CN114149568A - 一种聚芴材料的制备方法及所得聚芴材料 - Google Patents
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract
本发明公开一种聚芴材料的制备方法及所得聚芴材料。本发明首先公开了聚芴材料的制备方法，包括：在惰性气氛保护下，将溶有水溶性碱盐的水溶液和溶有二溴代芴单体、二硼酸芴单体或二硼酸酯芴单体、Aliquat336及钯催化剂的甲苯溶液在超重力反应器中进行Suzuki偶联反应，得到的反应产物分层，取有机层进行纯化和干燥，得到聚芴材料。本发明进一步公开了上述制备方法制备得到的聚芴材料。本发明采用超重力强化Suzuki偶联反应进行逐步缩合聚合，通过强化微观混合和传质过程，使聚芴材料的分子量分布均一，有效地克服非均相体系混合不均带来的放大效应，工艺简便，条件温和，重复性高，可宏量制备。
Description
技术领域
本发明涉及共轭高分子发光材料制备领域。更具体地，涉及一种聚芴材料的制备方法及所得聚芴材料。
背景技术
在共轭高分子发光材料领域中，聚芴(PFs)由于自身独特的发光性质、较宽的带隙、高的荧光量子效率、良好的光谱稳定性等特点而备受关注。因其具有刚性平面联苯结构和活性位点使PFs能够在保证有效共轭长度的同时还可以通过灵活的结构修饰来调节其他特性，例如在9号位引入烷基侧链增强溶解性、引入噻吩/咔唑单元提高亮度和发光效率等。PFs通常采用过渡金属催化的芳基偶联反应来进行合成，主要包括熊田(Kumuda)偶联反应、铃木(Suzuki)偶联反应等。其中，Suzuki偶联反应是最常用的方法，因为其反应条件温和、底物普适性好、产物易于分离、受空间位阻基团影响小，且反应过程对羧基、氨基、醛基等官能团耐受性高。
Suzuki偶联反应是在钯配合物催化下，芳基或烯基的硼酸或硼酸酯与氯、溴、碘代芳烃或烯烃发生的有机偶联反应。该反应需要水相提供碱源参与配体转移、金属交换反应，通常使用有机溶剂作为反应相来确保底物完全溶解，同时需要高温无氧环境保持钯催化剂高活性且不发生氧化变质。目前，基于Suzuki偶联反应的PFs聚合反应一般采用传统搅拌方式，微观混合较差，宏量制备时会因局部浓度不均而导致底物、催化剂、碱的混合不充分，严重影响产物分子量分布均一性。除此之外，PFs主链的增长过程是通过底物单体上的官能团碰撞发生缩合反应而实现的，理论上每步反应的官能团活性、反应速率均一致，与主链长度无关。因此PFs的聚合反应时间一般较长，一般在2～5天，这会进一步放大由混合不均带来的分子量分布不均问题。综上，官能团的均匀碰撞概率和非均相体系的充分接触是制备PFs的关键因素。
超重力技术可以极大强化微观混合和传质过程，具有传质效率高、设备尺寸小、工业能耗低等优势。超重力反应器中产生的强大离心力会克服表面张力，带动多相流体进行不断的表界面更新，强化分子扩散和相间传质。目前，北京化工大学的超重力研究中心已利用超重力技术强化制备了多种高分子材料，如丙交酯(专利号CN106749160)、聚异丁烯(专利号CN102464736)、丁基橡胶(专利号CN101130585)、聚氰基丙烯酸酯(专利号CN110357994)等。目前尚无超重力技术制备聚芴材料相关的报道。
本发明通过超重力技术制备聚芴材料以优化官能团的碰撞概率和非均相体系的接触。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种聚芴材料的制备方法，该方法采用超重力强化Suzuki偶联反应进行逐步缩合聚合，通过强化微观混合和传质过程，使底物两相均匀接触，克服混合不均带来的放大效应，工艺简便，条件温和，可宏量制备；所得聚芴材料的数均分子量随反应时间稳定可控变化，分子量分布均一。
本发明的另一个目的在于提供上述制备方法制备得到的聚芴材料。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
第一方面，本发明提供一种聚芴材料的制备方法，包括如下步骤：
将水溶性碱盐溶于水中，得到溶液A；
将二溴代芴单体、二硼酸芴单体或二硼酸酯芴单体、Aliquat336及钯催化剂溶于甲苯溶液中，得到溶液B；
在惰性气氛保护下，将所述溶液A和溶液B在超重力反应器中进行Suzuki偶联反应，取出反应产物；
将所述反应产物分层后取有机层，对所述有机层进行纯化和干燥，得到聚芴材料。
基于本发明的制备方法，所述水溶性碱盐选自碱金属磷酸盐、碱金属碳酸盐和四乙基氢氧化铵的一种或两种以上的组合。
基于本发明的制备方法，所述二溴代芴单体的结构式如下所示：
其中，R1、R2相同或不同地表示为H或C1～C12的烷基。
基于本发明的制备方法，所述二硼酸芴单体或二硼酸酯芴单体的结构式如下任一所示：
其中，R3、R4相同或不同地表示为H或C1～C12的烷基。
基于本发明的制备方法，所述钯催化剂选自Pd(PPh3)4、Pd2(dba)3和Pd(PPh3)2Cl2中的一种或两种以上的组合。
基于本发明的制备方法，所述溶液A和溶液B的体积比为2～400:5～100。
基于本发明的制备方法，所述水溶性碱盐在溶液A中的浓度为0.05～2mol/L。
基于本发明的制备方法，所述二溴代芴单体在溶液B中的浓度为0.02～0.5mol/L，所述二硼酸芴单体或二硼酸酯芴单体在溶液B中的浓度为0.02～0.5mol/L，所述二溴代芴单体与二硼酸芴单体或二硼酸酯芴单体的摩尔比为1:1，所述Aliquat 336在溶液B中的体积含量为0.5％～5％，所述钯催化剂在溶液B中的浓度为0.001～0.01mol/L。
基于本发明的制备方法，所述超重力反应器包括但不局限于内循环式超重力旋转填充床、外循环式超重力旋转填充床、外循环定转子式超重力旋转装置和外循环折流式超重力旋转装置。
基于本发明的制备方法，所述Suzuki偶联反应的条件为超重力水平gr在50～500范围内，在60～110℃的温度下反应4～48小时；其中，所述超重力水平gr是指超重力反应器内通过转子旋转产生的离心加速度的大小，一般用重力加速度g(9.8m/s2)的倍数来表示，计算公式如下：
式中，n为转子转速(rpm)，r1、r2是转子的内、外径(m)。
基于本发明的制备方法，所述惰性气氛使用的惰性气体为氮气或氩气，其纯度≥99.999％(V/V)。
基于本发明的制备方法，所述纯化和干燥是在所述有机层中滴入甲醇中析出沉淀物，过滤后得到的沉淀物溶解到二氯甲烷中，使用饱和食盐水水洗后取有机层添加无水硫酸镁，搅拌后过滤得到澄清滤液，减压蒸馏，蒸干溶剂后滴入四氢呋喃使其溶解，再次滴入甲醇中析出沉淀物，进一步将沉淀物干燥即得得聚芴材料。
基于本发明的制备方法，所述干燥是采用真空干燥。在本发明具体的实施方式中，是采用45℃真空干燥12h。
第二方面，本发明提供了上述制备方法制备得到的聚芴材料。
本发明所述聚芴材料包括主链含芴单元的均聚物和/或共聚物，其结构式如下所示：
其中，R1、R2、R3、R4相同或不同地表示为H或C1～C12的烷基。
本发明根据二溴代芴单体、二硼酸芴单体或二硼酸酯芴单体的不同得到的聚芴材料包括聚(9,9-二正辛基芴)、聚(9,9-双十二烷基芴)、聚(9,9-二正己基芴)和聚(9,9-二己基芴-co-9,9-二辛基芴)，其数均分子量Mn为6.8～29.8kDa，分子量分布指数的范围为1.7～2.3，分子量较未使用超重力技术制备得到的聚芴材料分布均一。
本发明的有益效果如下：
本发明采用超重力强化Suzuki偶联反应进行逐步缩合聚合，通过强化微观混合和传质过程，使聚芴材料的分子量分布均一，有效地克服非均相体系混合不均带来的放大效应，工艺简便，条件温和，重复性高，可宏量制备，具体表现在：
1、本发明聚芴材料的制备方法采用超重力技术增强了聚芴合成过程中微观混合与传质，使底物、催化剂、碱充分接触，使分子量分布均一，有效地克服非均相体系混合不均带来的放大效应。
2、本发明聚芴材料的制备方法合成聚芴材料过程中有机相会因线形聚芴分子量的提高而导致粘度上升，超重力反应器中的高速转子产生的强大离心力有效解决了这一问题，保证了长反应时间下全程混合均匀、官能团碰撞频率一致。
3、本发明聚芴材料的制备方法结合超重力反应器尺寸、持液量等因素，灵活调节了水相(溶液A)和有机相(溶液B)比例，在微观角度既确保了Suzuki偶联反应中水溶性碱与有机相的最大化有效接触，又对反应过程中副产物的去除具有优异的效果。
4、本发明聚芴材料的制备方法采用的超重力技术具有普适性，对于聚芴材料制备均有较好的促进效果，重复性高，能够确保产品分子量及分子量分布。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明下述实施例和对比例中，超重力水平gr是指超重力反应器内通过转子旋转产生的离心加速度的大小，一般用重力加速度g(9.8m/s2)的倍数来表示，计算公式如下：
式中，n为转子转速(rpm)，r1、r2是转子的内、外径(m)。
实施例1
本实施例提供一种聚(9,9-二正辛基芴)的制备方法，包括以下步骤：
将1.382g的K2CO3溶于去离子水中，得到100mL溶有K2CO3的水溶液，记为溶液A，所述K2CO3在所述溶液A中的浓度为0.1mol/L；
将1.097g的9,9-二辛基-2,7-二溴代芴、1.285g的9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)、0.5mL Aliquat 336和161.8mg的Pd(PPh3)4溶于甲苯溶液中，得到50mL溶有9,9-二辛基-2,7-二溴代芴、9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)、Aliquat 336和Pd(PPh3)4的甲苯溶液，记为溶液B，所述9,9-二辛基-2,7-二溴代芴在所述溶液B的浓度为0.04mol/L，所述9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)在所述溶液B的浓度为0.04mol/L，所述Aliquat 336在所述溶液B的体积含量为1.0％，所述Pd(PPh3)4在所述溶液B中的浓度为0.0028mol/L；
向内循环式超重力旋转填充床反应器中加入100mL溶液A和50mL溶液B，连接冷凝装置并密封其他换气孔，通氮气鼓泡除氧30min，确保惰性气氛保护环境；调节内循环式超重力旋转填充床的转子速度，使其超重力水平为500，反应体系温度维持在80℃，反应12h，反应结束后取出反应产物，静置分层，取有机层并冷却至室温，滴入甲醇中析出沉淀物，过滤后将沉淀物溶解到二氯甲烷中，使用饱和食盐水在分液漏斗中水洗两遍，取有机层并添加无水硫酸镁，使用玻璃棒搅拌10min然后过滤得到澄清滤液，在40℃下进行减压蒸馏，蒸干溶剂后滴入5mL四氢呋喃使其溶解，再次滴入甲醇中析出沉淀物，过滤后将沉淀物45℃真空干燥12h，得到产物聚(9,9-二正辛基芴)，其数均分子量为14703Da，分子量分布指数为1.98。
本实施例的反应式为
其中，(a)为所述的9,9-二辛基-2，7-二溴代芴的结构式，(b)为所述的9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)的结构式，(c)为所述的聚(9,9-二正辛基芴)的结构式。
对比例1
本对比例提供一种聚(9,9-二正辛基芴)的制备方法，包括以下步骤：
将1.382g的K2CO3溶于去离子水中，得到100mL溶有K2CO3的水溶液，记为溶液A，所述K2CO3在所述溶液A中的浓度为0.1mol/L；
将1.097g的9,9-二辛基-2,7-二溴代芴、1.285g的9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)、0.5mL Aliquat 336和161.8mg的Pd(PPh3)4溶于甲苯溶液中，得到50mL溶有9,9-二辛基-2,7-二溴代芴、9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)、Aliquat 336和Pd(PPh3)4的甲苯溶液，记为溶液B，所述9,9-二辛基-2,7-二溴代芴在所述溶液B的浓度为0.04mol/L，所述9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)在所述溶液B的浓度为0.04mol/L，所述Aliquat 336在所述溶液B的体积含量为1.0％，所述Pd(PPh3)4在所述溶液B中的浓度为0.0028mol/L；
向三口烧瓶中加入100mL溶液A和50mL溶液B，通氮气鼓泡除氧30min然后分别用冷凝器、胶塞密封三口烧瓶，氮气置换除氧十次，确保惰性气氛保护环境；将三口烧瓶放置在磁力搅拌加热板上的油浴锅中，调节转子搅拌转速为500rpm，反应体系温度维持在80℃，反应12h，反应结束后取出反应产物，静置分层，取有机层并冷却至室温，滴入甲醇中析出沉淀物，过滤后将沉淀物溶解到二氯甲烷中，使用饱和食盐水在分液漏斗中水洗两遍，取有机层并添加无水硫酸镁，使用玻璃棒搅拌10min然后过滤得到澄清滤液，在40℃下进行减压蒸馏，蒸干溶剂后滴入5mL四氢呋喃使其溶解，再次滴入甲醇中析出沉淀物，过滤后将沉淀物45℃真空干燥12h，得到产物聚(9,9-二正辛基芴)，其数均分子量Mn为4380Da，分子量分布指数为3.84。
本对比例的反应式为
其中，(a)为所述的9,9-二辛基-2,7-二溴代芴的结构式，(b)为所述的9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)的结构式，(c)为所述的聚(9,9-二正辛基芴)的结构式。
实施例2
本实施例提供一种聚(9,9-二正辛基芴)的制备方法，包括以下步骤：
将2.488g的K2CO3溶于去离子水中，得到180mL溶有K2CO3的水溶液，记为溶液A，所述K2CO3在所述溶液A中的浓度为0.1mol/L；
将1.097g的9,9-二辛基-2,7-二溴代芴、1.285g的9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)、0.5mL Aliquat 336和161.8mg的Pd(PPh3)4溶于甲苯溶液中，得到60mL溶有9,9-二辛基-2,7-二溴代芴、9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)、Aliquat 336和Pd(PPh3)4的甲苯溶液，记为溶液B，所述9,9-二辛基-2,7-二溴代芴在所述溶液B的浓度为0.033mol/L，所述9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)在所述溶液B的浓度为0.033mol/L，所述Aliquat336在所述溶液B的体积含量为0.83％，所述Pd(PPh3)4在所述溶液B中的浓度为0.0023mol/L；
向内循环式超重力旋转填充床反应器中加入180mL溶液A和60mL溶液B，连接冷凝装置并密封其他换气孔，通氮气鼓泡除氧30min，确保惰性气氛保护环境；调节内循环式超重力旋转填充床的转子速度，使其超重力水平为500，反应体系温度维持在80℃，反应12h，反应结束后取出反应产物，静置分层，取有机层并冷却至室温，滴入甲醇中析出沉淀物，过滤后将沉淀物溶解到二氯甲烷中，使用饱和食盐水在分液漏斗中水洗两遍，取有机层并添加无水硫酸镁，使用玻璃棒搅拌10min然后过滤得到澄清滤液，在40℃下进行减压蒸馏，蒸干溶剂后滴入5mL四氢呋喃使其溶解，再次滴入甲醇中析出沉淀物，过滤后将沉淀物45℃真空干燥12h，得到产物聚(9,9-二正辛基芴)，其数均分子量为16785Da，分子量分布指数为1.77。
本实施例的反应式为
其中，(a)为所述的9,9-二辛基-2,7-二溴代芴的结构式，(b)为所述的9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)的结构式，(c)为所述的聚(9,9-二正辛基芴)的结构式。
对比例2
本对比例提供一种聚(9,9-二正辛基芴)的制备方法，包括以下步骤：
将2.488g的K2CO3溶于去离子水中，得到180mL溶有K2CO3的水溶液，记为溶液A，所述K2CO3在所述溶液A中的浓度为0.1mol/L；
将1.097g的9,9-二辛基-2,7-二溴代芴、1.285g的9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)、0.5mL Aliquat 336和161.8mg的Pd(PPh3)4溶于甲苯溶液中，得到60mL溶有9,9-二辛基-2,7-二溴代芴、9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)、Aliquat 336和Pd(PPh3)4的甲苯溶液，记为溶液B，所述9,9-二辛基-2,7-二溴代芴在所述溶液B的浓度为0.033mol/L，所述9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)在所述溶液B的浓度为0.033mol/L，所述Aliquat336在所述溶液B的体积含量为0.83％，所述Pd(PPh3)4在所述溶液B中的浓度为0.0023mol/L；
向三口烧瓶中加入180mL溶液A和60mL溶液B，通氮气鼓泡除氧30min然后分别用冷凝器、胶塞密封三口烧瓶，氮气置换除氧十次，确保惰性气氛保护环境；将三口烧瓶放置在磁力搅拌加热板上的油浴锅中，调节转子搅拌转速为500rpm，反应体系温度维持在80℃，反应12h，反应结束后取出反应产物，静置分层，取有机层并冷却至室温，滴入甲醇中析出沉淀物，过滤后将沉淀物溶解到二氯甲烷中，使用饱和食盐水在分液漏斗中水洗两遍，取有机层并添加无水硫酸镁，使用玻璃棒搅拌10min然后过滤得到澄清滤液，在40℃下进行减压蒸馏，蒸干溶剂后滴入5mL四氢呋喃使其溶解，再次滴入甲醇中析出沉淀物，过滤后将沉淀物45℃真空干燥12h，得到产物聚(9,9-二正辛基芴)，其数均分子量Mn为5129Da，分子量分布指数为3.44。
本对比例的反应式为
其中，(a)为所述的9,9-二辛基-2,7-二溴代芴的结构式，(b)为所述的9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)的结构式，(c)为所述的聚(9,9-二正辛基芴)的结构式。
实施例3
本实施例提供一种聚(9,9-二正辛基芴)的制备方法，包括以下步骤：
将5.805g的K2CO3溶于去离子水中，得到420mL溶有K2CO3的水溶液，记为溶液A，所述K2CO3在所述溶液A中的浓度为0.1mol/L；
将1.097g的9,9-二辛基-2,7-二溴代芴、1.285g的9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)、0.5mL Aliquat 336和161.8mg的Pd(PPh3)4溶于甲苯溶液中，得到60mL溶有9,9-二辛基-2,7-二溴代芴、9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)、Aliquat 336和Pd(PPh3)4的甲苯溶液，记为溶液B，所述9,9-二辛基-2,7-二溴代芴在所述溶液B的浓度为0.033mol/L，所述9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)在所述溶液B的浓度为0.033mol/L，所述Aliquat336在所述溶液B的体积含量为0.83％，所述Pd(PPh3)4在所述溶液B中的浓度为0.0023mol/L；
向内循环式超重力旋转填充床反应器中加入420mL溶液A和60mL溶液B，连接冷凝装置并密封其他换气孔，通氮气鼓泡除氧30min，确保惰性气氛保护环境；调节内循环式超重力旋转填充床的转子速度，使其超重力水平为500，反应体系温度维持在80℃，反应12h，反应结束后取出反应产物，静置分层，取有机层并冷却至室温，滴入甲醇中析出沉淀物，过滤后将沉淀物溶解到二氯甲烷中，使用饱和食盐水在分液漏斗中水洗两遍，取有机层并添加无水硫酸镁，使用玻璃棒搅拌10min然后过滤得到澄清滤液，在40℃下进行减压蒸馏，蒸干溶剂后滴入8mL四氢呋喃使其溶解，再次滴入甲醇中析出沉淀物，过滤后将沉淀物45℃真空干燥12h，得到产物聚(9,9-二正辛基芴)，其数均分子量为17172Da，分子量分布指数为1.93。
本实施例反应式为
其中，(a)为所述的9,9-二辛基-2,7-二溴代芴的结构式，(b)为所述的9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)的结构式，(c)为所述的聚(9,9-二正辛基芴)的结构式。
对比例3
本对比例提供一种聚(9,9-二正辛基芴)的制备方法，包括以下步骤：
将5.805g的K2CO3溶于去离子水中，得到420mL溶有K2CO3的水溶液，记为溶液A，所述K2CO3在所述溶液A中的浓度为0.1mol/L；
将1.097g的9,9-二辛基-2,7-二溴代芴、1.285g的9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)、0.5mL Aliquat 336和161.8mg的Pd(PPh3)4溶于甲苯溶液中，得到60mL溶有9,9-二辛基-2,7-二溴代芴、9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)、Aliquat 336和Pd(PPh3)4的甲苯溶液，记为溶液B，所述9,9-二辛基-2,7-二溴代芴在所述溶液B的浓度为0.033mol/L，所述9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)在所述溶液B的浓度为0.033mol/L，所述Aliquat336在所述溶液B的体积含量为0.83％，所述Pd(PPh3)4在所述溶液B中的浓度为0.0023mol/L；
向三口烧瓶中加入420mL溶液A和60mL溶液B，通氮气鼓泡除氧30min然后分别用冷凝器、胶塞密封三口烧瓶，氮气置换除氧十次，确保惰性气氛保护环境；将三口烧瓶放置在磁力搅拌加热板上的油浴锅中，调节转子搅拌转速为500rpm，反应体系温度维持在80℃，反应12h，反应结束后取出反应产物，静置分层，取有机层并冷却至室温，滴入甲醇中析出沉淀物，过滤后将沉淀物溶解到二氯甲烷中，使用饱和食盐水在分液漏斗中水洗两遍，取有机层并添加无水硫酸镁，使用玻璃棒搅拌10min然后过滤得到澄清滤液，在40℃下进行减压蒸馏，蒸干溶剂后滴入5mL四氢呋喃使其溶解，再次滴入甲醇中析出沉淀物，过滤后将沉淀物45℃真空干燥12h，得到产物聚(9,9-二正辛基芴)，其数均分子量Mn为6290Da，分子量分布指数为4.09。
本对比例的反应式为
其中，(a)为所述的9,9-二辛基-2,7-二溴代芴的结构式，(b)为所述的9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)的结构式，(c)为所述的聚(9,9-二正辛基芴)的结构式。
实施例4
本实施例提供一种聚(9,9-二正辛基芴)的制备方法，包括以下步骤：
将6.911g的K2CO3溶于去离子水中，得到500mL溶有K2CO3的水溶液，记为溶液A，所述K2CO3在所述溶液A中的浓度为0.1mol/L；
将1.097g的9,9-二辛基-2,7-二溴代芴、1.285g的9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)、1.0mL Aliquat 336和161.8mg的Pd(PPh3)4溶于甲苯溶液中，得到50mL溶有9,9-二辛基-2,7-二溴代芴、9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)、Aliquat 336和Pd(PPh3)4的甲苯溶液，记为溶液B，所述9,9-二辛基-2,7-二溴代芴在所述溶液B的浓度为0.04mol/L，所述9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)在所述溶液B的浓度为0.04mol/L，所述Aliquat 336在所述溶液B的体积含量为2.0％，所述Pd(PPh3)4在所述溶液B中的浓度为0.0028mol/L；
向内循环式超重力旋转填充床反应器中加入500mL溶液A和50mL溶液B，连接冷凝装置并密封其他换气孔，通氮气鼓泡除氧30min，确保惰性气氛保护环境；调节内循环式超重力旋转填充床的转子速度，使其超重力水平为500，反应体系温度维持在80℃，反应12h，反应结束后取出反应产物，静置分层，取有机层并冷却至室温，滴入甲醇中析出沉淀物，过滤后将沉淀物溶解到二氯甲烷中，使用饱和食盐水在分液漏斗中水洗两遍，取有机层并添加无水硫酸镁，使用玻璃棒搅拌10min然后过滤得到澄清滤液，在40℃下进行减压蒸馏，蒸干溶剂后滴入8mL四氢呋喃使其溶解，再次滴入甲醇中析出沉淀物，过滤后将沉淀物45℃真空干燥12h，得到产物聚(9,9-二正辛基芴)，其数均分子量为20011Da，分子量分布指数为2.13。
本实施例的反应式为
其中，(a)为所述的9,9-二辛基-2,7-二溴代芴的结构式，(b)为所述的9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)的结构式，(c)为所述的聚(9,9-二正辛基芴)的结构式。
对比例4
本对比例提供一种聚(9,9-二正辛基芴)的制备方法，包括以下步骤：
将6.911g的K2CO3溶于去离子水中，得到500mL溶有K2CO3的水溶液，记为溶液A，所述K2CO3在所述溶液A中的浓度为0.1mol/L；
将1.097g的9,9-二辛基-2,7-二溴代芴、1.285g的9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)、1.0mL Aliquat 336和161.8mg的Pd(PPh3)4溶于甲苯溶液中，得到50mL溶有9,9-二辛基-2,7-二溴代芴、9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)、Aliquat 336和Pd(PPh3)4的甲苯溶液，记为溶液B，所述9,9-二辛基-2,7-二溴代芴在所述溶液B的浓度为0.04mol/L，所述9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)在所述溶液B的浓度为0.04mol/L，所述Aliquat 336在所述溶液B的体积含量为2.0％，所述Pd(PPh3)4在所述溶液B中的浓度为0.0028mol/L；
向三口烧瓶中加入500mL溶液A和50mL溶液B，通氮气鼓泡除氧40min然后分别用冷凝器、胶塞密封三口烧瓶，氮气置换除氧十次，确保惰性气氛保护环境；将三口烧瓶放置在磁力搅拌加热板上的油浴锅中，调节转子搅拌转速为500rpm，反应体系温度维持在80℃，反应12h，反应结束后取出反应产物，静置分层，取有机层并冷却至室温，滴入甲醇中析出沉淀物，过滤后将沉淀物溶解到二氯甲烷中，使用饱和食盐水在分液漏斗中水洗两遍，取有机层并添加无水硫酸镁，使用玻璃棒搅拌10min然后过滤得到澄清滤液，在40℃下进行减压蒸馏，蒸干溶剂后滴入5mL四氢呋喃使其溶解，再次滴入甲醇中析出沉淀物，过滤后将沉淀物45℃真空干燥12h，得到产物聚(9,9-二正辛基芴)，其数均分子量Mn为6939Da，分子量分布指数为5.58。
本对比例的反应式为
其中，(a)为所述的9,9-二辛基-2,7-二溴代芴的结构式，(b)为所述的9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)结构式，(c)为所述的聚(9,9-二正辛基芴)结构式。
实施例5
本实施例提供一种聚(9,9-双十二烷基芴)的制备方法，包括以下步骤：
将8.491g的K2CO3溶于去离子水中，得到800mL溶有K2CO3的水溶液，记为溶液A，所述K2CO3在所述溶液A中的浓度为0.05mol/L；
将13.215g的9,9-双十二烷基-2,7-二溴芴、11.812g的9,9-双十二烷基芴-2,7-二硼酸、4.0mL Aliquat 336和1.404g的Pd(PPh3)2Cl2溶于甲苯溶液中，得到200mL溶有9,9-双十二烷基-2,7-二溴芴、9,9-双十二烷基芴-2,7-二硼酸、Aliquat 336和Pd(PPh3)2Cl2的甲苯溶液，记为溶液B，所述9,9-双十二烷基-2,7-二溴芴在所述溶液B的浓度为0.1mol/L，所述9,9-双十二烷基芴-2,7-二硼酸在所述溶液B的浓度为0.1mol/L，所述Aliquat 336在所述溶液B的体积含量为2.0％，所述Pd(PPh3)2Cl2在所述溶液B中的浓度为0.01mol/L；
向内循环式超重力旋转填充床反应器中加入800mL溶液A和200mL溶液B，连接冷凝装置并密封其他换气孔，通氮气鼓泡除氧30min，确保惰性气氛保护环境；调节内循环式超重力旋转填充床的转子速度，使其超重力水平为300，反应体系温度维持在80℃，反应4h，反应结束后取出反应产物，静置分层，取有机层并冷却至室温，滴入甲醇中析出沉淀物，过滤后将沉淀物溶解到二氯甲烷中，使用饱和食盐水在分液漏斗中水洗两遍，取有机层并添加无水硫酸镁，使用玻璃棒搅拌10min然后过滤得到澄清滤液，在40℃下进行减压蒸馏，蒸干溶剂后滴入16mL四氢呋喃使其溶解，再次滴入甲醇中析出沉淀物，过滤后将沉淀物45℃真空干燥12h，得到产物聚(9,9-双十二烷基芴)，其数均分子量为6807Da，分子量分布指数为1.89。
本实施例的反应式为
其中，(a)为所述的9,9-双十二烷基-2,7-二溴芴的结构式，(b)为所述的9,9-双十二烷基芴-2,7-二硼酸的结构式，(c)为所述的聚(9,9-双十二烷基芴)的结构式。
实施例6
本实施例提供一种聚(9,9-二正辛基芴)的制备方法，包括以下步骤：
将1.698g的K2CO3溶于去离子水中，得到4mL溶有K2CO3的水溶液，记为溶液A，所述K2CO3在所述溶液A中的浓度为2.0mol/L；
将1.097g的9,9-二辛基-2,7-二溴代芴、0.973g的9,9-二辛基芴-2,7-二硼酸二(1,3-丙二醇)酯、0.5mL Aliquat 336和126.4mg的Pd2(dba)3溶于甲苯溶液中，得到60mL溶有9,9-二辛基-2,7-二溴代芴、9,9-二辛基芴-2,7-二硼酸二(1,3-丙二醇)酯、Aliquat 336和Pd2(dba)3的甲苯溶液，记为溶液B，所述9,9-二辛基-2,7-二溴代芴在所述溶液B的浓度为0.033mol/L，所述9,9-二辛基芴-2,7-二硼酸二(1,3-丙二醇)酯在所述溶液B的浓度为0.033mol/L，所述Aliquat 336在所述溶液B的体积含量为0.83％，所述Pd2(dba)3在所述溶液B中的浓度为0.0023mol/L；
向三口烧瓶中加入4mL溶液A和60mL溶液B，通氮气鼓泡除氧20min后转移到氮气环境手套箱内，依次连接外循环式超重力旋转填充床、蠕动泵、三口烧瓶；开启蠕动泵，调节外循环式超重力旋转填充床的转子速度，使其超重力水平为300，反应体系温度维持在60℃，反应12h，反应结束后取出反应产物，静置分层，取有机层并冷却至室温，滴入甲醇中析出沉淀物，过滤后将沉淀物溶解到二氯甲烷中，使用饱和食盐水在分液漏斗中水洗两遍，取有机层并添加无水硫酸镁，使用玻璃棒搅拌10min然后过滤得到澄清滤液，在40℃下进行减压蒸馏，蒸干溶剂后滴入5mL四氢呋喃使其溶解，再次滴入甲醇中析出沉淀物，过滤后将沉淀物45℃真空干燥12h，得到产物聚(9,9-二正辛基芴)，其数均分子量为14842Da，分子量分布指数为2.10。
本实施例的反应式为
其中，(a)为所述的9,9-二辛基-2,7-二溴代芴的结构式，(b)为所述的9,9-二辛基芴-2,7-二硼酸二(1,3-丙二醇)酯的结构式，(c)为所述的聚(9,9-二正辛基芴)的结构式。
实施例7
本实施例提供一种聚(9,9-二正己基芴)的制备方法，包括以下步骤：
取4mL四乙基氢氧化铵20wt.％水溶液，记为溶液A，所述四乙基氢氧化铵在所述溶液A中的浓度为1.36mol/L；
将0.985g的9,9-二己基-2,7-二溴代芴、1.173g的9,9-二己基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)、0.5mL Aliquat 336和161.8mg的Pd(PPh3)4溶于甲苯溶液中，得到60mL溶有9,9-二己基-2,7-二溴代芴、9,9-二己基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)、Aliquat 336和Pd(PPh3)4的甲苯溶液，记为溶液B，所述9,9-二己基-2,7-二溴代芴在所述溶液B的浓度为0.033mol/L，所述9,9-二己基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)在所述溶液B的浓度为0.033mol/L，所述Aliquat336在所述溶液B的体积含量为0.83％，所述Pd(PPh3)4在所述溶液B中的浓度为0.0023mol/L；
向三口烧瓶中加入4mL溶液A和60mL溶液B，通氮气鼓泡除氧20min后转移到氮气环境手套箱内，依次连接外循环式超重力旋转填充床、蠕动泵、三口烧瓶；开启蠕动泵，调节外循环式超重力旋转填充床的转子速度，使其超重力水平为300，反应体系温度维持在80℃，反应12h，反应结束后取出反应产物，静置分层，取有机层并冷却至室温，滴入甲醇中析出沉淀物，过滤后将沉淀物溶解到二氯甲烷中，使用饱和食盐水在分液漏斗中水洗两遍，取有机层并添加无水硫酸镁，使用玻璃棒搅拌10min然后过滤得到澄清滤液，在40℃下进行减压蒸馏，蒸干溶剂后滴入5mL四氢呋喃使其溶解，再次滴入甲醇中析出沉淀物，过滤后将沉淀物45℃真空干燥12h，得到产物聚(9,9-二正己基芴)，其数均分子量为11438Da，分子量分布指数为2.11。
本实施例的反应式为
其中，(a)为所述的9,9-二己基-2,7-二溴代芴的结构式，(b)为所述的9,9-二己基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)的结构式，(c)为所述的聚(9,9-二正己基芴)的结构式。
实施例8
本实施例提供一种聚(9,9-二己基芴-co-9,9-二辛基芴)的制备方法，包括以下步骤：
将6.359g的Na2CO3溶于去离子水中，得到60mL溶有Na2CO3的水溶液，记为溶液A，所述Na2CO3在所述溶液A中的浓度为1.0mol/L；
将98.5mg的9,9-二己基-2,7-二溴代芴、128.5mg的9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)、0.1mL Aliquat 336和11.6mg的Pd(PPh3)4溶于甲苯溶液中，得到10mL溶有9,9-二己基-2,7-二溴代芴、9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)、Aliquat 336和Pd(PPh3)4的甲苯溶液，记为溶液B，所述9,9-二己基-2,7-二溴代芴在所述溶液B的浓度为0.02mol/L，所述9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)在所述溶液B的浓度为0.02mol/L，所述Aliquat 336在所述溶液B的体积含量为1.0％，所述Pd(PPh3)4在所述溶液B中的浓度为0.001mol/L；
向三口烧瓶中加入60mL溶液A和10mL溶液B，通氮气鼓泡除氧20min后转移到氮气环境手套箱内，依次连接外循环式超重力旋转填充床、蠕动泵、三口烧瓶；开启蠕动泵，调节外循环式超重力旋转填充床的转子速度，使其超重力水平为50，反应体系温度维持在80℃，反应48h，反应结束后取出反应产物，静置分层，取有机层并冷却至室温，滴入甲醇中析出沉淀物，过滤后将沉淀物溶解到二氯甲烷中，使用饱和食盐水在分液漏斗中水洗两遍，取有机层并添加无水硫酸镁，使用玻璃棒搅拌10min然后过滤得到澄清滤液，在40℃下进行减压蒸馏，蒸干溶剂后滴入8mL四氢呋喃使其溶解，再次滴入甲醇中析出沉淀物，过滤后将沉淀物45℃真空干燥12h，得到产物聚(9,9-二己基芴-co-9,9-二辛基芴)，其数均分子量为29842Da，分子量分布指数为2.24。
本实施例的反应式为
其中，(a)为所述的9,9-二己基-2,7-二溴代芴的结构式，(b)为所述的9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)的结构式，(c)为所述的聚(9,9-二己基芴-co-9,9-二辛基芴)的结构式。
实施例9
本实施例提供一种聚(9,9-二正辛基芴)的制备方法，包括以下步骤：
将8.293g的K2CO3溶于去离子水中，得到60mL溶有K2CO3的水溶液，记为溶液A，所述K2CO3在所述溶液A中的浓度为1.0mol/L；
将219.4mg的9,9-二辛基-2,7-二溴代芴、257.1mg的9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)、0.1mL Aliquat 336和11.6mg的Pd(PPh3)4溶于甲苯溶液中，得到10mL溶有9,9-二辛基-2,7-二溴代芴、9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)、Aliquat 336和Pd(PPh3)4的甲苯溶液，记为溶液B，所述9,9-二辛基-2,7-二溴代芴在所述溶液B的浓度为0.04mol/L，所述9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)在所述溶液B的浓度为0.04mol/L，所述Aliquat336在所述溶液B的体积含量为1.0％，所述Pd(PPh3)4在所述溶液B中的浓度为0.001mol/L；
向三口烧瓶中加入60mL溶液A和10mL溶液B，通氮气鼓泡除氧20min后转移到氮气环境手套箱内，依次连接外循环定转子式超重力旋转装置、蠕动泵、三口烧瓶；开启蠕动泵，调节外循环定转子式超重力旋转装置的转子速度，使其超重力水平为300，反应体系温度维持在80℃，反应12h，反应结束后取出反应产物，静置分层，取有机层并冷却至室温，滴入甲醇中析出沉淀物，过滤后将沉淀物溶解到二氯甲烷中，使用饱和食盐水在分液漏斗中水洗两遍，取有机层并添加无水硫酸镁，使用玻璃棒搅拌10min然后过滤得到澄清滤液，在40℃下进行减压蒸馏，蒸干溶剂后滴入8mL四氢呋喃使其溶解，再次滴入甲醇中析出沉淀物，过滤后将沉淀物45℃真空干燥12h，得到产物聚(9,9-二正辛基芴)，其数均分子量为16645Da，分子量分布指数为2.01。
本实施例的反应式为
其中，(a)为所述的9,9-二辛基-2,7-二溴代芴的结构式，(b)为所述的9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)的结构式，(c)为所述的聚(9,9-二正辛基芴)的结构式。
实施例10
本实施例提供一种聚(9,9-二正辛基芴)的制备方法，包括以下步骤：
将8.293g的K2CO3溶于去离子水中，得到60mL溶有K2CO3的水溶液，记为溶液A，所述K2CO3在所述溶液A中的浓度为1.0mol/L；
将219.4mg的9,9-二辛基-2,7-二溴代芴、257.1mg的9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)、0.1mL Aliquat 336和11.6mg的Pd(PPh3)4溶于甲苯溶液中，得到10mL溶有9,9-二辛基-2,7-二溴代芴、9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)、Aliquat 336和Pd(PPh3)4的甲苯溶液，记为溶液B，所述9,9-二辛基-2,7-二溴代芴在所述溶液B的浓度为0.04mol/L，所述9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)在所述溶液B的浓度为0.04mol/L，所述Aliquat336在所述溶液B的体积含量为1.0％，所述Pd(PPh3)4在所述溶液B中的浓度为0.001mol/L；
向三口烧瓶中加入60mL溶液A和10mL溶液B，通氮气鼓泡除氧20min后转移到氮气环境手套箱内，依次连接外循环折流式超重力旋转装置、蠕动泵、三口烧瓶；开启蠕动泵，调节外循环折流式超重力旋转装置的转子速度，使其超重力水平为300，反应体系温度维持在110℃，反应12h，反应结束后取出反应产物，静置分层，取有机层并冷却至室温，滴入甲醇中析出沉淀物，过滤后将沉淀物溶解到二氯甲烷中，使用饱和食盐水在分液漏斗中水洗两遍，取有机层并添加无水硫酸镁，使用玻璃棒搅拌10min然后过滤得到澄清滤液，在40℃下进行减压蒸馏，蒸干溶剂后滴入8mL四氢呋喃使其溶解，再次滴入甲醇中析出沉淀物，过滤后将沉淀物45℃真空干燥12h，得到产物聚(9,9-二正辛基芴)，其数均分子量为17898Da，分子量分布指数为2.08。
本实施例的反应式为
其中，(a)为所述的9,9-二辛基-2,7-二溴代芴的结构式，(b)为所述的9,9-二辛基芴-2,7-双(硼酸频哪醇酯)的结构式，(c)为所述的聚(9,9-二正辛基芴)的结构式。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种聚芴材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将水溶性碱盐溶于水中，得到溶液A；
将二溴代芴单体、二硼酸芴单体或二硼酸酯芴单体、Aliquat336和钯催化剂溶于甲苯溶液中，得到溶液B；
在惰性气氛保护下，将所述溶液A和溶液B在超重力反应器中进行Suzuki偶联反应，取出反应产物；
将所述反应产物分层后取有机层，对所述有机层进行纯化和干燥，得到聚芴材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水溶性碱盐选自碱金属磷酸盐、碱金属碳酸盐和四乙基氢氧化铵的一种或两种以上的组合。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二溴代芴单体的结构式如下所示：
其中，R1、R2相同或不同地表示为H或C1～C12的烷基。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二硼酸或二硼酸酯芳烃单体的结构式如下任一所示：
其中，R3、R4相同或不同地表示为H或C1～C12的烷基。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钯催化剂选自Pd(PPh3)4、Pd2(dba)3和Pd(PPh3)2Cl2中的一种或两种以上的组合。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述超重力反应器为内循环式超重力旋转填充床、外循环式超重力旋转填充床、外循环定转子式超重力旋转装置或外循环折流式超重力旋转装置。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶液A和溶液B的体积比为2～400:5～100；
优选的，所述水溶性碱盐在溶液A中的浓度为0.05～2mol/L；
更优选的，所述二溴代芴单体在溶液B中的浓度为0.02～0.5mol/L，所述二硼酸芴单体或二硼酸酯芴单体在溶液B中的浓度为0.02～0.5mol/L，所述二溴代芴单体与二硼酸芴单体或二硼酸酯芴单体的摩尔比为1:1，所述Aliquat 336在溶液B中的体积含量为0.5％～5％，所述钯催化剂在溶液B中的浓度为0.001～0.01mol/L。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述Suzuki偶联反应的条件为超重力水平在50～500范围内，在60～110℃的温度下反应4～48小时。
9.如权利要求1-8任一所述的制备方法制备得到的聚芴材料。
10.根据权利要求9所述的聚芴材料，其特征在于，所述聚芴材料包括主链含芴单元的均聚物和/或共聚物，其结构式如下所示：
其中，R1、R2、R3、R4相同或不同地表示为H或C1～C12的烷基。
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| CN202111291388.1A Pending CN114149568A (zh) | 2021-11-01 | 2021-11-01 | 一种聚芴材料的制备方法及所得聚芴材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114149568A (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080249261A1 (en) * | 2007-04-06 | 2008-10-09 | Jiansheng Ding | Method of preparing polymethylene-polyphenyl-polyamine |
| JP2009132881A (ja) * | 2007-10-31 | 2009-06-18 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 高分子化合物の製造方法 |
| CN105199082A (zh) * | 2015-10-16 | 2015-12-30 | 北京化工大学 | 一种使用超重力法制备多孔共价有机材料的方法 |
-
2021
- 2021-11-01 CN CN202111291388.1A patent/CN114149568A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080249261A1 (en) * | 2007-04-06 | 2008-10-09 | Jiansheng Ding | Method of preparing polymethylene-polyphenyl-polyamine |
| JP2009132881A (ja) * | 2007-10-31 | 2009-06-18 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 高分子化合物の製造方法 |
| CN105199082A (zh) * | 2015-10-16 | 2015-12-30 | 北京化工大学 | 一种使用超重力法制备多孔共价有机材料的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| SUNG YONG CHO, ET AL.: "Polyfluorenes without Monoalkylfluorene Defects", 《J. AM. CHEM. SOC.》 * |
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