CN101974160B - 一种芳炔基硼聚合物及其制备方法 - Google Patents

一种芳炔基硼聚合物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种芳炔基硼聚合物及其制备方法。本发明所述的芳炔基硼聚合物结构特征是含有硼原子和芳炔基基团。该聚合物的制备方法是以二乙炔基苯、苯乙炔、三氯化硼或三溴化硼、有机金属化合物及吡啶为原料,在隋性气体保护下分三步反应合成芳炔基硼化合物。首先采用有机金属化合物制备芳炔基金属化合物,然后将三氯化硼或三溴化硼与吡啶络合形成络合物,再将芳炔基金属化合物与三卤化硼络合物进行聚合得到芳炔基硼聚合物。本发明工艺简单,操作方便,反应时间短,工艺条件容易控制,后处理过程简单。本发明合成的芳炔基硼聚合物为红棕色粘稠液体或淡黄色固体或淡黄色晶体,常温下稳定,易保存,可通过光、热聚合形成交联固化结构。

Description

一种芳炔基硼聚合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一类芳炔基硼聚合物,也涉及到该芳炔基硼聚合物的制备方法。
背景技术
含硼高分子材料属于特种高分子材料,其较普通的高分子材料具有更好的耐热、抗氧化、耐辐射、机械强度、透波等性能,在航空航天、核工业、新能源等高新技术领域具有极其广泛的应用。芳炔基硼聚合物是主链由芳炔基硼结构单元构成的聚合物。此类聚合物是通过卤化硼与芳炔的有机金属化合物通过缩聚反应得到的,且具有良好的加工性能,在高温或催化剂的作用下其中的碳碳三键可发生交联固化,从而可以得到相应的高分子材料。
早期合成硼炔类化合物的方法主要有三种:(1)卤化硼(BX3,RBX2,R2BX)与炔化物反应制备硼炔化合物。如:卤化硼与炔格氏试剂的缩合反应、卤化硼与炔的金属化合物。(2)炔格氏试剂或炔基钠与硼酸酯反应制备硼炔化合物。(3)卤化硼与炔基锡化合物反应制备硼炔化合物。期间也合成了较多种类的芳炔基硼化合物,但是此类化合物大都为单体,对制备芳炔基硼聚合物研究却相对较少。
近年来, T.C.CHUNG等人利用丁基锂的方法将三氯化硼与芳炔反应制备了芳炔基硼单体和聚合物。但是由于所合成的芳炔基硼单体和聚合物对空气和水比较敏感,这使反应和后处理不易操作,从而就导致反应生成的盐(LiCl)不易被除去。另外由于产物不稳定,容易被氧化且不易储存,这就使其使用极为不便。针对此问题,本发明制备了一种具有对空气和水稳定,且易储存的不含杂质盐的芳炔基硼聚合物。
发明内容
本发明的目的是提供一类新型的具有对空气和水稳定,且易储存的芳炔基硼聚合物及其制备方法。
所述芳炔基硼聚合物结构如下:
Figure 424939DEST_PATH_IMAGE001
所述Py-是吡啶,所述Ph是苯基;上述圆圈内结构为重复单元。
所述芳炔基硼聚合物的制备方法,包括如下步骤:
(1)在隋性气体保护下将卤代烃滴加到镁粉与无水溶剂的混合物中反应生成烃基格氏试剂,然后加入炔基芳烃进行反应生成芳炔基格氏试剂;
或者在惰性气体保护下将炔基芳烃滴加到丁基锂和溶剂的混合物中反应生成芳炔基锂;
(2)在三氯化硼或三溴化硼的溶液中加入吡啶得到卤化硼络合物BCl3·Py或BBr3·Py,所述溶剂为甲苯、庚烷、正己烷、苯中的一种或一种以上的混合物;
(3)在步骤(1)的产物中加入步骤(2)的产物进行聚合反应,生成芳炔基硼聚合物。
步骤(1)中所述卤代烃与镁粉的摩尔比为1:1.15~1.20;所述炔基芳烃与所述烃基格氏试剂的摩尔比为1:2.01~2.21;步骤(2)中所述吡啶与三氯化硼或三溴化硼的摩尔比为1:1.10~2.01;步骤(3)中所述芳炔基格氏试剂与所述三氯化硼或三溴化硼络合物的摩尔比为2~4:1。
步骤(1)中的所述无水溶剂为四氢呋喃、甲苯、乙醚和二氧六环中的一种或一种以上的混合物,较佳为四氢呋喃或四氢呋喃和甲苯的混合溶剂;所述溶剂为苯、甲苯、庚烷和正己烷中的一种或一种以上的混合物。
步骤(1)中生成所述生成溴乙烷格氏试剂的时间最好为2~4小时,生成芳炔基格氏试剂的时间最好为3~5小时;步骤(1)中生成所述芳炔基锂的反应温度为-78~-10℃,反应时间为0.5~3小时。
步骤(2)的反应温度为0~30℃,反应时间为0.5~4小时;反应温度较佳为10~20℃,反应时间较佳为1~3小时;所用溶剂最好为甲苯、正己烷或二者的混合溶剂。
步骤(3)中所述芳炔基格氏试剂与所述卤化硼络合物的聚合反应温度为-10~30℃,反应时间为0.5~6小时;反应温度较佳为0~20℃,反应时间较佳为2~5小时。
所述卤代烃为C2~C12的烷基或芳基卤代物。所述烃基格氏试剂是C2~C12的烷基格氏试剂;所述炔基芳烃是二乙炔基苯。
所述聚合反应结束生成芳炔基硼聚合物的封端基为苯乙炔基或乙炔基苯乙炔基。
上述反应流程式如下(仅为直观表述本发明的内容而不用来对本发明作任何限定,以溴乙烷格氏试剂为例):
Figure 687293DEST_PATH_IMAGE002
附图说明
图1是实施例1芳炔基硼聚合物的红外光谱;
图2是实施例1芳炔基硼聚合物的核磁共振碳谱(13C NMR);
图3是实施例1芳炔基硼聚合物的GPC图;
图4是实施例1芳炔基硼聚合物的氮气中TGA图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明作进一步说明,不能理解为对本发明保护范围的限制,该领域的专业技术人员根据本发明的内容作出的一些非本质的改进和调整,仍属于本发明的保护范围。
实施例1
(1)芳炔基格氏试剂的制备:在氮气保护下,将镁粉1.6g/THF(30ml)置于四口烧瓶中,用冷水浴冷却,并向其中加入溴乙烷(EtBr)6.54g(0.06mol)/THF(10mL),然后50℃反应2小时后,向冷却后的体系内滴加二乙炔基苯3.72g(0.03mol)/甲苯(20mL), 并在70℃下反应2小时。加入50mL甲苯,蒸出30mL四氢呋喃。
(2)BCl3·Py的制备:将11mLBCl3(0.01mol)的正己烷溶液置于干燥的充有氮气的四口烧瓶中,用盐冰将体系冷却,并向其中滴加吡啶,滴加完毕之后0℃保温3小时。
(3)芳炔基硼聚合物的制备:将步骤(1)的反应体系用盐冰冷却至-8℃,之后将步骤(2)产物滴加至其中。滴加完毕后,将体系温度升至30℃,继续反应4小时。抽滤、水洗除盐后取有机相,经减压蒸馏除去溶剂即可得到芳炔基硼聚合物。
步骤(2)中吡啶与三氯化硼的摩尔比为1:1.10~2.01;步骤(3)中芳炔基格氏试剂与所述三氯化硼络合物的摩尔比为2~4:1。
其红外光谱如图1,核磁共振谱碳谱(13C NMR)如图2,凝胶渗透色谱(GPC)如图3。氮气中热重分析(TGA)如图4。分子量为11970,PDI为2.35。
实施例2
(1)芳炔基格氏试剂的制备:在氮气保护下,将镁粉1.7g/二氧六环(30ml)置于四口烧瓶中,用冷水浴冷却,并向其中加入溴戊烷9.06 g(0.06mol)/THF(10mL),然后40℃反应3小时后,向冷却后的体系内滴加二乙炔基苯3.78g(0.03mol)/甲苯(20mL), 并在60℃下反应4小时。加入50mL甲苯。
(2)BCl3·Py的制备:将20mL BCl3(0.04mol)的甲苯溶液置于干燥的充有氮气的四口烧瓶中,用盐冰将体系冷却,并向其中滴加吡啶,滴加完毕之后10℃保温2小时。
(3)芳炔基硼聚合物的制备:将步骤(1)的反应体系用盐冰冷却至0℃,之后将步骤(2)产物滴加至其中。滴加完毕后,将体系温度升至20℃,继续反应5小时。抽滤、水洗除盐后取有机相,经减压蒸馏除去溶剂即可得到芳炔基硼聚合物。分子量为2257,PDI为2.401。
步骤(2)中吡啶与三氯化硼的摩尔比为1:1.10~2.01;步骤(3)中芳炔基格氏试剂与所述三氯化硼络合物的摩尔比为2~4:1。
实施例3
(1)芳炔基格氏试剂的制备:在氮气保护下,将镁粉3.3g/THF(10mL)和甲苯(20ml)置于四口烧瓶中,用冷水浴冷却,并向其中加入溴乙烷(EtBr)13.7g(0.13mol)/THF(10mL),然后30℃反应3小时后,向冷却后的体系内滴加二乙炔基苯3.78g(0.03mol)和苯乙炔6.12g(0.06mol)/甲苯(20mL), 并在70℃下反应2小时。加入50mL甲苯,蒸出30mL四氢呋喃。
(2)BCl3·Py的制备:将30mLBCl3(0.03mol)的庚烷溶液置于干燥的充有氮气的四口烧瓶中,用盐冰将体系冷却,并向其中滴加吡啶,滴加完毕之后30℃保温1小时。
(3)芳炔基硼聚合物的制备:将步骤(1)的反应体系用盐冰冷却至10℃,之后将步骤(2)产物滴加至其中。滴加完毕后,将体系温度升至30℃,继续反应3小时。抽滤、水洗除盐后取有机相,经减压蒸馏除去溶剂即可得到芳炔基硼聚合物。分子量为8618,PDI为1.419。
步骤(2)中吡啶与三氯化硼的摩尔比为1:1.10~2.01;步骤(3)中芳炔基格氏试剂与所述三氯化硼络合物的摩尔比为2~4:1。
实施例4
(1)芳炔基格氏试剂的制备:在氮气保护和冰盐浴下,将C4H9Li 22mL(0.06mol)/甲苯(30ml)置于四口烧瓶中,向冷却后的体系内滴加二乙炔基苯3.78g(0.03mol)/甲苯(20mL), 并在-10℃下反应1小时。
(2)BCl3·Py的制备:将40mL BCl3(0.04mol)的正己烷溶液置于干燥的充有氮气的四口烧瓶中,用盐冰将体系冷却,并向其中滴加吡啶,滴加完毕之后0℃保温4小时。
(3)芳炔基硼聚合物的制备:将步骤(1)的反应体系用盐冰冷却至-10℃,之后将步骤(2)产物滴加至其中。滴加完毕后,将体系温度升至30℃,继续反应4小时。抽滤、水洗除盐后取有机相,经减压蒸馏除去溶剂即可得到芳炔基硼聚合物。分子量为2035,PDI为2.12。
步骤(2)中吡啶与三氯化硼的摩尔比为1:1.10~2.01;步骤(3)中芳炔基格氏试剂与所述三氯化硼络合物的摩尔比为2~4:1。
实施例5
(1)芳炔基金属化合物的制备:在氮气保护和冰盐浴下,将C4H9Li 41mL(0.12mol)/苯(30ml)置于四口烧瓶中,向冷却后的体系内滴加二乙炔基苯3.78g(0.03mol)和苯乙炔6.12g(0.06mol)/苯(20mL), 并在-20℃下反应2小时。(2)BCl3·Py的制备:将30mLBCl3(0.03mol)的甲苯溶液置于干燥的充有氮气的四口烧瓶中,用盐冰将体系冷却,并向其中滴加吡啶,滴加完毕之后10℃保温2小时。
(3)芳炔基硼聚合物的制备:将步骤(1)的反应体系用盐冰冷却至10℃,之后将步骤(2)产物滴加至其中。滴加完毕后,将体系温度升至20℃,继续反应6小时。抽滤、水洗除盐后取有机相,经减压蒸馏除去溶剂即可得到芳炔基硼聚合物。分子量为8736,PDI为1.32。
步骤(2)中吡啶与三氯化硼的摩尔比为1:1.10~2.01;步骤(3)中芳炔基格氏试剂与所述三氯化硼络合物的摩尔比为2~4:1。
实施例6
(1)芳炔基金属化合物的制备:在氮气保护和冰盐浴下,将C4H9Li 30mL(0.6mol)/苯(30ml)置于四口烧瓶中,向冷却后的体系内滴加二乙炔基苯3.78g(0.03mol)并在-78℃下反应2小时。
(2)BCl3·Py的制备:将20mLBCl3(0.04mol)的甲苯溶液置于干燥的充有氮气的四口烧瓶中,用盐冰将体系冷却,并向其中滴加吡啶,滴加完毕之后10℃保温2小时。
(3)芳炔基硼聚合物的制备:将步骤(1)的反应体系用盐冰冷却至10℃,之后将步骤(2)产物滴加至其中。滴加完毕后,将体系温度升至20℃,继续反应6小时。抽滤、水洗除盐后取有机相,经减压蒸馏除去溶剂即可得到芳炔基硼聚合物。分子量为4758,PDI为1.56。
步骤(2)中吡啶与三氯化硼的摩尔比为1:1.10~2.01;步骤(3)中芳炔基格氏试剂与所述三氯化硼络合物的摩尔比为2~4:1;上述三氯化硼可为三溴化硼。

Claims (5)

1.一种芳炔基硼聚合物的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)芳炔基格氏试剂的制备:在氮气保护下,将镁粉1.7g/二氧六环30ml置于四口烧瓶中,用冷水浴冷却,并向其中加入溴戊烷9.06g/THF10mL,然后40℃反应3小时后,向冷却后的体系内滴加二乙炔基苯3.78g/甲苯20mL,并在60℃下反应4小时,加入50mL甲苯;
(2)BCl3·Py的制备:将20mL、0.04mol BCl3的甲苯溶液置于干燥的充有氮气的四口烧瓶中,用盐冰将体系冷却,并向其中滴加吡啶,滴加完毕之后10℃保温2小时;
(3)芳炔基硼聚合物的制备:将步骤(1)的反应体系用盐冰冷却至0℃,之后将步骤(2)产物滴加至其中;滴加完毕后,将体系温度升至20℃,继续反应5小时;抽滤、水洗除盐后取有机相,经减压蒸馏除去溶剂即可得到分子量为2257、分散指数为2.401的所述芳炔基硼聚合物;
步骤(2)中吡啶与三氯化硼的摩尔比为1:1.10~2.01;步骤(3)中芳炔基格氏试剂与三氯化硼络合物BCl3·Py的摩尔比为2~4:1。
2.一种芳炔基硼聚合物的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)芳炔基格氏试剂的制备:在氮气保护下,将镁粉3.3g/THF10mL和甲苯20ml置于四口烧瓶中,用冷水浴冷却,并向其中加入溴乙烷13.7g/THF10mL,然后30℃反应3小时后,向冷却后的体系内滴加二乙炔基苯3.78g和苯乙炔6.12g/甲苯20mL,并在70℃下反应2小时;加入50mL甲苯,蒸出30mL四氢呋喃;
(2)BCl3·Py的制备:将30mL、0.03mol BCl3的庚烷溶液置于干燥的充有氮气的四口烧瓶中,用盐冰将体系冷却,并向其中滴加吡啶,滴加完毕之后30℃保温1小时;
(3)芳炔基硼聚合物的制备:将步骤(1)的反应体系用盐冰冷却至10℃,之后将步骤(2)产物滴加至其中;滴加完毕后,将体系温度升至30℃,继续反应3小时;抽滤、水洗除盐后取有机相,经减压蒸馏除去溶剂即可得到分子量为8618、分散指数为1.419所述芳炔基硼聚合物;
步骤(2)中吡啶与三氯化硼的摩尔比为1:1.10~2.01;步骤(3)中芳炔基格氏试剂与三氯化硼络合物BCl3·Py的摩尔比为2~4:1。
3.一种芳炔基硼聚合物的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)芳炔基格氏试剂的制备:在氮气保护和冰盐浴下,将C4H9Li0.06mol/甲苯30ml置于四口烧瓶中,向冷却后的体系内滴加二乙炔基苯3.78g/甲苯20mL,并在-10℃下反应1小时;
(2)BCl3·Py的制备:将40mL、0.04molBCl3的正己烷溶液置于干燥的充有氮气的四口烧瓶中,用盐冰将体系冷却,并向其中滴加吡啶,滴加完毕之后0℃保温4小时;
(3)芳炔基硼聚合物的制备:将步骤(1)的反应体系用盐冰冷却至-10℃,之后将步骤(2)产物滴加至其中;滴加完毕后,将体系温度升至30℃,继续反应4小时;抽滤、水洗除盐后取有机相,经减压蒸馏除去溶剂即可得到分子量为2035、分散指数为2.12所述芳炔基硼聚合物;
步骤(2)中吡啶与三氯化硼的摩尔比为1:1.10~2.01;步骤(3)中芳炔基格氏试剂与三氯化硼络合物BCl3·Py的摩尔比为2~4:1。
4.一种芳炔基硼聚合物的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)芳炔基金属化合物的制备:在氮气保护和冰盐浴下,将C4H9Li 0.12mol/苯30ml置于四口烧瓶中,向冷却后的体系内滴加二乙炔基苯3.78g和苯乙炔6.12g/苯20mL,并在-20℃下反应2小时;
(2)BCl3·Py的制备:将30mL、0.03mol BCl3的甲苯溶液置于干燥的充有氮气的四口烧瓶中,用盐冰将体系冷却,并向其中滴加吡啶,滴加完毕之后10℃保温2小时;
(3)芳炔基硼聚合物的制备:将步骤(1)的反应体系用盐冰冷却至10℃,之后将步骤(2)产物滴加至其中;滴加完毕后,将体系温度升至20℃,继续反应6小时;抽滤、水洗除盐后取有机相,经减压蒸馏除去溶剂即可得到分子量为8736、分散指数为1.32所述芳炔基硼聚合物;
步骤(2)中吡啶与三氯化硼的摩尔比为1:1.10~2.01;步骤(3)中芳炔基格氏试剂与三氯化硼络合物BCl3·Py的摩尔比为2~4:1。
5.一种芳炔基硼聚合物的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)芳炔基金属化合物的制备:在氮气保护和冰盐浴下,将C4H9Li 0.6mol/苯30ml置于四口烧瓶中,向冷却后的体系内滴加二乙炔基苯3.78g并在-78℃下反应2小时;
(2)BCl3·Py的制备:将20mL、0.04mol BCl3的甲苯溶液置于干燥的充有氮气的四口烧瓶中,用盐冰将体系冷却,并向其中滴加吡啶,滴加完毕之后10℃保温2小时;
(3)芳炔基硼聚合物的制备:将步骤(1)的反应体系用盐冰冷却至10℃,之后将步骤(2)产物滴加至其中;滴加完毕后,将体系温度升至20℃,继续反应6小时;抽滤、水洗除盐后取有机相,经减压蒸馏除去溶剂即可得到分子量为4758、分散指数为1.56所述芳炔基硼聚合物;
步骤(2)中吡啶与三氯化硼的摩尔比为1:1.10~2.01;步骤(3)中芳炔基格氏试剂与三氯化硼络合物BCl3·Py的摩尔比为2~4:1;上述三氯化硼可为三溴化硼。
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