6)

  1. 하기 [화학식 1]로 표시되는 광 파장 차단 및 전환 기능을 갖는 수용성 페릴렌 화합물:

    [화학식 1]
    Figure pat00014


    [상기 화학식 1에서, R1 은 각각 독립적으로 방향족 화합물, 바람직하게는 페놀, 피리딘 화합물임].
  2. 하기 [화학식 4]로 표시되는 광 파장 차단 및 전환 기능을 갖는 수용성 페릴렌 화합물:

    [화학식 4]
    Figure pat00015


    [상기 화학식 4에서, R1 은 각각 독립적으로 방향족 화합물, 바람직하게는 페놀, 피리딘 화합물임].
  3. 제1항에 있어서,
    상기 [화학식 1]로 표시되는 페릴렌 화합물은 N,N'-디(2,6-디이소프로필페닐)-1,7-디(페녹시)페릴렌-3,4,9,10-테트라카르복실산 비스이미드, N,N'-디(2,6-디이소프로필페닐)-1,7-디(3-피리독시)페릴렌-3,4,9,10-테트라카르복실산 비스이미드, N,N'-디(2,6-디이소프로필페닐)-1,7-디(4-설포닐페녹시)페릴렌-3,4,9,10-테트라카르복실산 비스이미드, 및 N,N'-디(2,6-디이소프로필페닐)-1,7-디[3-(N-메틸-피리디니움)옥시]페릴렌-3,4,9,10-테트라카르복실산 비스이미드로 이루어진 군에서 1 종 선택되는 것을 특징으로 하는 광 파장 차단 및 전환 기능을 갖는 수용성 페릴렌 화합물.본 발명에 따른 상기 [화학식 1]로 표시되는 페릴렌 화합물은 N,N'-디(2,6-디이소프로필페닐)-1,7-디(페녹시)페릴렌-3,4,9,10-테트라카르복실산 비스이미드, N,N'-디(2,6-디이소프로필페닐)-1,7-디(3-피리독시)페릴렌-3,4,9,10-테트라카르복실산 비스이미드, N,N'-디(2,6-디이소프로필페닐)-1,7-디(4-설포닐페녹시)페릴렌-3,4,9,10-테트라카르복실산 비스이미드, 및 N,N'-디(2,6-디이소프로필페닐)-1,7-디[3-(N-메틸-피리디니움)옥시]페릴렌-3,4,9,10-테트라카르복실산 비스이미드로로 이루어진 군에서 1 종이 선택된다.
    .
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수용성 페릴렌 화합물은 극성 용매에서 용해되는 것을 특징으로 하는 광 파장 차단 및 전환 기능을 갖는 수용성 페릴렌 화합물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 극성 용매는 물, 디클로로메탄, 메탄올, 클로로포름 또는 아세토니트릴에서 선택되는 1종 또는 이상인 것을 특징으로 하는 광 파장 차단 및 전환 기능을 갖는 수용성 페릴렌 화합물.
  6. 하기 단계를 포함하는, [화학식 1]로 표시되는 광 파장 차단 및 전환 기능을 갖는 수용성 페릴렌 화합물의 제조 방법.

    (i) 하기 [화학식 2]로 표시되는 N,N'-디(2,6-디이소프로필페닐)-1,7-디브로모페릴렌-3,4,9,10-테트라카르복디이미드(N,N'-di(2,6-diisopropylphenyl)-1,7-dibromoperylene-3,4,9,10-tetracarboxdiimide)에 [화학식 3]으로 표시되는 방향족 화합물을 치환 반응시켜 하기 [화학식 4]로 표시되는 페릴렌 화합물을 제조하는 단계:

    [반응식 1]
    Figure pat00016

    [화학식 2] [화학식 3] [화학식 4]

    [상기 반응식 1에서, R1 은 각각 독립적으로 방향족 화합물, 바람직하게는 페놀, 피리딘 화합물임].

    (ii) 상기 (i)에서 제조된 상기 [화학식 4]로 표시되는 중간체에 [화학식 5]로 표시되는 전해질을 도입하여 하기 [화학식 1]로 표시되는 페릴렌 화합물을 제조하는 단계:

    [반응식 2]
    Figure pat00017

    [화학식 4] [화학식 5] [화학식 1]

    [상기 반응식 2에서, R1 은 각각 독립적으로 방향족 화합물, 바람직하게는 페놀, 피리딘 화합물이고, X 는 각각 독립적으로 전해질, 바람직하게는 황산, 염산, 메틸이오다이드, 수산화나트륨임].
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