PL208919B1 - Nowe poli(3-alkilotiofeny) z grupą bromometylenową oraz sposób ich wytwarzania - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku są nowe poli(3-alkilotiofeny) z grupą bromometylenową oraz sposób ich wytwarzania. Związki te wykazują solwatochromizm, dobre właściwości termiczne oraz właściwości fotoluminscencyjne.

Nowe pochodne poli(3-alkilotiofeny) z grupą bromometylenową według wynalazku stanowią związki o wzorze ogólnym 1, w którym R oznacza pentyl, a n liczbę całkowitą 20-50.

Sposób wytwarzania poli(3-alkilotiofenów) z grupą bromometylenową o wzorze ogólnym 1, w którym R oznacza pentyl, a n liczbę całkowitą 20-50, według wynalazku polega na tym, że bromek pentylowy poddaje się reakcji z magnezem w obecności eteru dietylowego, a otrzymany bromek pentylomagnezowy z 3-bromotiofenem w obecności katalizatora niklowego otrzymując 3-pentylotiofen, a nastę pnie 3-metylotiofen poddaje się reakcji z N-bromoimidem kwasu bursztynowego wobec nadtlenku benzoilu, po czym wytworzony 3-bromometylotiofen i uprzednio 3-pentylotiofen poddaje się reakcji kopolimeryzacji wobec bezwodnego chlorku żelaza (III) jako katalizatora, w środowisku chlorku metylenu, w temperaturze 35-40°C, a wytworzony poli(3-bromometylotiofen-3-pentylotiofen) oddziela się w typowy sposób. Bromek pentylomagnezowy poddaje się reakcji z 3-bromotiofenem w stosunku molowym 2:1. Jako katalizator niklowy korzystnie stosuje się chlorek [1,3-bis(difenylofosfinopropano)]niklu (II).

Reakcję kopolimeryzacji 3-pentylotiofenu i 3-bromometylotiofenu prowadzi się w stosunku molowym 1:1,1:3 i 3:1.

Uzyskane rezultaty wskazują, że reakcja kopolimeryzacji przebiega w preferowanym położeniu tzn. 2,2 lub 5,5 oraz 2,5 lub 5,2. Produkty końcowe wykazują zjawiska solwatochromizmu oraz fotoluminescencji. Zmieniając stosunki molowe monomerów w procesie kopolimeryzacji można zmieniać długość emitowanej fali elektromagnetycznej od 525 nm - barwa zielonożółta do 577 nm - barwa żółta. Zależności prądowo-napięciowe wskazują na „omowy” charakter badanych kopolimerów, także w wyż szych temperaturach. Otrzymane kopolimery są wysokooporowe, a elektryczne przewodnictwo właściwe różnych form kopolimeru jest rzędu 10^-9 - 10^-10 S/m w stanie natywnym i natychmiast rośnie o 5-6 rzędów wielkości w wyniku domieszkowania parami jodu. Przeprowadzone badania wskazują, że tego typu kopolimery mogą znaleźć zastosowania w różnorodnych dziedzinach elektroniki i optoelektroniki, a także w konstrukcji czujników gazów toksycznych pracujących w wyższych temperaturach.

Zaletami sposobu według wynalazku są prosta synteza i łatwa dostępność surowców. Otrzymane produkty dają się łatwo wydzielić z mieszanin poreakcyjnych i odznaczają się dużym stopniem czystości.

Sposób według wynalazku, nie ograniczając jego zakresu ochrony, został bliżej przedstawiony w niż ej podanym przykładzie. Widma IR rejestrowano na spektrofotometrze FTIR Perkin Elmer Spectrum 2000, widma ¹H NMR w CDCl3 rejestrowano na aparacie Varian Gemini 2000, zaś ¹³C NMR w ciele stał ym na aparacie Brucker AMX 300.

P r z y k ł a d .

Wytwarzanie poli(3-bromometylo-co-3-pentylotiofenu).

Etap 1a. otrzymywanie bromku pentylomagnezowego.

W kolbie trójszyjnej o pojemnoś ci 250 ml umieszcza się 4,130 g (0,170 mola) magnezu w postaci wiórków, które zalewa się bezwodnym eterem dietylowym, po czym dodaje się mały kryształek jodu. Kolbę zamyka się chłodnicą zwrotną, „stoperem” i mieszając przedmuchuje argonem. Następnie całość delikatnie ogrzewa się do temperatury 36°C, po czym wkrapla się przez stoper kilka kropel bromku n-amylu w bezwodnym eterze dietylowym. Roztwór początkowo ma barwę żółtą i jest klarowny. Z upływem czasu roztwór staje się mętny, a barwa zmienia się od żółtej poprzez biało-szarą, szarą do ciemnoszarej. Po całkowitym odbarwieniu się roztworu od barwy żółtej do ciemnoszarej, co trwa około 15 minut, stopniowo wkrapla się przez 1,5 godziny pozostałą ilość bromku n-amylu 23,255 g (0,154 mola) w bezwodnym eterze dietylowym, po czym całość ogrzewa się jeszcze przez 0,5 godziny.

Etap 1b. Otrzymywanie 3-pentylotiofenu.

Po ochłodzeniu, otrzymany w pierwszym etapie bromek pentylomagnezowy przenosi się w całości za pomocą strzykawki do drugiej kolby trójszyjnej o pojemności 250 ml, tak aby pozostawić nieprzereagowany magnez. Następnie dodaje się bezwodnego eteru dietylowego, po czym zamyka kolbę chłodnicą zwrotną stoperem i przedmuchuje argonem. Następnie kolbę ochładza się w łaźni z lodem

PL 208 919 B1 do temperatury 2-5°C i mieszając dodaje katalizatora niklowego-chlorku [1,3-bis(difenylofosfinopropano)]niklu (II). Następnie w okresie 1,5 godziny wkrapla się powoli 11,665 g (0,072 mola) 3-bromotiofenu, utrzymując cały czas temperaturę 2-5°C. Całość miesza się jeszcze przez 1,5 godziny w temperaturze 2-5°C, po czym miesza dalej przez 4 godziny w temperaturze pokojowej i przez 5 godzin w temperaturze 36°C. Po zakoń czeniu syntezy kolbę ochł adza się , a jej zawartość przelewa do rozdzielacza i dodaje rozcieńczonego kwasu siarkowego w stosunku molowym 1:10. Roztwór robi się mleczno-biały, a po wytrząsaniu wydzielają się dwie warstwy. Następnie zlewa się 80% dolnej warstwy, a pozostałą część przemywa wodorowęglanem sodu i wodą destylowaną.

W koń cowym etapie zlewa się górną warstwę , którą poddaje się destylacji prostej w celu oddestylowania eteru dietylowego. Produkt końcowy oddestylowuje się pod ciśnieniem 0,67 kPa. Podczas syntezy stosuje się dwukrotny nadmiar molowy bromku pentylomagnezowego w stosunku do 3-bromotiofenu.

Etap 2. Otrzymywanie 3-bromometylotiofenu.

Do kolby dwuszyjnej o pojemności 500 ml wprowadza się 140 ml benzenu, 18,900 g 3-metylotiofenu i dodaje 0,676 g nadtlenku benzoilu. Kolbę zamyka się chłodnicą zwrotną i przedmuchuje argonem. Następnie mieszając całość podgrzewa do temperatury 80°C i ostrożnie dodaje N-bromoimidu kwasu bursztynowego wymieszanego z drugą połową naważki nadtlenku benzoilu. Kolejne porcje N-bromoimidu kwasu bursztynowego dodaje się po odbarwieniu się roztworu, który przybiera kolor pomarańczowy. Po dodaniu całego N-bromoimidu kwasu bursztynowego całość miesza się jeszcze przez 20 minut, po czym kolbę chłodzi się w łaźni z lodem do temperatury 2°C. Po wykrystalizowaniu imidu kwasu bursztynowego, odsącza się go, a przesącz poddaje destylacji prostej w celu oddestylowania benzenu. Otrzymany 3-bromotiofen oddziela się przez destylację w temperaturze 47°C pod ciśnieniem 0,01 kPa.

Etap 3. Otrzymywanie poli(3-bromometylotiofenu-co-3-pentylotiofenu).

Do kolby trójszyjnej o pojemności 250 ml wlewa się 130 ml chlorku metylenu i dodaje 17,650 g bezwodnego chlorku żelaza (III). Kolbę zamyka się chłodnicą zwrotną, stoperem i przedmuchuje argonem, po czym ogrzewa do temperatury 38°C. Z chwilą wrzenia roztworu wkrapla się przez 2 godziny mieszaninę monomerów o równych stosunkach molowych 3-pentylotiofenu i 3-bromometylotiofenu odpowiednio 4,200 g i 4,807 g w chlorku metylenu i całość ogrzewa przez trzy godziny, po czym wytrąca się polimer dodając 100 ml metanolu. Wytrącony poli(3-bromometylotiofen-co-3-pentylotiofen) odsącza się na sączku, a następnie przemywa zakwaszonym metanolem i ciepłą wodą w celu usunięcia resztek chlorku żelaza. Otrzymany poli(3-bromometylotiofen-co-3-pentylotiofen) suszy się i rozciera w moździerzu. Otrzymuje się 6,940 g produktu o brązowej barwie i wydajności syntezy 75.5%. Analogicznie otrzymuje się poli(3-bromometylotiofen-co-3-pentylotiofen) o stosunkach molowych monomerów 1:3 i 3:1.

Analiza IR (KBr, cm^-1): 2925 i 2852 (C-H alif.); 1602 (C=C arom.); 1426 i 1363 (C-H alif.); 825 (C-H arom.).

Analiza ¹H NMR (CDCl3, ppm): 7,28 (C-H arom.); 3,74 (-CH2-Ar); 1,27 -2,78 (-CH2-alif.); 0,90 (-CH3).

Analiza ¹³C NMR (CPTOSS, ppm): 130 i 139 (C-C arom.); 14, 23 i 40 (C-H alif.).

Claims (5)

1. Poli(3-alkilotiofeny) z grupą bromometylenową o ogólnym wzorze 1, w którym R oznacza pentyl, a n oznacza liczbę całkowitą 20-50.

2. Sposób wytwarzania poli(3-alkilotiofenów) z grupą bromometylenową o ogólnym wzorze 1, w którym R oznacza pentyl, a n oznacza liczę całkowitą 20-50, znamienny tym, ż e bromek pentylowy poddaje się reakcji z magnezem w obecności eteru dietylowego, a otrzymany bromek pentylomagnezowy z 3-bromotiofenem w obecności katalizatora niklowego otrzymując 3-pentylotiofen, a następnie 3-metylotiofen poddaje się reakcji z N-bromoimidem kwasu bursztynowego wobec nadtlenku benzoilu, po czym wytworzony 3-bromometylotiofen i uprzednio 3-pentylotiofen poddaje się reakcji kopolimeryzacji wobec bezwodnego chlorku żelaza (III), jako katalizatora, w środowisku chlorku metylenu, w temperaturze 35-40°C, a otrzymany poli[3-bromometylotiofen-co-3-pentylotiofen] oddziela się w typowy sposób.

PL 208 919 B1

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że bromek pentylomagnezowy poddaje się reakcji z 3-bromotiofenem w stosunku molowym 2:1.

4. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że jako katalizator niklowy korzystnie stosuje się chlorek [1,3-bis(difenylofosfinopropano)]niklu (III).

5. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że reakcję kopolimeryzacji i 3-bromometylotiofenu i 3-pentylotiofenu prowadzi się w stosunkach molowych 1:1, 1:3, 3:1.