CN106939008A - 一种溶解性强的苝酰亚胺及其合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种溶解性强的苝酰亚胺及其合成方法，以3,4,9,10一苝四甲酸二酐为原料合成1‑对甲酸苯氧基‑N,N’‑二环已基‑3,4,9,10一苝二酰亚胺；对1‑对甲酸苯氧基‑N,N’‑二环已基‑3,4,9,10一苝二酰亚胺经氯化亚砜回流，水合肼反应得到对苯甲基二酰肼；反应得出物在氯化亚砜下成环，再与在氢氧化钾溶液下的对氨基吡啶反应得到苝酰亚胺。本发明由3,4,9,10一苝四甲酸二酐为原料合成得到的苝酰亚胺结构中含有噁唑环，噁二唑基团具有吸电子作用,分散苝核上的电荷，减少苝核平面间π‑π堆积，从而使苝核间相互作用力降低，减少其晶格能，使溶解性增大。
Description
技术领域
本发明涉及一种溶解性强的苝酰亚胺及其合成方法，属于材料技术领域，具体涉及到苝酰亚胺的溶解性。
背景技术
苝系衍生物具有优异的化学、热和光化学稳定性，对从可见区到红外区的光有很强的吸收，是一类性能特异的分子电子学材料，在激光材料、液晶显示材料、电致发光器件、感光体及太阳能电池方面已经有着很广泛的应用，但是苝系衍生物之间存在强烈的π-π堆积，分子间大π键相互作用很强，具有较大的晶格能，因此溶解性问题对其应用有很大的制约性。在提高苝二酰胺的溶解性研究上学者们一般采取两种方式解决，其一是Langhals教授提出，在酰亚胺的氮原子上引入增溶性的基团，由于酰亚胺基团的氮原子上产生的HOMO和LUMO轨道的节点(node)减弱了苝核同与氮相连的取代基的耦合作用，不影响其分子在吸收和发射特征上的变化。其二就是BASF公司的Seybold教授首次提出的在海湾处(bay-area)引入取代基，即在苝四羧酸二酐和苝四羧酸二酰亚胺的1,7或1,6,7,12位上引入增溶性取代基团。
对苝结构中引入噁唑环，噁二唑基团具有吸电子作用,分散苝核上的电荷，减少苝核平面间π-π堆积，从而使苝核间相互作用力降低，减少其晶格能，使溶解性增大。同时结构上在酰亚胺的氮原子上引入氧吡啶以及在海湾区上引入醚基基团，氧化吡啶的引入对苝酰亚胺的水溶性增加，醚基链具有亲水性，对苝酰亚胺的溶解性也有提高。通过同时在三个方面：1、减少π-π键的相互作用；2、酰亚胺的氮原子上引入水溶性基团；3、在海湾区引入极性醚基；对苝酰亚胺的溶解性起到作用。
发明内容
本发明目的是提供一种溶解性强的苝酰亚胺及其合成方法。发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现状而提供一种新型具备较好溶解性的苝酰亚胺。
发明解决第一个技术问题的技术方案是这样的，一种聚酰亚胺，其特征在于聚合物的结构为：
本发明所要解决上述第二个技术问题是提供一种合成方法有效、合成成本比较低、制备上述苝酰亚胺的合成方法。
本发明解决上述第二个技术问题的技术方案是这样的,其合成的线路和具体原理为：
a1、以3,4,9,10一苝四甲酸二酐为原料与环己胺在催化剂下，搅拌中回流加热，反应约 40小时，减压蒸出环己胺，抽滤，干燥得到N,N’-二环已基-3,4,9,10一苝二酰亚胺；
a2、由a1得到的N,N’-二环已基-3,4,9,10一苝二酰亚胺加入二氯代甲烷和液溴反应，完成反应冷却至室温，蒸出剩余的溴和二氯代甲烷，得到1-溴-N,N’-二环已基-3,4,9,10 一苝二酰亚胺；
a3、由a2得到的1-溴-3,4,9,10一苝二酰亚胺与羟基苯甲酸反应，在催化剂无水碳酸钾作用下和极性溶剂下，经油浴加热反应得到反应后体系，将反应液倒入去离子水中搅拌至沉淀出现，过滤，洗涤，干燥得到对-1-对甲酸苯氧基-N,N’-二环已基-3,4,9,10-苝二酰亚胺；
a4、由a3得到的对-1-对甲酸苯氧基-N,N’-二环已基-3,4,9,10一苝二酰亚胺在氯化亚砜的作用下加热回流反应，得到对-1-对甲酰氯苯氧基-N,N’-二环已基-3,4,9,10一苝二酰亚胺；
a5、由a4得到的对-1-对甲酰氯苯氧基-N,N’-二环已基-3,4,9,10一苝二酰亚胺溶解在极性溶剂中，冰水浴中缓慢滴加水合肼，出现沉淀，搅拌，抽滤，洗涤，干燥得到对(N,N’-二环已基-3,4,9,10一苝二酰亚胺-1-苯氧基)苯甲基二酰肼；
a6、由a5得到的对(N,N’-二环已基-3,4,9,10一苝二酰亚胺-1-苯氧基)苯甲基二酰肼在氯化亚砜溶液下回流加热得到对(N,N’-二环已基-3,4,9,10一苝二酰亚胺-1-苯氧基)苯-1， 3，4-噁二唑；
a7、由a6得到对(N,N’-二环已基-3,4,9,10一苝二酰亚胺-1-苯氧基)苯-1，3，4-噁二唑与氢氧化钾反应，加热回流24小时，加入冰醋酸中止皂化，冷却至室温，抽滤，水洗，干燥得到对(3,4,9,10一苝四羧酸二酐-1-苯氧基)苯-1，3，4-噁二唑；
a8、由a7得到的对(3,4,9,10一苝四羧酸二酐-1-苯氧基)苯-1，3，4-噁二唑与对氨基吡啶在喹啉溶剂下反应，加入催化剂，反应温度在160至190℃，反应20至24小时，冷却至室温，抽滤，水洗，柱色谱分离后滴加双氧水氧化，反应24小时，冷却至室温，水洗，抽滤，干燥，柱色谱分离得到苝酰亚胺。
其中步骤a1所述的催化剂为99％质量百分比醋酸锌。
其中步骤a1所述的反应温度在160～180℃，反应时间为38～42小时。
其中步骤a2所述的二氯代甲烷用无水硫酸镁干燥过夜，液溴用二氯代甲烷稀释。
其中步骤a2所述的反应温度在50～55℃，反应时间为84～96小时。
其中步骤a3所述的极性溶剂为N,N-二甲基甲酰胺；N,N-二甲基乙酰胺；N,N-二乙基甲酰胺；N,N-二乙基乙酰胺；二甲基亚砜；二甲基砜；N-甲基吡咯烷酮；三甲基尿素；六甲基磷酰胺；吡啶；甲基吡啶；N-环己基-2-吡咯烷酮等一种。
其中步骤a3所述的油浴加热温度为160-180℃，恒温时间长18至24小时。
其中步骤a4所述将对-1-对甲酸苯氧基-N,N’-二环已基-3,4,9,10一苝二酰亚胺在氯化亚砜溶液中加热回流8至10小时，氯化亚砜溶液的质量百分比≥99.9％。
其中步骤a5所述的水合肼质量百分比≥85％。
其中步骤a6所述氯化亚砜溶液质量百分比≥99％，加热回流时间为5至7小时。
其中步骤a7所述的氢氧化钾需研磨成粉体。
其中步骤a8所述的催化剂为质量百分比≥99％的醋酸锌，溶剂为喹啉。
其中步骤a8所述的反应温度为165至185℃，反应时间为20至23小时。
合成反应方程式如下：
本发明优点：
本发明的苝酰亚胺结构中引入噁唑环，噁二唑基团具有吸电子作用,分散苝核上的电荷，减少苝核平面间π-π堆积，从而使苝核间相互作用力降低，减少其晶格能，使溶解性增大。同时结构上在酰亚胺的氮原子上引入氧吡啶以及在海湾区上引入醚基基团，氧化吡啶的引入对苝酰亚胺的水溶性增加，醚基链具有亲水性，对苝酰亚胺的溶解性也有提高。通过同时在三个方面：
1、减少π-π键的相互作用；
2、酰亚胺的氮原子上引入水溶性基团；
3、在海湾区引入极性醚基；对苝酰亚胺的溶解性起到作用。也符合难溶性苝酰亚胺提高溶解性的要求。
附图说明
图1为本发明提供的苝酰亚胺的结构式。
具体实施方式
本发明的的生产方法包括如下步骤：
a1、以3,4,9,10一苝四甲酸二酐为原料与环己胺在催化剂下，搅拌中回流加热，反应约 40小时，减压蒸出环己胺，抽滤，干燥得到N,N’-二环已基-3,4,9,10一苝二酰亚胺；
a2、由a1得到的N,N’-二环已基-3,4,9,10一苝二酰亚胺加入二氯代甲烷和液溴反应，完成反应冷却至室温，蒸出剩余的溴和二氯代甲烷，得到1-溴-N,N’-二环已基-3,4,9,10 一苝二酰亚胺；
a3、由a2得到的1-溴-3,4,9,10一苝二酰亚胺与羟基苯甲酸反应，在催化剂无水碳酸钾作用下和极性溶剂下，经油浴加热反应得到反应后体系，将反应液倒入去离子水中搅拌至沉淀出现，过滤，洗涤，干燥得到对-1-对甲酸苯氧基-N,N’-二环已基-3,4,9,10-苝二酰亚胺；
a4、由a3得到的对-1-对甲酸苯氧基-N,N’-二环已基-3,4,9,10一苝二酰亚胺在氯化亚砜的作用下加热回流反应，得到对-1-对甲酰氯苯氧基-N,N’-二环已基-3,4,9,10一苝二酰亚胺；
a5、由a4得到的对-1-对甲酰氯苯氧基-N,N’-二环已基-3,4,9,10一苝二酰亚胺溶解在极性溶剂中，冰水浴中缓慢滴加水合肼，出现沉淀，搅拌，抽滤，洗涤，干燥得到对(N,N’-二环已基-3,4,9,10一苝二酰亚胺-1-苯氧基)苯甲基二酰肼；
a6、由a5得到的对(N,N’-二环已基-3,4,9,10一苝二酰亚胺-1-苯氧基)苯甲基二酰肼在氯化亚砜溶液下回流加热得到对(N,N’-二环已基-3,4,9,10一苝二酰亚胺-1-苯氧基)苯-1， 3，4-噁二唑；
a7、由a6得到对(N,N’-二环已基-3,4,9,10一苝二酰亚胺-1-苯氧基)苯-1，3，4-噁二唑与氢氧化钾反应，加热回流24小时，加入冰醋酸中止皂化，冷却至室温，抽滤，水洗，干燥得到对(3,4,9,10一苝四羧酸二酐-1-苯氧基)苯-1，3，4-噁二唑；
a8、由a7得到的对(3,4,9,10一苝四羧酸二酐-1-苯氧基)苯-1，3，4-噁二唑与对氨基吡啶在喹啉溶剂下反应，加入催化剂，反应温度在160至190℃，反应20至24小时，冷却至室温，抽滤，水洗，柱色谱分离后滴加双氧水氧化，反应24小时，冷却至室温，水洗，抽滤，干燥，柱色谱分离得到苝酰亚胺。
Claims (10)
1.一种溶解性强的苝酰亚胺，其特征在于：结构式为
2.一种权利要求1所述的苝酰亚胺的合成方法,其特征在于,包括以下步骤:
a1、以3,4,9,10一苝四甲酸二酐为原料与环己胺在催化剂下，搅拌中回流加热，反应约40小时，减压蒸出环己胺，抽滤，干燥得到N,N’-二环已基-3,4,9,10一苝二酰亚胺；
a2、由a1得到的N,N’-二环已基-3,4,9,10一苝二酰亚胺加入二氯代甲烷和液溴反应，完成反应冷却至室温，蒸出剩余的溴和二氯代甲烷，得到1-溴-N,N’-二环已基-3,4,9,10一苝二酰亚胺；
a3、由a2得到的1-溴-3,4,9,10一苝二酰亚胺与羟基苯甲酸反应，在催化剂无水碳酸钾作用下和极性溶剂下，经油浴加热反应得到反应后体系，将反应液倒入去离子水中搅拌至沉淀出现，过滤，洗涤，干燥得到对-1-对甲酸苯氧基-N,N’-二环已基-3,4,9,10-苝二酰亚胺；
a4、由a3得到的对-1-对甲酸苯氧基-N,N’-二环已基-3,4,9,10一苝二酰亚胺在氯化亚砜的作用下加热回流反应，得到对-1-对甲酰氯苯氧基-N,N’-二环已基-3,4,9,10一苝二酰亚胺；
a5、由a4得到的对-1-对甲酰氯苯氧基-N,N’-二环已基-3,4,9,10一苝二酰亚胺溶解在极性溶剂中，冰水浴中缓慢滴加水合肼，出现沉淀，搅拌，抽滤，洗涤，干燥得到对(N,N’-二环已基-3,4,9,10一苝二酰亚胺-1-苯氧基)苯甲基二酰肼；
a6、由a5得到的对(N,N’-二环已基-3,4,9,10一苝二酰亚胺-1-苯氧基)苯甲基二酰肼在氯化亚砜溶液下回流加热得到对(N,N’-二环已基-3,4,9,10一苝二酰亚胺-1-苯氧基)苯-1，3，4-噁二唑；
a7、由a6得到对(N,N’-二环已基-3,4,9,10一苝二酰亚胺-1-苯氧基)苯-1，3，4-噁二唑与氢氧化钾反应，加热回流24小时，加入冰醋酸中止皂化，冷却至室温，抽滤，水洗，干燥得到对(3,4,9,10一苝四羧酸二酐-1-苯氧基)苯-1，3，4-噁二唑；
a8、由a7得到的对(3,4,9,10一苝四羧酸二酐-1-苯氧基)苯-1，3，4-噁二唑与对氨基吡啶在喹啉溶剂下反应，加入催化剂，反应温度在160至190℃，反应20至24小时，冷却至室温，抽滤，水洗，柱色谱分离后滴加双氧水氧化，反应24小时，冷却至室温，水洗，抽滤，干燥，柱色谱分离得到苝酰亚胺。
3.根据权利要求2的所述合成方法，其中步骤a1所述的催化剂为99％质量百分比醋酸锌，反应温度在160～180℃，反应时间为38～42小时。
4.根据权利要求2的所述合成方法，其中步骤a2所述的二氯代甲烷用无水硫酸镁干燥过夜，液溴用二氯代甲烷稀释，反应温度在50-55℃，反应时间为84-96小时。
5.根据权利要求2的所述合成方法，其中步骤a3所述的极性溶剂为N,N-二甲基甲酰胺；N,N-二甲基乙酰胺；N,N-二乙基甲酰胺；N,N-二乙基乙酰胺；二甲基亚砜；二甲基砜；N-甲基吡咯烷酮；三甲基尿素；六甲基磷酰胺；吡啶；甲基吡啶；N-环己基-2-吡咯烷酮中的任意一种；油浴加热温度为160-180℃，恒温时间长18至24小时。
6.根据权利要求2所述的合成方法，其中步骤a4所述将对-1-对甲酸苯氧基-N,N’-二环已基-3,4,9,10一苝二酰亚胺在氯化亚砜溶液中加热回流8至10小时，氯化亚砜溶液的质量百分比≥99.9％。
7.根据权利要求2所述的合成方法，其中步骤a5所述的水合肼质量百分比≥85％。
8.根据权利要求2所述的合成方法，其中步骤a6所述氯化亚砜溶液质量百分比≥99％，加热回流时间为5至7小时。
9.根据权利要求2所述的合成方法，其中步骤a7所述的氢氧化钾需研磨成粉体。
10.根据权利要求2所述的合成方法，其中步骤a8所述的催化剂为质量百分比≥99％的醋酸锌，溶剂为喹啉，反应温度为165至185℃，反应时间为20至23小时。
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|---|---|---|---|---|
| CN110256307A (zh) * | 2019-06-27 | 2019-09-20 | 南京雷正医药科技有限公司 | 一种合成亚砜类化合物的方法 |
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