FUNCIONALIZACIÓN SUPERFICIAL EMPLEANDO INTERMEDIOS REACTIVOS ARILCARBENOS.

Funcionalización superficial empleando intermedios reactivos arilcarbenos La presente invención se refiere a un proceso para la funcionalización de superficies de un sustrato usando un arilcarbeno como producto intermedio reactivo. La invención se refiere en particular a un proceso para la funcionaliza- ción de superficies de un sustrato polímero o inorgánico para producir un sustrato que está coloreado y/o que tiene actividad biocida. El proceso de la invención se puede usar para producir sustratos biocidas en los cuales la actividad biocida es regenerable. La invención se refiere además a compuestos precursores de carbenos para uso en el proceso de funcionalización de superficies y a procesos para preparar ciertos compuestos precursores. Los materiales colorantes que se usan para colorear polímeros naturales y sintéticos, mediante modificación covalente, se basan más corrientemente en la presencia de grupos altamente reactivos que han sido copulados con las especies cromóforas. Ejemplos incluyen las gamas de colorantes Procion and Gibacron (que se basan en la reactividad del residuo de clorotriazinilo con un residuo sobre el sustrato) y la gama de colorantes Remazol (que se basan en un residuo de vinilsulfonilo como aceptor nucleófilo para grupos reactivos apropiados en el polímero). Ambas clases de colorantes reactivos tienen sustratos preferidos, que deben poseer las características nucleófilas requeridas. El desarrollo de este tipo de estrategia todavía continúa. Sin embargo, además del requerimiento de la funcionalidad nucleófila sobre el sustrato (usualmente grupos hidroxilo o amino), este método requiere generalmente condiciones vigorosas, tales como alta temperatura o medios fuertemente básicos, para que ocurra la formación de enlaces. También se ha investigado una técnica alternativa con la cual se generan las especies de carbeno o nitreno altamente reactivas a partir de precursores inertes bajo condiciones menos rigurosas para la aplicación a la tinción y otros procesos modificadores de las superficies de diversos polímeros naturales y sintéticos. La química de los carbenos y nitrenos está muy bien documentada, y se sabe que estas entidades reactivas forman enlaces covalentes con muchos tipos de grupos funcionales. Se ha descrito la aplicación de estas especies a la modificación de superficies de sólidos orgánicos usando diferentes métodos tanto para la generación de los carbenos o nitrenos requeridos como para su reacción con la superficie sólida. La patente francesa Nº 1.500.512 describe como se permite que los carbenos entren en contacto con un sólido orgánico. El método preferido para la modificación de las superficies es permitir que el carbeno volatilizado entre en contacto con el polímero. Son inherentes a este enfoque, sin embargo, limitaciones: solamente son aplicables los carbenos volátiles (es decir, los de bajo peso molecular) y los estables a temperaturas relativamente elevadas. Se ha encontrado que la aplicación de carbenos generados a partir de compuestos diazoicos como colorantes reactivos adecuados tiene importantes limitaciones, por ejemplo, la facilidad de generación del precursor diazoico requerido (D.R. Braybrook et al., J. Photochem. Photobiol A: Chem. 1993, 70, 171) y la estabilidad del colorante para el proceso de generación de carbenos. Más recientemente, el uso de carbenos que llevan cadenas laterales colgantes activadas para la coloración se describe en los documentos WO 00/26180, US-6.699.527 B1y US2004/127691A1. El rápido aumento de Staphilococcus Aureus ("Estafilococo dorado") resistente a la meticilina y otras bacterias resistentes ha conducido a un aumento significativo de infecciones bacterianas persistentes en la población humana en todo el mundo. Esto se ha revelado un problema importante en cirugía, particularmente cuando se complica la recuperación posoperatoria por infecciones adquiridas dentro del recinto hospitalario. El problema de las infecciones bacterianas no está restringido solamente a aplicaciones médicas, aunque, se está produciendo una presión cre- ciente en llevarlo a la industria para controlar la diseminación de la infección bacteriana. Dentro de la Unión Europea, por ejemplo, la Directiva Europea de Productos Biocidas (98/9/EC) establece la obligación de cuidado por las industrias europeas siempre que sea posible usar agentes antibacterianos para proteger a la población general contra bacterias perjudiciales. El potencial de las furanonas e isotiazolonas halogenadas en polímeros anti-incrustaciones ha sido descrito en el documento WO 99/01514. En este trabajo, un agente orgánico anti-incrustaciones se mezcló con un polímero extruible y se examinaron sus propiedades anti-incrustaciones. Sin embargo, la limitaciones de esta tecnología son tales que se basa en la dispersión a granel de un costoso agente biocida, y por tanto está restringida a una gama limitada de polímeros, y el polímero no puede ser "re-cebado". Estas limitaciones han sido abordadas en alguna extensión por la unión covalente de la furanona; por ejemplo, el uso de activación por plasma con una pequeña muestra de tipos de polímeros está descrito en el documento WO 96/01294, en donde se demuestra la eficacia biológica. Estrategias alternativas se han basados en polímeros biocidas regenerables. Por ejemplo, la patente de EE.UU. 5.490.983 se refiere a N-haloaminas inmovilizadas para uso como desinfectantes. Las propiedades desinfectantes de estos compuestos en solución son conocidas desde hace muchos años, por ejemplo en la purificación de agua y en materiales textiles. Las formulaciones de la patente de EE.UU. 5.490.983 implican la inmovilización del agente biocida en forma polímera, y la actividad biocida de los polímeros es en principio regenerable. Sin embargo, un pro- 2   blema intrínseco es que la técnica de regeneración requiere cloro. Este es un gas tóxico, y se están haciendo enormes esfuerzos para minimizar el uso de este compuesto en toda la industria. La técnica de la patente de EE.UU. 5.490.983 es por tanto de aplicabilidad inherentemente restringida. Limitaciones a las tecnologías existentes para controlar el crecimiento y diseminación de bacterias y para introducir color en un sustrato polímero, incluyendo las mencionadas antes, incluyen el uso de reactivos tóxicos y largos procesos de síntesis, la dependencia de la dispersión a granel de un costoso agente biocida, la restricción a una gama limitada de polímeros, que la actividad biocida no puede ser "re-cebada" puesto que la fuga del agente biocida conduce a la pérdida de actividad, y a una aplicabilidad limitada en términos de gama y formas de sustrato polímero que pueda ser funcionalizado. La presente invención pretende abordar estos temas. Por consiguiente, la presente invención proporciona un proceso para producir un sustrato que tiene una superficie funcionalizada, comprendiendo dicho proceso: (a) poner en contacto el sustrato con un precursor de carbeno que se selecciona de un compuesto de la siguiente fórmula (III): en donde A es un anillo de arilo o heteroarilo; p es 1, 2, 3, 4 ó 5; R 1 se selecciona de hidrógeno, arilo que está no sustituido o sustituido, heteroarilo que está no sustituido o sustituido, alcoxi de C1-C10 que está sustituido o no sustituido, alquilC1-C10amino que está sustituido o no sustituido, di-alquil(C1-C10)amino que está sustituido o no sustituido, alquiltio de C1-C10 que está sustituido o no sustituido, y alquilo de C1-C10 que está no sustituido o sustituido y que opcionalmente está interrumpido por N(R 2 ), O ó S en donde R 2 es H o alquilo de C1-C6; Q se selecciona de -N(Z1)(Z2) y -CH2-V-(W-R)n; Z1 y Z2 se seleccionan independientemente de arilo que está no sustituido o sustituido, heteroarilo que está no sustituido o sustituido, alcoxi de C1-C10 que está sustituido o no sustituido, alquil(C1-C10)amino que está sustituido o no sustituido, di-alquil(C1-C10)amino que está sustituido o no sustituido, alquiltio de C1-C10 que está sustituido o no sustituido, y alquilo de C1-C10 que está no sustituido o sustituido y que está interrumpido opcionalmente por N(R 2 ), O ó S en donde R 2 es H o alquilo de C1-C6; V es -alk, -O-alk-, -alk-O- o -O-alk-O-, en donde alk es alquileno de C1-C10; W es un grupo funcional de una de las siguientes fórmulas (a) a (c): 3   en donde X es O, S ó NH2 + ; y R se selecciona de H, aquilo de C1-C6 que está no sustituido o sustituido, arilo que está no sustituido o sustituido y heteroarilo que está no sustituido o sustituido; y n es 1,2 ó 3; y un compuesto de la siguiente fórmula (IV): en donde cada uno de A y B, que son iguales o diferentes, es un anillo de arilo o heteroarilo; cada uno de Q y Q 2 , que son iguales o diferentes, es -N(Z1)(Z2) o -CH2-V-(W-R)n, en donde Z1, Z2, V, W, R y n son como se han definido antes para la fórmula (III); y... 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1. Un proceso para producir un sustrato que tiene una superficie funcionalizada, comprendiendo dicho proceso: (a) poner en contacto el sustrato con un precursor de carbeno que se selecciona de un compuesto de la siguiente fórmula (III): en donde A es un anillo de arilo o heteroarilo; p es 1, 2, 3, 4 ó 5; R 1 se selecciona de hidrógeno, arilo que está no sustituido o sustituido, heteroarilo que está no sustituido o sustituido, alcoxi de C1-C10 que está sustituido o no sustituido, alquil(C1-C10)amino que está sustituido o no sustitui- do, di-alquil(C1-C10)amino que está sustituido o no sustituido, alquiltio de C1-C10 que está sustituido o no sustituido, y alquilo de C1-C10 que está no sustituido o sustituido y que opcionalmente está interrumpido por N(R 2 ), O ó S en donde R 2 es H o alquilo de C1-C6; Q se selecciona de -N(Z1)(Z2) y -CH2-V-(W-R)n; Z1 y Z2 se seleccionan independientemente de arilo que está no sustituido o sustituido, heteroarilo que está no sustituido o sustituido, alcoxi de C1-C10 que está sustituido o no sustituido, alquil(C1-C10)amino que está sustituido o no sustituido, di-alquil(C1-C10)amino que está sustituido o no sustituido, alquiltio de C1-C10 que está sustituido o no sustituido, y alquilo de C1-C10 que está no sustituido o sustituido y que está interrumpido opcionalmente por N(R 2 ), O ó S en donde R 2 es H o alquilo de C1-C6; V es -alk, -O-alk-, -alk-O- o -O-alk-O-, en donde alk es alquileno de C1-C10; W es un grupo funcional de una de las siguientes fórmulas (a) a (c): en donde X es O, S ó NH2 + ; y R se selecciona de H, aquilo de C1-C6 que está no sustituido o sustituido, arilo que está no sustituido o sustituido y heteroarilo que está no sustituido o sustituido; y n es 1,2 ó 3; y un compuesto de la siguiente fórmula (IV): 24   en donde cada uno de A y B, que son iguales o diferentes, es un anillo de arilo o heteroarilo; cada uno de Q y Q 2 , que son iguales o diferentes, es -N(Z1)(Z2) o -CH2-V-(W-R)n, en donde Z1, Z2, V, W, R y n son como se han definido antes para la fórmula (III); y cada uno de p y r, que son iguales o diferentes, es 1, 2, 3, 4 ó 5; (b) generar un producto intermedio reactivo de carbeno a partir del precursor de carbeno de modo que reaccione con el sustrato para funcionalizar su superficie, proporcionando con ello un sustrato activado; y (c) funcionalizar posteriormente el sustrato activado obtenido en (b). 2. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la etapa (c) comprende tratar el sustrato activado obtenido en la etapa (b) con peróxido de hidrógeno, para proporcionar un sustrato biocida. 3. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la etapa (c) comprende tratar el sustrato activado obtenido en la etapa (b) con una sal de diazonio, formando con ello un sustrato coloreado copulado con un compuesto diazoico. 4. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 3, en donde la sal de diazonio es ArN2 + , en donde Ar es selecciona de arilo que está no sustituido o sustituido y heteroarilo que está no sustituido o sustituido. 5. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la etapa (c) comprende tratar el sustrato activado obtenido en la etapa (b) con una sal de diazonio funcionalizada, formando con ello un sustrato copulado con un compuesto diazoico, en donde la funcionalidad de la sal de diazonio confiere una actividad deseada al sustrato copulado con el compuesto diazoico. 6. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, comprendiendo dicho proceso además: tratar el sustrato copulado con el compuesto diazoico obtenido en la etapa (c) con peróxido de hidrógeno, para proporcionar un sustrato copulado con un compuesto diazoico biocida. 7. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el sustrato comprende un polímero, un material inorgánico o una mezcla de un polímero y una carga inorgánica. 8. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 7, en donde el polímero es un homopolímero o un copolímero o en donde el polímero se selecciona de poliolefinas, poliésteres, poliamidas, compuestos poliestirénicos, politetrafluoroetileno, poliglicósidos, polipéptidos, poliacrilatos, compouestos poliacrílicos, policarbonatos, poliéteres, policetonas, cauchos, polisulfonas, poliuretanos, polivinilos, celulosa y copolímeros de bloques. 9. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 7 o la reivindicación 8, en donde el material inorgánico se selecciona de sílice, alúmina, óxido de titanio, vidrio y una forma alotrópica del carbono. 10. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el precursor de carbeno se selecciona de bis-4,4'-N,N-dimetilamino-difenildiazometano y 1-{2-[4-(diazo-fenil-metil)-benciloxi)-etil}-3fenil-urea. 11. Un sustrato que se obtiene por un proceso como se ha definido en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes. 12. Un sustrato polímero biocida que se obtiene por un proceso como se ha definido en la reivindicación 2 o la reivindicación 6. 13. Un sistema de purificación de agua, un sistema de filtración de agua, un sistema de purificación de aire, una prenda de vestir, un objeto de un equipo quirúrgico o un dispositivo médico que incorpora un sustrato polímero biocida como se ha definido en la reivindicación 12. 14. Un sustrato coloreado que se obtiene por un proceso como se ha definido en una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6. 15. Un artículo de envasado, una lente o una etiqueta de seguridad que incorpora un sustrato coloreado como se   ha definido en la reivindicación 14. 16. Un compuesto de fórmula (I): en donde cada uno de A y B, que son iguales o diferentes, es un anillo de arilo o heteroarilo; n es un número entero de 1 a 3; y es 0 o un número entero de 1 a 5; z es 0 o un número entero de 1 a 5; con la condición de que z e y no sean ambos 0; V es -alk, -O-alk-, -alk-O- o -O-alk-O-, en donde alk es alquileno de C1-C10; W es un grupo funcional de una de las siguientes fórmulas (a) a (c); en donde X es O, S ó NH2 + ; y R se selecciona de H, alquilo de C1-C6 que está no sustituido o sustituido, arilo que está no sustituido o sustituido y heteroarilo que está no sustituido o sustituido; con la condición de que el compuesto no sea 4,4'-bis(N-acetil-2-aminoetil)difenil-diazometano. 17. Un compuesto de acuerdo con la reivindicación 16, que tiene la siguiente fórmula (Ia): en donde y es un número entero de 1 a 5 y cada uno de V, W y R es como se ha definido en la reivindicación 16; o de la siguiente fórmula (lb): 26   en donde cada uno de V, W y R es como se ha definido en la reivindicación 16. 18. Un proceso para producir un compuesto de fórmula (VII) u (VIII): en donde A es un anillo de arilo o heteroarilo; B es un anillo de arilo o heteroarilo; p es 1, 2, 3, 4 ó 5; r es 1, 2, 3, 4 ó 5; R 1 se selecciona de hidrógeno, arilo que está no sustituido o sustituido, heteroarilo que está no sustituido o sustituido, alcoxi de C1-C10 que está sustituido o no sustituido, alquil(C1-C10)amino que está sustituido o no sustituido, dialquil(C1-C10)amino que está sustituido o no sustituido, alquiltio de C1-C10 que está sustituido o no sustituido y alquilo de C1-C10 que está no sustituido o sustituido y que está opcionalmente interrumpido por N(R 2 ), O ó S en donde R 2 es H o alquilo de C1-C6; Q es -N(Z1)(Z2); Q 2 , que puede ser el mismo o diferente de Q, es -N(Z1)(Z2); Z1 y Z2 se seleccionan independientemente de arilo que está no sustituido o sustituido, heteroarilo que está no sustituido o sustituido, alcoxi de C1-C10 que está sustituido o no sustituido, alquil(C1-C10)-amino que está sustituido o no sustituido; di-alquil(C1-C10)amino que está sustituido o no sustituido, alquiltio de C1-C10 que está sustituido o no sustituido y alquilo de C1-C10 que está no sustituido o sustituido y que está opcionalmente interrumpido por N(R 2 ), O ó S en donde R 2 es H o alquilo de C1-C6; comprendiendo el procedimiento tratar un compuesto de fórmula (V) o (VI) con hidrazina en presencia de calor y un disolvente: 27   en donde A, B, Q, Q 2 , p, r y R 1 son como se han definido antes. 19. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 18, el cual comprende además oxidar un compuesto de fórmula (VII) u (VIII) para producir un compuesto precursor de carbeno de fórmula (III) o (IV) respectivamente: en donde A, B, Q, Q 2 , p, r y R 1 son como se han definido en la reivindicación 18. 28