CN103342706A - 一种环状聚吡唑啉甲酰胺及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种环状聚吡唑啉甲酰胺及其制备方法，探讨反应的发生路径，为发展荧光聚合物提供了一种新的途径。以2-吡唑啉为单体，加或不加催化剂，减压或常压下，高温加热，搅拌反应，待反应液变粘稠后停止反应，冷却至室温，经过重沉淀、离心及真空干燥得到环状聚吡唑啉甲酰胺。本发明中制备的环状聚吡唑啉甲酰胺是一种新的结构，具有荧光性能，有广泛的应用前景，且制备方法操作简单方便，后处理容易。

Description

一种环状聚吡唑啉甲酰胺及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种环状聚吡唑啉甲酰胺及其制备方法，具体涉及2-吡唑啉发生的一种位点选择性缩聚反应。
背景技术
自上世纪60年代以来，荧光聚合物材料因其独特的光物理和光化学性质以及优于小分子荧光材料的卓越性能成为研究的热点。其在发光器件、荧光化学传感器、荧光探针、微电子材料、非线性光学材料和药物载体等方面的应用研究一直备受人们的关注。荧光聚合物的制备大多是将小分子荧光发色团引入聚合物体系中，其中吡唑啉基团是最受欢迎的发色团之一。
吡唑啉的研究主要集中在合成具有药理活性和可用于光学材料的吡唑啉衍生物两个方面。其药用型衍生物具有显著地抗菌、消炎、止痛、杀菌等作用，在医药领域有广泛的应用。在吡唑啉环上引入可与其形成共轭的官能团，从而形成大的共轭体系，可制备具有优良光学性能的吡唑啉衍生物。
发明内容
本发明的目的是提供一种环状聚吡唑啉甲酰胺及其制备方法，探讨反应的发生路径，为发展荧光聚合物提供了一种新的途径。
本发明的技术方案如下：
一种环状聚吡唑啉甲酰胺，其特征在于，结构通式如下：
其中，m为大于零的任意整数；n为大于等于零的任意整数；a和b每个独立的选自0或1；X和Y每个独立的为2-吡唑啉单体裂解异构化后的结构单元；R2和R3每个独立的选自H或C1～C8的烷基、C1～C8的烷氧基、C1～C8的烷氧羰基、芳基、芳氧基、芳氧羰基、萘基、吡唑基、噻吩基以及被氰基、氨基、卤素取代的上述各基团。
上述环状聚吡唑啉甲酰胺的制备方法具体为：以2-吡唑啉为单体，加或不加催化剂，减压或常压下，高温加热，搅拌反应，待反应液变粘稠后停止反应，冷却至室温，经过重沉淀、离心及真空干燥得到环状聚吡唑啉甲酰胺。
反应压强为常压或者减压至500Pa，反应温度为140℃～180℃，催化剂为氯化钯、异辛酸亚锡、锡粉、异丙醇铝、醋酸铑、四氧化三钴、锌粉、二水合氯化铜、四氧化三铁、氧化铜或者双乙腈氯化钯中的一种。
本发明中单体2-吡唑啉发生反应的路线为：
Figure BDA00003486141900021
其中，m为大于零的任意整数；n为大于等于零的任意整数；a和b每个独立的选自0或1；X和Y每个独立的为2-吡唑啉单体裂解异构化后的结构单元；R2和R3每个独立的选自H或C1～C8的烷基、C1～C8的烷氧基、C1～C8的烷氧羰基、芳基、芳氧基、芳氧羰基、萘基、吡唑基、噻吩基以及被氰基、氨基、卤素取代的上述各基团。
上述反应是一种位点选择性缩聚反应，2-吡唑啉在高温加热下，分子间缩合失去小分子醇，待冷却至室温后用四氢呋喃∕石油醚重沉淀，离心及真空干燥后得到环状聚吡唑啉甲酰胺。本发明中所用的2-吡唑啉是参考文献中的制备方法得到的。
本发明中制备的环状聚吡唑啉甲酰胺是一种新的结构，具有荧光性能，有广泛的应用前景，且制备方法操作简单方便，后处理容易。本发明中2-吡唑啉发生的反应为一种全新的位点选择性缩聚反应，为吡唑啉聚合物的制备提供了新途径。
附图说明
图1为实施例1制备的聚合物的核磁共振氢谱。
图2为实施例6制备的聚合物的核磁共振碳谱。
图3为实施例7制备的聚合物的傅立叶变换红外光谱。
图4为实施例2制备的聚合物的基质辅助激光解吸时间飞行质谱。
图5为实施例8制备的聚合物的基质辅助激光解吸时间飞行质谱。
图6为实施例2和8制备的聚合物的主链的结构单元。
图7为制备的聚合物的荧光发射光谱。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明，选用的单体2-吡唑啉(R1=CH2CH3，R2=R3=COOCH2CH3)仅在于说明本发明而决不限制本发明。
实施例1
称取2-吡唑啉(R1=CH2CH3，R2=R3=COOCH2CH3)201.5mg，放入聚合管中，减压至500Pa，加热至180℃，搅拌反应22h，冷却至室温后，用四氢呋喃∕石油醚重沉淀，离心，真空干燥后得聚合物。
实施例2
称取2-吡唑啉(R1=CH2CH3，R2=R3=COOCH2CH3)200.3mg，放入聚合管中，加入催化剂PdCl23.8mg，减压至500Pa，加热至180℃，搅拌反应22h，冷却至室温后，用1.5ml四氢呋喃溶解，滤去催化剂，滴入大量石油醚中重沉淀，离心，真空干燥后得聚合物。
实施例3
称取2-吡唑啉(R1=CH2CH3，R2=R3=COOCH2CH3)218.9mg，放入聚合管中，加入催化剂醋酸铑Rh2(OAc)410.7mg，减压至500Pa，加热至140℃，反应22h，冷却至室温后，用1.5ml四氢呋喃溶解，滤去催化剂，滴入大量石油醚中重沉淀，离心，真空干燥后得聚合物。
实施例4
称取2-吡唑啉(R1=CH2CH3，R2=R3=COOCH2CH3)222.0mg，放入聚合管中，加入催化剂醋酸铑Rh2(OAc)410.6mg，常压反应，加热至140℃，反应22h，冷却至室温后，用1.5ml四氢呋喃溶解，滤去催化剂，滴入大量石油醚中重沉淀，离心，真空干燥后得聚合物。
实施例5-14
实施例5-14操作同实施例2，所用催化剂分别为异辛酸亚锡Sn(Oct)2、锡粉Sn、异丙醇铝Al(OCH(CH3)2)3、醋酸铑Rh2(OAc)4、四氧化三钴Co3O4、锌粉Zn、二水合氯化铜CuCl2·2H2O、四氧化三铁Fe3O4、氧化铜CuO、双乙腈氯化钯PdCl2(CH3CN)2，催化剂的用量及所得聚合物的分子量、多分散性系数和元素分析结果如表1中所示。
表1.2-吡唑啉的聚合反应
Figure BDA00003486141900041
其中[催化剂]/[单体]表示催化剂的摩尔量与单体2-吡唑啉的摩尔量之比。
实施例15
称取2-吡唑啉（R1=CH3，R2=COOCH3，R3=H）198.2mg，放入聚合管中，加入催化剂PdCl25.6mg，减压至500Pa，加热至180℃，搅拌反应22h，冷却至室温后，用1.5ml四氢呋喃溶解，滤去催化剂，滴入大量石油醚中重沉淀，离心，真空干燥后得聚合物。
实施例16
称取2-吡唑啉（R1=CH3，R2=C6H5，R3=COOCH3）201.3mg，放入聚合管中，加入催化剂PdCl24.1mg，减压至500Pa，加热至180℃，搅拌反应22h，冷却至室温后，用1.5ml四氢呋喃溶解，滤去催化剂，滴入大量石油醚中重沉淀，离心，真空干燥后得聚合物。
图1为实施例1制备的聚合物的核磁共振氢谱，溶剂为氘仿，δ1.29ppm附近的峰为CH3基团的共振峰，δ4.24ppm处为CH2和CH基团共振峰的叠加。其他实施例所得聚合物的核磁共振氢谱与实施例1的类似。
图2为实施例6制备的聚合物的核磁共振碳谱，溶剂为氘仿，峰的归属为：δ14.18ppm（CH3），δ53.06-54.53ppm（CH-COO-结构中的CH），δ61.63-63.62ppm（OCH2），δ65.06ppm（N-CH-COO-结构中的CH），δ148.98ppm（C=N），δ158.56-160.49ppm和166.47-167.90ppm（C=O）。其他实施例所得聚合物的核磁共振碳谱与实施例6的类似。
图3为实施例7制备的聚合物的傅立叶变换红外光谱，其他实施例所得聚合物的红外光谱与实施例7的类似。
图4为实施例2制备的聚合物的基质辅助激光解吸时间飞行质谱，经过计算可得聚合物的主链由三种结构单元构成，U1(M=258.3)、U2(M=286.3)和U3(M=240.2)，如图6中所示。质谱的具体解析结果如下：
A1-A3：Na++U1+U3，m/z=23+258.3+240.2n，n=2-4；
B1-B3：K++U1+U3，m/z=39.1+258.3+240.2n，n=2-4；
A11-A22：Na++U1+U2+U3，m/z=23+258.3+286.3+240.2n，n=2-3；
B11-B22：K++U1+U2+U3，m/z=39.1+258.3+286.3+240.2n，n=2-3。
其中n为整数。
由以上数据可得实施例2的反应路线为：
Figure BDA00003486141900051
其中，m为大于零的任意整数，n为大于等于零的任意整数。
图5为实施例8制备的聚合物的基质辅助激光解吸时间飞行质谱，经过计算可得聚合物的主链由三种结构单元构成，U3(M=240.2)、U4(M=140.1)和U5(M=212.2)，如图6中所示。质谱的具体解析结果如下：
A1-A2：H++U4+U3，m/z=1+140.1+240.2n，n=6-7；
B1-B2：H++U5+U3，m/z=1+212.2+240.2n，n=6-7。
其中n为整数。
由以上数据可得实施例8的反应路线为：
Figure BDA00003486141900061
其中，m为大于零的任意整数，n为大于等于零的任意整数，a和b每个独立的选自0或1。除非另有说明，Et代表CH2CH3基团。
图7为制备的聚合物的荧光发射光谱，溶剂为氯仿，浓度为0.25mg/ml，制备的聚合物的荧光发射强度远高于单体2-吡唑啉，且发生红移。
上述表征所用仪器为：核磁共振波谱由Mercury VX-300(300MHz,Varian)核磁共振波谱仪在室温下测定；红外光谱由ThermoFisher is10型红外光谱仪测定；荧光光谱使用Shimadzu公司的RF-5301PC型荧光分光光度计测量；分子量和多分散性指数由凝胶渗透色谱仪(GPC)测定，检测器为Waters2414型示差折光检测器，色谱柱为Shodex K-805，K-804和K-802.5系列，四氢呋喃为淋洗剂，聚苯乙烯为标样；元素分析由德国Elementar Analysensysteme GmbH公司VarioEL III型元素分析仪测定。

Claims (4)

1.一种环状聚吡唑啉甲酰胺，其特征在于，结构通式如下：
Figure FDA00003486141800011
其中，m为大于零的任意整数；n为大于等于零的任意整数；a和b每个独立的选自0或1；X和Y每个独立的为2-吡唑啉单体裂解异构化后的结构单元；R2和R3每个独立的选自H或C1～C8的烷基、C1～C8的烷氧基、C1～C8的烷氧羰基、芳基、芳氧基、芳氧羰基、萘基、吡唑基、噻吩基以及被氰基、氨基、卤素取代的上述各基团。
2.一种如权利要求1所述的环状聚吡唑啉甲酰胺的制备方法，其特征在于，以2-吡唑啉为单体，加或不加催化剂，减压或常压下，高温加热，搅拌反应，待反应液变粘稠后停止反应，冷却至室温，经过重沉淀、离心及真空干燥得到环状聚吡唑啉甲酰胺。
3.根据权利要求2所述的一种环状聚吡唑啉甲酰胺的制备方法，其特征在于，所述高温加热的温度为140℃～180℃。
4.根据权利要求2所述的一种环状聚吡唑啉甲酰胺的制备方法，其特征在于，所述催化剂为氯化钯、异辛酸亚锡、锡粉、异丙醇铝、醋酸铑、四氧化三钴、锌粉、二水合氯化铜、四氧化三铁、氧化铜或者双乙腈氯化钯中的一种。
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