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Die vorliegende Erfindung betrifft neue Säuredianhydride, die als Ausgangsmaterial für
hitzebeständige Harze, wie Polyimide, geeignet sind.
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Aufgrund ihrer ausgezeichneten hitzebeständigen Eigenschaften werden Polyimide in
verschiedenen Gebieten, die von dem Gebiet der Luft- und Raumfahrtechnik bis zum Gebiet der
elektronischen Kommunikation reichen, in großem Umfang verwendet. Zum Beispiel betreffen
EP-A-411 304, DE-A-24 31 730, EP-A-126 252, EP-A-197 237, EP-A-233 409, EP-A-293
693 oder World Patent Index Latest Week 8847, Derwent Publications Ltd., London, GB, AN
88-334928 die Bereitstellung von aromatischen Dianhydriden und deren Verwendung. In den
letzten Jahren jedoch wird von den Polymeren gefordert, daß sie zusätzlich zu ausgezeichneten
hitzebeständigen Eigenschaften, verschiedene charakteristische Merkmale besitzen, die für ihre
speziellen Verwendungen geeignet sind.
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Zum Beispiel wird von Polyimiden, die als Basisfolie für gedruckte flexible Platinen,
als Trägerband für TAB (tape automated bonding) oder als ein Harz für laminierte Produkte
verwendet werden, gefordert, daß sie einen niedrigen thermischen Expansionskoeffizienten, eine
kleine Dielektrizitätskonstante und eine niedrige Hygroskopizität aufweisen. Es waren bisher
jedoch keine Polyimide bekannt, die diese Forderungen in ausreichendem Maße erfüllen.
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Um Polyimide zu erhalten, die die vorstehenden Forderungen erfüllen, ist es
notwendig, die thermische Expansion der Polyimide ziemlich niedrig zu halten, indem die Hauptkette
der Polyimide so starr wie möglich gemacht wird. Eine niedrige thermische Expansion kann
ohne weiteres erreicht werden, wenn die Polyimide unter Verwendung von Pyromellitsäure
synthesiert werden, die von allen vorkommenden Verbindungen die starrste Struktur besitzt. In
diesem Fall ergibt sich jedoch eine unerwünscht große Polarisation der Imidgruppen und daher
wird es unmöglich eine niedrige Hygroskopizität zu erzielen. Theroretisch kann eine niedrige
Dielektrizitätskonstante durch Einführung von Fluor erhalten werden. Die Einführung von Fluor
ist jedoch aus Kostengründen ungünstig. Zusätzlich verursacht sie eine unerwünschte
Verringerung der Reaktivität der erhaltenen Säureanhydride.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung neuer Säureanhydride,
die als ein Ausgangsmaterial zur Synthese von Polyimiden mit ausgezeichneten Eigenschaften,
wie geringe thermische Expansion, niedrige Dielektrizitätskonstante und niedrige
Hygroskopizität (Wasserbeständigkeit), geeignet sind.
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Andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der
nachstehenden ausführlichen Beschreibung erkennbar.
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Die Erfinder haben intensive Untersuchungen durchgeführt, um die vorstehenden
Aufgaben zu erfüllen, und als ein Ergebnis die vorliegende Erfindung vorgelegt.
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In einem Gesichtspunkt betrifft die vorliegende Erfindung
Tetracarbonsäuredianhydride, die durch die folgende Formel [IA] wiedergegeben werden:
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in der n eine ganze Zahl mit dem Wert 1 bis 3 ist.
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In einem anderen Gesichtspunkt betrifft die vorliegende Erfindung
Tetracarbonsäuredianhydride, die durch die folgende Formel [IB] wiedergegeben werden:
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in der n eine ganze Zahl mit dem Wert 1 bis 3 ist.
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Die vorliegende Erfindung wird nachstehend ausführlich beschrieben.
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Unter Verwendung von Techniken des "molecular designing", haben die Erfinder
verschiedene Tetracarbonsäuredianhydride entworfen und die daraus erhältlichen Polymere
bewertet. Als ein Ergebnis wurde gefunden, daß aus Dianhydriden aliphatischer Tetracarbonsäuren
Polyimide mit einer geringen Hitzebeständigkeit erhalten werden und daß die thermische
Expansion solcher Polyimide wegen der Hauptkette nicht klein sein kann. Es wurde ebenso
gefunden, daß Polyimide, die eine geringe thermische Expansion aufweisen, unter Verwendung
von Pyromellitsäure erhalten werden können, die von allen vorkommenden Säureanhydriden die
starrste Struktur besitzt. Jedoch sind die Dielektrizitätskonstanten und die Hygroskopizität
solcher Polyimide nicht klein, da die Polarisation der in den Polymeren enthaltenen Imidgruppen
relativ groß ist.
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Aufgrund der vorstehenden Ergebnisse sind die Erfinder zu dem Schluß gekommen,
daß Polyimide, die eine niedrige thermische Expansion besitzen, erhalten werden können, wenn
eine Verbindung der folgenden Formel [II]:
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(in der R einen zweiwertigen Rest darstellt) für die Synthese von Polyimiden verwendet wird,
insbesondere dann wenn R aus einer Gruppe starrer, hitzebeständiger Reste ausgewählt ist.
Solche Polyimide hätten auch eine niedrige Dielektrizitätskonstante und eine niedrige
Hygroskopizität, da als Folge des Ansteigens des Molekulargewichts des ursprünglichen
Säureanhydrids der Anteil der polaren, in den Polyimiden enthaltenen Imidringe klein sein kann. Als
ein Ergebnis von intensiven Untersuchungen, die auf dem vorstehenden Konzept beruhen,
haben die Erfinder gefunden, daß eine Gruppe von Resten mit den folgenden Strukturen [IIIA]
oder [IIIB]:
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(wobei n eine ganze Zahl mit dem Wert 1 bis 3 ist) als Rest R in der vorstehenden Formel [II]
geeignet ist, und haben die neuen Tetracarbonsäuredianhydride der vorstehenden Formeln [IA]
oder [IB] erfunden.
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Beispiele für Ausgangmaterialien die zur Herstellung von durch die Formel [IA]
wiedergegebenen Verbindungen verwendet werden können, können bis-o-Xylinothienyl-, bis-o-
Xylinobithienyl- und bis-o-Xylinoterthienyl einschließen, die durch die folgende Formel [IVA]
wiedergegeben werden:
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in der n eine ganze Zahl mit dem Wert 1 bis 3 ist.
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Diese Verbindungen können gemäß der folgenden Reaktionsformel [VA] erhalten
werden:
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in der X Br oder I darstellt, n eine ganze Zahl mit dem Wert 1 bis 3 ist und M metallisches
Magnesium oder metallisches Lithium bedeutet.
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Insbesondere kann 3-Brom-o-xylol oder 3-Iod-o-xylol mit metallischem Magnesium
oder metallischem Lithium und anschließend mit einer Verbindung in Ether oder einem aprotischen
Lösungsmittel umgesetzt werden, die durch die folgende Formel wiedergegeben wird:
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(wobei X I oder Br darstellt und n eine ganze Zahl mit dem Wert 1 bis 3 ist), wobei eine durch
die Formel [IVA] wiedergegebene Verbindung erhalten wird.
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Die durch die Formel [IVA] wiedergegebenen Verbindungen können auch hergestellt
werden, indem mit 3-Brom-o-xylol oder 3-Iod-o-xylol und einer durch die folgende Formel
wiedergegebenen Verbindung:
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(in der X Br oder I darstellt und n eine ganze Zahl mit dem Wert 1 bis 3 ist) in Wasser oder in
einem Gemisch aus Methanol und Wasser in Gegenwart von Wasserstoffperoxid und einem
Katalysator, ausgewählt aus metallischem Palladium einer Legierung aus Palladium und
Quecksilber, Palladiumchlorid und einem Gemisch aus Palladiumchlorid uud Quecksilberchlorid,
gemäß der folgenden Reaktionsformel eine oxidative Kupplung durchgeführt wird:
Catalyst
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wobei X Br oder I darstellt, n eine ganze Zahl mit dem Wert 1 bis 3 ist und ein Katalysator aus
den vorstehenden ausgewählt ist.
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Die durch die Formel [IVA] wiedergegebenen Verbindungen nämlich
Bis-o-xylinothienyl, Bis-o-xylinobithienyl und Bis-o-xylinoterthienyl können nach herkömmlichen
Oxidations- und Dehydratisierung-Ringschlußverfahren in die Dianhydride der durch die Formel [IA]
wiedergegebenen Tetracarbonsäuren überführt werden. Zum Beispiel können die Methylgruppen
nach dem Kaliumpermangnatverfahren, dem Nitratverfahren oder dergleichen oxidiert werden.
Die Cyclisierung zu den Säureanhydriden kann nach dem Essigsäureanhydridverfahren, dem
thermischen Dehydratisierungsverfahren oder dergleichen durchgeführt werden. Ebenso ist es
möglich, durch Oxidations an der Luft unter Verwendung von Vandiumpentoxidkatalysator die
Säureanhydride direkt zu erzeugen.
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Andererseits sind beispielsweise als Ausgangmaterialien, die zur Herstellung von durch
die Formel [IB] wiedergegebenen Verbindungen verwendet werden können, Bis-o-xylinofuryl,
Bis-o-xylinobifuryl- und bis-o-Xylinoterfuryl eingeschlossen. die durch die folgende Formel
[IVB] wiedergegeben werden:
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in der n eine ganze Zahl mit dem Wert 1 bis 3 ist.
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Diese Verbindungen können gemäß der folgenden Reaktionsformel [VB] erhalten
werden:
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in der X Br oder I darstellt, n eine ganze Zahl mit dem Wert 1 bis 3 ist und M metallisches
Magnesium oder metallisches Lithium bedeutet.
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Insbesondere kann 3-Brom-o-xylol oder 3-Iod-o-xylol mit metallischem Magnesium
oder metallischem Lithium und anschließend mit einer Verbindung in Ether oder einem aprotischen
Lösungsmittel umgesetzt werden, die durch die folgende Formel wiedergegeben wird:
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(in der X I oder Br darstellt und n eine ganze Zahl mit dem Wert 1 bis 3 ist), wobei eine durch
die Formel [IVB] wiedergegebene Verbindung erhalten wird.
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Die durch die Formel [IVB] wiedergegebenen Verbindungen können auch hergestellt
werden, indem mit 3-Brom-o-xylol oder 3-Iod-o-xylol und einer durch die folgende Formel
wiedergegebenen Verbindung:
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(in der X Br oder I darstellt und n eine ganze Zahl mit dem Wert 1 bis 3 ist) in Wasser oder in
einem Gemisch aus Wasser und Methanol in Gegenwart von Wasserstoffperoxid und einem
Katalysator ausgewählt aus metallischem Palladium, einer Legierung aus Palladium und
Quecksilber, Palladiumchlorid und einem Gemisch aus Palladiumchlorid und Quecksilberchlorid,
gemäß der folgenden Reaktionsformel eine oxidative Kupplung durchgeführt wird:
Catalyst
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wobei X Br oder I darstellt, n eine ganze Zahl mit dem Wert 1 bis 3 ist und ein Katalysator aus
den vorstehenden ausgewählt ist.
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Die durch die Formel [IVB] wiedergegebenen Verbindungen, nämlich
Bis-o-xylinofuryl, Bis-o-xylinobifuryl und Bis-o-xylinoterfuryl können nach herkömmlichen
Oxidations- und Dehydratisierung-Ringschlußverfahren in die Dianhydride der durch die Formel [IB]
wiedergegebenen Tetracarbonsäuren überführt werden. Zum Beispiel können die Methylgruppen
nach dem Kaliumpermangnatverfahren, dem Nitratverfahren oder dergleichen oxidiert werden.
Die Cyclisierung zu den Säureanhydriden kann nach dem Essigsäureanhydridverfahren, dem
thermischen Dehydratisierungsverfahren oder dergleichen durchgeführt werden. Ebenso ist es
möglich, durch Oxidations an der Luft unter Verwendung von Vandiumpentoxidkatalysator die
Säureanhydride direkt zu erzeugen.
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Die vorliegende Erfindung wird durch Beispiele ausführlicher erklärt.
Beispiel 1: Synthese von 2,5-Bis-(3-o-xylino)-thienyl
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In einen Erlenmeyerkolben wurden 51,1 g (220 mmol) 3-Iod-o-xylol, 5,5 g (225
mmol) metallisches Magnesiumband und 500 g Diethylether gegeben. Nachdem das erhaltene
Gemisch unter Stickstoffatmosphäre 3 Stunden bei Raumtemperatur gerührt wurde, wurde das
Reaktionsgefäß mit Eis gekühlt und dazu wurde eine Lösung gegeben, die durch Lösen von 33,6
g (100 mmol) 2,5-Diiodthienyl in 300 g Diethylether hergestellt wurde. Anschließend wurde das
erhaltene Gemisch 2 Stunden unter Eiskühlung gerührt, dann erwärmt und 1 Stunde unter
Rückfluß gerührt. Nach der Umsetzung wurde der Diethylether abdestilliert und der feste
Rückstand wurde über Vakuumdestillation unter Verwendung eines Glasröhrenofens gereinigt, wobei
2,5-Bis-(3-o-xylino)-thienyl erhalten wurde.
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Die so erhaltene Verbindung wurde aufgrund des Molekülionenpeaks (m/e = 292) bei
der Massenspektroskopie und der Elementaranalyse, deren Ergebnisse in guter
Übereinstimmung mit den nachstehend bekannt gegebenen theoretischen Werten sind, als die gewünschte
Thienylverbindung identifiziert.
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Elementaranalyse:
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Berechnet: C 82.54, H 6,89
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Gemessen: C 82,20, H 6,80
Beispiel 2: Synthese von 2,5-Bis-(3-o-xylino)-thienyl
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In einen Erlenmeyerkolben wurden 51,1 g (220 mmol) 3-Iod-o-xylol, 55,0 g (450
mmol) einer 28%igen wäßrigen Wasserstoffperoxidlösung, 0,9 g (5 mmol) PdCl&sub2;, 33,6 g (100
mmol) 2,5-Diiodthienyl und 400 g Methanol gegeben. Das erhaltene Gemisch wurde erwärmt
und 8 Stunden unter Rückfluß gerührt, und der Metallkatalysator wurde durch Filtration entfernt.
Das Filtrat wurde eingedampft und der feste Rückstand wurde über Vakuumdestillation unter
Verwendung eines Glasröhrenofens gereinigt, wobei 2,5-Bis-(3-o-xylino)-thienyl erhalten
wurde.
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Die so erhaltene Verbindung wurde auf die gleiche Art und Weise identifiziert wie in
Beispiel 1.
Beispiel 3: Synthese von Bis-(3-phthalsäureanhydrido)-2,5-thienyl
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In einen Dreihalskolben wurden 8,1 g (62,5 mmol) 2,5-Bis-(3-o-xylino)-thienyl, 550
ml Pyridin und 200 ml destilliertes Wasser gegeben, und das erhaltene Gemisch wurde auf
100ºC erwärmt. Dazu wurden portionsweise 48,9 g (310 mmol) Kaliumpermanganat gegeben,
und das Gemisch wurde 3 Stunden gerührt. Nach der Umsetzung wurde das Reaktionsgemisch
filtriert, und die in dem Filtrat enthaltenen Lösungsmittel wurden abdestilliert, wobei ein fester
Rückstand erhalten wurde.
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Der feste Rückstand wurde zu 700 g einer wäßrigen Lösung aus 6 Gewichtsprozent
Natriumhydroxid gegeben, und das erhaltene Gemisch wurde auf 100ºC erwärmt. Dazu wurden
nach und nach 58,8 g Kaliumpermanganat gegeben, und das erhaltene Gemisch wurde 2
Stunden gerührt, wobei die Umsetzung fortgeführt wurde. Nach der Umsetzung wurde zu dem
Reaktionsgemisch Ethanol gegeben, wobei das verbliebene Kaliumpermanganat zersetzt wurde,
und das erhaltene Gemisch wurde filtriert. Das Filtrat wurde abgekühlt und dazu wurde
Chlorwasserstoffsäure gegeben, wobei das Produkt ausfallen konnte. Nachdem er getrocknet
wurde. wurde der Niederschlag bei 1 Torr und 200ºC thermisch behandelt und dann durch
Sublimation gereinigt, wobei das gewünschte Bis-(3-phthalsäureanhydrido)-2,5-thienyl erhalten
wurde.
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Die so erhaltene Verbindung wurde aufgrund des Molekülionenpeaks (m/e = 376) bei
der Massenspektroskopie und der Elementaranalyse, deren Ergebnisse in guter
Übereinstimmung mit den nachstehend angegebenen theoretischen Werten sind, als die gewünschte
Thienylverbindung identifiziert.
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Elementaranalyse:
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Berechnet: C 63,83, H 2,14
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Gemessen: C 63,75, H 2,20
Beispiel 4: Synthese von Bis-5,5'-[(3-o-xylino)-2-thienyl]
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In einen Erlenmeyerkolben wurden 51,1 g (220 mmol) 3-Iod-o-xylol, 55 g (225
mmol) metallisches Magnesiumband und 400 g Diethylether gegeben. Nachdem das erhaltene
Gemisch unter Stickstoffatmosphäre 3 Stunden bei Raumtemperatur gerührt wurde, wurde das
Reaktionsgefäß mit Eis gekühlt und dazu wurde eine Lösung gegeben, die durch Lösen von 41,8
g (100 mmol) 5,5'-Diiod-2,2'-bithienyl in 300 g Diethylether hergestellt wurde. Anschließend
wurde das erhaltene Gemisch 2 Stunden unter Eiskühlung gerührt, dann erwärmt und 1 Stunde
unter Rückfluß gerührt. Nach der Umsetzung wurde der Diethylether abdestilliert und der feste
Rückstand wurde über Vakuumdestillation unter Verwendung eines Glasröhrenofens gereinigt,
wobei Bis-5,5'-[(3-o-xylino)-2-thienyl] erhalten wurde.
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Die so erhaltene Verbindung wurde aufgrund des Molekülionenpeaks (m/e = 375) bei
der Massenspektroskopie und der Elementaranalyse, deren Ergebnisse in guter
Übereinstimmung mit den nachstehend angegebenen theoretischen Werten sind, als die gewünschte
Thienylverbindung identifiziert.
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Elementaranalyse:
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Berechnet: C 76,96, H 5,92
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Gemessen: C 76,80, H 6,00
Beispiel 5: Synthese von Bis-5,5'-[(3-phthalsäureanhydrido)-2-thienyl]
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In einen Dreihalskolben wurden 23,3 g (62 mmol) Bis-5,5'-[(3-o-xylino)-2-thienyl],
550 ml Pyridin und 200 ml destilliertes Wasser gegeben, und das erhaltene Gemisch wurde auf
100ºC erwärmt. Dazu wurden portionsweise 48,9 g (310 mmol) Kaliumpermanganat gegeben,
und das erhaltene Gemisch wurde 3 Stunden gerührt. Nach der Umsetzung wurde das
Reaktionsgemisch filtriert, und die in dem Filtrat enthaltenen Lösungsmittel wurden abdestilliert,
wobei ein fester Rückstand erhalten wurde.
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Der feste Rückstand wurde zu 750 g einer wäßrigen Lösung aus 6 Gewichtsprozent
Natriumhydroxid gegeben, und das erhaltene Gemisch wurde auf 100ºC erwärmt. Dazu wurden
nach und nach 60 g Kaliumpermanganat gegeben, und das erhaltene Gemisch wurde 2 Stunden
gerührt, wobei die Umsetzung fortgeführt wurde. Nach der Umsetzung wurde zu dem
Reaktionsgemisch Ethanol gegeben, wobei das verbliebene Kaliumpermanganat zersetzt wurde, und
das erhaltene Gemisch wurde filtriert. Das Filtrat wurde abgekühlt und dazu wurde
Chlorwasserstoffsäure gegeben, wobei das Produkt ausfallen konnte. Nachdem er getrocknet wurde,
wurde der Niederschlag bei 1 Torr und 200ºC thermisch behandelt und dann durch Sublimation
gereinigt, wobei das gewünschte Bis-5,5'-[(3-phthalsäureanhydrido)-2-thienyl] erhalten wurde.
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Die so erhaltene Verbindung wurde aufgrund des Molekülionenpeaks (m/e = 458) bei
der Massenspektroskopie und der Elementaranalyse, deren Ergebnisse in guter
Übereinstimmung mit den nachstehend angegebenen theoretischen Werten sind, als die gewünschte
Thienylverbindung identifiziert.
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Elementaranalyse:
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Berechnet: C 62,88, H 2,20
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Gemessen: C 62,90. H 2.24
Beispiel 6: Synthese von Bis-2,5"-(3-o-xylino)-5,2':5',2"-terthienyl
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In einen Erlenmeyerkolben wurden 51,1 g (220 mmol) 3-Iod-o-xylol, 5,5 g (225
mmol) metallisches Magnesiumband und 500 g Diethylether gegeben. Nachdem das erhaltene
Gemisch unter Stickstoffatmosphäre 3 Stunden bei Raumtemperatur gerührt wurde, wurde das
Reaktionsgefäß mit Eis gekühlt und dazu wurde eine Lösung gegeben, die durch Lösen von 50 g
100 mmol) 2,5"-Diiod-5,2':5',2"-terthienyl in 300 g Diethylether hergestellt wurde.
Anschließend wurde das erhaltene Gemisch 2 Stunden unter Eiskühlung gerührt, dann erwärmt und 1
Stunde unter Rückfluß gerührt. Nach der Umsetzung wurde der Diethylether abdestilliert und der
feste Rückstand wurde über Vakuumdestillation unter Verwendung eines Glasröhrenofens
gereinigt, wobei Bis-2,5"-(3-o-xylino)-5,2':5',2"-terthienyl erhalten wurde.
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Die so erhaltene Verbindung wurde aufgrund des Molekülionenpeaks (m/e = 457) bei
der Massenspektroskopie und der Elementaranalyse, deren Ergebnisse in guter
Übereinstimmung mit den nachstehend angegebenen theoretischen Werten sind, als die gewünschte
Thienylverbindung identifiziert.
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Elementaranalyse:
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Berechnet: C 73,64, H 5,30
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Gemessen: C 73,70. H 5,20
Beispiel 7: Synthese von Bis-2,5"-(3-phthalsäureanhydrido)-5,2':5',2"-terthienyl
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In einen Dreihalskolben wurden 28,3 g (62 mmol) Bis-2,5"-(3-o-xylino)-5,2':5',2"-
terthienyl, 550 ml Pyridin und 200 ml destilliertes Wasser gegeben, und das erhaltene Gemisch
wurde auf 100ºC erwärmt. Dazu wurden portionsweise 48,9 g (310 mmol) Kaliumpermanganat
gegeben, und das Gemisch wurde 3 Stunden gerührt. Nach der Umsetzung wurde das
Reaktionsgemisch filtriert, und die in dem Filtrat enthaltenen Lösungsmittel wurden abdestilliert,
wobei ein fester Rückstand erhalten wurde.
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Der feste Rückstand wurde zu 750 g einer wäßrigen Lösung aus 6 Gewichtsprozent
Natriumhydroxid gegeben, und das erhaltene Gemisch wurde auf 100ºC erwärmt. Dazu wurden
nach und nach 60 g Kaliumpermanganat gegeben, und das erhaltene Gemisch wurde 2 Stunden
gerührt, wobei die Umsetzung fortgeführt wurde. Nach der Umsetzung wurde zu dem
Reaktionsgemisch Ethanol gegeben. wobei das verbliebene Kaliumpermanganat zersetzt wurde,
und das erhaltene Gemisch wurde filtriert. Das Filtrat wurde abgekühlt und dazu wurde
Chlorwasserstoffsäure gegeben, wobei das Produkt ausfallen konnte. Nachdem er getrocknet
wurde, wurde der Niederschlag bei 1 Torr und 200ºC thermisch behandelt und dann durch
Sublimation gereinigt, wobei das gewünschte 2,5"-[(3-Phthalsäureanhydrido)-5,2':5',2"-
terthienyl erhalten wurde.
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Die so erhaltene Verbindung wurde aufgrund des Molekülionenpeaks (m/e = 541) bei
der Massenspektroskopie und der Elementaranalyse, deren Ergebnisse in guter
Übereinstimmung mit den nachstehend angegebenen theoretischen Werten sind als die gewünschte
Thienylverbindung identifiziert.
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Elementaranalyse:
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Berechnet: C 62,21, H 2,24
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Gemessen: C 62,30, H 2,40
Referenzbeispiel 1: Herstellung einer Polyimidcopolymerfolie
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In einen Dreihalskolben wurden 12,4 g (115 mmol) p-Phenylendiamin und 200 g
Dimethylformamid (nachstehend als DMF bezeichnet) gegeben. Dann wurden nach und nach 41,4
g (110 mmol) des in Beispiel 3 synthetisierten Bis-(3-phthalsäureanhydrido)-2,5-thienyl
dazugegeben, und das erhaltene Gemisch wurde 30 Minuten gerührt. Anschließend wurde dazu nach
und nach eine 8 Gewichts-% DMF-Lösung von 5 mol Bis-(3-phthalsäureanhydrido)-2,5-thienyl
gegeben, wobei eine Lösung einer Polyamidsäure erhalten wurde.
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Die Lösung einer Polyamidsäure wurde mit einem Überschuß an Essigsäureanhydrid
und einer einer katalytischen Menge eines tertiären Amins gemischt. Das erhaltene Gemisch
wurde auf eine Glasplatte gegossen und bei ca. 80ºC ca. 90 Sekunden getrocknet und die
gebildete Polyamidsäurefolie wurde von der Glasplatte abgelöst. Die Folie wurde auf einem
Trägerrahmen fixiert, ca. 90 Sekunden auf ca. 100ºC erwärmt und dann gedehnt. Anschließend
wurde die gedehnte Folie ca. 30 Sekunden auf ca. 250ºC, ca. 30 Sekunden auf ca. 300ºC ca. 30
Sekunden auf ca. 400ºC und schließlich ca. 2 Minuten auf ca. 450ºC erwärmt, wobei eine
Polyimidcopolymerfolie mit einer Dicke von ca. 25 µm erhalten wurde.
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Die physikalischen Eigenschaften der so erhaltenen Folie sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Vergleichendes Referenzbeispiel 1: Herstellung einer Polyimidcopolymerfolie
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In einen Dreihalskolben wurden 26,0 g (130 mmol) Diaminodiphenylether und 200 g
DMF gegeben. Dazu wurden unter Rühren nach und nach 27,0 g (124 mmol)
Pyromellitsäuredianhydrid gegeben. Anschließend wurde nach und nach eine Lösung aus 7
Gewicht-% DMF-Lösung auf 6 mol Pyromellitsäuredianhydrid dazugegeben, wobei eine
Polyamidsäurelösung erhalten wurde.
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Aus der Polyaminlösung wurde auf die gleiche Art unde Weise wie im Referenzbeispiel
1 eine Polyimidcopolymerfolie hergestellt. Die physikalischen Eigenschaften der so erhaltenen
Polyimidcopolymerfolie sind ebenfalls in Tabelle 1 aufgeführt.
Tabelle 1
Referenzbeispiel
vergleichendes Referenzbeispiel
thermischer Expansionskoeffizient (1) ( x 10&supmin;&sup5;ºC&supmin;¹)
Dielektrizitätskonstante (2)
Wasserabsorption (3)
[Anmerkungen] (1): Gemessen bei 100 bis 200ºC durch thermomechanische Analyse.
(2): Gemessen nach ASTM D-150
(3): Gemessen nach ASTM D-570
Beispiel 8: Synthese von 2,5-Bis-(3-o-xylino)-furyl
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In einen Erlenmeyerkolben wurden 51,1 g (220 mmol) 3-Iod-o-xylol, 5,5 g (225
mmol) metallisches Magnesiumband und 500 g Diethylether gegeben. Nachdem das erhaltene
Gemisch unter Stickstoffatmosphäre 3 Stunden bei Raumtemperatur gerührt wurde, wurde das
Reaktionsgefäß mit Eis gekühlt und dazu wurde eine Lösung gegeben, die durch Lösen von 27,6
g (100 mmol) 2,5-Diiodfuryl in 300 g Diethylether hergestellt wurde. Anschließend wurde das
erhaltene Gemisch 2 Stunden unter Eiskühlung gerührt, dann erwärmt und 1 Stunde unter
Rückfluß gerührt. Nach der Umsetzung wurde der Diethylether abdestilliert und der feste
Rückstand wurde über Vakuumdestillation unter Verwendung eines Glasröhrenofens gereinigt,
wobei 2,5-Bis-(3-o-xylino)-furyl erhalten wurde.
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Die so erhaltene Verbindung wurde aufgrund des Molekülionenpeaks (m/e = 276) bei
der Massenspektroskopie und der Elementaranalyse, deren Ergebnisse in guter
Übereinstimmung mit den nachstehend angegebenen theoretischen Werten sind, als die gewünschte
Furylverbindung identifiziert.
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Elementaranalyse:
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Berechnet: C 86,92, H 7,29
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Gemessen: C 86,80, H 7,40
Beispiel 9: Synthese von 2,5-Bis-(3-o-xylino)-furyl
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In einen Erlenmeyerkolben wurden 51,1 g (220 mmol) 3-Iod-o-xylol, 55,0 g (450
mmol) einer 28%igen wäßrigen Wasserstoffperoxidlösung, 0,9 g (5 mmol) PdCl&sub2;, 32,0 g (100
mmol) 2,5-Diiodfuryl und 400 g Methanol gegeben. Das erhaltene Gemisch wurde erwärmt und
8 Stunden unter Rückfluß gerührt, und der Metallkatalysator wurde durch Filtration entfernt. Das
Filtrat wurde eingedampft und der feste Rückstand wurde über Vakuumdestillation unter
Verwendung eines Glasröhrenofens gereinigt, wobei 2,5-Bis-(3-o-xylino)-furyl erhalten wurde.
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Die so erhaltene Verbindung wurde auf die gleiche Art und Weise identifiziert wie in
Beispiel 8.
Beispiel 10: Synthese von Bis-(3-Phthalsäureanhydrido)-2,5-furyl
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In einen Dreihalskolben wurden 17,1 g (62,5 mmol) 2,5-Bis-(3-o-xylino)-furyl, 550
ml Pyridin und 200 ml destilliertes Wasser gegeben, und das erhaltene Gemisch wurde auf
100ºC erwärmt. Dazu wurden portionsweise 48,9 g (310 mmol) Kaliumpermanganat gegeben.
und das Gemisch wurde 3 Stunden gerührt. Nach der Umsetzung wurde das Reaktionsgemisch
filtriert, und die in dem Filtrat enthaltenen Lösungsmittel wurden abdestilliert, wobei ein fester
Rückstand erhalten wurde.
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Der feste Rückstand wurde zu 700 g einer wäßrigen Lösung aus 6 Gewichtsprozent
Natriumhydroxid gegeben, und das erhaltene Gemisch wurde auf 100ºC erwärmt. Dazu wurden
nach und nach 58,8 g Kaliumpermanganat gegeben, und das erhaltene Gemisch wurde 2
Stunden gerührt. wobei die Umsetzung fortgeführt wurde. Nach der Umsetzung wurde zu dem
Reaktionsgemisch Ethanol gegeben, wobei das verbliebene Kaliumpermanganat zersetzt wurde,
und das erhaltene Gemisch wurde filtriert. Das Filtrat wurde abgekühlt und dazu wurde
Chlorwasserstoffsäure gegeben, wobei das Produkt ausfallen konnte. Nachdem er getrocknet
wurde, wurde der Niederschlag bei 1 Torr und 200ºC thermisch behandelt und dann durch
Sublimation gereinigt, wobei das gewünschte Bis-(3-phthalsäureanhydrido)-2,5-furyl erhalten
wurde.
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Die so erhaltene Verbindung wurde aufgrund des Molekülionenpeaks (m/e = 360) bei
der Massenspektroskopie und der Elementaranalyse, deren Ergebnisse in guter
Übereinstimmung mit den nachstehend angegebenen theoretischen Werten sind, als die gewünschte
Furylverbindung identifiziert.
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Elementaranalyse:
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Berechnet: C 66.68, H 2,24
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Gemessen: C 66,80, H 2,20
Beispiel 11: Synthese von Bis-5,5'-[(3-o-xylino)-2-furyl]
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In einen Erlenmeyerkolben wurden 51,1 g (220 mmol) 3-Iod-o-xylol, 5,5 g (225
mmol) metallisches Magnesiumband und 400 g Diethylether gegeben. Nachdem das erhaltene
Gemisch unter Stickstoffatmosphäre 3 Stunden bei Raumtemperatur gerührt wurde, wurde das
Reaktionsgefäß mit Eis gekühlt und dazu wurde eine Lösung gegeben, die durch Lösen von 38,6
g (100 mmol) 5,5'-Diiod-2,2'-bisfuryl in 300 g Diethylether hergestellt wurde. Anschließend
wurde das erhaltene Gemisch 2 Stunden unter Eiskühlung gerührt, dann erwärmt und 1 Stunde
unter Rückfluß gerührt. Nach der Umsetzung wurde der Diethylether abdestilliert und der feste
Rückstand wurde über Vakuumdestillation unter Verwendung eines Glasröhrenofens gereinigt,
wobei Bis-5,5'-[(3-o-xylino)-2-furyl] erhalten wurde.
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Die so erhaltene Verbindung wurde aufgrund des Molekülionenpeaks (m/e = 342) bei
der Massenspektroskopie und der Elementaranalyse, deren Ergebnisse in guter
Übereinstimmung mit den nachstehend angegebenen theoretischen Werten sind, als die gewünschte
Furylverbindung identifiziert.
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Elementaranalyse:
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Berechnet: C 84,18, H 6,48
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Gemessen: C 84,22. H 6.40
Beispiel 12: Synthese von Bis-5,5'-[( 3-phthalsäureanhydrido)-2-furyl]
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In einen Dreihalskolben wurden 21,2 g (62 mmol) Bis-5,5'-[(3-o-xylino)-2-furyl], 550
ml Pyridin und 200 ml destilliertes Wasser gegeben, und das erhaltene Gemisch wurde auf
100ºC erwärmt. Dazu wurden portionsweise 48,9 g (310 mmol) Kaliumpermanganat gegeben,
und das erhaltene Gemisch wurde 3 Stunden gerührt. Nach der Umsetzung wurde das
Reaktionsgemisch filtriert, und die in dem Filtrat enthaltenen Lösungsmittel wurden abdestilliert,
wobei ein fester Rückstand erhalten wurde.
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Der feste Rückstand wurde zu 750 g einer wäßrigen Lösung aus 6 Gewichtsprozent
Natriumhydroxid gegeben, und das erhaltene Gemisch wurde auf 100ºC erwärmt. Dazu wurden
nach und nach 60 g Kaliumpermanganat gegeben, und das erhaltene Gemisch wurde 2 Stunden
gerührt, wobei die Umsetzung fortgeführt wurde. Nach der Umsetzung wurde zu dem
Reaktionsgemisch Ethanol gegeben, wobei das verbliebene Kaliumpermanganat zersetzt wurde, und
das erhaltene Gemisch wurde filtriert. Das Filtrat wurde abgekühlt und dazu wurde
Chlorwasserstoffsäure gegeben. wobei das Produkt ausfallen konnte. Nachdem er getrocknet wurde, wurde
der Niederschlag bei 1 Torr und 200ºC thermisch behandelt und dann durch Sublimation
gereinigt, wobei das gewünschte Bis-5,5'-[(3-phthalsäureanhydrido)-2-furyl] erhalten wurde.
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Die so erhaltene Verbindung wurde aufgrund des Molekülionenpeaks (m/e = 426) bei
der Massenspektroskopie und der Elementaranalyse, deren Ergebnisse in guter
Übereinstimmung mit den nachstehend angegebenen theoretischen Werten sind, als die gewünschte
Furylverbindung identifiziert.
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Elementaranalyse:
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Berechnet: C 67,61, H 2,36
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Gemessen: C 67,70, H 2,50
Beispiel 13: Synthese von Bis-2,5"-(3-o-xylino)-5,2':5',2"-terfuryl
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In einen Erlenmeyerkolben wurden 51,1 g (220 mmol) 3-Iod-o-xylol, 5,5 g (225
mmol) metallisches Magnesiumband und 500 g Diethylether gegeben. Nachdem das erhaltene
Gemisch unter Stickstoffatmosphäre 3 Stunden bei Raumtemperatur gerührt wurde, wurde das
Reaktionsgefäß mit Eis gekühlt und dazu wurde eine Lösung gegeben, die durch Lösen von 45,2
g (100 mmol) 2,5"-Diiod-5,2':5',2"-terfuryl in 300 g Diethylether hergestellt wurde.
Anschließend wurde das erhaltene Gemisch 2 Stunden unter Eiskühlung gerührt, dann erwärmt
und 1 Stunde unter Rückfluß gerührt. Nach der Umsetzung wurde der Diethylether abdestilliert
und der feste Rückstand wurde über Vakuumdestillation unter Verwendung eines
Glasröhrenofens gereinigt, wobei Bis-2,5"-(3-o-xylino)-5,2':5',2"-terfuryl erhalten wurde.
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Die so erhaltene Verbindung wurde aufgrund des Molekülionenpeaks (m/e = 409) bei
der Massenspektroskopie und der Elementaranalyse, deren Ergebnisse in guter
Übereinstimmung mit den nachstehend angegebenen theoretischen Werten sind, als die gewünschte
Furylverbindung identifiziert.
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Elementaranalyse:
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Berechnet: C 82,32, H 5,92
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Gemessen: C 82,40. H 6,02
Beispiel 14: Synthese von Bis-2,5"-[(3-phthalsäureanhydrido)-5,2':5',2"-terfuryl
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In einen Dreihalskolben wurden 25,4 g (62 mmol) Bis-2,5"-(3-o-xylino)-5,2':5',2"-
terfuryl, 550 ml Pyridin und 200 ml destilliertes Wasser gegeben, und das erhaltene Gemisch
wurde auf 100ºC erwärmt. Dazu wurden portionsweise 48,9 g (310 mmol) Kaliumpermanganat
gegeben, und das Gemisch wurde 3 Stunden gerührt. Nach der Umsetzung wurde das
Reaktionsgemisch filtriert, und die in dem Filtrat enthaltenen Lösungsmittel wurden abdestilliert,
wobei ein fester Rückstand erhalten wurde.
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Der feste Rückstand wurde zu 750 g einer wäßrigen Lösung aus 6 Gewichtsprozent
Natriumhydroxid gegeben, und das erhaltene Gemisch wurde auf 100ºC erwärmt. Dazu wurden
nach und nach 60 g Kaliumpermanganat gegeben, und das erhaltene Gemisch wurde 2 Stunden
gerührt, wobei die Umsetzung fortgeführt wurde. Nach der Umsetzung wurde zu dem
Reaktionsgemisch Ethanol gegeben, wobei das verbliebene Kaliumpermanganat zersetzt wurde,
und das erhaltene Gemisch wurde filtriert. Das Filtrat wurde abgekühlt und dazu wurde
Chlorwasserstoffsäure gegeben, wobei das Produkt ausfallen konnte. Nachdem er getrocknet
wurde, wurde der Niederschlag bei 1 Torr und 200ºC thermisch behandelt und dann durch
Sublimation gereinigt, wobei das gewünschte 2,5"-[(3-Phthalsäureanhydrido)-5,2':5',2"-
terfuryl erhalten wurde.
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Die so erhaltene Verbindung wurde aufgrund des Molekülionenpeaks (m/e = 492) bei
der Massenspektroskopie und der Elementaranalyse, deren Ergebnisse in guter
Übereinstimmung mit den nachstehend angegebenen theoretischen Werten sind, als die gewünschte
Terfurylverbindung identifiziert.
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Elementaranalyse:
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Berechnet: C 68,30, H 2.46
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Gemessen: C 68,25, H 2,50
Referenzbeispiel 2: Herstellung einer Polyimidcopolymerfolie
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In einen Dreihalskolben wurden 21,6 g (200 mmol) p-Phenylendiamin und 360 g
Dimethylformamid (nachstehend als DMF bezeichnet) gegeben. Dann wurden nach und nach 68,5
g (190 mmol) des in Beispiel 10 synthetisierten Bis-(3-phthalsäureanhydrido)-2,5-furyl
dazugegeben, und das erhaltene Gemisch wurde 30 Minuten gerührt. Anschließend wurde dazu nach
und nach eine 8 Gewichts-% DMF-Lösung von 5 mol Bis-(3-phthalsäureanhydrido)-2,5-furyl
gegeben, wobei eine Lösung einer Polyaminsäure erhalten wurde.
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Die Lösung einer Polyaminsäure wurde mit einem Überschuß an Essigsäureanhydrid
einer einer katalytischen Menge eines tertiären Amins gemischt. Das erhaltene Gemisch wurde
auf eine Glasplatte gegossen und bei ca. 80ºC ca. 90 Sekunden getrocknet, und die gebildete
Polyaminsäurefolie wurde von der Glasplatte abgelöst. Die Folie wurde auf einem Trägerrahmen
fixiert, ca. 90 Sekunden auf 100ºC erwärmt und dann gedehnt. Anschließend wurde die
gedehnte Folie ca. 30 Sekunden auf ca. 250ºC, ca. 30 Sekunden auf 300ºC, ca. 30 Sekunden auf
ca. 400ºC und schließlich ca. 2 Minuten auf ca. 450ºC erwärmt, wobei eine Polyimidfolie mit
einer Dicke von ca. 25 µm erhalten wurde.
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Die physikalischen Eigenschaften der so erhaltenen Folie sind in Tabelle 2 aufgeführt.
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Die Ergebnisse des vergleichenden Referenzbeispiel 1 sind ebenfalls in der Tabelle 2
aufgeführt.
Tabelle 2
Referenzbeispiel
vergleichendes Referenzbeispiel
thermischer Expansionskoeffizient ( x 10&supmin;&sup5;ºC&supmin;¹) (1)
Dielektrizitätskonstante (2)
Wasserabsorption (3)
[Anmerkungen] (1): Gemessen bei 100 bis 200ºC durch thermomechanische Analyse.
(2): Gemessen nach ASTM D-150
(3): Gemessen nach ASTM D-570
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Wie vorstehend beschrieben stellt die Erfindung Tetracarbonsäuredianhydrid bereit, die
Polyimide mit niedriger thermischer Expansion, niedriger Dielektrizitätskonstante und niedriger
Hygroskopizität bilden können.