CN108291026A - 具有固有微孔性的troger碱聚合物 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明涉及具有固有微孔性的聚合物,特别是包括包含Troger碱部分的亚单元的聚合物。所述本发明共聚物具有可用于气体和液体分离的膜的特定效用。
背景技术
具有固有微孔性(PIM)的聚合物的特征在于具有刚性和扭曲的大分子结构,从而具有极大的自由体积分数。实例包括聚(1-三甲基硅烷基-1-丙炔)(PTMSP)、聚(4-甲基-2-戊炔)(PMP)和聚苯并二恶烷(PIM-1)。由于其特殊的自由体积,全都极具渗透性。参见:Baker的《膜技术和应用(Membrane Technology and Applications)》第3版(2012),和“具有固有微孔性的聚合物(Polymers of Intrinsic Microporosity)”《聚合物科学与技术百科全书(Enc.Polymer Sci.&Tech.)》(2009)都由约翰威立有限公司提供。还参见:WO2016/148869、WO2005/113121、US2004/01985587、US2013/0146538、US2013/0172433、US2013/0267616、US2014/0251897、US9018270、US8623928、US8575414、US8056732、US7943543、US7690514和US7410525,其全文并入本文中。借助于实例,US2014/0251897描述薄层复合膜,其包括具有通过有凹部的单体的界面聚合形成的固有微孔性的网状微孔聚合物(例如螺二茚满、双萘、乙桥蒽)的薄选择性层。类似地,US9018270描述用于制备包括PIM薄层的薄膜复合膜的界面聚合技术。在一个实施方案中,聚合物包括重复单元,所述重复单元包括Troger碱(Troger's base)部分,例如
还参见D.Xin等人,《用于非均相催化剂Troger碱基功能化有机纳米多孔聚合物》,Chem.Comm.(2009)第970-972页,其描述所谓的Troger碱纳米多孔聚合物的制备以及其在二乙基锌与芳族醛的加成反应中作为催化剂的用途。
发明内容
本发明包括具有固有微孔性的“Troger碱”聚合物和制备其的对应方法。术语“Troger碱聚合物”是指包括具有由式I表示的Troger碱部分的子单元(优选地重复单元)的聚合物。与US9018270中描述的聚合物不同,本发明包括并入有官能团的实施例,所述官能团能够与对应共价交联聚合物反应形成共价交联或能够活化未取代的亚芳基位置以进行亲核芳族取代以形成共价交联。共价交联实施例具有优于对应离子交联聚合物的稳定性。也就是说,本发明聚合物可以包括共价交联键或离子交联键。US9018270的交联聚合物是通过烷基二卤化物与聚合主链中的双环二胺重复单元反应形成的季铵阳离子聚合物。本发明的离子交联聚合物通过存在于Troger碱聚合物的芳环上的侧磺酸部分与二胺或多胺反应而形成(参见反应途径XVI)。这种方法如US9018270所教导避免了Troger碱聚合物主链中双环二胺([1,5]二氮杂辛)基团的季铵化。Troger碱聚合物主链中的双环二胺基团的现有技术季铵化可能对纳米孔隙率和聚合物稳定性有害。本发明的新颖离子交联胺磺酸盐Troger碱聚合物另外能够被转换成高度优选的共价交联Troger碱聚合物(参见反应途径XVII),这是US9018270的离子交联聚合物不能完成的。包括不同极性官能团的组合的实施例提供一种用于制备具有新颖溶解度特征以及独特反应性特征的聚合物的合成途径。在替代实施例中,本发明聚合物可以是链终止的,且接着通过聚合物链端基交联,参见例如反应途径XXI、XXIV和附带的文字。
在一个实施例中,本发明包括一种聚合物,所述聚合物包括亚单元(并且更优选重复单元),所述亚单元包括由式I表示的Troger碱部分:
式I:
其中L包含亚芳基,所述亚芳基包括选自以下的至少一个取代基:交联键(优选共价键);和选自以下中的至少一种的官能团:羟基、膦酸、羧酸和磺酸及其对应盐或酯;炔基(具有1到6个碳原子)、炔基醚(具有1到6个碳原子,例如炔丙基醚)、氰酸酯、环氧化物和缩水甘油醚或酯。在一个实施例中,所述亚芳基包括与Troger碱部分稠合的环或多环部分(例如优选1到3个环,例如亚苯基、亚联苯基、萘和螺二茚满)。在优选实施例中,本发明聚合物如式I中所示具有2到50个并且更优选3到20个重复单元。在另外的实施例中,本发明包括使用本发明聚合物制备的薄膜、涂层和膜(例如薄膜复合膜),所述聚合物包括适用于形成这种膜、涂层和膜的聚合物的B阶段和网络状形式。
在优选实施例中,本发明聚合物解决与已知PIM技术相关的缺点中的一或多个,例如提高的膜耐久性、排斥性、耐污垢性、使得在不同的最终使用条件下更好地维护纳米多孔结构的刚性和尺寸稳定性、对提高选择性所需官能团的更好耐受性、改进的可加工性和制造、更高的玻璃化转变温度、更高的热稳定性、更高的热氧化稳定性、提高的防潮性、提高的耐酸性和耐碱性和耐有机溶剂性。
具体实施方式
在优选实施例中,本发明聚合物(还包括共聚物,在本文中统称为“聚合物”)具有固有微孔性。术语“固有微孔性”是指聚合物具有互连分子间空隙的连续网络,所述空隙形成聚合物的组分单体的至少一部分的形状和刚性的直接结果。术语“微孔”是指具有由IUPAC定义的直径小于2nm的空隙的互连系统的物质。优选地,本发明聚合物具有由标准泡点测试(例如ASTM F316-03(2011))测定的0.2nm到20nm的平均孔隙直径。所述共聚物还具有高表观表面积(例如通过Brunauer-Emmett-Teller(BET)方法测定的大于100m2/g,并且更优选大于150m2/g。
在若干实施例中,本发明聚合物是部分支化或支化的B阶段共聚物和网状共聚物。部分支化或支化聚合物的特征在于共聚物,其中一种组分单体含有三个或三个以上胺基,其都能够参与Troger碱形成反应,例如1,3,5-三氨基苯、四(4-氨基苯基)甲烷。本发明的支化聚合物具有沿聚合物链的分支。因此,分支的一端连接到聚合物链,而分支的末端不连接到另一聚合物链。通常通过在反应中使用一种或多种含芳族主要三胺的反应物来形成支化聚合物以形成Troger碱聚合物。分支结构的存在修改聚合物分子的组装,通常降低组装的规则性并促进链缠结。这可能有利地影响性质,例如溶解度和可加工性。本发明的交联聚合物具有连接聚合物链的分支。交联键通常会降低聚合物链的移动性并产生刚性网络。“分支”(1.53)、“分支点”(1.54)、“分支单元”(1.55)、“网络”(1.58)和“交联键”(1.59)的形式定义在以下中给出:IUPAC INTERNATIONAL,Union Of Pure And Applied ChemistryMacromolecular Division Commission On Macromolecular Nomenclature,Glossary ofBasic Terms in Polymer Science,A.D.Jenkins,P.Kratochvíl,R.F.T.Stepto和U.W.Suter,《纯粹与应用化学(Pure Appl.Chem.)》68,2287(1996),其以全文引用的方式包括在本文中。术语“B阶段”定义为“热塑性树脂反应中的中间阶段,其中塑料在加热时软化但不熔化,并且与某些液体接触时膨胀但不溶解”,参见《McGraw-Hill科学与技术术语词典》第六版,McGraw-Hill公司版权所有,2003年。术语“网络”被定义为共价交联的3维聚合物网络,与没有共价交联的三维网络的“非网络聚合物”或线性聚合物形成对比。
使用本发明聚合物制备的膜可以通过常规技术形成,例如浇铸、在多孔载体上原位聚合、浸涂以及随后聚合或交联到多孔载体上等。这种膜可用于基于不同物种跨越膜的传质的相对速率的分离。动力(通常是压力或浓度差)被施加到膜上使得所选物种优先地横穿所述膜。所述膜可以用于液体(例如水、有机物)或气相中的特定物种(例如盐、有机物、离子物种)的纯化、分离或吸收。具体地说,本发明膜展现极佳pH和溶剂稳定性且因此适用于广泛范围的应用中,包括:气体分离,离子交换,水软化,水净化,例如电子等应用中的超高纯度水生产,包括稀土的金属分离,催化,采矿废水的修复,铀加工,浸析采矿,和乳制品、食糖、果汁和药品中液体的加工,以及连续发酵/膜渗透蒸发系统中的乙醇产生。在具体的实施例中,本发明共聚物包括亲水性官能团,例如在许多应用中提供改进选择性的羟基、羧酸和/或磺酸。
本发明膜不受具体类型、构造或应用特定限制。举例来说,本发明聚合物可以制成在各种应用中发现效用的平片(薄膜)、管式和中空纤维状配置,所述应用包括气体分离、渗透蒸发、正向渗透(FO)、逆渗透(RO)、纳米过滤(NF)、超滤(UF)、微滤(MF)和压力延迟流体分离。一个优选设计是薄膜复合结构,参见例如WO 2005/113121和US2014/0251897。结合薄膜复合设计,使用熟知技术(例如浸涂、浇铸本发明聚合物的溶液等)在载体上形成本发明聚合物的“薄膜”且进行相分离(例如通过骤冷、冷却等)以形成所需孔隙率。所述聚合物可以另外包括用于交联反应的一或多种固化剂或共反应物、固化催化剂、固化加速剂或促进剂、其混合物等。所得膜可以进一步经历辐射、光固化、加热、化学反应或其某一组合以促进交联。借助于更特定实例,复合膜可以包括非编织背衬网状物(例如,PET或聚丙烯纱布)的底层(背侧)、具有约25μm到125μm的典型厚度的多孔载体的中间层以及包含厚度典型地小于约1微米(例如0.01微米到1微米,但更通常约0.01μm到0.1μm)的薄膜聚合物层的顶层(前侧)。多孔载体通常是孔径尺寸足以允许渗透物基本上不受限制通过,但并未大到足以干扰其上所形成的薄膜聚合物层桥接的聚合材料。举例来说,载体的孔径优选地在约0.001μm到0.5μm的范围内。多孔载体的非限制性实例包括由以下所组成的那些载体:聚醚醚酮、聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺、聚酰胺、聚醚酰亚胺、聚丙烯腈、交联聚丙烯腈、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚乙烯、聚丙烯和例如聚偏二氟乙烯等各种卤代聚合物。对于大多数应用来说,多孔载体提供强度,但由于其相对较高的孔隙度而几乎无流体流动阻力。
应理解,本文提供的通式和反应途径并非旨在代表存在的每种可能的区域异构体和区域异构体的组合。同样,通式和反应途径并不展示可能存在的手性中心和非对映异构体的组合。尽管如此,本领域的技术人员将理解这些物种形成本发明的部分。《四面体快报(Tetrahedron Letters)》,45,第5601-5604页(2004)是提供对Troger碱中存在的各种异构形式的讨论和说明的文献的代表。
本发明包括具有固有微孔性的共聚物和由其制成的膜。在一个实施例中,本发明包括一种聚合物,所述聚合物包括亚单元(并且更优选重复单元),所述亚单元包括由式I表示的Troger碱部分:
式I:
其中L包含亚芳基,例如与Troger碱部分稠合的环(例如,亚苯基)或与Troger碱部分稠合的多环部分(例如,2到4个环)(例如,亚联苯基、萘和螺二茚满),其中所述亚芳基包括选自以下的至少一个取代基:i)交联键;和ii)选自以下中的至少一个的官能团:羟基、膦酸、羧酸和磺酸以及其对应盐或酯;炔基(具有1到6个碳原子);炔基醚(具有1到6个碳原子,例如炔丙基醚)、氰酸酯、环氧化物和缩水甘油醚或酯。
优选聚合物(和共聚物)的代表性实例包括具有如下式表示的重复单元以及其区域异构体的那些聚合物:
其中:X和Y以及X'和Y'独立地选自:交联键(优选地共价键)、羟基、膦酸、羧酸和磺酸以及其对应盐或酯;炔基(具有1到6个碳原子)、炔基醚(具有1到6个碳原子,例如炔丙基醚)、氰酸酯、环氧化物、缩水甘油醚或酯;以及氢,其条件是X、Y、X'和Y'中不超过三个是氢。
R1、R2、R3和R4独立地选自包含1到6个碳原子的烷基,并且R1和R2可以共同地形成酮基或9,9'-芴基,并且R3和R4可以共同地形成酮基或9,9'-芴基。在优选实施例中,聚合物是可共价交联的或共价交联的(例如,X、X'、Y和Y'中的至少一个可以反应形成共价交联键、共价交联键、活化用于亲核取代的亚芳基环的官能团(例如,使芳环朝着亲核取代和交联(例如通过双重氮盐)活化的羟基)或有利于与氮烯和/或自由基中间物反应的官能团(例如提供与来自双叠氮化物或双磺酰叠氮化物的氮烯中间物反应的C-H的异丙基。
下文展示重复单元的代表性物种。
本发明共聚物可以使用已知的起始材料和技术制备。下文提供若干代表性的反应途径,其中缩写TFA用于三氟乙酸。
反应途径I:
反应途径II:
反应途径III:
反应途径IV:
反应途径V:
反应途径VI:
反应途径VII:
本发明聚合物可以包括另外的重复单元或分支或两者,即通过共聚形成;然而,本发明聚合物优选包含至少50摩尔%、75摩尔%和更优选至少90摩尔%的由式I表示的重复单元(例如50-100摩尔%、75-100摩尔%和90-100摩尔%的本发明单体)。
共聚物合成的多种变化可用于聚合物的物理和机械性质的修改。这变化包括所采用共聚单体的结构变化和所采用共聚单体的化学计量比的变化。所采用共聚单体的结构变化的实例包括一或多个取代基到“L”部分的加成和共聚单体的变化。所采用共聚单体的化学计量比的变化包括:所用共聚单体的当量比的变化(可以显著地改变分子量和/或交联密度和/或存在的亲水性官能团)、包括另外的共聚单体。成品热塑性聚合物的官能化(例如引入O-羧甲基或O-烷基磺酸取代基)使膜分离应用得到很好的延伸。高亲水性和表面电荷对于气体分离的更高选择性或者液体分离中的水通量和溶质排斥是优选的。下文提供代表性反应途径,其中分别展示共聚物中存在的两个单独的结构单元。
反应途径VIII:
用于交联聚合物的许多传统技术适用于交联本发明聚合物,例如酰胺形成可能适用于含有羧酸基的共聚物的交联。酰胺的形成通常需要用偶联剂活化羧酸部分。所述活化将羧酸的羟基转化为合适的离去基,由此避免与胺反应物形成羧酸盐。活化的中间物与胺的反应是偶联反应且所用活化剂是偶联剂,参见Han、S.-Y.;Kim、Y.-A;《四面体(Tetrahedron)》60,2447(2004)。取决于所用特定化学方法,反应酰化剂可以在单独的反应中形成且接着与胺反应或其可以通过向羧酸和胺反应物的混合物加入活化剂而在原位形成。还可以使用增强偶联剂反应性的例如N-羟基丁二酰亚胺和1-羟基苯并三唑等添加剂。特定实例是与羧酸形成活性酯的添加剂,例如O-酰基异脲或苯并三唑活性酯。偶联剂可以通过羧酸酯反应成酰肼,所述酰肼接着进一步与亚硝酸或亚硝酸烷基酯反应以获得用于与胺反应物反应的叠氮化物来制备。作为单个高产量步骤,联苯基磷酰基叠氮化物可以在碱存在下进行偶联,参见,T.;Ninomiya,K.;Yamada,S.;《美国化学会志(J.Am.Chem.Soc.)》,94,6203(1972)。羧酸硫代膦酸酯与叠氮化物的反应提供亚氨基正膦,其重排成酰胺鏻盐,其水解成酰胺,参见Nilsson,B.L.;Hondal,R.J.;Soellner,M.B.;Raines,R.T.;《美国化学会志(J.Am.Chem.Soc.)》,125,5268(2003)。举例来说,通过特戊酰氯与羧酸基反应产生的混合酸酐接着与胺反应物反应以产生酰胺。氯甲酸乙酯或氯甲酸异丁酯还用于混合碳酸酐的合成。羧酸与氯甲酸酯的单独反应之后通常是所得混合碳酸酐与胺化合物的反应。混合的乙基碳酸酐可以通过作为单步直接偶联的羧酸与1-乙氧羰基-2-乙氧基-1,2-二氢喹啉在氨基组分存在下的反应合成,参见Belleau,B.;Malek,G.;美国化学会志(J.Am.Chem.Soc.)》,90(1968)。羧酸可以在碳化二亚胺化合物存在下通过伯胺化合物交联以制备同时含有纳米孔隙率的低聚物或聚合物。在反应中,一或多个羧酸基与含有一或多个伯胺的化合物(可以使用单胺、二元胺及/或多元胺)和一或多个碳化二亚胺交联剂反应。为在水性介质中交联,采用水可溶的碳化二亚胺,例如1-乙基-3-(-3-二甲基氨基丙基)碳化二亚胺盐酸盐。为在非水介质中交联,采用有机溶剂可溶的碳化二亚胺,例如N',N'-二环己基碳化二亚胺。在交联化学过程中,碳化二亚胺与羧酸基反应以形成容易通过亲核攻击从反应混合物中的伯胺基排出的活性O-酰基异脲中间物。与伯胺的反应产生与原始羧基形成的酰胺键,伴随碳化二亚胺副产物作为尿素衍生物释放。1-乙基-3-(-3-二甲基氨基丙基)碳化二亚胺盐酸盐交联在酸性(pH4.5)条件下最有效且必须在不含外来羧基和胺的缓冲液中进行。4-吗啉基乙磺酸缓冲液是合适碳化二亚胺反应的缓冲液。磷酸盐缓冲液和中性pH(高达7.2))条件与反应化学过程相容,但具有较低效率。
其中至少一个共聚单体含有可热固部分的可共聚混合物的B阶或预聚合可以通过使用较低温度及/或较短固化时间及/或降低催化剂浓度来实现。由此形成的B阶(预聚合)共聚物的固化可接着在稍后的时间或通过增加温度及/或固化时间在B阶(预聚合)之后立即实现。
本发明的一个优选类别包括Troger碱聚合物,其包括被氰酸酯基团取代的“L”部分。含氰酸酯的Troger碱的代表性物种由式XV表示。
式XV:
这类“聚氰酸酯”可以通过使一或多种具有化学计量量或轻微化学计量过量(高达约20%过量)的卤化氰/酚羟基的含酚羟基的Troger碱聚合物在化学计量量或轻微化学计量过量(高达约20%过量)的碱性化合物/酚羟基存在下和合适溶剂存在下反应来制备。约-40℃到约60℃的反应温度是可操作的,优选-15℃到10℃的反应温度,并且最优选-10℃到0℃的反应温度。反应时间可以大体上例如根据所采用的反应物、反应温度、所用溶剂、反应规模等而变化,但通常在15分钟与4小时之间,优选30分钟到90分钟的反应时间。合适的卤化物氰包括氯化氰和溴化氰。或者,Martin和Bauer在由约翰威立公司发布的《有机合成(Organic Synthesis)》第61卷,第35-68页(1983)中描述的方法可以用来由氰化钠和例如氯或溴等卤素原位产生需要卤化氰。合适碱化合物包括无机碱和叔胺,例如氢氧化钠、氢氧化钾、三甲胺、三乙胺及其混合物等。最优选的碱是三乙胺。用于氰化反应的合适溶剂包括水、脂族酮、氯代烃、脂族和脂环族醚和二醚、芳族烃、其混合物等。四氢呋喃、丙酮、甲基乙基酮、二氯甲烷或氯仿特别适合作为溶剂。
这类聚氰酸酯可以通过在约50℃至约400℃(优选100℃至250℃)下加热(任选在合适的催化剂存在下)而交联(“固化”或“热固化”)。合适的催化剂包括例如酸、碱、盐、氮和磷化合物,例如路易斯酸,如AlCl3、BF3、FeCl3、TiCl4、ZnCl2、SnCl4;质子酸,如HCl、H3PO4;芳族羟基化合物,如苯酚、对硝基苯酚、邻苯二酚、二羟基萘;氢氧化钠;甲醇钠;苯酚钠;三甲胺;三乙胺;三丁胺;二氮杂双环[2.2.2]辛烷;喹啉;异喹啉;四氢异喹啉;四乙基氯化铵;吡啶-N-氧化物;三丁基膦;辛酸锌;辛酸锡;环烷酸钴;辛酸钴;乙酰丙酮酸钴等。同样适合作为催化剂的是金属螯合物,例如过渡金属和双齿或三齿配位体的螯合物,特定来说铁、钴、锌、铜、锰、锆、钛、钒、铝和镁的螯合物。这些和其它可操作催化剂在以全文引用的方式并入本文中的US3694410和US4094852中公开。最优选的催化剂是环烷酸钴、辛酸钴和乙酰丙酮钴。所用催化剂的量(如果有的话)取决于特定催化剂的结构、固化的聚氰酸酯的结构、固化温度、固化时间等。一般来说,优选约0.001重量百分比到约2重量百分比的催化剂浓度。除非参与固化过程的聚氰酸酯中存在其它官能团,否则由聚氰酸酯制备的固化(热固性)产物具有氰酸酯基团均聚结构(聚三嗪环)。
本发明的实施例的另一优选类别包括Troger碱聚合物,其包括被缩水甘油醚(或缩水甘油酯)基团取代的“L”部分。含缩水甘油醚的Troger碱的代表性物种由式XVI表示。
式XVI:
缩水甘油醚可以通过使含有一或多个酚羟基的Troger碱聚合物与表卤代醇特别是在存在合适碱性作用物质、存在或不存在催化剂并且存在或不存在溶剂的情况下反应来制备。对应缩水甘油酯也可以通过使含有一或多个羧酸基团的Troger碱聚合物与表卤代醇特别是在存在合适碱性作用物质、存在或不存在催化剂并存在或不存在溶剂的情况下反应来制备。对于各种实施例,反应优选在约5℃至约75℃的温度下进行,更优选在约10℃至约60℃的温度下进行,并且最优选在约20℃至约55℃的温度下进行。所述反应还优选在约30mmHg真空至约690KPa的压力下,更优选在约30mmHg真空至约345KPa的压力下,并且最优选在约60mmHg真空至约101KPa(约1个大气压)的压力下进行。反应可在足以完成反应的时间进行,优选约5分钟至约3小时,更优选约10分钟至约2小时,最优选约15分钟至约1小时。对于各种实施例,反应还使用约1.1:1至100:1,优选约2:1至约50:1,并且最优选约5:1至约30:1摩尔的表卤代醇/酚羟基。除非催化剂是以化学计量或更大量使用的碱金属或碱土金属氢氧化物,否则所述初始反应产生卤代醇中间物,其接着与碱性作用物质反应以将邻位卤代醇基转化为环氧基。所得产物是缩水甘油醚化合物。有关缩水甘油醚制备的细节在以下中给出:美国专利第5,736,620号;Lee和Neville的《环氧树脂手册(Handbook of EpoxyResins)》,麦格劳·希尔公司(McGraw-Hill)(1967);和《应用聚合物科学杂志(Journal ofApplied Polymer Science)》,第23卷,第1355-1372页(1972);以及美国专利第4,623,701号。
对于各种实施例,可以采用的合适表卤代醇包括例如表氯醇、表溴醇、表碘醇、甲基表氯醇、甲基表溴醇、甲基表碘醇和其组合。最优选的表卤代醇是表氯醇。采用合适的碱性作用物质来制备缩水甘油醚,包括例如碱金属或碱土金属氢氧化物、碳酸盐和碳酸氢盐以及其组合。特别合适的化合物包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钙、氢氧化钡、氢氧化镁、氢氧化锰、碳酸钠、碳酸钾、碳酸锂、碳酸钙、碳酸钡、碳酸镁、碳酸锰、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸氢镁、碳酸氢锂、碳酸氢钙、碳酸氢钡、碳酸氢锰和其组合。最优选的是氢氧化钠或氢氧化钾。
可以任选用于制备缩水甘油醚的催化剂包括例如卤化铵或卤化鏻,例如苄基三甲基氯化铵、苄基三甲基溴化铵、四丁基氯化铵、四丁基溴化铵、四辛基氯化铵、四丁基溴化铵、四甲基氯化铵、四甲基溴化铵、四丁基氯化鏻、四丁基溴化鏻、四丁基碘化鏻、乙基三苯基氯化鏻、乙基三苯基溴化鏻、乙基三苯基碘化鏻和其组合。
可以任选用于制备缩水甘油醚的合适溶剂包括脂族和芳族烃、脂族仲醇、卤代脂族烃、脂族醚、脂族腈、环醚、酮、酰胺、亚砜和其组合。特别合适的溶剂包括戊烷、己烷、辛烷、甲苯、二甲苯、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、N,N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜、二乙醚、四氢呋喃、1,4-二恶烷、二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷、甲基氯仿、乙二醇二甲醚、N,N-二甲基乙酰胺、乙腈、异丙醇、异丁醇、丙二醇单甲醚和其组合。可以使用常规手段,例如真空蒸馏,在反应完成时去除溶剂。制备缩水甘油醚的一种可能方法是在不存在溶剂的情况下进行的,其中在反应中使用的表卤代醇(例如表氯醇)以一定量用作溶剂和反应物。
缩水甘油醚的回收和纯化可以使用各种方法进行。例如,可以使用重力过滤、真空过滤、离心分离、水洗或萃取、溶剂萃取、倾析、柱层析、真空蒸馏、降膜蒸馏、静电聚结和其他处理方法等。真空蒸馏是用于去除和回收较轻沸点级分的最优选的方法,所述级分例如未使用的表卤代醇,其接着可以再循环。
Troger碱聚合物合成中的许多变化对于产生具有改进的物理和机械性能的新颖聚合物是有用的。特别有用的变化涉及用非官能化单体部分置换含有例如-OH、-COOH或-SO3H等极性官能团的单体。在反应途径IX中给出了一个代表性实例,其中一部分-OH官能单体(2,4-二氨基苯酚)被非官能单体(例如1,3-苯二胺)置换,其中分别展示共聚物中存在的两个单独的结构单元。这个合成方案可以用于产生具有较少量-OH的Troger碱聚合物,其转化为缩水甘油醚或氰酸酯基团并热固化以产生较低交联密度的聚合物。另外,并入非官能化单体可有利地修改所得Troger碱聚合物的溶解性和可加工性。
反应途径IX:
反应途径X中给出了另一个代表性实例,其中一部分-SO3H官能单体(2,5-二氨基苯磺酸)被非官能单体(1,3-苯二胺)置换,其中分别展示共聚物中存在的两个单独的结构单元。仅由2,5-二氨基苯磺酸制成的Troger碱聚合物部分可溶于水,因此在水性介质使用的膜或薄层复合材料中的效用有限(除非其部分交联)。用2,4-二氨基苯磺酸制成的Troger碱聚合物更易溶于水,因此用非官能单体置换对于降低水溶性是特别有利的。这个合成方案可以用于产生具有较少量-SO3H的Troger碱聚合物,因此降低了在水性介质中的溶解度。
反应途径X:
另一种特别有用的变化涉及用含有不同官能团的单体部分置换含例如-OH、-COOH或-SO3H的官能团的单体。在反应途径XI中给出了代表性实例,其中例如3,5-二氨基苯甲酸的-COOH官能单体和例如2,4-二氨基苯酚的-OH官能单体被共聚并且其中分别展示共聚物中存在的两个单独的结构单元。仅由3,5-二氨基苯甲酸制成的Troger碱聚合物具有低有机溶剂溶解度,而用2,4-二氨基苯酚制造的Troger碱聚合物具有相对高得多的有机溶剂溶解度。因此,这个合成方案可以用于产生具有-COOH官能性但有机溶剂溶解度改进的Troger碱聚合物。改进的溶解度可能有助于制备膜和薄膜复合材料。
反应途径XI:
另一个特别有用的变化涉及使用多官能伯氨基芳族共聚单体在合成Troger碱共聚物期间提供一定程度的支化。这是通过用一或多种多官能氨基芳族单体部分置换含有例如-OH、-COOH或-SO3H的官能团并任选含有非官能化二氨基单体的二氨基单体来实现的。最优选的共聚单体是四官能氨基芳族化合物。一个代表性的实例是用四氨基官能芳族单体四(4-氨基苯基)甲烷置换20%的-NH2和-OH官能单体2,4-二氨基苯酚。其它代表性的多官能氨基芳族共聚单体包括4,4',5,5-四氨基-1,1'-联萘、2,2',7,7'-四氨基-9,9'-螺二芴、1,4,5,8-四氨基-9,10-蒽二酮和以下:
4,4',5,5'-四氨基-1,1'-联萘的合成在《化学和工程数据杂志(Journal ofChemical and Engineering Data)》,第18卷,第1期,第105-108页(1973)中给出。在反应途径XII到反应途径XV中分别展示共聚物中存在的两个单独的结构单元。
反应途径XII:
反应途径XIII:
反应途径XIV:
反应途径XV:
另一个特别有用的变化涉及使用三官能伯氨基芳族共聚单体在合成Troger碱聚合物期间提供一定程度的支化。这是通过用一或多种三官能氨基芳族单体部分置换含有例如-OH、-COOH或-SO3H的官能团并任选含有非官能化二氨基单体的二氨基单体来实现的。因此,这个合成方案可以用于产生具有极性基官能性和由分支化引起的链缠结的Troger碱聚合物。这可以产生在有机溶剂中改进的溶解性和改进的用于制造膜和薄膜复合材料的可加工性。在反应途径XVI中分别展示共聚物中存在的两个单独的结构单元。
反应途径XVI:
通过二胺(或多胺)与存在于聚合物中的磺酸基团反应来产生离子交联的Troger碱聚合物。使用少于化学计量的二胺提供离子交联,同时仍维持游离磺酸基团。
反应途径XVI:
共价交联的Troger碱聚合物通过部分或完全离子交联的Troger碱聚合物在形成磺酰胺基团的条件下反应而产生。使用具有部分离子交联的Troger碱聚合物使对应Troger碱聚合物具有共价磺酰胺交联,同时仍维持游离磺酸基团。
反应途径XVII:
当极性官能团是酚羟基时,未取代的邻位和对位被活化以进行芳族亲核取代,特别是与芳族重氮盐反应形成重氮取代的聚合物。因此,共价交联的Troger碱聚合物的另一途径涉及通过聚合物链与双重氮盐的反应形成双重氮键。当重氮反应物含有两个或两个以上邻近可以交联的聚合物链的重氮基团时,对于不引入可水解官能团很重要的应用来说,这是一种优选的交联方法。将例如间苯二胺、对苯二胺、4,4'-二氨基联苯或二氨基螺二茚满二醇的异构混合物等芳基二胺与羟基取代的Troger碱聚合物或共聚物(例如薄膜)混合,接着用在5℃和25℃之间的亚硝酸(亚硝酸钠和盐酸的溶液)处理来制备双重氮盐。通过加入碱水溶液将pH调节到9以上来催化共价偶氮偶联反应,导致聚合物链的共价交联。反应途径XVIII给出了一个代表性实例。
反应途径XVIII:
叠氮化物-炔烃环加成化学过程(点击化学(Click Chemistry),Huisgen 1,3-偶极环加成)可用于产生共价交联的Troger碱聚合物。在一个实例中,Troger碱聚合物的酚羟基部分或完全转化为对应炔丙基醚。酚羟基部分转化为炔丙基醚基团对于控制交联密度和所得膜性质(例如可以通过游离羟基的存在而增强的选择性)是特别理想的。接着例如使用《应用化学国际版(Angewandte Chemie International Edition)》第41卷,第2596-2599页(2002)中的给出条件与二叠氮化物反应。交联产生含有1,2,3-三唑杂环的结构。对于热反应,预期会形成1,2,3-三唑的1,4-取代和1,5-取代的区域异构体。
反应途径XIX:
叠氮化物-炔烃环加成的铜催化形式是已知的,甚至可以在含水介质中和室温下进行。这些反应特别产生1,4-二取代的区域异构体。合成方法的代表性实例包括:《美国化学会志(J.Am.Chem.Soc.)》,第127卷,第210-216页(2005);Synlett,第3163-3166页(2009);Synlett,第24卷,第843-846页(2013);《有机化学期刊(J.Org.Chem.)》,第77卷,第4117-4122页(2012);《有机化学期刊(J.Org.Chem.)》,第76卷,第2367-2373页(2011);《有机化学期刊(J.Org.Chem.)》,第76卷,第6832-6836页(2011);《有机化学通讯(Org.Lett.)》,第13卷,第1102-1105页(2011);以及《有机化学通讯(Org.Lett.)》,第13卷,第620-623页(2011)。叠氮化物-炔烃环加成的钌催化形式特别提供1,5-二取代的区域异构1,2,3-三唑,参见《美国化学会志(J.Am.Chem.Soc.)》,第130卷,第8923-8930页(2008)。
含有双吖丙啶部分的交联剂可用于产生共价交联的Troger碱PIM。一种或多种含有双吖丙啶的物质和一种或多种Troger碱PIM组合。当光反应性双吖丙啶通过吸收光(例如在360nm下)变成高活性碳烯时,可以引起共价交联。特别优选的是双(双吖丙啶)。在美国专利第3,514,447号中描述了一类所述双(双吖丙啶),所述美国专利以引用方式并入本文中。在一个实例中,Troger碱聚合物的酚羟基部分或全部转化成对应的含双吖丙啶结构。酚羟基部分转化为双吖丙啶基团对于控制交联密度和所得膜性质(例如可以通过游离羟基的存在而增强的选择性)是特别理想的。这类双吖丙啶官能化Troger碱聚合物的代表性实例包括:
式XX:
在另一实例中,已经部分或完全反应以含有双吖丙啶基团的Troger碱聚合物与一种或多种另外的Troger碱聚合物混合以形成可交联的混合物。二嗪可以使用以下中给出的方法制备:《美国化学会志(Journal of the American Chemical Society)》,第87卷,第12期,第2665-2671页(1965年6月20日);《有机化学期刊(Journal of Organic Chemistry)》,第35卷,第8期,第2465-2471页(1970年8月);《药物化学期刊(Journal of MedicinalChemistry)》,第15卷,第5期,第514-518页(1972)。
Troger碱聚合物优选包括链终止基团,其可以任选地包括一或多个适于进一步反应以提供通过聚合物端基的共价交联或链延伸的官能团。选择性链终止基团的使用可以提供具有改进的溶解度、稳定性、反应性和/或可加工性的Troger碱聚合物。某些链终止基团(例如苯基)的并入可以去除可能干扰各种可热固基团的并入和/或反应的非所需端基。异丙基苯基链终止基团的并入可以提供次甲基基团,其增强与双(叠氮化物)和双(磺酰叠氮化物)的反应性。羟基苯基(或羧基苯基)链终止基团的并入可以提供羟基(或羧酸)基团以转化成可热固的氰酸酯或缩水甘油醚(或缩水甘油酯基团)。优选的链终止基团由式XXI表示。
式XXI:
其中A、D和E独立地选自:氢、羟基、羧酸、氰酸酯、环氧化物、缩水甘油醚、缩水甘油酯或包括1至8个碳原子的烃基(例如烷基、烯基、炔基和苄基),且其可以任选地包括醚键(例如烷基醚、烯基醚和炔基醚、苄基醚)并且可以是未取代的或被酮或环氧基取代。代表性基团包括:
用于制备具有这类链终止基团的聚合物的代表性反应途径包括:
下文提供的反应路径中展示通过表氯醇与具有链终止基团的羟基官能性Troger碱聚合物的反应来制备的代表性可热固Troger碱聚合物。
这类环氧化Troger碱聚合物随后可以使用常规技术(例如加入如聚亚烷基多胺(二亚乙基三胺)等固化剂)自固化或固化。使用二亚乙基三胺作为固化剂制备的代表性固化(交联)聚合物包括下文提供的结构。
下文提供了使用羟基官能性Troger碱聚合物作为固化剂的代表性固化(交联)结构。
单胺共反应物可用于合成Troger碱PIM以产生链终止结构。反应途径XXII中展示了一个代表性实例,其中使用4-氨基苯基炔丙基醚提供了末端炔丙基部分,其可以与二叠氮化物反应以提供1,2,3-三唑的1,4-取代和1,5-取代的区域异构体作为交联结构。交联在Troger碱聚合物终止处的这种选择性放置可以通过使主链重复单元不含交联结构而增强纳米孔隙度和性能,并且改进形成膜的可加工性。
反应途径XXII:
在Troger碱聚合物终止处选择性放置交联结构的其它代表性实例中,使用1-(4-氨基苯基)丙酮或4-氨基二苯甲酮作为单胺共反应物(分别为反应途径XXIII和XXIV)。这提供了末端酮部分,其可以反应以产生对应双吖丙啶。当光反应性双吖丙啶通过吸收光变成高活性碳烯时,可以引发共价交联。
反应途径XXIII:
反应途径XXIV:
当极性官能团是1,3-酚羟基双取代的时,2位被高度活化以进行芳族亲核取代。作为在Troger碱聚合物终止处选择性放置1,3-酚羟基二取代结构的代表性实例,将1,3-二羟基-4-氨基苯、1,3-二羟基-5-氨基苯或3',5'-二羟基-4-氨基联苯用作单胺共反应物。所得的部分或全部1,3-酚羟基二取代的Troger碱聚合物接着可以通过形成双重氮键而共价交联,所述双重氮键通过末端1,3-酚羟基二取代部分的2-位与双重氮盐反应而形成。对于不引入可水解官能团并主要通过Troger碱聚合物链的末端位置进行共价交联的应用而言,这是一种优选的交联方法。将例如间苯二胺、对苯二胺、4,4'-二氨基联苯或二氨基螺二茚满二醇的异构混合物等芳基二胺与1,3-酚羟基二取代的Troger碱聚合物(例如薄膜)混合,接着用在5℃和25℃之间的亚硝酸(亚硝酸钠和盐酸的溶液)处理来制备双重氮盐。通过加入碱水溶液将pH调节到9以上来催化共价偶氮偶联反应,导致聚合物链的共价交联。反应途径XXV给出了一个代表性实例:
反应途径XXV
使用伯二氨基螺二茚满单体,例如式XXVI中所展示的二氨基螺二茚满二醇的异构体混合物,制备了一类理想的Troger碱聚合物。二氨基螺二茚满单体可以是使用的唯一二胺反应物或可以与一种或多种其它含有主要二胺或多胺的反应物一起使用。
式XXVI:
螺二茚满单体可以使用以下描述的方法制备:Chen,W-F.;Lin,H-Y.;Dai,S.A.;《有机化学通讯(Organic Letters)》,6,14,2341-2343(2004);Faler,G.R.;Lynch,J.C.;美国专利第4,701,566号(1987年10月20日);Ito,M.;Iimuro,S.;美国专利第5,339,783号(1995年3月21日);Curtis,R.F.;Lewis,K.O.;《美国化学会志(J.Am.Chem.Soc.)》,418-421(1962);Baker,W.;《美国化学会志(J.Am.Chem.Soc.)》,1678-1681(1934);Fisher,C.H.;Furlong,R.W.;Grant,M.;《美国化学会志(Journal of the American ChemicalSociety)》58,820-822(1936);Baker,W.;Besly,D.M;《美国化学会志(J.Am.Chem.Soc.)》,1421-1424(1939);Baker,W.;Besly,D.M.;《美国化学会志(J.Am.Chem.Soc.)》,347-353(1938),Ma,X;Swaidan,Y.B.;Zhu,Y.;Litwiller,E.;Jouiad,I.P.;Han,Y.;《大分子(Macromolecules)》,45,3841-3849(2012);Li,S.;Jo,H.J.;Han,S.H.;Park,C.H.;Kim,S.;Budd,P.M.;Lee,Y.M.;《膜科学杂志(Journal of Membrane Science)》,434,137-147(2013)。
季铵基团可以通过Troger碱聚合物主链的双环二胺结构内的叔胺基与烷基卤化物(Menshutkin反应)、硫酸二烷基酯、烷基芳基磺酸盐或磷酸三烷基酯反应而形成在Troger碱聚合物重复单元的一部分或全部中。特别优选的是碘甲烷、硫酸二甲酯、硫酸二乙酯、甲苯磺酸甲酯或磷酸三甲酯。优选的是Troger碱聚合物中对所用反应物和溶剂(如果有的话)呈惰性的官能团。用于季铵化反应的溶剂包括非质子溶剂,如二甲亚砜以及乙腈。过量的烷基卤化物、硫酸二烷基酯或磷酸三烷基酯可用作反应物和溶剂或共溶剂。在以下中给出了用于季铵化反应的方法:《美国化学会志(J.Am.Chem.Soc.)》,113,2873-2879(1991);《有机化学期刊(J.Org.Chem.)》,72,9663-68(2007);《美国化学会志(J.Am.Chem.Soc.)》,Perkin Trans.2,325-329(1979);Dyes and Pigments 15,83-88(1991)。Troger碱聚合物的季铵化可以有利地改进水溶性,从而提供水溶液,可以由所述水溶液制备膜并且接着进行交联。
实例
以下实例说明用于制备本发明的各种实施例的代表性合成途径。通过以下证实每一聚合物的特性:
傅立叶变换红外线(Fourier transform infrared;FTIR)分光光度分析、热解重量分析(thermogravimetric analysis;TGA)和差示扫描量热法(differential scanningcalorimetry;DSC)分析。
实例1:反应途径II中所表示的3,5-二氨基苯甲酸二盐酸盐与二甲氧基甲烷在三氟乙酸中的缩合。
反应化学计量:1)3,5-二氨基苯甲酸二盐酸盐,99%,使用1.50克(6.665毫摩尔)。2)二甲氧基甲烷,在COA上的实际GC纯度99.9%,使用2.03克(26.658毫摩尔)。3)三氟乙酸(TFA),99%,在COA上的实际GC纯度是99.8%,使用20毫升。
将3,5-二氨基苯甲酸二盐酸盐在干燥的氮气下称入含有磁力搅拌棒的2盎司玻璃瓶中,并加入TFA。将瓶密封并磁力搅拌以得到浅琥珀色溶液,然后加入二甲氧基甲烷,将瓶重新密封并继续搅拌直至开始形成亮黄色浆液。67.5小时后,将浆液连同200毫升去离子水一起转移到500毫升玻璃烧杯中,继续搅拌,并用稀释的5重量%氢氧化钠溶液将pH从1调节到9。在pH 7时,亮橙色粉末变成溶液,只有轻微的浑浊。当达到pH9时,仍然保持为溶液。接着将pH调节到3,并通过重力过滤在纸上回收所得橙色粉末。用去离子水洗涤滤纸上的固体并使其风干过夜。将所得亮橙色固体与甲醇(20毫升)和丙酮(20毫升)一起加入到2盎司玻璃瓶中并磁力搅拌过夜。通过重力过滤在纸上回收产物并用甲醇(50体积%)和丙酮(50体积%)溶液洗涤以覆盖。风干过夜后回收中等橙色粉末(1.23克)。
将TA Instruments Q500用于TGA。将用于分析的样品(15.014毫克)称入铂锅中。在60立方厘米/分钟氮气流下通过将样品加热到150℃且保持60分钟、随后冷却到25℃、接着以每分钟10℃的速率加热到500℃来进行分析。在150℃下预热60分钟后,转变温度(Td)的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是216.04℃、254.26℃(较小阶跃,4.201重量%损失)和6.81%。注意,第二明显阶跃使Td的起始达到322.84℃。
将TA Instruments Q100用于DSC分析。将用于分析的样品(6.4毫克)称入铝密封盘并松散地覆盖(未卷曲)。在以35立方厘米/分钟流动的氮气流下使用每分钟7℃的速率从0°℃加热到175°℃以完成分析。在第一次分析完成后,立即使用上述条件对样品进行第二次分析,未检测到事件。
FTIR分光光度分析使用产物的纯KBr颗粒完成。-COOH的O-H伸缩特征明显,如在2961cm-1和2927cm-1下具有两个最小值的浅宽广吸收和在2566cm-1下的第二浅宽广吸收。芳基-COOH的强羰基吸收特性在1702cm-1下明显,并且跟随有1679cm-1处的肩峰。芳环吸收出现在1604cm-1、1584cm-1(肩峰)和1468cm-1处。苯环上单个-H的隔离的平面外C-H弯曲在875cm-1处明显。在1258cm-1处的吸收率和在1189cm-1处的吸收率分别处于芳族和脂族C-N伸缩振动的正确范围内。
实例2:反应途径I中所表示的3,5-二氨基苯甲酸二盐酸盐与多聚甲醛在三氟乙酸中的缩合。
反应化学计量:1)3,5-二氨基苯甲酸二盐酸盐,99%,使用1.50克(6.665毫摩尔)。2)多聚甲醛,≥88%,使用0.80克(26.658毫摩尔)。3)三氟乙酸(TFA),在COA上的实际GC纯度是99.8%,使用20毫升。
将3,5-二氨基苯甲酸二盐酸盐和多聚甲醛在干燥氮气下与磁力搅拌棒一起称入2盎司玻璃瓶中,并在磁力搅拌下加入TFA。将瓶密封并磁力搅拌,得到黄色浆液。67小时后,将浆液连同200毫升去离子水一起转移到500毫升玻璃烧杯中,继续搅拌,并用稀释的5重量%氢氧化钠溶液将pH从1调节到7。在pH 7时,亮橙色粉末变成溶液,只有轻微的浑浊。接着将pH调节到3,搅拌过夜。所得橙色粉末通过重力过滤在纸上回收。过滤器上的固体用去离子水洗涤以覆盖并使其在滤纸上风干过夜。将亮橙色固体与甲醇(20毫升)和丙酮(20毫升)一起加入到2盎司玻璃瓶中并磁力搅拌过夜。通过重力过滤在纸上回收产物并用甲醇(50体积%)和丙酮(50体积%)溶液洗涤以覆盖。风干过夜后回收中等橙色粉末(1.21克)。使用实例1的方法完成样品(5.2040毫克)的TGA。在150℃下预热60分钟后,Td的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是215.01℃、247.37℃(较小阶跃,7.445重量%损失)和6.80%。注意,第二明显阶跃使Td的起始达到319.93℃。使用实例1的方法完成样品(8.0毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
使用以上给出的方法重复3,5-二氨基苯甲酸二盐酸盐与多聚甲醛在TFA中的缩合反应,规模增加四倍。将用甲醇(80毫升)和丙酮(80毫升)萃取回收的产物产物再用四氢呋喃(80毫升)萃取过夜。通过重力过滤在纸上回收产物并用四氢呋喃洗涤以覆盖。在真空烘箱中于50℃下干燥过夜后,回收中等橙色粉末(4.78克)。
使用实例1的方法完成样品(4.1890毫克)的TGA。在150℃下预热60分钟后,Td的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是215.23℃、248.14℃(较小阶跃,5.794重量%损失)和10.88%。注意,第二明显阶跃使Td的起始达到319.93℃。使用实例1的方法完成样品(11.1毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
完成基质辅助激光解吸/电离质谱(MALDI MS),展现C10H8O2N2重复结构预期有188道尔顿重复单元。加热至550℃的样品的热解吸/热解气相色谱质谱分析释放出大量的二氧化碳,指示羧酸部分的分解。另外观察到的热解产物包括甲基苯胺、二甲基苯胺、二氨基苯、甲基苯二胺、二甲基苯二胺和三甲基苯二胺,可以指示重复单元分解。
实例3:反应途径VI中所表示的2,4-二氨基苯酚二盐酸盐与二甲氧基甲烷在三氟乙酸中的缩合。
反应化学计量:1)2,4-二氨基苯酚二盐酸盐,98%,使用1.50克(7.612毫摩尔)。2)二甲氧基甲烷,在COA上的实际GC纯度99.9%,使用2.32克(30.45毫摩尔)。3)三氟乙酸(TFA),在COA上的实际GC纯度是99.8%,使用20毫升。
将2,4-二氨基苯酚二盐酸盐在干燥的氮气下称入含有磁力搅拌棒的2盎司玻璃瓶中,并加入TFA。将瓶密封并磁力搅拌以得到灰色溶液,然后加入二甲氧基甲烷,将瓶重新密封并继续搅拌直至形成浑浊深琥珀色浆液。67.5小时后,将浑浊溶液连同200毫升去离子水一起转移到500毫升玻璃烧杯中,继续搅拌,并用稀释的5重量%氢氧化钠溶液将pH从1调节到7。在pH 4时,形成白色沉淀。在pH 7时,呈白色浆液。通过重力过滤在纸上回收产物并用去离子水洗涤以覆盖。风干过夜后回收棕色潮湿粉末(3.57克)。使用实例1的方法完成样品(7.3830毫克)的TGA。在150℃预热60分钟后,Td的起始和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是219.01℃和5.85%。使用实例1的方法完成样品(15.1毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
实例4:反应途径V中所表示的2,4-二氨基苯酚二盐酸盐与多聚甲醛在三氟乙酸中的缩合。
反应化学计量:1)2,4-二氨基苯酚二盐酸盐,98%,使用1.50克(7.612毫摩尔)。2)多聚甲醛,≥88%,使用0.91克(30.45毫摩尔)。3)三氟乙酸(TFA),在COA上的实际GC纯度是99.8%,使用20毫升。
将2,4-二氨基苯酚二盐酸盐和多聚甲醛在干燥氮气下与磁力搅拌棒一起称入2盎司玻璃瓶中,并在磁力搅拌下加入TFA。将瓶密封并磁力搅拌,得到灰色浆液。在44.9小时后,将浑浊深琥珀色溶液与200毫升DI水一起转移至500毫升玻璃烧杯中,继续搅拌,并用稀释的5重量%氢氧化钠溶液将pH从1调至7。在pH 4时,形成棕褐色沉淀。在pH 7时,呈棕色浆液。通过重力过滤在纸上回收产物并用去离子水洗涤以覆盖。风干过夜后回收棕色潮湿粉末(1.87克)。
使用实例1的方法完成样品(3.7750毫克)的TGA。在150℃预热60分钟后,Td的起始和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是224.40℃和5.39%。使用实例1的方法完成样品(11.7毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
完成MALDI MS,展现C9H8ON2重复结构预期有160道尔顿重复单元。加热至550℃的样品的热解吸/热解气相色谱质谱分析展现存在热解产物,包括二氨基苯、甲基氨基苯酚和二甲基氨基苯酚,这可能指示含有酚羟基与连接氮的物种。分子量是148、162和176的分解产物可能指示重复单元分解。溶于N,N-二甲基甲酰胺的样品的电喷雾电离质谱(ESI-MS)展示预期的160道尔顿重复单元。串联质谱(MS MS)展示水分损失,展现来自质子化分子离子的酚羟基损失。
实例5:反应途径VII中所示的3,3'-二羟基联苯胺与多聚甲醛在三氟乙酸中的缩合。
反应化学计量:1)3,3'-二羟基联苯胺,>99%,使用1.00克(4.625毫摩尔)。2)多聚甲醛,≥88%,使用0.55克(18.498毫摩尔)。3)三氟乙酸(TFA),99%,在COA上的实际GC纯度是99.8%,使用20毫升。
将3,3'-二羟基联苯胺和多聚甲醛在干燥氮气下与磁力搅拌棒一起称入2盎司玻璃瓶中,并在磁力搅拌下加入TFA。将瓶密封并磁力搅拌,得到浅琥珀色的溶液。在47.4小时后,将浅琥珀色黄色溶液与200毫升DI水一起转移至500毫升玻璃烧杯中,继续搅拌,并用稀释的5重量%氢氧化钠溶液将pH从1调至7。在pH 7时,呈浓稠棕色浆液。通过重力过滤在纸上回收产物并用去离子水洗涤以覆盖。风干过夜后回收中等棕色粉末(1.13克)。使用实例1的方法完成样品(4.5040毫克)的TGA。在150℃预热60分钟后,Td的起始和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是217.80℃和2.95%。使用实例1的方法完成样品(11.5毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
实例6:反应途径VIII所示的2,4-二氨基苯酚二盐酸盐(10%)和1,3-苯二胺与多聚甲醛在三氟乙酸中的缩合。
反应化学计量:1)2,4-二氨基苯酚二盐酸盐,使用0.60克(3.045毫摩尔)。2)1,3-苯二胺,≥99%,使用2.96克(27.403毫摩尔)。3)多聚甲醛,≥88%,使用3.64克(0.1212摩尔)。4)三氟乙酸(TFA),在COA上的实际GC纯度99.8%,使用80毫升。
将2,4-二氨基苯酚二盐酸盐和1,3-苯二胺在干燥氮气下与磁力搅拌棒一起称入4盎司玻璃瓶中,并在磁力搅拌下加入TFA。将瓶密封并磁力搅拌,得到灰色溶液,向其中加入预先称重的多聚甲醛。搅拌5分钟后,形成中等琥珀色溶液。两分钟后,形成凝胶状的中等琥珀色混合物并立即置于机械振荡器上。在22.6小时后,将混合物连同300毫升去离子水一起转移到2升玻璃烧杯中,继续搅拌,随后用稀释的5重量%氢氧化钠溶液将pH从0至1调节到4。通过重力过滤在纸上回收产物并用去离子水洗涤并使其风干过夜。回收所得潮湿粉末(7.55克)并与四氢呋喃(80毫升)和磁力搅拌棒一起加入2盎司玻璃瓶中,密封并搅拌过夜。通过在中等烧结玻璃漏斗上真空过滤回收产物。用四氢呋喃洗涤产物,回收,并与新鲜四氢呋喃(80毫升)一起加回到玻璃瓶中并磁力搅拌过夜。通过在烧结玻璃漏斗上真空过滤回收产物,用四氢呋喃洗涤,并在真空烘箱中在50℃下放置过夜。所得产物是暗红棕色粉末(5.03克)。
使用实例1的方法完成样品(5.0990毫克)的TGA。在150℃下预热60分钟后,Td的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是205.84℃、229.38℃(较小阶跃,10.12重量%损失)和10.59%。注意,第二明显阶跃使Td的起始达到420.58℃。使用实例1的方法完成样品(12.8毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
使用上文给出的方法重复2,4-二氨基苯酚二盐酸盐和1,3-苯二胺与多聚甲醛在TFA中的缩合反应,规模增加两倍,得到9.93克产物。使用实例1的方法完成样品(5.7190毫克)的TGA。在150℃下预热60分钟后,Td的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是202.92℃、226.61℃(较小阶跃,8.336重量%损失)和8.43%。注意,第二明显阶跃使Td的起始达到423.06℃。使用实例1的方法完成样品(10.5毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
实例7:反应途径IX所示的3,5-二氨基苯甲酸二盐酸盐(50%)和1,3-苯二胺与多聚甲醛在三氟乙酸中的缩合。
反应化学计量:1)3,5-二氨基苯甲酸二盐酸盐,99%,使用3.00克(13.329毫摩尔)。2)1,3-苯二胺,≥99%,使用1.44克(13.329毫摩尔)。3)多聚甲醛,≥88%,使用3.20克(0.1066摩尔)。4)三氟乙酸(TFA),在COA上的实际GC纯度99.8%,使用80毫升。
将3,5-二氨基苯甲酸二盐酸盐和1,3-苯二胺在干燥氮气下与磁力搅拌棒一起称入4盎司玻璃瓶中,并在磁力搅拌下加入TFA。将瓶密封并磁力搅拌,得到白色浆液,向其中加入预先称重的多聚甲醛。搅拌2分钟后,形成中等黄色浓稠浆液。十二分钟后,将中等黄色浓稠浆液置于机械振荡器上。在22.6小时后,将橙黄色浆液连同350毫升去离子水一起转移到2升玻璃烧杯中,继续搅拌,然后用稀释的5重量%氢氧化钠溶液将pH从0至1调节到7。在pH7时,橙黄色粉末部分变成溶液。将pH调节回到3。通过重力过滤在纸上回收产物并用去离子水洗涤以覆盖。回收所得潮湿粉末(8.51克)并与四氢呋喃(80毫升)和磁力搅拌棒一起加入2盎司玻璃瓶中,密封并搅拌过夜。通过在中等烧结玻璃漏斗上真空过滤回收产物,用四氢呋喃洗涤,并在真空烘箱中在50℃下放置过夜。所得产物是中等橙色粉末(4.62克)。
使用实例1的方法完成样品(4.1390毫克)的TGA。在150℃下预热60分钟后,Td的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是205.07℃、234.75℃(较小阶跃,3.803重量%损失)和12.16%。注意,第二明显阶跃使Td的起始达到382.97℃。使用实例1的方法完成样品(9.5毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
使用上文给出的方法重复3,5-二氨基苯甲酸二盐酸盐和1,3-苯二胺与多聚甲醛在TFA中的缩合反应,规模增加两倍,在纯化步骤中加入第二次四氢呋喃萃取,并在真空烘箱干燥步骤中将温度升高至100℃,得到9.66克浅橙色粉末产物。使用实例1的方法完成样品(4.7340毫克)的TGA。在150℃下预热60分钟后,Td的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是205.71℃、234.07℃(较小阶跃,5.234重量%损失)和8.43%。注意,第二明显阶跃使Td的起始达到378.68℃。使用实例1的方法完成样品(10.6毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
实例8:反应途径III中所表示的2,5-二氨基苯磺酸与多聚甲醛在三氟乙酸中的缩合。
反应化学计量:1)2,5-二氨基苯磺酸,≥97%,6.00克(31.881毫摩尔)。2)多聚甲醛,≥88%,使用3.83克(0.1275摩尔)。3)三氟乙酸(TFA),99%,在COA上的实际GC纯度是99.8%,使用80毫升。
将2,5-二氨基苯磺酸和多聚甲醛在干燥氮气下与磁力搅拌棒一起称入4盎司玻璃瓶中,并在磁力搅拌下加入TFA。将瓶密封并磁力搅拌,得到红棕色的溶液。在114.75小时后,将溶液连同200毫升去离子水一起转移到2升玻璃烧杯中,继续搅拌,随后用稀释的5重量%氢氧化钠溶液将pH从0至1调节到3。在pH 3时,形成亮黄色粉末于橙色液体中的浆液。通过重力过滤在纸上回收产物。用去离子水洗涤滤纸上的固体并使其风干过夜。回收所得潮湿粉末(16.96克)并与四氢呋喃(80毫升)和磁力搅拌棒一起加入2盎司玻璃瓶中,密封并搅拌过夜。通过在中等烧结玻璃漏斗上真空过滤回收产物。用四氢呋喃洗涤产物,通过真空过滤回收,并与鲜四氢呋喃(50毫升)一起重新混合并搅拌过夜。通过真空过滤回收产物,用四氢呋喃洗涤,并在真空烘箱中在100℃下放置过夜。所得产物是芥末黄色粉末(4.09克)。使用实例1的方法完成样品(4.0130毫克)的TGA。在150℃下预热60分钟后,Td的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是199.19℃、234.67℃(较小阶跃,1.662重量%损失)和7.82%。注意,第二明显阶跃使Td的起始达到376.75℃。使用实例1的方法完成样品(10.7毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
使用上文给出的方法重复2,5-二氨基苯磺酸与多聚甲醛在TFA中的缩合反应,得到4.26克芥黄色粉末产物。使用实例1的方法完成样品(5.0930毫克)的TGA。在150℃下预热60分钟后,Td的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是204.80℃、242.95℃(较小阶跃,4.743重量%损失)和7.67%。注意,第二明显阶跃使Td的起始达到370.77℃。使用实例1的方法完成样品(10.0毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
完成MALDI MS,展现C9H8O3N2S重复结构预期有224道尔顿重复单元。加热至550℃的样品的热解吸/热解气相色谱质谱分析释放出大量的二氧化硫,指示磺酸部分的分解。另外观察到的热解产物包括苯胺、甲基苯胺、二氨基苯、甲基苯二胺和甲基氨基苯甲腈,可以指示重复单元分解。
实例9:反应途径IV所表示的2,4-二氨基苯磺酸与多聚甲醛在三氟乙酸中的缩合。
反应化学计量:1)2,4-二氨基苯磺酸,≥98%,使用6.00克(31.881毫摩尔)。2)多聚甲醛,≥88%,使用3.83克(0.1275摩尔)。3)三氟乙酸(TFA),99%,在COA上的实际GC纯度是99.8%,使用80毫升。
将2,4-二氨基苯磺酸和多聚甲醛在干燥氮气下与磁力搅拌棒一起称入4盎司玻璃瓶中,并在磁力搅拌下加入TFA。将瓶密封并磁力搅拌,得到棕色浆液。在116.7小时后,将溶液连同200升去离子水一起转移到2升玻璃烧杯中,继续搅拌,然后用稀释的5重量%氢氧化钠溶液将pH从0至1调节到3,得到橙色浆液。通过重力过滤在纸上回收产物。使滤纸上的固体风干过夜。回收所得粉末(3.53克)并与四氢呋喃(50毫升)和磁力搅拌棒一起加入2盎司玻璃瓶中,密封并搅拌过夜。通过重力过滤在纸上回收产物,由于与滤纸的强粘附性,大部分产物未被回收。将产物与四氢呋喃(50毫升)重新混合并搅拌过夜。通过在中等烧结玻璃漏斗上真空过滤回收产物,用四氢呋喃洗涤,并在真空烘箱中在100℃下放置过夜。所得产物是浅橙色粉末(3.06克)。使用实例1的方法完成样品(3.7270毫克)的TGA。在150℃预热60分钟后,Td的起始和直到Td时损失的挥发物(重量%)分别是213.08℃和9.42%。使用实例1的方法完成样品(10.7毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
使用上文给出的化学计量重复2,4-二氨基苯磺酸与多聚甲醛在TFA中的缩合反应。在68.95小时后,将溶液连同200升去离子水一起转移到2升玻璃烧杯中,继续搅拌,然后用稀释的5重量%氢氧化钠溶液将pH从0至1调节到3,得到橙色浆液。通过在中等烧结玻璃漏斗上真空过滤回收产物。回收所得粉末(14.68克)并与四氢呋喃(60毫升)和磁力搅拌棒一起加入4盎司玻璃瓶中,密封并搅拌过夜。通过真空过滤回收产物并用四氢呋喃洗涤。将产物与四氢呋喃(60毫升)重新混合并搅拌过夜。通过真空过滤回收产物,用四氢呋喃洗涤,并在真空烘箱中在100℃下放置过夜。所得产物是橙色粉末(7.54克)。使用实例1的方法完成样品(2.9680毫克)的TGA。在150℃预热60分钟后,Td的起始和直到Td时损失的挥发物(重量%)分别是217.46℃和9.73%。使用实例1的方法完成样品(10.4毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
实例10:反应途径XI所示的2,4-二氨基苯酚二盐酸盐(50%)和3,5-二氨基苯甲酸二盐酸盐与多聚甲醛在三氟乙酸中的缩合。
反应化学计量:1)2,4-二氨基苯酚二盐酸盐,使用6.00克(30.448毫摩尔)。2)3,5-二氨基苯甲酸二盐酸盐,99%,使用6.85克(30.448毫摩尔)。3)多聚甲醛,≥88%,使用7.31克(0.2436摩尔)。4)三氟乙酸(TFA),在COA上的实际GC纯度99.8%,使用160毫升。
将2,4-二氨基苯酚二盐酸盐、3,5-二氨基苯甲酸二盐酸盐和多聚甲醛在干燥氮气下与磁力搅拌棒一起称入8盎司玻璃瓶中,并在磁力搅拌下加入TFA。将瓶密封并磁力搅拌,得到深棕色的浑浊溶液。在95.0小时后,将混合物连同350毫升去离子水一起转移到2升玻璃烧杯中,继续搅拌,随后用稀释的5重量%氢氧化钠溶液将pH从0至1调节到4。在调节回到pH 2后,在纸上将细的浅棕色浆液重力过滤并用去离子水洗涤以覆盖并使其风干过夜。回收所得潮湿粉末(20.85克)并与四氢呋喃(80毫升)和磁力搅拌棒一起加入8盎司玻璃瓶中,密封并搅拌过夜。通过在中等烧结玻璃漏斗上真空过滤回收产物。用四氢呋喃洗涤产物,回收,并与新鲜四氢呋喃(50毫升)一起加回到玻璃瓶中并磁力搅拌过夜。通过在烧结玻璃漏斗上真空过滤回收产物,用四氢呋喃洗涤,并在真空烘箱中在100℃下放置过夜。所得产物是浅棕色粉末(8.67克)。使用实例1的方法完成样品(2.9090毫克)的TGA。在150℃下预热60分钟后,Td的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是214.08℃、245.12℃(较小阶跃,11.74重量%损失)和10.99%。注意,第二明显阶跃使Td的起始达到348.83℃。使用实例1的方法完成样品(10.4毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
实例11:反应途径X所示的2,5-二氨基苯磺酸(50%)和1,3-苯二胺与多聚甲醛在三氟乙酸中的缩合。
反应化学计量:1)2,5-二氨基苯磺酸,≥97%,使用6.00克(31.881毫摩尔)。2)1,3-苯二胺,≥99%,使用3.45克(31.881毫摩尔)。3)多聚甲醛,≥88%,使用3.20克(0.2551摩尔)。4)三氟乙酸(TFA),在COA上的实际GC纯度99.8%,使用160毫升。
将2,5-二氨基苯磺酸二盐酸盐和1,3-苯二胺在干燥氮气下与磁力搅拌棒一起称入8盎司玻璃瓶中,并在磁力搅拌下加入TFA。将瓶密封并磁力搅拌,得到淡紫色浆液,其4分钟后变成紫色溶液。加入预先称重的多聚甲醛并搅拌4分钟后,形成深琥珀色溶液。一分钟后,形成深琥珀红色的细浆。在71.0小时后,将深琥珀红色浆液连同350毫升去离子水一起转移到2升玻璃烧杯中,继续搅拌,然后用稀释的5重量%氢氧化钠溶液将pH从0到1调节至7。在pH 7时,形成黄色浆液,并使用稀释的盐酸水溶液将pH调节回到2。在纸上重力过滤亮橙色浆液并用去离子水洗涤以覆盖。风干过夜后,回收潮湿粉末(24.35克)并与四氢呋喃(80毫升)和磁力搅拌棒一起加入8盎司玻璃瓶中,密封并磁力搅拌过夜。通过在中等烧结玻璃漏斗上真空过滤回收产物,用四氢呋喃洗涤,并在真空烘箱中在100℃下放置过夜。所得产物是中等橙色粉末(10.69克)。
使用实例1的方法完成样品(3.6110毫克)的TGA。在150℃下预热60分钟后,Td的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是205.36℃、249.98℃(较小阶跃,11.06重量%损失)和9.48%。注意,第二明显阶跃使Td的起始达到397.20℃。使用实例1的方法完成样品(10.3毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
实例12:反应途径XI所示的2,5-二氨基苯磺酸(50%)和3,5-二氨基苯甲酸二盐酸盐与多聚甲醛在三氟乙酸中的缩合。
反应化学计量:1)2,5-二氨基苯磺酸,≥97%,使用5.73克(30.448毫摩尔)。2)3,5-二氨基苯甲酸二盐酸盐,99%,使用6.85克(30.448毫摩尔)。3)多聚甲醛,≥88%,使用7.31克(0.2436摩尔)。4)三氟乙酸(TFA),在COA上的实际GC纯度99.8%,使用160毫升。
将2,5-二氨基苯磺酸、3,5-二氨基苯甲酸二盐酸盐和多聚甲醛在干燥氮气下与磁力搅拌棒一起称入8盎司玻璃瓶中,并在磁力搅拌下加入TFA。将瓶密封并磁力搅拌,得到黄色浆液,其79分钟后变成橙红色溶液。在47.0小时后,将混浊的橙红色混合物连同300毫升去离子水一起转移到2升玻璃烧杯中,继续搅拌,然后用稀释的5重量%氢氧化钠溶液将pH从0至1调节到2。在纸上重力过滤橙红色浆液并用去离子水洗涤以覆盖并使其风干过夜。回收所得潮湿橙色粉末(13.30克)并与四氢呋喃(60毫升)和磁力搅拌棒一起加入8盎司玻璃瓶中,密封并搅拌过夜。通过在中等烧结玻璃漏斗上真空过滤回收产物。用四氢呋喃洗涤产物,回收,并与新鲜四氢呋喃(60毫升)一起加回到玻璃瓶中并磁力搅拌过夜。通过在烧结玻璃漏斗上真空过滤回收产物,用四氢呋喃洗涤,并在真空烘箱中在100℃下放置过夜。所得产物是中等橙色粉末(10.03克)。
使用实例1的方法完成样品(4.0140毫克)的TGA。在150℃下预热60分钟后,Td的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是214.07℃、247.66℃(较小阶跃,7.054重量%损失)和7.32%。注意,第二明显阶跃使Td的起始达到362.44℃。使用实例1的方法完成样品(11.0毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
实例13:反应途径XII所示的2,4-二氨基苯酚二盐酸盐(0.0122胺当量)和四(4-氨基苯基)甲烷(0.003045胺当量)与多聚甲醛在三氟乙酸中的缩合。
反应化学计量:1)2,4-二氨基苯酚二盐酸盐,98%,使用1.20克(6.090毫摩尔)。2)四(4-氨基苯基)甲烷,使用0.2896克(0.7612毫摩尔)。3)多聚甲醛,≥88%,使用0.91克(30.447毫摩尔)。4)三氟乙酸(TFA),在COA上的实际GC纯度99.8%,使用25毫升。
将2,4-二氨基苯酚二盐酸盐、四(4-氨基苯基)甲烷和多聚甲醛在干燥氮气下与磁力搅拌棒一起称入2盎司玻璃瓶中,并在磁力搅拌下加入TFA。将瓶密封并磁力搅拌,得到黄棕色浆液,其17分钟后变成深棕色溶液。在67.95小时后,将深棕色溶液与冰一起转移至1升玻璃烧杯中至100毫升刻度,继续搅拌,随后用稀释的5重量%氢氧化钠溶液将pH从0至1调节到4。在纸上重力过滤浆液并用去离子水洗涤以覆盖并使其风干过夜。回收所得粉末并与四氢呋喃(20毫升)和磁力搅拌棒一起加入2盎司玻璃瓶中,密封并搅拌过夜。通过重力过滤在纸上回收产物。在滤纸上用四氢呋喃洗涤中等棕色粉末产物,回收并与新鲜四氢呋喃(20毫升)一起加回到玻璃瓶中并磁力搅拌过夜。通过重力过滤在纸上回收产物,用四氢呋喃洗涤,并在真空烘箱中在100℃下放置过夜。所得产物是中等棕色粉末(0.81克)。
产物的KBr颗粒的FTIR分析证实了共聚物结构。使用实例1的方法完成样品(3.1140毫克)的TGA。在150℃下预热60分钟后,Td的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是216.62℃、253.59℃(29.85重量%损失)和6.26%。使用实例1的方法完成样品(12.2毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
使用上文给出的方法重复2,4-二氨基苯酚二盐酸盐和四(4-氨基苯基)甲烷与多聚甲醛在TFA中的缩合反应,规模增加7.5倍。在42.83小时后,将深棕色溶液与冰一起转移至2升玻璃烧杯中至400毫升刻度,继续搅拌,随后用稀释的5重量%氢氧化钠溶液将pH从0至1调节到10。用稀释的盐酸水溶液将pH调节回到4。通过重力过滤在滤纸上回收产物,用去离子水洗涤以覆盖,使其风干过夜,接着在100℃下在真空烘箱中部分干燥至12.01克。将粉末产物与四氢呋喃(120毫升)和磁力搅拌棒一起加入4盎司玻璃瓶中,密封并搅拌过夜。通过重力过滤在纸上回收产物并用四氢呋喃洗涤。将产物与新鲜四氢呋喃(80毫升)重新混合并搅拌过夜。通过真空过滤回收产物,用四氢呋喃洗涤,并在真空烘箱中在100℃下放置过夜。所得产物是中等棕色粉末(10.63克)。
产物的KBr颗粒的FTIR分析证实了共聚物结构。使用实例1的方法完成样品(4.5820毫克)的TGA。在150℃下预热60分钟后,Td的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是211.79℃、252.39℃(34.66重量%损失)和5.26%。使用实例1的方法完成样品(13.4毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
使用化学计量和用于先前反应的方法重复2,4-二氨基苯酚二盐酸盐和四(4-氨基苯基)甲烷与多聚甲醛在TFA中的缩合反应,规模增加7.5倍,唯一的变化是反应时间从42.83小时增加到91.62小时。所得产物是中等棕色粉末(10.63克)。产物的KBr颗粒的FTIR分析证实了共聚物结构。使用实例1的方法完成样品(4.0760毫克)的TGA。在150℃下预热60分钟后,Td的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是220.44℃、254.76℃(38.47重量%损失)和5.65%。
使用实例1的方法完成样品(12.6毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。如实例4中所观察到的,完成对产物的样品的MALDI MS,展现较低质量系列具有C9H8ON2重复结构的预期的160道尔顿重复单元,但是现在由于四(4-氨基苯基)甲烷的反应,较高质量系列具有包含网状Troger碱结构的重复单元。检测到的较低质量系列的代表是501、661.3、821.4、981.4、1141道尔顿。检测到的较高质量系列的代表是1147.5、1307.6、1467.6、1627.7、1788.8道尔顿。
实例14:反应途径XVI所示的部分离子交联的Troger碱聚合物的合成。
反应化学计量:1)通过使2,4-二氨基苯磺酸与多聚甲醛在三氟乙酸中缩合制备的实例9的Troger碱聚合物,使用1.7938克(基于224.22克/当量重复单元的8.0毫当量)。2)1,3-苯二胺,≥99%,使用0.2163克(4.0毫当量)。3)甲醇储备溶剂溶液(160毫升)加去离子水(240毫升)。
将60/40体积/体积的去离子水/甲醇溶液与磁力搅拌棒一起加入2升锥形瓶中。烧瓶开口用铝箔覆盖,接着在热板上搅拌加热溶液开始沸腾。将所有Troger碱聚合物加入沸腾的溶液中,在一分钟内得到橙琥珀色溶液。另外两分钟后,加热停止并将1,3-苯二胺全部加入搅拌过的热溶液中。将1,3-苯二胺立即加入溶液中,之后立即在溶液中产生浑浊度,浑浊度逐渐增加,在加入1,3-苯二胺的30秒内得到精细的橙色浆液。搅拌过的浆液保持过夜,同时冷却到室温。浆液产物样品的HPLC分析展现1,3-苯二胺100%转化。使用75℃的最大热油浴温度旋转蒸发浆液。从旋转蒸发烧瓶中回收总共1.92克金橙色粉末,并在真空烘箱中在150℃下放置过夜。使用实例1的方法完成样品(3.6120毫克)的TGA。在150℃预热60分钟后,Td的起始和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是246.20℃和8.17%。使用实例1的方法完成样品(10.6毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。对于实例9的未交联的Troger碱聚合物,部分离子交联引起Td的起始从为211.51℃的Td起始增加了35℃。
实例15:反应途径XVII所示的部分共价交联的Troger碱聚合物的合成。
反应化学计量:1)根据2,4-二氨基苯磺酸与多聚甲醛在三氟乙酸中的缩合通过1,3-苯二胺与Troger碱聚合物的反应制备的实例14的部分离子交联的Troger碱聚合物,使用1.68克(3.343毫当量的胺磺酸盐)。2)2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪,99%,使用0.204克(3.343毫当量)。3)乙腈,99.8%,无水,使用100毫升。4)三乙胺,≥99.5%,使用0.40克(3.95毫当量)。
在干燥氮气下,将所有反应物和溶剂加入配备聚四氟乙烯涂布的热电偶、风扇冷却螺旋冷凝器、磁力搅拌、磨口玻璃停止、由来自热电偶的温度输入控制的加热套的250毫升三颈圆底烧瓶中。开始加热且反应在回流(83℃)下再保持115.4小时。在这期间,反应混合物从浅棕色变为浅橙棕色浆液。反应过程期间的HPLC分析显示,在反应26.9小时后,仅保留少量残余的2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪,并且在接下来的88.5小时回流中所述少量不变化。
停止加热并从反应器去除加热套。一旦搅拌的浆液冷却到28.2℃,就加入三乙胺。加入三乙胺21分钟后放热至最高29.2℃,然后逐渐冷却至28.1℃,同时搅拌过夜。加入三乙胺25.1小时后从干燥的氮气气氛中取出浆液并在纸上重力过滤。将滤纸上的金黄棕色粉末用乙腈冲洗以覆盖,然后在过滤器上将产物风干。将来自过滤器的产物放入陶瓷盘中并在真空烘箱中在100℃下干燥过夜。使用实例1的方法完成样品(3.1950毫克)的TGA。在150℃预热60分钟后,Td的起始和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是251.24℃和14.35%。对于实例9的未交联的Troger碱聚合物,部分共价交联引起Td的起始从为211.51℃的Td起始增加了40℃。完成对产物样品的MALDI MS,展现预期C9H8O3N2S重复结构具有224道尔顿重复单元以及另外的物质具有含有网状双(磺酰胺)交联结构的重复单元。对于包括双(磺酰胺)交联结构的物质,检测到的224道尔顿重复系列的代表是875.7、899.8、1124、1348.2道尔顿和1197.0道尔顿。
实例16:反应途径XVI所示的2,4-二氨基苯酚二盐酸盐和1,3,5-三氨基苯三盐酸盐与多聚甲醛在三氟乙酸中的缩合。
反应化学计量:1)2,4-二氨基苯酚二盐酸盐,98%,使用4.96克(25.16毫摩尔,50.321-NH2毫当量)。2)1,3,5-三氨基苯三盐酸盐,95%,使用1.30克(5.59毫摩尔,16.774-NH2毫当量)。3)多聚甲醛,≥88%,使用4.03克(0.1342摩尔)。4)三氟乙酸(TFA),在COA上的实际GC纯度99.8%,使用110毫升。
将2,4-二氨基苯酚二盐酸盐、1,3,5-三氨基苯三盐酸盐和多聚甲醛在干燥氮气下与磁力搅拌棒一起称入4盎司玻璃瓶中,并在磁力搅拌下加入TFA。将瓶密封并磁力搅拌,得到灰绿色浆液,其过夜变成中等棕色浆液。在139.9小时后,将深棕色浆液与冰一起转移至1升玻璃烧杯中至200毫升标记,继续搅拌,随后用稀释的5重量%氢氧化钠溶液将pH从0至1调节到10,然后用稀盐酸水溶液调节回到pH 4。在纸上重力过滤棕褐色浆液并用去离子水洗涤以覆盖并使其风干过夜。回收所得粉末并与四氢呋喃(60毫升)和磁力搅拌棒一起加入2盎司玻璃瓶中,密封并搅拌过夜。通过重力过滤在纸上回收产物。在滤纸上用四氢呋喃洗涤中等棕色粉末产物,回收并与新鲜四氢呋喃(60毫升)一起加回到玻璃瓶中并磁力搅拌过夜。通过重力过滤在纸上回收产物,用四氢呋喃洗涤,并在真空烘箱中在100℃下放置过夜。所得产物是中等橙棕色粉末(5.29克)。
使用实例1的方法完成样品(4.6990克)的TGA。在150℃下预热60分钟后,Td的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是209.33℃、248.55℃(较小阶跃,13.13重量%损失)和8.47%。注意,第二明显阶跃使Td的起始达到371.83℃。使用实例1的方法完成样品(13.8毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
实例17:如反应途径V所示的2,4-二氨基苯酚二盐酸盐与多聚甲醛在三氟乙酸中的较高温缩合。
反应化学计量:1)2,4-二氨基苯酚二盐酸盐,98%,使用12.00克(60.90毫摩尔)。2)多聚甲醛,≥88%,使用7.31克(0.2436摩尔)。3)三氟乙酸(TFA),在COA上的实际GC纯度99.8%,使用160毫升。
将2,4-二氨基苯酚二盐酸盐和多聚甲醛在干燥氮气下称入配备聚四氟乙烯涂覆的热电偶、风扇冷却的螺旋冷凝器、磁力搅拌、磨口玻璃停止和由来自热电偶的温度输入控制的加热套的500毫升三颈圆底烧瓶中。在加入TFA的同时开始磁力搅拌,得到灰棕色浆液。在加入TFA后3.77小时将加热套置于反应器下,并且在另外1.50小时后实现回流。反应在回流(78.2℃)下再保持66.42小时。在冷却到室温之后,将深棕色溶液转移至含有冰的1升玻璃烧杯中至200毫升刻度,磁力搅拌,并用稀释的5重量%氢氧化钠溶液将pH从0至1调节到5。在pH 2时,形成棕色沉淀。在pH 5时,呈棕褐色浆液。在纸上重力过滤浆液并用去离子水洗涤以覆盖并使其风干过夜。回收所得粉末并与四氢呋喃(80毫升)和磁力搅拌棒一起加入4盎司玻璃瓶中,密封并搅拌过夜。通过重力过滤在纸上回收产物。在滤纸上用四氢呋喃洗涤中等棕色粉末产物,回收并与新鲜四氢呋喃(80毫升)一起加回到玻璃瓶中并磁力搅拌过夜。通过重力过滤在纸上回收产物,用四氢呋喃洗涤,并在真空烘箱中在100℃下放置过夜。所得产物是中等棕色粉末(8.93克)。
使用实例1的方法完成样品(4.0620毫克)的TGA。在150℃下预热60分钟后,Td的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是218.79℃(较小阶跃,16.51重量%损失)、258.43℃和6.79%。注意,第二明显阶跃使Td的起始达到350.81℃。使用实例1的方法完成样品(12.9毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
实例18:反应途径XIII所示的3,5-二氨基苯甲酸二盐酸盐(12.2胺毫当量)和四(4-氨基苯基)甲烷(3.045胺毫当量)与多聚甲醛在三氟乙酸中的缩合。
反应化学计量:1)3,5-二氨基苯甲酸二盐酸盐,99%,使用1.37克(6.090毫摩尔)。2)四(4-氨基苯基)甲烷,使用0.2896克(0.7612毫摩尔)。3)多聚甲醛,≥88%,使用0.91克(30.45毫摩尔)。4)三氟乙酸(TFA),在COA上的实际GC纯度99.8%,使用25毫升。
将3,5-二氨基苯甲酸二盐酸盐、四(4-氨基苯基)甲烷和多聚甲醛在干燥氮气下与磁力搅拌棒一起称入2盎司玻璃瓶中,并在磁力搅拌下加入TFA。将瓶密封并磁力搅拌,得到粉红色浆液,其过夜变成白色粉末在黄色液体中的浆液。在96.47小时后,将橙黄色浆液与冰一起转移至1升玻璃烧杯中至100毫升刻度,继续搅拌,随后用稀释的5重量%氢氧化钠溶液将pH从0至1调节到10,并用稀释的盐酸水溶液调节回到pH 4至5。在纸上重力过滤浆液并用去离子水洗涤以覆盖并使其风干过夜。回收所得粉末并与四氢呋喃(20毫升)和磁力搅拌棒一起加入2盎司玻璃瓶中,密封并搅拌过夜。通过重力过滤在纸上回收产物。在滤纸上用四氢呋喃洗涤中等棕色粉末产物,回收并与新鲜四氢呋喃(20毫升)一起加回到玻璃瓶中并磁力搅拌过夜。通过重力过滤在纸上回收产物,用四氢呋喃洗涤,使其风干,然后放入陶瓷盘中并在真空烘箱中在100℃下放置过夜。所得产物是黄色粉末(1.25克)。
使用实例1的方法完成样品(4.2530毫克)的TGA。在150℃预热60分钟后,Td的起始和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是420.21℃和12.65%。使用实例1的方法完成样品(11.9毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
实例19:反应途径XIV所示的2,4-二氨基苯磺酸(12.2胺毫当量)和四(4-氨基苯基)甲烷(3.045胺毫当量)与多聚甲醛在三氟乙酸中的缩合。
反应化学计量:1)3,5-二氨基苯磺酸,≥98%,使用1.15克(6.090毫摩尔)。2)四(4-氨基苯基)甲烷,使用0.2896克(0.7612毫摩尔)。3)多聚甲醛,≥88%,使用0.91克(30.45毫摩尔)。4)三氟乙酸(TFA),在COA上的实际GC纯度99.8%,使用25毫升。
将2,4-二氨基苯磺酸、四(4-氨基苯基)甲烷和多聚甲醛在干燥氮气下与磁力搅拌棒一起称入2盎司玻璃瓶中,并在磁力搅拌下加入TFA。将瓶密封并磁力搅拌,得到浅紫色浆液,其过夜变成橙黄色溶液。在116.92小时后,将深橙色溶液与冰一起转移至1升玻璃烧杯中至100毫升标记,同时继续搅拌,然后用稀释的5重量%氢氧化钠溶液将pH从0至1调节到10并用稀释的盐酸水溶液调节回到pH 5。在纸上重力过滤橙色浆液并用去离子水洗涤以覆盖并使其风干过夜。回收所得粉末并与四氢呋喃(20毫升)和磁力搅拌棒一起加入2盎司玻璃瓶中,密封并搅拌过夜。通过重力过滤在纸上回收产物。在滤纸上用四氢呋喃洗涤中等棕色粉末产物,回收并与新鲜四氢呋喃(20毫升)一起加回到玻璃瓶中并磁力搅拌过夜。通过重力过滤在纸上回收产物,用四氢呋喃洗涤,使其风干,然后放入陶瓷盘中并在真空烘箱中在100℃下干燥过夜。所得产物是中等棕色粉末(0.61克)。
使用实例1的方法完成样品(4.3070毫克)的TGA。在150℃下预热60分钟后,Td的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是220.14℃、264.92℃(较小阶跃,2.830重量%损失)和12.65%。注意,第二明显阶跃使Td的起始达到416.26℃。使用实例1的方法完成样品(12.2毫克)的DSC分析,在第二次分析中在159.6℃检测到较小的阶跃转变。
实例20:反应途径XV所示的2,5-二氨基苯磺酸(12.2胺毫当量)和四(4-氨基苯基)甲烷(3.045胺毫当量)与多聚甲醛在三氟乙酸中的缩合。
使用实例19的反应化学计量和方法,并用2,5-二氨基苯磺酸取代2,4-二氨基苯磺酸。所得产物是中等棕色粉末(0.87克)。使用实例1的方法完成样品(5.3590毫克)的TGA。在150℃下预热60分钟后,Td的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是226.52℃、270.24℃(较小阶跃,3.845重量%损失)和13.03%。注意,第二明显阶跃使Td的起始达到424.60℃。使用实例1的方法完成样品(13.8毫克)的DSC分析,在第二次分析中在164.3℃检测到较小的阶跃转变。三次另外的扫描在DSC分析中给出了相同的较小阶跃转变。
实例21:苯胺和2,4-二氨基苯酚二盐酸盐与多聚甲醛在三氟乙酸中的缩合。
反应化学计量:1)苯胺,98%,使用2.80克(30.066毫摩尔)。2)2,4-二氨基苯酚二盐酸盐,98%,使用4.14克(21.009毫摩尔)。3)多聚甲醛,≥88%,使用4.32克(0.1439摩尔)。4)三氟乙酸(TFA),在COA上的实际GC纯度99.8%,使用120毫升。
将苯胺和2,4-二氨基苯酚二盐酸盐在干燥氮气下与磁力搅拌棒一起称入8盎司玻璃瓶中。加入TFA,磁力搅拌形成灰色浆液,并将瓶密封。6分钟后,打开瓶并加入预先称重的多聚甲醛,然后再密封。搅拌2分钟后,形成褐绿色浆液。累积5小时34分钟后,形成了透明的棕黄色溶液。在搅拌累积71小时41分钟后,将溶液转移至含有冰的1升玻璃烧杯中至400毫升标记,然后搅拌,接着用20重量%的氢氧化钠水溶液将pH从0至1调节到4。通过重力过滤在纸上回收产物,用去离子水洗涤以覆盖并风干过夜。从滤纸回收所得潮湿粉末(26.08克),加入陶瓷盘中,并在真空烘箱中在100℃下干燥25小时。所得产物是棕色粉末(5.08克)。使用实例1的方法完成样品(6.4070毫克)的TGA。在150℃下预热60分钟后,转变温度(Td)的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物分别是206.92℃、246.86℃和5.08重量%。
使用实例1的方法在0°℃至190°℃下完成样品(6.4毫克)的DSC分析。在第一次分析完成后,立即使用上述条件对样品进行第二次分析,未检测到事件。MALDI MS证实苯基终止,检测到以下提出的结构:
实例22:重复苯胺和2,4-二氨基苯酚二盐酸盐与多聚甲醛在三氟乙酸中的缩合。
以原始规模的一半来重复实例21的反应:1)苯胺,98%,使用1.40克(15.033毫摩尔)。2)2,4-二氨基苯酚二盐酸盐,98%,使用2.07克(10.504毫摩尔)。3)多聚甲醛,≥88%,使用2.16克(71.938毫摩尔)。4)三氟乙酸(TFA),在COA上的实际GC纯度99.8%,使用60毫升。样品(3.7770毫克)的TGA给出,在150℃下预热60分钟后,Td的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是202.85℃、244.45℃和6.04重量%。在0℃至160℃完成的样品(15.1毫克)的DSC分析在第二次分析中未检测到事件。
实例23:使用降低量的苯胺的苯胺和2,4-二氨基苯酚二盐酸盐与多聚甲醛在三氟乙酸中的缩合。
使用减少量的苯胺重复实例22的反应:1)苯胺,98%,使用0.84克(9.02毫摩尔)。2)2,4-二氨基苯酚二盐酸盐,98%,使用2.07克(10.504毫摩尔)。3)多聚甲醛,≥88%,使用1.80克(59.948毫摩尔)。4)三氟乙酸(TFA),在COA上的实际GC纯度99.8%,使用60毫升。样品(6.6230毫克)的TGA给出,在150℃下预热60分钟后,Td的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是209.93℃、253.62℃和6.93重量%。在0℃至170℃完成的样品(13.5毫克)的DSC分析在第二次分析中未检测到事件。
实例24:4-氨基苯酚和1,3-苯二胺与多聚甲醛在三氟乙酸中的缩合。
反应化学计量:1)4-氨基苯酚,98+%,使用2.95克(27.032毫摩尔)。2)1,3-苯二胺,≥99%,使用3.41克(31.533毫摩尔)。3)多聚甲醛,≥88%,使用5.41克(0.1802摩尔)。4)三氟乙酸(TFA),在COA上的实际GC纯度99.8%,使用90毫升。
将4-氨基苯酚、1,3-苯二胺和多聚甲醛在干燥氮气下与磁力搅拌棒一起称入4盎司玻璃瓶中。加入TFA,磁力搅拌形成琥珀色浆液,并将瓶密封。搅拌8分钟后,形成红琥珀色溶液。在搅拌累积65小时44分钟后,将溶液转移到含有冰的1升玻璃烧杯中至300毫升标记,接着搅拌,然后用20重量%的氢氧化钠水溶液将pH从0至1调节到10,然后加入浓盐酸水溶液调节回到pH=2。通过重力过滤在纸上回收产物,用去离子水洗涤以覆盖并风干过夜。从滤纸回收所得潮湿粉末(14.17克)并与四氢呋喃(50毫升)和磁力搅拌棒一起加入2盎司玻璃瓶中,密封并搅拌24小时32分钟。将橙色浆液加入玻璃烧杯中的磁力搅拌过的丙酮(200毫升)中,且接着在纸上重力过滤,然后风干。从滤纸回收所得的稍微潮湿的橙色粉末,加入陶瓷盘中,并在真空烘箱中在100℃下干燥23小时40分钟。所得产物是橙色粉末(4.67克)。使用实例1的方法完成样品(7.3850毫克)的TGA。在150℃下预热60分钟后,Td的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是206.55℃、242.82℃和4.72重量%。使用实例1的方法完成样品(11.0毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
实例25:4-氨基苯酚和2,4-二氨基苯酚二盐酸盐与多聚甲醛在三氟乙酸中的缩合。
反应化学计量:1)4-氨基苯酚,98+%,使用0.98克(8.980毫摩尔)。2)二氨基苯酚二盐酸盐,98%,使用2.07克(10.504毫摩尔)。3)多聚甲醛,≥88%,使用1.80克(59.948毫摩尔)。4)三氟乙酸(TFA),在COA上的实际GC纯度99.8%,使用30毫升。
将4-氨基苯酚、2,4-二氨基苯酚二盐酸盐和多聚甲醛在干燥氮气下与磁力搅拌棒一起称入2盎司玻璃瓶中。加入TFA,磁力搅拌形成灰黄色浆液,并将瓶密封。搅拌1小时16分钟后,形成金棕色浆液。累积搅拌18小时27分钟后,形成了深琥珀色溶液。在搅拌累积140小时15分钟后,将溶液转移至含有冰的1升玻璃烧杯中至200毫升标记,然后搅拌,接着用20%重量的氢氧化钠水溶液将pH从0至1调节到4。通过重力过滤在纸上回收产物,用去离子水洗涤以覆盖并风干过夜。回收所得的未粘附到滤纸上的潮湿棕褐色粉末的部分(1.95克)并与四氢呋喃(15毫升)一起加入到2盎司玻璃瓶中并在机械振荡器上混合29小时15分钟。在纸上重力过滤浆液,用新鲜四氢呋喃洗涤以覆盖,然后风干。从滤纸回收所得粉末,加入陶瓷盘中,并在真空烘箱中在100℃下干燥23小时30分钟。所得产物是淡红棕色粉末(1.35克)。
使用实例1的方法完成样品(5.4100毫克)的TGA。在150℃下预热60分钟后,Td的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是216.66℃、250.23℃和5.35重量%。使用实例1的方法完成样品(14.6毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。重复反应,规模放大2倍。样品(3.7450毫克)的TGA给出,在150℃下预热60分钟后,Td的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是217.65℃、260.56℃和5.67重量%。完成的样品的DSC分析(12.8毫克)在第二次分析中未检测到事件。
实例26:苯基封端的羟基官能性Troger终止共聚物的环氧化。
反应化学计量:1)来自实例21的苯基封端的羟基官能性Troger碱共聚物(每摩尔重复单元160.154克),1.00克(标称6.24羟基毫当量)。2)表氯醇>99%,28.88克(0.312摩尔)。3)异丙醇,15.55克(35重量%的表氯醇加异丙醇)。4)去离子(DI)水,2.51克(8重量%的表氯醇加去离子水)。5)氢氧化钠,98%,0.225克(5.625毫摩尔),溶于0.9克去离子水中。6)氢氧化钠,98%,0.10克(2.50毫摩尔),溶于0.4克去离子水中。
将来自实例21的苯基封端的羟基官能性Troger碱共聚物、表氯醇异丙醇和去离子水加入配备有顶部氮气入口(0.5升/分钟)、磁力搅拌、冷却(0℃冷凝器)、温度计和恒温控制加热套的玻璃反应器。开始搅拌以得到溶液,然后加热至52℃。将上文5)的氢氧化钠水溶液加入深棕色溶液。4分钟后形成棕色浆液。累积20分钟后,将上文6)的氢氧化钠水溶液加入深棕色51℃浆液。15分钟后,通过去除加热套并将一对风扇对准反应器外部来冷却棕色50℃浆液。在纸上重力过滤25℃浆液,将回收的琥珀色滤液与去离子水(10毫升)一起加入分液漏斗中并洗涤。使用最高油浴温度60℃旋转蒸发琥珀色滤液,然后在真空烘箱中在50℃下干燥24小时,得到0.53克闪闪发光的琥珀色粉末。用去离子水洗涤滤纸上的固体以覆盖,风干,然后在真空烘箱中在50℃下干燥24小时,得到0.75克浅棕色粉末。
使用实例1的方法完成0.53克可溶产物中的一部分(6.0720毫克)的TGA。在150℃下预热60分钟后,Td的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是198.58℃、238.73℃和7.77重量%。使用实例1的方法在0℃至250℃下完成样品(8.90毫克)的DSC分析,展现宽放热自固化峰的固化起始是86.15℃,最高放热温度是173.48℃,固化终点是222.61℃,且焓是178.3焦耳/克。DSC分析在第二次分析中未检测到事件。使用实例1的方法完成0.75克不溶(自交联)产物中的一部分(4.0000毫克)的TGA。在150℃下预热60分钟后,Td的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是301.67℃、395.44℃和2.38重量%。使用实例1的方法在0℃至250℃下完成样品(8.90毫克)的DSC分析,展现残余放热自固化峰的固化起始是92.68℃,最高放热温度是129.57℃,固化终点是183.86℃,且焓是13.28焦耳/克。DSC分析在第二次分析中未检测到事件。
MALDI MS证实结构为苯基封端的缩水甘油氧基官能性Troger碱共聚物。具体地说,观察到结构1-2,其中来自实例21的苯基封端的羟基官能性Troger碱共聚物的m/z为282.2(n=0),在m/z=338.2(精确质量=338.18630)和394.2处出现峰。观察到结构1-3,其中来自实例21的苯基封端的羟基官能性Troger碱共聚物的m/z为296.2(n=0),在m/z=352.2处出现峰。观察到结构2-0,其中来自实例21的苯基封端的羟基官能性Troger碱基础共聚物的m/z为296.2(n=1),在m/z=439.2和495.2处出现峰。m/z的每一次增加都是56道尔顿,展现酚羟基转化为缩水甘油氧基。观察到质量增加了56道尔顿的另外的峰,例如m/z=366.2和m/z=422.2。
实例27:使用较温和的反应条件进行的苯基封端的羟基官能性Troger碱共聚物的环氧化。
反应化学计量:1)来自实例21的苯基封端的羟基官能性Troger碱共聚物(每摩尔重复单元160.154克),1.50克(标称9.37羟基毫当量)。2)表氯醇>99%,43.37克(0.469摩尔)。3)异丙醇,23.35克(35重量%的表氯醇加异丙醇)。4)去离子(DI)水,3.77克(8重量%的表氯醇加去离子水)。5)氢氧化钠,98%,0.49克(12.25毫摩尔),溶于1.95克去离子水中。
重复实例26的方法,但在加入氢氧化钠水溶液之前加热至仅40℃。10分钟后,在纸上重力过滤棕色的40℃浆液,将回收的琥珀色滤液与去离子水(15毫升)一起加入分液漏斗中,洗涤,然后用无水硫酸钠颗粒床干燥,并通过中等烧结玻璃漏斗。使用最高油浴温度50℃旋转蒸发琥珀色滤液,然后在真空烘箱中在50℃下干燥24小时,得到0.50克琥珀色粉末。丢弃滤纸上的固体。使用实例1的方法在0℃至250℃下完成0.50克可溶产物的一部分(7.80毫克)的DSC分析,展现陡峭的放热自固化峰的固化起始是67.79℃,最高放热温度是128.68℃,固化终点是196.26℃(注意到尖峰的尾部从138℃开始)且焓是263.8焦耳/克。DSC分析在第二次分析中未检测到事件。
实例28:苯酚封端的Troger碱共聚物的环氧化。
反应化学计量:1)来自实例24的苯酚封端的Troger碱共聚物,1.00克(标称3.17羟基毫当量)。2)表氯醇>99%,29.34克(0.317摩尔)。3)异丙醇,15.8克(35重量%的表氯醇加异丙醇)。4)去离子(DI)水,2.55克(8重量%的表氯醇加去离子水)。5)氢氧化钠,98%,0.164克(4.10毫摩尔),溶于0.66克去离子水中。
将来自实例24的苯酚封端的Troger碱共聚物、表氯醇异丙醇和去离子水加入配备有顶部氮气入口(0.5升/分钟)、磁力搅拌、冷却(0℃冷凝器)、温度计和恒温控制加热套的玻璃反应器。开始搅拌,得到18℃的溶液。将上文5)的氢氧化钠水溶液加入橙琥珀色溶液中,然后在1分钟后加热至52℃。7分钟后,达到42℃时,形成橙色浆液。加热累积20分钟后,通过去除加热套并将一对风扇对准反应器外部来冷却51℃浆液。在纸上重力过滤25℃浆液,将回收的琥珀色滤液与去离子水(10毫升)一起加入分液漏斗中并洗涤。使用最高油浴温度60℃旋转蒸发琥珀色滤液,然后在真空烘箱中在50℃下干燥24小时,得到0.12克闪闪发光的金色粉末。用去离子水洗涤滤纸上的固体,风干,然后在真空烘箱中在50℃下干燥24小时,得到0.76克浅棕褐色粉末。
使用实例1的方法完成0.12克可溶产物中的一部分(6.0720毫克)的TGA。在150℃下预热60分钟后,Td的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是291.90℃、266.24℃和6.33重量%。使用实例1的方法在0℃至275℃下完成样品(12.30毫克)的DSC分析,展现放热自固化峰具有前缘肩峰,固化起始是88.47℃,最高放热温度是180.12℃,固化终点是227.21℃,且焓是175.9焦耳/克。DSC分析在第二次分析中未检测到事件。使用实例1的方法完成0.76克不溶(自交联)产物中的一部分(4.0000毫克)的TGA。在150℃预热60分钟后,Td的起始和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是238.60℃和3.80重量%。使用实例1的方法在0℃至275℃下完成样品(8.30毫克)的DSC分析,展现残余放热自固化峰的固化起始是96.27℃,最高放热温度是124.29℃,固化终点是181.72℃,且焓是8.30焦耳/克。DSC分析在第二次分析中未检测到事件。
MALDI MS证实结构为苯基缩水甘油氧基封端的Troger碱共聚物,检测到以下提出的结构:
化学式:C30H31N4O4 +
精确质量:511.23398
在m/z=655.4和m/z=799.5处观察到另外的峰,其中质量增加144.16道尔顿,即共聚物重复单元的质量。
实例29:苯基封端的缩水甘油氧基官能性Troger碱共聚物和苯基封端的羟基官能性Troger碱共聚物的热固性。
将来自实例21的0.0357克(标称0.223羟基毫当量)的苯基封端的羟基官能性Troger碱共聚物和来自实例26的0.0482克(标称0.223环氧化物毫当量)的苯基封端的缩水甘油氧基官能性Troger碱共聚物(可溶产物)称入玛瑙研钵并研磨成非常细的均匀粉末。使用实例1的方法完成一部分(11.2700)的TGA。在150℃预热60分钟后,Td的起始和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是210.55℃和14.45重量%。使用实例1的方法在0℃至250℃下完成样品(15.60毫克)的DSC分析,展现有一对放热峰。第一个峰的固化起始是113.11℃,最高放热温度是143.36℃且固化终点是173.33℃。第二个峰的固化起始是173.33℃,在第一个峰返回基线之前开始,最高放热温度是194.60℃,固化终点是226.40℃,这对峰的焓是219.5焦耳/克。DSC分析在第二次分析中未检测到事件。
实例30:未混合苯基封端的缩水甘油氧基官能性Troger碱共聚物与二亚乙基三胺的热固性。
将二亚乙基三胺(99%(20.6288胺氢当量),0.0005克(0.024胺氢毫当量))称入铝DSC盘中,然后加入来自实例26的苯基封端的缩水甘油氧基官能性Troger碱共聚物(可溶产物)(0.0052克(标称0.024环氧化物毫当量))。将未混合的样品立即密封,并使用实例1的方法在0℃至250℃下进行DSC分析,展现放热固化峰具有前缘肩峰和后缘肩峰,固化起始是54.45℃,最高放热温度是139.26℃,固化终点是215.04℃,且焓是279.4焦耳/克。DSC分析在第二次分析中未检测到事件。
实例31:混合的苯基封端的缩水甘油氧基官能性Troger碱共聚物与二亚乙基三胺的热固性。
将二亚乙基三胺(99%(20.6288胺氢当量),0.0020克(0.097胺氢毫当量))称入玻璃小瓶中,然后加入来自实例26的苯基封端的缩水甘油氧基官能性Troger碱共聚物(可溶产物)(0.021克(标称0.097环氧化物毫当量))。立即将样品混合成均匀的糊状物,并使用实例1的方法在0℃至270℃下对一部分(10.20毫克)进行DSC分析,展现放热固化峰具有前缘肩峰和后缘肩峰,且固化起始是53.13℃,最高放热温度是138.88℃,固化终点是218.07℃且焓是289.3焦耳/克。DSC分析在第二次分析中未检测到事件。
实例32:二亚乙基三胺化学计量增加的未混合苯基封端的缩水甘油氧基官能性Troger碱共聚物的热固性。
将二亚乙基三胺(99%(20.6288胺氢当量),0.0016克(0.0776胺氢毫当量))称入铝DSC盘中,然后加入来自实例26的苯基封端的缩水甘油氧基官能性Troger碱共聚物(可溶产物)(0.0084克(标称0.0389环氧化物毫当量))。将未混合样品立即密封并使用实例1的方法在0℃至270℃下进行DSC分析,展现放热固化峰具有前缘肩峰,且固化起始是14.83℃,最高放热温度是137.59℃,固化终点是213.52℃,且焓是303.3焦耳/克。DSC分析在第二次分析中未检测到事件。
实例33:未混合的苯基缩水甘油氧基封端的Troger碱共聚物与二亚乙基三胺的热固性。
将二亚乙基三胺(99%(20.6288胺氢当量),0.0004克(0.0193胺氢毫当量))称入铝DSC盘中,然后加入来自实例28的苯基缩水甘油氧基封端的Troger碱共聚物(可溶产物)(0.0061克(标称0.0193环氧化物毫当量))。将未混合样品立即密封且使用实例1的方法在0℃至270℃下进行DSC分析,展现有3个放热峰。第一个峰的固化起始是39.86℃,最高放热温度是69.72℃且固化终点是99.77℃,焓是7.42焦耳/克。第二个峰的固化起始是122.14℃,最高放热温度是172.98℃,固化终点是220.12℃,且焓是76.42焦耳/克。第三个峰的固化起始是220.12℃,最高放热温度是234.23℃,固化终点是254.85℃,且焓是31.20焦耳/克。DSC分析在第二次分析中未检测到事件。
实例34:4-异丙基苯胺和2,4-二氨基苯酚二盐酸盐与多聚甲醛在三氟乙酸中在室温下的缩合。
反应化学计量:1)4-异丙基苯胺,98%,使用1.24克(9.171毫摩尔)。2)2,4-二氨基苯酚二盐酸盐,98%,使用6.00克(30.448毫摩尔)。3)多聚甲醛,≥88%,4.21克(0.1402摩尔)。4)三氟乙酸(TFA),在COA上的实际GC纯度99.8%,使用60毫升。
将4-异丙基苯胺、2,4-二氨基苯酚二盐酸盐和多聚甲醛在干燥氮气下与磁力搅拌棒一起称入4盎司玻璃瓶中。加入TFA,磁力搅拌形成灰绿色浆液,并将瓶密封。搅拌20分钟后,形成棕色浆液。在搅拌累积71小时27分钟后,将琥珀色溶液转移至含有冰的1升玻璃烧杯中至200毫升标记,然后搅拌,随后用20重量%的氢氧化钠水溶液将pH从1至0调节到7,然后加入浓盐酸水溶液调节回到pH=4。通过重力过滤在纸上回收产物,用去离子水洗涤以覆盖并风干过夜。从滤纸回收所得潮湿固体(13.09克),加入陶瓷盘中,并在真空烘箱中在100℃下干燥2小时45分钟。将固体与磁力搅拌棒和丙酮(25毫升)一起加入到2盎司玻璃瓶中并搅拌76小时55分钟。在纸上重力过滤浆液,用新鲜丙酮洗涤以覆盖,然后风干。从滤纸回收所得粉末,加入陶瓷盘中,并在真空烘箱中在100℃下干燥18小时15分钟。所得产物是棕色粉末(3.67克)。
使用实例1的方法完成样品(3.0260毫克)的TGA。在150℃下预热60分钟后,Td的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是224.06℃、250.23℃和4.38重量%。使用实例1的方法在0℃至190℃完成样品(15.8毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
实例35:4-异丙基苯胺和2,4-二氨基苯酚二盐酸盐与多聚甲醛在三氟乙酸中在70℃下的缩合
使用实例34的反应化学计量。将反应物加入到氮气气氛下的手套箱中的玻璃反应器中,所述玻璃反应器配备有磁力搅拌、强制风冷螺旋冷凝器、温度计和恒温控制加热罩。开始搅拌,得到24.2℃的浆液,然后在12分钟后加热至70℃。33分钟后,达到62.9℃时,形成棕色浆液。在70℃至71.6℃下搅拌累积73小时22分钟后,将琥珀色溶液冷却至25℃,然后使用实例34的方法完成处理。回收的潮湿固体重量是13.57克,且干燥的最终产物是重5.13克的棕色粉末。使用实例1的方法完成样品(5.3920毫克)的TGA。在150℃下预热60分钟后,Td的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是215.98℃、251.43℃和4.26重量%。使用实例1的方法在0℃至190℃完成样品(11.9毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
实例36:使用增加的4-异丙基苯胺化学计量的4-异丙基苯胺和2,4-二氨基苯酚二盐酸盐与多聚甲醛在合成的三氟乙酸中在室温下的缩合。
反应化学计量:1)4-异丙基苯胺,98%,1.22克(9.023毫摩尔)。2)2,4-二氨基苯酚二盐酸盐,98%,4.14克(21.009毫摩尔)。3)多聚甲醛,≥88%,3.06克(0.1019摩尔)。4)三氟乙酸(TFA),在COA上的实际GC纯度99.8%,使用120毫升。
使用实例34的方法。在搅拌累积117小时22分钟后,将琥珀色溶液转移至含有冰的1升玻璃烧杯中至300毫升标记,然后搅拌,接着用20重量%的氢氧化钠水溶液将pH从0至1调节到4。通过重力过滤在纸上回收产物,用去离子水洗涤以覆盖并风干过夜。从滤纸回收潮湿固体(25.88克),加入陶瓷盘中,并在真空烘箱中在50℃下干燥23小时24分钟。所得产物是棕色粉末(3.72克)。使用实例1的方法完成样品(5.2300毫克)的TGA。在150℃下预热60分钟后,Td的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是211.08℃、261.39℃和12.48重量%。使用实例1的方法完成样品(10.5毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
实例37:使用增加的4-异丙基苯胺化学计量的4-异丙基苯胺和2,4-二氨基苯酚二盐酸盐与多聚甲醛在合成的三氟乙酸中在70℃下的缩合。
使用实例36的反应化学计量。使用实例35的方法。在70℃至70.1℃下搅拌累积118小时29分钟后,将琥珀色溶液冷却至25℃,然后使用实例14的方法完成处理。从滤纸回收潮湿固体(24.32克),加入陶瓷盘中,并在真空烘箱中在50℃下干燥20小时51分钟。所得产物是浅棕色粉末(4.97克)。将产物在真空烘箱中在100℃下再干燥24小时。使用实例1的方法完成样品(4.2740毫克)的TGA。在150℃下预热60分钟后,Td的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是210.96℃、252.34℃和7.31重量%。使用实例1的方法完成样品(12.5毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
实例38:使用进一步增加的4-异丙基苯胺化学计量的4-异丙基苯胺和2,4-二氨基苯酚二盐酸盐与多聚甲醛在合成的三氟乙酸中在室温下的缩合。
反应化学计量:1)4-异丙基苯胺,98%,2.46克(18.194毫摩尔)。2)2,4-二氨基苯酚二盐酸盐,98%,4.14克(21.009毫摩尔)。3)多聚甲醛,≥88%,3.60克(0.1199摩尔)。4)三氟乙酸(TFA),在COA上的实际GC纯度99.8%,120毫升。
使用实例36的方法。反应时间是117小时42分钟。从滤纸回收潮湿固体(23.99克),加入陶瓷盘中,并在真空烘箱中在50℃下干燥24小时15分钟。所得产物是浅棕褐色粉末(6.33克)。使用实例1的方法完成样品(4.1360毫克)的TGA。在150℃下预热60分钟后,Td的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是202.89℃、264.21℃和14.57重量%。使用实例1的方法完成样品(11.2毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
实例39:使用进一步增加的4-异丙基苯胺化学计量的4-异丙基苯胺和2,4-二氨基苯酚二盐酸盐与多聚甲醛在合成的三氟乙酸中在70℃下的缩合。
使用实例38的反应化学计量。使用实例37的方法。在70℃至71.6℃下搅拌累积119小时30分钟后,将琥珀色溶液冷却至25℃,然后使用实例34的方法完成处理。回收的潮湿固体重量是35.64克,且干燥的最终产物是重8.26克的深棕色粉末。使用实例1的方法完成样品(4.3050毫克)的TGA。在150℃下预热60分钟后,Td的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是199.05℃、261.35℃和10.76重量%。使用实例1的方法完成样品(10.7毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
实例40:合成的异丙基苯基封端的羟基官能性Troger碱共聚物在二甲亚砜中在室温下的季铵化。
反应化学计量:1)来自实例34的异丙基苯基封端的羟基官能性Troger碱共聚物,2.00克(标称12.488羟基毫当量,以160.154克/摩尔重复单元计)。2)碘甲烷,99.5%,36.61克(0.2579摩尔)。3)二甲亚砜(DMSO),99.9+%,无水,40毫升。
将异丙基苯基封端的羟基官能性Troger碱共聚物、DMSO和碘甲烷在干燥氮气下与磁力搅拌棒一起称入4盎司玻璃瓶中。将瓶密封并开始搅拌118小时27分钟。将所得深琥珀色浆液通过中等烧结玻璃漏斗真空过滤以去除共同产生的三甲基碘化亚砜。向滤液中加入去离子水(80毫升),沉淀黑色固体,将其在真空烘箱中在50℃下干燥21小时5分钟,然后在100℃下干燥20小时10分钟。所得产物是棕色粉末(2.60克)。使用实例1的方法完成样品(5.9290毫克)的TGA。在150℃预热60分钟后,Td的起始和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是216.67℃和6.23重量%。使用实例1的方法完成样品(14.5毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。使用碘甲烷/DMSO和上述反应条件季铵化的羟基官能性Troger碱共聚物标准物(不含异丙基苯基终止基团)对比非季铵化羟基官能性Troger碱共聚物的MALDI MS和热解GC/MS证实了向季铵化产物的转化。具体地,对于季铵化的羟基官能性Troger碱共聚物,650℃热解气相色谱在11.25分钟处(其中m/z=133)、12.11分钟处(其中m/z=147)和12.70分钟处(其中m/z=147)展现显著增强的碎片峰,所述碎片峰全部由季铵化产生,同时在14.73分钟处(其中m/z=148)以及在15.25分钟、15.89分钟和16.36分钟处展现碎片峰的消失,所述消失都是非季铵化羟基官能性Troger碱共聚物的特征
实例41:合成的异丙基苯基封端的羟基官能性Troger碱共聚物在乙腈中在室温下的季铵化。
反应化学计量:1)来自实例34的异丙基苯基封端的羟基官能性Troger碱共聚物,1.71克(标称10.677羟基毫当量,以160.154克/摩尔重复单元计)。2)碘甲烷,99.5%,31.36克(0.2209摩尔)。3)乙腈(ACN),99.9%,无水,77毫升。
将异丙基苯基封端的羟基官能性Troger碱共聚物、ACN和碘甲烷在干燥氮气下与磁力搅拌棒一起称入4盎司玻璃瓶中。将瓶密封并开始搅拌141小时32分钟。将所得棕色浆液通过中等烧结玻璃漏斗真空过滤并用ACN洗涤漏斗上的粉末以覆盖。从漏斗回收潮湿粉末(3.97克),放置在陶瓷盘中,并在真空烘箱中在100℃下干燥52小时30分钟。所得产物是棕色粉末(1.88克)。使用实例1的方法完成样品(5.0640毫克)的TGA。在150℃预热60分钟后,Td的起始和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是194.64℃和9.72重量%。完成样品(12.1毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。使用碘甲烷/ACN和上述反应条件季铵化的羟基官能性Troger碱共聚物标准物(不含异丙基苯基终止基团)对比非季铵化羟基官能性Troger碱共聚物的MALDI MS和热解GC/MS证实了向季铵化产物的转化。
实例42:合成的异丙基苯基封端的羟基官能性Troger碱共聚物在二甲亚砜中在70℃下的季铵化。
反应化学计量:1)来自实例35的异丙基苯基封端的羟基官能性Troger碱共聚物,2.00克(标称12.488羟基毫当量,以160.154克/摩尔重复单元计)。2)碘甲烷,99.5%,37.34克(0.2631摩尔)。3)DMSO,99.9+%,无水,40毫升。
将异丙基苯基封端的羟基官能性Troger碱共聚物、DMSO和碘甲烷在干燥氮气下与磁力搅拌棒一起称入4盎司玻璃瓶中。将瓶密封,并开始搅拌119小时18分钟,然后使用实例40的方法完成处理。所得产物是棕色粉末(2.94克)。使用实例1的方法完成样品(5.8160毫克)的TGA。在150℃预热60分钟后,Td的起始和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是204.04℃和5.63重量%。使用实例1的方法完成样品(11.1毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
实例43:合成的异丙基苯基封端的羟基官能性Troger碱共聚物在乙腈中在70℃下的季铵化。
反应化学计量:1)来自实例35的异丙基苯基封端的羟基官能性Troger碱共聚物,2.00克(标称12.488羟基毫当量,以160.154克/摩尔重复单元计)。2)碘甲烷,99.5%,35.80克(0.2522摩尔)。3)ACN,99.9%,无水,90毫升。
将异丙基苯基封端的羟基官能性Troger碱共聚物、ACN和碘甲烷在干燥氮气下与磁力搅拌棒一起称入4盎司玻璃瓶中。将瓶密封,并开始搅拌141小时52分钟,然后使用实例41的方法完成处理。从漏斗回收潮湿粉末(3.08克),放置在陶瓷盘中,并在真空烘箱中在100℃下干燥52小时30分钟。所得产物是棕色粉末(1.57克)。使用实例1的方法完成样品(5.0640毫克)的TGA。在150℃预热60分钟后,Td的起始和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是190.49℃和9.67重量%。使用实例1的方法完成样品(10.6毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
实例44:使用增加的4-异丙基苯胺化学计量的合成的异丙基苯基封端的羟基官能性Troger碱共聚物在乙腈中在室温下的季铵化。
反应化学计量:1)来自实例36的异丙基苯基封端的羟基官能性Troger碱共聚物,0.65克(标称4.059羟基毫当量,以160.154克/摩尔重复单元计)。2)碘甲烷,99.5%,12.04克(0.0848摩尔)。3)ACN,99.9%,无水,30毫升。
将异丙基苯基封端的羟基官能性Troger碱共聚物、ACN和碘甲烷在干燥氮气下与磁力搅拌棒一起称入4盎司玻璃瓶中。将瓶密封,并开始搅拌140小时42分钟,然后使用实例41的方法完成处理。从漏斗回收潮湿粉末(1.19克),放置在陶瓷盘中,并在真空烘箱中在100℃下干燥52小时30分钟。所得产物是棕色粉末(0.52克)。使用实例1的方法完成样品(3.4790毫克)的TGA。在150℃预热60分钟后,Td的起始和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是191.22℃和13.61重量%。使用实例1的方法完成样品(11.5毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
实例45:使用进一步增加的4-异丙基苯胺化学计量的合成的异丙基苯基封端的羟基官能性Troger碱共聚物在二甲亚砜中在室温下的季铵化。
反应化学计量:1)来自实例38的异丙基苯基封端的羟基官能性Troger碱共聚物,2.00克(标称12.488羟基毫当量,以160.154克/摩尔重复单元计)。2)碘甲烷,99.5%,36.93克(0.2602摩尔)。3)二甲亚砜(DMSO),99.9+%,无水,40毫升。
将异丙基苯基封端的羟基官能性Troger碱共聚物、DMSO和碘甲烷在干燥氮气下与磁力搅拌棒一起称入4盎司玻璃瓶中。将瓶密封,并开始搅拌169小时8分钟,然后使用实例40的方法完成处理。所得产物是棕色粉末(2.07克)。使用实例1的方法完成样品(5.3250毫克)的TGA。在150℃预热60分钟后,Td的起始和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是194.66℃和12.92重量%。使用实例1的方法完成样品(11.Q毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
实例46:4-异丙基苯胺和2,4-二氨基苯磺酸与多聚甲醛在三氟乙酸中在室温下的缩合。
反应化学计量:1)4-异丙基苯胺,98%,1.22克(9.023毫摩尔)。2)2,4-二氨基苯磺酸,≥98%,3.95克(20.988毫摩尔)。3)多聚甲醛,≥88%,3.06克(0.1019摩尔)。4)三氟乙酸(TFA),在COA上的实际GC纯度99.8%,使用60毫升。
将4-异丙基苯胺、2,4-二氨基苯磺酸和多聚甲醛在干燥氮气下与磁力搅拌棒一起称入2盎司玻璃瓶中。加入TFA,磁力搅拌形成金棕色浆液,并将瓶密封。在搅拌45小时1分钟后,将金棕色溶液转移到含有冰的1升玻璃烧杯中至300毫升标记,接着搅拌,然后用20重量%的氢氧化钠水溶液将pH从0至1调节到10,然后加入浓盐酸水溶液调节回到pH=1。通过重力过滤在纸上回收产物,用去离子水洗涤以覆盖并风干。从滤纸回收所得潮湿浅橙色固体,加入陶瓷盘,并在真空烘箱中在100℃下干燥39小时17分钟。所得产物是橙色粉末(7.05克)。使用实例1的方法完成样品(3.8200毫克)的TGA。在150℃下预热60分钟后,Td的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是218.22℃、278.02℃和8.95重量%。使用实例1的方法完成样品(10.6毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
实例47:用4,4'-氧基双(苯磺酰基叠氮化物)热引发的异丙基苯基封端的羟基官能性Troger碱共聚物的交联。
将使用实施例38的方法合成的异丙基苯基封端的羟基官能性Troger碱共聚物(0.0902克)和4,4'-氧基双(苯磺酰基叠氮化物)(0.0047克)称入玻璃小瓶中,然后加入四氢呋喃(1毫升)。在密封的小瓶中迅速形成均匀的溶液。剧烈混合后,将溶液移液到铝盘中并使其在排气罩中部分脱挥发分。将铝盘放入烘箱并加热到185℃并保持在其中92分钟。将所得琥珀色薄膜从铝盘取出,并将一部分与新鲜四氢呋喃(1毫升)一起加入干净的玻璃小瓶中,所述四氢呋喃不溶解薄膜但逐渐将黄色提取到溶剂中。使用实例1的方法完成样品(3.0780毫克)的TGA。在150℃下预热60分钟后,Td的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是218.40℃、264.31℃和5.02重量%。使用实例1的方法在0℃至190℃完成样品(10.7毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
作为对照,将异丙基苯基封端的羟基官能性Troger碱共聚物(0.1030克)的样品称入玻璃小瓶中,然后加入四氢呋喃(1毫升)。将溶液加入铝盘中,部分脱挥发分,然后与上述含有4,4'-氧基双(苯磺酰基叠氮化物)的可交联混合物同时放入烘箱中。将所得琥珀色薄膜从铝盘中取出,并将一部分与新鲜四氢呋喃(1毫升)一起加入干净的玻璃小瓶中,所述四氢呋喃立即溶解薄膜。
使用实例1的方法完成样品(2.9020毫克)的TGA。在150℃下预热60分钟后,Td的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是221.76℃、261.96℃和10.38重量%。使用实例1的方法在0℃至190℃完成样品(8.7毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。使用实例1的方法完成未进行任何处理的异丙基苯基封端的羟基官能性Troger碱共聚物的样品(5.9830毫克)的TGA。在150℃下预热60分钟后,Td的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是218.46℃、261.02℃和13.28重量%。使用实例1的方法在0℃至190℃完成样品(12.5毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
实例48:2,4-二氨基异丙基苯二盐酸盐和2,4-二氨基苯酚二盐酸盐与多聚甲醛在三氟乙酸中在室温下的缩合。
反应化学计量:1)2,4-二氨基异丙基苯二盐酸盐,98%,0.51克(2.285毫摩尔)。2)2,4-二氨基苯酚二盐酸盐,98%,2.55克(12.940毫摩尔)。3)多聚甲醛,≥88%,1.83克(60.947毫摩尔)。4)三氟乙酸(TFA),在COA上的实际GC纯度99.8%,使用40毫升。
将2,4-二氨基异丙基苯二盐酸盐、2,4-二氨基苯酚二盐酸盐和多聚甲醛在干燥氮气下与磁力搅拌棒一起称入4盎司玻璃瓶中。加入TFA,磁力搅拌形成灰色浆液,并将瓶密封。搅拌13分钟后,形成褐绿色浆液。在搅拌累积100小时48分钟后,将琥珀色溶液转移到含有冰的1升玻璃烧杯中至250毫升标记,然后搅拌,接着用20重量%的氢氧化钠水溶液将pH从0至1调节到4。通过重力过滤在纸上回收产物,用去离子水洗涤以覆盖并风干过夜。从滤纸中回收所得潮湿固体(18.39克),加入陶瓷盘,并在真空烘箱中在室温下干燥2小时1分钟。将固体(3.16克)与磁力搅拌棒和丙酮(20毫升)一起加入到2盎司玻璃瓶中并搅拌24小时20分钟。在纸上重力过滤浆液,用新鲜丙酮洗涤以覆盖,然后风干。从滤纸中回收所得粉末,加入陶瓷盘,并在真空烘箱中在100℃下干燥22小时。所得产物是棕色粉末(1.82克)。使用实例1的方法完成样品(8.3550毫克)的TGA。在150℃下预热60分钟后,Td的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是237.01℃、260.13℃和2.14重量%。使用实例1的方法在0℃至190℃完成样品(10.6毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
实例49:2,4-二氨基异丙基苯二盐酸盐和2,4-二氨基苯酚二盐酸盐与多聚甲醛在三氟乙酸中在70℃下的缩合。
使用实例48的反应化学计量。将反应物加入到氮气气氛下的手套箱中的玻璃反应器中,所述玻璃反应器配备有磁力搅拌、强制风冷螺旋冷凝器、温度计和恒温控制加热罩。开始搅拌,得到18.6℃的浆液,然后在10分钟后加热至70℃。在2小时13分钟后和处于70℃时,形成红棕色浆液。在70℃下搅拌累积97小时52分钟后,将紫红色溶液冷却至25℃,然后使用实例48的方法完成处理。回收的潮湿固体重10.58克,且干燥后得到5.29克,其用丙酮萃取。干燥的最终产物是重1.68克的深棕色粉末。使用实例1的方法完成样品(4.5230毫克)的TGA。在150℃下预热60分钟后,Td的起始、Td的终点和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是221.71℃、260.13℃和3.97重量%。使用实例1的方法在0℃至190℃完成样品(12.4毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
实例50:合成的异丙基苯基和羟基官能性Troger碱共聚物在乙腈中在室温下的季铵化。
将来自实例48的异丙基苯基封端的羟基官能性Troger碱共聚物(1.31克)、ACN(59毫升)和碘甲烷(25.39克)在干燥氮气下与磁力搅拌棒一起称入4盎司玻璃瓶中。将瓶密封并开始搅拌288小时55分钟。将所得金色浆液通过中等烧结玻璃漏斗真空过滤并用ACN洗涤漏斗上的粉末以覆盖。从漏斗回收潮湿粉末(3.35克),放置在陶瓷盘中,并在真空烘箱中在100℃下干燥24小时3分钟。使用实例1的方法完成样品(6.0670毫克)的TGA。在150℃预热60分钟后,Td的起始和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是189.04℃和13.18重量%。使用实例1的方法在0℃至190℃完成样品(11.7毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
实例51:合成的异丙基苯基和羟基官能性Troger碱共聚物在乙腈中在70℃下的季铵化。
将来自实例49的异丙基苯基封端的羟基官能性Troger碱共聚物(1.57克)、ACN(71毫升)和碘甲烷(28.84克)在干燥氮气下与磁力搅拌棒一起称入4盎司玻璃瓶中。将瓶密封并开始搅拌288小时50分钟。将所得棕色浆液通过中等烧结玻璃漏斗真空过滤并用ACN洗涤漏斗上的粉末以覆盖。从漏斗回收潮湿粉末(3.36克),放置在陶瓷盘中,并在真空烘箱中在100℃下干燥26小时17分钟。使用实例1的方法完成样品(7.3060毫克)的TGA。在150℃预热60分钟后,Td的起始和直到Td起始时损失的挥发物(重量%)分别是191.54℃和12.16重量%。使用实例1的方法在0℃至190℃完成样品(10.8毫克)的DSC分析,在第二次分析中未检测到事件。
Claims (15)
1.一种聚合物,包含亚单元,所述亚单元包含由式I表示的Troger碱部分:
其中L包含亚芳基,所述亚芳基包括选自以下的至少一个取代基:
i)交联键;和
ii)选自以下中的至少一种的官能团:羟基、膦酸、羧酸和磺酸及其对应盐或酯;炔基、炔基醚、氰酸酯、环氧树脂和缩水甘油醚。
2.根据权利要求1所述的聚合物,其中所述亚芳基包含与所述Troger碱部分稠合的环。
3.根据权利要求1所述的聚合物,其中所述亚芳基包含与Troger碱部分稠合的多环部分。
4.根据权利要求1所述的聚合物,其中所述亚芳基选自:亚苯基、亚联苯基、萘和螺二茚满。
5.根据权利要求1所述的聚合物,其中式I表示所述聚合物的重复单元。
6.根据权利要求1所述的聚合物,其中所述交联键是共价键。
7.根据权利要求1所述的聚合物,包含由下式中的至少一个表示的重复单元以及其对应区域异构体:
式III:
式IVa:
式IVb:
式IVc:
其中:X和Y以及X'和Y'独立地选自:膦酸、羧酸和磺酸及其对应盐或酯;炔基、炔基醚、氰酸酯、羟基和氢,条件是X、Y、X'和Y'中不超过三个是氢;并且R1、R2、R3和R4独立地选自包含1到6个碳原子的烷基,并且R1和R2可以共同形成酮基或9,9'-芴基,并且R3和R4可以共同形成酮基或9,9'-芴基。
8.根据权利要求7所述的聚合物,其中所述聚合物通过X、X'、Y和Y'中的至少一个共价交联。
9.根据权利要求7所述的聚合物,其中两种或两种以上不同的重复单元以共聚物的形式并入。
10.根据权利要求9所述的聚合物,其中所述聚合物通过X、X'、Y和Y'中的至少一个共价交联。
11.根据权利要求7所述的聚合物,其中一或多个取代基X、X'、Y'和Y'是羟基并且所述取代基X、X'、Y和Y'中的至少一个或多个是氢,并且所述聚合物通过重氮键共价交联。
12.根据权利要求9所述的聚合物,其中一或多个取代基X、X'、Y'和Y'是羟基并且所述取代基X、X'、Y和Y'中的至少一个或多个是氢,并且所述聚合物通过重氮键共价交联。
13.根据权利要求1所述的聚合物,另外包含由式XXI表示的链终止基团:
其中A、D和E独立地选自:氢、羟基、羧酸、氰酸酯、环氧化物、缩水甘油醚、缩水甘油酯和包括1到8个碳原子的烃基。
14.根据权利要求13所述的聚合物,其中A、D和E中的至少一个是被至少一个酮或环氧基团取代的烃基。
15.一种包含根据权利要求1所述的聚合物的膜,其根据ASTM F316-03(2011)测定的平均孔径是0.2nm到20nm且根据Brunauer-Emmett-Teller(BET)方法测量的表观表面积大于100m2/g。
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