CN102617382B - 含酯基二氨基芴及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种含酯基二氨基芴及其制备方法。它是将二羟基芴与对硝基苯甲酰氯反应,二羟基芴与对硝基苯甲酰氯物质的量比为1∶2~2.2,在室温下反应1~5小时,然后在回流条件下反应10~24小时,得到含酯基二硝基芴;含酯基二硝基芴在催化剂存在下,通过水合肼还原得到含酯基二氨基芴,含酯基二硝基芴与水合肼物质的量比为1∶3.2~4.8,回流反应时间24~60小时,最后得到白色含酯基二氨基芴。本发明制备的含酯基二氨基芴由于酯基的引入,提高了分子的柔韧性,而热性能不会有较大幅度的下降,可作为环氧树脂固化剂、聚酰亚胺和苯并噁嗪的原料等。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种有机高分子材料,本发明也涉及的是一种有机高分子材料的制备方法。具体地说是一种含酯基二氨基芴及其制备方法。
背景技术
随着航空航天、交通运输、信息传输、家用电器等技术领域的飞速发展,人们对高分子材料的要求也越来越高。优良的机械性能、耐热性,耐侯性和电绝缘性等都成为人们追求的目标。与此同时,人们对于高分子材料的研究也在不断地朝着轻量化、低成本化、高性能化和多功能化的方向发展,而实现这一目标的关键需要由不同结构的高性能树脂来完成。高性能树脂的开发可归结为三个方面:耐热性、耐湿热性和强韧性,这三种性能之间是相互制约的。增大交联高聚物的交联密度能有效提高耐热性,但往往会引起韧性的下降,而加入增韧剂在韧性提高的同时,耐热性大大降低。因此,树脂改性和不同结构新型环氧树脂得到快速发展。
双胺类化合物是制备高性能环氧树脂的固化剂、聚酰亚胺的胺源以及苯并噁嗪的胺源等。不同结构类型的胺类对树脂的性能影响极大。9,9-双(4-氨苯基)芴(简称双胺芴)作为一类新型二胺单体,通过与二酐类单体进行缩聚反应,可合成出具有优异介电性能、机械性能、溶解性、加工性、耐热性、耐化学品性等聚酰亚胺,为复合材料、膜材料等研究提供了优质原料。此外,双胺芴还可以用于环氧树脂的固化剂,可提高通用环氧树脂的耐热性和耐湿热性能,可作为发电机的绝缘材料、钢铁和木材的涂料,机械土木建筑用的粘合剂等,应用于航空航天、电子封装、绝缘等领域。目前,以芴为骨架的各种二胺类化合物主要有9,9-双(4-氨苯基)芴、双邻乙胺芴、双邻甲胺芴、双(3,5-二乙基-4-氨苯基)芴、双(3,5-二甲基-4-氨苯基)芴(BDMAF)、N-甲基双胺芴(BNMAF)、双邻甲胺芴(BMAF)、双邻氯胺芴(BCAF)、9,9-双(4-氨基苯氧基苯基)芴、9,9-双(3,5-二甲基-4氨基苯氧基苯基)芴等(LI Simon MING-Kung.Preparation of 9,9-bis(aminophenyl)fluorenes or 9-phenylimidofluorenes[P].CA2021705,2001-05-01;胡志强.芴基Cardo型聚酰亚胺的合成与性能研究[D].上海:复旦大学,2007;Wenbin Liu,Qihao Qiu,Jun Wang,et al.Curing kinetics and propertiesof epoxy resin-fluorenyl diamine systems[J].Polymer,2008,39:4399-4405)。上述二胺的缺点是分子链刚性大,导致聚合物的韧性较差。因此,开发具有柔性链段的新型芴二胺单体具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有优良的柔韧性和热性能的含酯基二氨基芴。本发明的目的还在于提供一种含酯基二氨基芴的制备方法。
本发明的目的是这样实现的:
本发明的含酯基二氨基芴具有如下结构:
式中:R为-(CH2)n-、中的一种,n=1~4,X为H、CH3、OCH3、CF3或OCF3。
本发明的含酯基二氨基芴是按照以下方式制备的:
第一步:在-10~10℃条件下,向二羟基芴、有机溶剂和三乙胺的混合液中滴加浓度为10~40g/L的对硝基苯甲酰氯溶液,二羟基芴与对硝基苯甲酰氯物质的量比为1∶2~2.2,滴加完毕后,在室温下反应1~5小时,加热至回流反应10~24小时,旋转蒸发去除有机溶剂,再经水洗、甲醇或乙醇洗、过滤、真空干燥,得到含酯基二硝基芴;
第二步:在室温下向含酯基二硝基芴、催化剂和无水乙醇的混合液中滴加体积比浓度为60%~80%的水合肼溶液,含酯基二硝基芴与水合肼物质的质量比为1∶3.2~4.8,缓慢升温至回流温度,反应24~48小时后结束,经过滤、旋转蒸发、真空干燥后,得到含酯基二氨基芴。
所述二羟基芴、有机溶剂和三乙胺的混合液的组成为:二羟基芴在有机溶剂中浓度为50~200g/L,有机溶剂和三乙胺体积比为1∶1
所述的二羟基芴为9,9-双羟甲基芴、9,9-双羟乙基芴、9,9-双羟丙基芴、9,9-双羟丁基芴、9,9-双(4-羟苯基)芴、9,9-双(3-甲基-4-羟苯基)芴、9,9-双(2-甲基-4-羟苯基)芴、9,9-双(3-甲氧基-4-羟苯基)芴、9,9-双(2-甲氧基-4-羟苯基)芴、9,9-双(3-三氟甲基-4-羟苯基)芴、9,9-双(2-三氟甲基-4-羟苯基)芴、9,9-双(3-三氟甲氧基-4-羟苯基)芴或9,9-双(2-三氟甲氧基-4-羟苯基)芴中的一种。
所述的有机溶剂为无水三氯甲烷、无水四氢呋喃或无水二氧六环中的一种。
所述的催化剂为钯/碳、FeCl3或Fe(OH)3中的一种。
本发明的含酯基二氨基芴结构表征利用红外光谱(Spotlight 100,美国PE公司)和核磁共振谱仪(AVANCE-500,瑞士Bruker),红外光谱测试采用溴化钾压片法,样品扫描4次,分辨率4em-1,扫描范围到4000~500cm-1,核磁共振氢谱是以四甲基硅烷(TMS)作内标,氘代氯仿(CDCl3)作溶剂。
本发明制备的含酯基二氨基芴由于酯基的引入,提高了分子的柔韧性,而热性能不会有较大幅度的下降,可作为环氧树脂固化剂、聚酰亚胺和苯并噁嗪的原料等。
具体实施方式
本发明的含酯基二氨基芴的基本制备方法包括:
第一步:向装有搅拌器、冷凝管、温度计的容器中,依次加入二羟基芴、有机溶剂和三乙胺,二羟基芴在有机溶剂中浓度为50~200g/L,有机溶剂和三乙胺体积比为1∶1,在-10~10℃条件下,滴加事先配好的含对硝基苯甲酰氯的有机溶剂中,对硝基苯甲酰氯溶液的浓度为10~40g/L,二羟基芴与对硝基苯甲酰氯物质的量比为1∶2~2.2,滴加完毕后,在室温下反应1~5小时,加热至回流,反应时间10~24小时,旋转蒸发去除有机溶剂,再经水洗、甲醇或乙醇洗、过滤、真空干燥,得到含酯基二硝基芴;
第二步:将第一步反应得到的含酯基二硝基芴、催化剂和无水乙醇加入到装有搅拌器、冷凝管、温度计的容器中,在室温下滴加60%~80%的水合肼溶液,含酯基二硝基芴与水合肼物质的量比为1∶3.2~4.8,缓慢升温至回流温度,反应24~48小时后结束,经过滤、旋转蒸发、真空干燥后,得到含酯基二氨基芴。含酯基二氨基芴具有如下结构:
所述的二羟基芴为9,9-双羟甲基芴、9,9-双羟乙基芴、9,9-双羟丙基芴、9,9-双羟丁基芴、9,9-双(4-羟苯基)芴、9,9-双(3-甲基-4-羟苯基)芴、9,9-双(2-甲基-4-羟苯基)芴、9,9-双(3-甲氧基-4-羟苯基)芴、9,9-双(2-甲氧基-4-羟苯基)芴、9,9-双(3-三氟甲基-4-羟苯基)芴、9,9-双(2-三氟甲基-4-羟苯基)芴、9,9-双(3-三氟甲氧基-4-羟苯基)芴或9,9-双(2-三氟甲氧基-4-羟苯基)芴中的一种。
所述的有机溶剂为无水三氯甲烷、无水四氢呋喃或无水二氧六环中的一种。
所述的催化剂为钯/碳、FeCl3或Fe(OH)3中的一种。
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,本发明实施例只用于对本发明进行进一步说明,但不能理解为对本发明保护范围的限制,该领域的技术熟练人员根据上述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
9,9-双(4-硝基苯甲酸甲酯基)芴的合成
向设有搅拌器、冷凝管、温度计的容器中,2~4℃下依次加入无水氯仿50mL、9,9-双羟甲基芴4.52g和三乙胺50mL,然后滴加浓度为20g/L对硝基苯甲酰氯氯仿溶液375mL,滴加完毕后,在室温条件下反应3小时,在回流温度下反应16小时,反应结束后,减压蒸出氯仿及三乙胺,再经水洗、甲醇或乙醇洗、过滤、真空干燥,得淡黄色9,9-双(4-硝基苯甲酸甲酯基)芴,收率90%。
核磁共振氢谱测试结果(500M,CDCl3,ppm):7.35~7.84(16H,Ar-H),4.80(4H,-CH2-)。红外光谱测试结果(KBr,cm-1):2942和2833为C-H伸缩振动,1740出现典型羧酸酯C=O伸缩振动,1601、1504和1446为苯环骨架振动,1234和1070为C-O伸缩振动,813为苯环对位二取代的特征峰,741和693为苯环邻位二取代的特征峰,证实所合成的样品为目标产物。
实施例2
除原料9,9-双羟甲基芴改为9,9-双羟丁基芴,用量为6.2g,无水氯仿改为二氧六环,对硝基苯甲酰氯二氧六环溶液浓度为40g/L,用量为190mL外,其他条件同实施例1,最后得到淡黄色9,9-双(4-硝基苯甲酸丁酯基)芴,收率85%。
实施例3
9,9-双(4-氨基苯甲酸甲酯基)芴的合成
向设有搅拌器、冷凝管、温度计的容器中,室温条件下依次加入9,9-双(4-硝基苯甲酸甲酯基)芴7.86g、0.5g钯/碳和无水乙醇240mL,滴加浓度为80%水合肼溶液3.38g,缓慢升温至回流温度,反应48小时后,经过滤、旋转蒸发、真空干燥,最后得到白色9,9-双(4-氨基苯甲酸甲酯基)芴,收率76%。
核磁共振氢谱测试结果(500M,CDCl3,ppm):6.6~7.5(16H,Ar-H),4.66(4H,-CH2-),4.06(4H,-NH2)。红外光谱测试结果(KBr,cm-1):3420和3368为伯胺上N-H伸缩振动,2926和2835为C-H伸缩振动,1702为典型羧酸酯C=O伸缩振动,其他特征峰的出锋位置与实施例1相同,证实所合成的样品为目标产物。
实施例4
9,9-双(4-氨基苯甲酸丁酯基)芴的合成
除原料9,9-双(4-硝基苯甲酸甲酯基)芴改为9,9-双(4-硝基苯甲酸丁酯基)芴,用量为9.12g,催化剂改用FeCl3,用量为4g外,其他条件同实施例3,最后得到白色9,9-双(4-氨基苯甲酸丁酯基)芴,收率69%。
实施例5
9,9-双[4-(4-硝基苯甲酸苯酯基)]芴的合成
除原料9,9-双羟甲基芴改为9,9-双(4-羟苯基)芴,用量为5.25g,三氯甲烷改为无水四氢呋喃,对硝基苯甲酰氯四氢呋喃溶液用量为290mL,回流反应时间为24小时外,其他条件同实施例1,最后得到白色9,9-双[4-(4-硝基苯甲酸苯酯基)]芴,收率87%。
核磁共振氢谱测试结果(500M,CDCl3,ppm):7.10~8.35(24H,Ar-H)。红外光谱测试结果(KBr,cm-1):1741出现典型羧酸酯C=O伸缩振动,其他特征峰的出锋位置与实施例1基本相同,证实所合成的样品为目标产物。
实施例6
9,9-双[4-(4-氨基苯甲酸苯酯基)]芴的合成
除原料9,9-双(4-硝基苯甲酸甲酯基)芴改为9,9-双[4-(4-硝基苯甲酸苯酯基)]芴,用量为6.48g,水合肼溶液浓度为70%,用量为2.6g外,其他条件同实施例3,最后得到白色9,9-双[4-(4-氨基苯甲酸苯酯基)]芴,收率74%。
核磁共振氢谱测试结果(500M,CDCl3,ppm):6.6~7.5(16H,Ar-H),4.12(4H,-NH2)。红外光谱测试结果(KBr,cm-1):3435和3352为伯胺上N-H伸缩振动,1704为典型羧酸酯C=O伸缩振动,其他特征峰的出锋位置与实施例3基本相同,证实所合成的样品为目标产物。
实施例7
除催化剂改用Fe(OH)3,回流反应时间为48小时外,其他条件同实施例6,最后得到白色9,9-双[4-(4-氨基苯甲酸苯酯)基]芴,收率54%。
实施例8
9,9-双[4-(4-硝基苯甲酸乙氧苯酯基)]芴的合成
除原料9,9-双(4-羟苯基)芴改为9,9-双[4-(2-羟乙氧基)苯基]芴,用量为6.57g外,其他条件同实施例5,最后得到淡黄色9,9-双[4-(4-硝基苯甲酸乙氧苯酯)基]芴,收率85%。
核磁共振氢谱测试结果(500M,CDCl3,ppm):6.7~8.25(16H,Ar-H),4.67(4H,-COO-CH2-),4.27(4H,-CH2-O-)。红外光谱测试结果(KBr,cm-1):2955和2837为C-H伸缩振动,1739出现典型羧酸酯C=O伸缩振动,1236和1078为C-O不对称和对称伸缩振动,其他特征峰的出锋位置与实施例1基本相同,证实所合成的样品为目标产物。
实施例9
9,9-双[4-(4-氨基苯甲酸乙氧苯酯基)]芴的合成
除原料9,9-双(4-硝基苯甲酸甲酯基)芴改为9,9-双[4-(4-硝基苯甲酸乙氧苯酯基)]芴,用量为7.36g,水合肼用量为2.25g外,其他条件同实施例3,最后得到白色9,9-双[4-(4-氨基苯甲酸乙氧苯酯基)]芴,收率64%。
核磁共振氢谱测试结果(500M,CDCl3,ppm):6.6~8.0(16H,Ar-H),4.55(4H,-COO-CH2-),4.20(4H,-CH2-O-),4.0(4H,-NH2)。红外光谱测试结果(KBr,cm-1):3436和3354为N-H伸缩振动,2949和2840为C-H伸缩振动,1701出现典型羧酸酯C=O伸缩振动,1233和1075为C-O不对称和对称伸缩振动,其他特征峰的出锋位置与实施例3基本相同,证实所合成的样品为目标产物。
实施例10
9,9-双[4-硝基苯甲酸-(3-甲基-4-苯酯基)]芴的合成
除原料9,9-双(4-羟苯基)芴改为9,9-双(3-甲基-4-羟苯基)芴,用量为5.67g外,其他条件同实施例5,最后得到淡黄色9,9-双[4-硝基苯甲酸-(3-甲基-4-苯酯基)]芴,收率86%。
核磁共振氢谱测试结果(500M,CDCl3,ppm):6.68~8.25(22H,Ar-H),2.30(6H,-CH3)。红外光谱测试结果(KBr,cm-1):2920和2849为C-H伸缩振动,1739出现典型羧酸酯C=O伸缩振动,其他特征峰的出锋位置与实施例5基本相同,证实所合成的样品为目标产物。
实施例11
9,9-双[4-氨基苯甲酸-(3-甲基-4-苯酯基)]芴的合成
除原料9,9-双(4-硝基苯甲酸甲酯基)芴改为9,9-双[4-硝基苯甲酸-(3-甲基-4-苯酯基)]芴,用量为6.76g,80%水合肼溶液用量为2.25g外,其他条件同实施例3,最后得到白色9,9-双[4-氨基苯甲酸-(3-甲基-4-苯酯基)]芴,收率74%。
核磁共振氢谱测试结果(500M,CDCl3,ppm):6.6~7.5(16H,Ar-H),2.20(6H,-CH3)4.12(4H,-NH2)。红外光谱测试结果(KBr,cm-1):3435和3352为伯胺上N-H伸缩振动,2925和2844为C-H伸缩振动,1704为典型羧酸酯C=O伸缩振动,其他特征峰的出锋位置与实施例3基本相同,证实所合成的样品为目标产物。
实施实例12
9,9-双[4-硝基苯甲酸-(3-甲氧基-4-苯酯基)]芴的合成
除原料9,9-双(4-羟苯基)芴改为9,9-双(3-甲氧基-4-羟苯基)芴,用量为6.15g外,其他条件同实施例5,最后得到淡黄色9,9-双[4-硝基苯甲酸-(3-甲氧基-4-苯酯基)]芴,收率84%。
核磁共振氢谱测试结果(500M,CDCl3,ppm):6.68~8.25(22H,Ar-H),3.7(6H,-CH3)。红外光谱测试结果(KBr,cm-1):1739出现典型羧酸酯C=O伸缩振动,其他特征峰的出锋位置与实施例5基本相同,证实所合成的样品为目标产物。
实施例13
9,9-双[4-氨基苯甲酸-(3-甲氧基-4-苯酯基)]芴的合成
除原料9,9-双(4-硝基苯甲酸甲酯基)芴改为9,9-双[4-硝基苯甲酸-(3-甲氧基-4-苯酯基)]芴,用量为7.06g,80%水合肼溶液用量为2.25g外,其他条件同实施例3,最后得到白色9,9-双[4-氨基苯甲酸-(3-甲氧基-4-苯酯基)]芴,收率58%。
核磁共振氢谱测试结果(500M,CDCl3,ppm):6.6~7.5(16H,Ar-H),3.5(6H,-CH3)4.12(4H,-NH2)。红外光谱测试结果(KBr,cm-1):3435和3352为伯胺上N-H伸缩振动,1704为典型羧酸酯C=O伸缩振动,其他特征峰的出锋位置与实施例1基本相同,证实所合成的样品为目标产物。
实施实例14
9,9-双[4-硝基苯甲酸-(3-三氟甲基-4-苯酯基)]芴的合成
除原料9,9-双(4-羟苯基)芴改为9,9-双(3-三氟甲基-4-羟苯基)芴,用量为7.20g外,其他条件同实施例5,最后得到淡黄色9,9-双[4-硝基苯甲酸-(3-三氟甲基-4-苯酯基)]芴,收率86%。
核磁共振氢谱测试结果(500M,CDCl3,ppm):6.68~8.25(22H,Ar-H)。红外光谱测试结果(KBr,cm-1):1739出现典型羧酸酯C=O伸缩振动,其他特征峰的出锋位置与实施例5基本相同,证实所合成的样品为目标产物。
实施例15
9,9-双[4-氨基苯甲酸-(3-三氟甲基-4-苯酯基)]芴的合成
除原料9,9-双(4-硝基苯甲酸甲酯基)芴改为9,9-双[4-硝基苯甲酸-(3-三氟甲基-4-苯酯基)]芴,用量为7.76g,80%水合肼溶液用量为2.25g外,其他条件同实施例3,最后得到白色9,9-双[4-氨基苯甲酸-(3-三氟甲基-4-苯酯基)]芴,收率54%。
核磁共振氢谱测试结果(500M,CDCl3,ppm):6.6~7.5(16H,Ar-H),4.12(4H,-NH2)。红外光谱测试结果(KBr,cm-1):3435和3352为伯胺上N-H伸缩振动,1704为典型羧酸酯C=O伸缩振动,其他特征峰的出锋位置与实施例3基本相同,证实所合成的样品为目标产物。
实施实例16
9,9-双[4-硝基苯甲酸-(3-三氟甲氧基-4-苯酯基)]芴的合成
除原料9,9-双(4-羟苯基)芴改为9,9-双(3-三氟甲氧基-4-羟苯基)芴,用量为7.68g外,其他条件同实施例5,最后得到淡黄色9,9-双[4-硝基苯甲酸-(3-三氟甲氧基-4-苯酯基)]芴,收率86%。
核磁共振氢谱测试结果(500M,CDCl3,ppm):6.68~8.25(22H,Ar-H)。红外光谱测试结果(KBr,cm-1):1739出现典型羧酸酯C=O伸缩振动,其他特征峰的出锋位置与实施例5基本相同,证实所合成的样品为目标产物。
实施例17
9,9-双[4-氨基苯甲酸-(3-三氟甲氧基-4-苯酯基)]芴的合成
除原料9,9-双(4-硝基苯甲酸甲酯基)芴改为9,9-双[4-硝基苯甲酸-(3-三氟甲氧基-4-苯酯基)]芴,用量为8.1g,80%水合肼溶液用量为2.25g外,其他条件同实施例3,最后得到白色9,9-双[4-氨基苯甲酸-(3-三氟甲氧基-4-苯酯基)]芴,收率57%。
核磁共振氢谱测试结果(500M,CDCl3,ppm):6.6~7.5(16H,Ar-H),4.12(4H,-NH2)。红外光谱测试结果(KBr,cm-1):3435和3352为伯胺上N-H伸缩振动,1704为典型羧酸酯C=O伸缩振动,其他特征峰的出锋位置与实施例3基本相同,证实所合成的样品为目标产物。
Claims (10)
2.一种含酯基二氨基芴的制备方法,其特征是:
第一步:在-10~10℃条件下,向二羟基芴、有机溶剂和三乙胺的混合液中滴加浓度为10~40g/L的对硝基苯甲酰氯溶液,二羟基芴与对硝基苯甲酰氯物质的量比为1:2~2.2,滴加完毕后,在室温下反应1~5小时,加热至回流反应10~24小时,旋转蒸发去除有机溶剂,再经水洗、甲醇或乙醇洗、过滤、真空干燥,得到含酯基二硝基芴;
3.根据权利要求2所述的含酯基二氨基芴的制备方法,其特征是:所述二羟基芴、有机溶剂和三乙胺的混合液的组成为:二羟基芴在有机溶剂中浓度为50~200g/L,有机溶剂和三乙胺体积比为1:1。
4.根据权利要求2或3所述的含酯基二氨基芴的制备方法,其特征是:所述的二羟基芴为9,9-双羟甲基芴、9,9-双羟乙基芴、9,9-双羟丙基芴、9,9-双羟丁基芴或9,9-双[4-(2-羟乙氧基)苯基]芴中的一种。
5.根据权利要求2或3所述的含酯基二氨基芴的制备方法,其特征是:所述的有机溶剂为无水三氯甲烷、无水四氢呋喃或无水二氧六环中的一种。
6.根据权利要求4所述的含酯基二氨基芴的制备方法,其特征是:所述的有机溶剂为无水三氯甲烷、无水四氢呋喃或无水二氧六环中的一种。
7.根据权利要求2或3所述的含酯基二氨基芴的制备方法,其特征是:所述的催化剂为钯/碳、FeCl3或Fe(OH)3中的一种。
8.根据权利要求4所述的含酯基二氨基芴的制备方法,其特征是:所述的催化剂为钯/碳、FeCl3或Fe(OH)3中的一种。
9.根据权利要求5所述的含酯基二氨基芴的制备方法,其特征是:所述的催化剂为钯/碳、FeCl3或Fe(OH)3中的一种。
10.根据权利要求6所述的含酯基二氨基芴的制备方法,其特征是:所述的催化剂为钯/碳、FeCl3或Fe(OH)3中的一种。
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