一种三苯基菲并咪唑三嗪聚合物及其制备方法和用途转让专利
申请号 : CN201910687768.3
文献号 : CN110372862B
文献日 : 2021-04-30
发明人 : 黎华明 , 文继开 , 陈红飙
申请人 : 湘潭大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种三苯基菲并咪唑三嗪聚合物,其特征在于:该聚合物为具有结构通式(I)的聚合物:
2.根据权利要求1所述的三苯基菲并咪唑三嗪聚合物,其特征在于:该聚合物是通过以下方法所制备的:首先将9,10‑菲醌通过溴化反应、羰基保护后再与对氰基苯硼酸发生取代反应,再然后将取代反应获得的产物氧化成3,6‑二(4,4'‑双苯腈基)‑9,10‑菲醌;之后再将
3,6‑二(4,4'‑双苯腈基)‑9,10‑菲醌与对氰基苯甲醛咪唑成环得到2,6,9‑三(4,4',4"‑三苯腈基)‑1H‑菲并[9,10‑d]咪唑;最后再将2,6,9‑三(4,4',4"‑三苯腈基)‑1H‑菲并[9,10‑d]咪唑与ZnCl2反应,获得三苯基菲并咪唑三嗪聚合物。
3.根据权利要求2所述的三苯基菲并咪唑三嗪聚合物,其特征在于:所述溴化反应具体为将9,10‑菲醌与溴进行反应,获得3,6‑二溴‑9,10‑菲醌;和/或所述羰基保护具体为将3,6‑二溴‑9,10‑菲醌与溴代己烷进行反应,获得3,6‑二溴‑9,
10‑二己氧基菲;和/或
所述与对氰基苯硼酸发生取代反应具体为将3,6‑二溴‑9,10‑二己氧基菲与对氰基苯硼酸进行反应,获得3,6‑二(4,4'‑双苯腈基)‑9,10‑二己氧基菲;和/或所述将产物氧化具体为将3,6‑二(4,4'‑双苯腈基)‑9,10‑二己氧基菲与氧化剂进行反应,获得3,6‑二(4,4'‑双苯腈基)‑9,10‑菲醌。
4.根据权利要求3所述的三苯基菲并咪唑三嗪聚合物,其特征在于:所述氧化剂为浓硝酸、浓硫酸、高氯酸、高锰酸钾溶液中的一种或多种;和/或所述9,10‑菲醌与液溴的摩尔比为1:1‑3;和/或所述3,6‑二溴‑9,10‑菲醌与溴代正己烷的摩尔比为1:1.5‑4;和/或所述3,6‑二溴‑9,10‑二己氧基菲与对氰基苯硼酸的摩尔比为1:1.2‑3;和/或所述3,6‑二(4,4'‑双苯腈基)‑9,10‑菲醌与对氰基苯甲醛的摩尔比为1:0.8‑2.5。
5.根据权利要求3所述的三苯基菲并咪唑三嗪聚合物,其特征在于:所述9,10‑菲醌与液溴的摩尔比为1:1.2‑2.5;和/或所述3,6‑二溴‑9,10‑菲醌与溴代正己烷的摩尔比为1:1.8‑3;和/或所述3,6‑二溴‑9,10‑二己氧基菲与对氰基苯硼酸的摩尔比为1:1.5‑2.5;和/或所述3,6‑二(4,4'‑双苯腈基)‑9,10‑菲醌与对氰基苯甲醛的摩尔比为1:1‑1.8。
6.一种制备权利要求1‑5中任一项所述三苯基菲并咪唑三嗪聚合物的方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:
1)2,6,9‑三(4,4',4"‑三苯腈基)‑1H‑菲并[9,10‑d]咪唑的制备:9,10‑菲醌通过溴化反应、羰基保护后再与对氰基苯硼酸发生取代反应,然后将产物氧化成3,6‑二(4,4'‑双苯腈基)‑9,10‑菲醌;最后将3,6‑二(4,4'‑双苯腈基)‑9,10‑菲醌与对氰基苯甲醛咪唑成环得到2,6,9‑三(4,4',4"‑三苯腈基)‑1H‑菲并[9,10‑d]咪唑;
2)三苯基菲并咪唑三嗪聚合物的合成:将2,6,9‑三(4,4',4"‑三苯腈基)‑1H‑菲并[9,
10‑d]咪唑与ZnCl2混合均匀,加热进行反应,获得三苯基菲并咪唑三嗪聚合物。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于:步骤1)具体为:a)将9,10‑菲醌和引发剂溶于溶剂中,滴加溴溶液,滴加完成后,将混合物加热至80‑
200℃处理5‑24h,洗涤,分离即得到棕色产物3,6‑二溴‑9,10‑菲醌;
b)将3,6‑二溴‑9,10‑菲醌、催化剂溶于溶剂中,混匀,然后加入溴代正己烷,调节pH至碱性,混合均匀,冷却,洗涤,萃取,柱层析分离,得到产物3,6‑二溴‑9,10‑二己氧基菲;
c)3,6‑二溴‑9,10‑二己氧基菲和对氰基苯硼酸溶于溶剂中,加热,加水搅拌,萃取,分离获得的固体通过柱层析,获得产物3,6‑二(4,4'‑双苯腈基)‑9,10‑二己氧基菲;
d)将3,6‑二(4,4'‑双苯腈基)‑9,10‑二己氧基菲分散在氧化剂中,搅拌,分离,即得到产物3,6‑二(4,4'‑双苯腈基)‑9,10‑菲醌;
e)将3,6‑二(4,4'‑双苯腈基)‑9,10‑菲醌、对氰基苯甲醛溶于溶剂中,加热回流,分离,将分离获得的固体产物进行洗涤,获得2,6,9‑三(4,4',4"‑三苯腈基)‑1H‑菲并[9,10‑d]咪唑。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于:步骤a)中,所述引发剂为过氧化二苯甲酰;
所述溶剂为硝基苯;所述溴溶液为液溴;所述洗涤采用正己烷洗涤;所述分离采用过滤、抽滤或柱分析;
步骤b)中,所述催化剂为四丁基溴化铵和/或连二亚硫酸钠;所述溶剂为THF溶液;所述调节pH至碱性采用氢氧化钠溶液调节pH至10‑14;所述萃取采用二氯或乙酸乙酯;所述柱层析分离采用石油醚进行柱层析分离;
步骤c)中,所述溶剂为甲苯;所述加热为在氮气氛围下加热至60‑90℃,回流8‑48h;所述萃取采用二氯或乙酸乙酯;所述柱层析采用乙酸乙酯与石油醚体积比为1:2‑20的混合溶液进行柱层析;
步骤d)中,所述氧化剂为浓硝酸、浓硫酸、高氯酸、高锰酸钾溶液中的一种或多种;所述分离采用过滤或抽滤;
步骤e)中,所述溶剂为乙酸铵溶于乙酸的混合溶液;所述加热回流为加热至60‑100℃,回流时间为6‑48h;所述分离采用过滤或抽滤;所述洗涤采用乙醇洗涤。
9.根据权利要求6所述的方法,其特征在于:步骤2)具体为:将步骤1)制备获得的2,6,
9‑三(4,4',4"‑三苯腈基)‑1H‑菲并[9,10‑d]咪唑与ZnCl2混合均匀,加入到密闭反应器中,将反应器抽至真空,加热进行反应,获得三苯基菲并咪唑三嗪聚合物。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于:步骤2)中,所述混合均匀采用研磨混合;
所述反应采用马弗炉加热至200‑800℃,反应时间为1‑5d。
11.根据权利要求10所述的方法,其特征在于:步骤2)中,所述反应采用马弗炉加热至
300‑700℃,反应时间为2‑4d。
12.根据权利要求9所述的方法,其特征在于:将获得的三苯基菲并咪唑三嗪聚合物依次用稀盐酸、DMF、去离子水洗涤,干燥,获得精制的三苯基菲并咪唑三嗪聚合物。
13.根据权利要求12所述的方法,其特征在于:所述干燥为在100‑150℃下真空干燥4‑
24h。
14.根据权利要求8所述的方法,其特征在于:在步骤a中,9,10‑菲醌溶于溶剂中的质量浓度为0.10‑0.20g/ml;引发剂溶于溶剂中引发剂的摩尔浓度为0.01‑0.10mol/L;和/或在步骤b中,催化剂的加入量为0.05‑0.22g/ml;3,6‑二溴‑9,10‑菲醌溶于溶剂中的质量浓度为0.02‑0.12g/ml;和/或在步骤c中,3,6‑二溴‑9,10‑二己氧基菲溶于溶剂中的质量浓度为0.02‑0.22g/ml;和/或
在步骤d中,3,6‑二(4,4'‑双苯腈基)‑9,10‑二己氧基菲分散在氧化剂中的质量浓度为
0.01‑0.80g/m;和/或
在步骤e中,3,6‑二(4,4'‑双苯腈基)‑9,10‑菲醌溶于溶剂中的质量浓度为0.001‑
0.120g/ml;乙酸铵溶于乙酸的混合溶液,其中乙酸铵的质量浓度为0.01‑0.15g/ml。
15.根据权利要求8所述的方法,其特征在于:在步骤a中,9,10‑菲醌溶于溶剂中的质量浓度为0.12‑0.18g/ml;引发剂溶于溶剂中引发剂的摩尔浓度为0.02‑0.08mol/L;和/或在步骤b中,催化剂的加入量为0.08‑0.15g/ml;3,6‑二溴‑9,10‑菲醌溶于溶剂中的质量浓度为0.015‑0.100g/ml;和/或在步骤c中,3,6‑二溴‑9,10‑二己氧基菲溶于溶剂中的质量浓度为0.05‑0.18g/ml;和/或
在步骤d中,3,6‑二(4,4'‑双苯腈基)‑9,10‑二己氧基菲分散在氧化剂中的质量浓度为
0.02‑0.5g/ml;和/或
在步骤e中,3,6‑二(4,4'‑双苯腈基)‑9,10‑菲醌溶于溶剂中的质量浓度为0.005‑
0.080g/ml;乙酸铵溶于乙酸的混合溶液,其中乙酸铵的质量浓度为0.02‑0.10g/ml。
16.根据权利要求9所述的方法,其特征在于:在步骤(2)中,2,6,9‑三(4,4',4"‑三苯腈基)‑1H‑菲并[9,10‑d]咪唑与ZnCl2的摩尔比为1:1‑15。
17.根据权利要求9所述的方法,其特征在于:在步骤(2)中,2,6,9‑三(4,4',4"‑三苯腈基)‑1H‑菲并[9,10‑d]咪唑与ZnCl2的摩尔比为1:2‑12。
18.根据权利要求9所述的方法,其特征在于:在步骤(2)中,2,6,9‑三(4,4',4"‑三苯腈基)‑1H‑菲并[9,10‑d]咪唑与ZnCl2的摩尔比为1:3‑10。
19.根据权利要求1‑5中任一项所述的三苯基菲并咪唑三嗪聚合物或根据权利要求6‑
18中任一项所述方法制备的三苯基菲并咪唑三嗪聚合物的用途,其特征在于:将三苯基菲并咪唑三嗪聚合物用于气体吸附。
20.根据权利要求19所述的用途,其特征在于:将三苯基菲并咪唑三嗪聚合物用于CO2吸附。
说明书 :
一种三苯基菲并咪唑三嗪聚合物及其制备方法和用途
技术领域
背景技术
气体的浓度,有效的二氧化碳捕获和储存(CCS)受到了世界各地研究人员的高度重视。与胺
类洗涤和低温冷却技术不同,其需要苛刻的甚至有毒条件的CO2捕获,固态物理吸附剂有望
成为实现CO2的储存和分离的实用方法,例如多孔碳材料,金属有机骨架(MOF),多孔有机聚
合物(POPs)等可提及持久性有机污染物,因为有机结构单元与共价键结合而不是配位键,
这两者在低密度和高热稳定性和化学稳定性方面都具有优势。持久性有机污染物被认为具
有其他优点,如非金属掺杂,方便改性,构件的设计多样化,推动其在催化,气体捕获和分
离,传感和电化学方面的发展。
CTF被认为可以自然地应用于CO2吸收和储存,具有高表面积,高热稳定性和化学稳定性。此
外,将各种亲CO2部分结合到CTF中可以提高CO2吸收能力。
发明内容
的共价三嗪框架具有超高的稳定性和优异的二氧化碳吸附性能。在这里我们设计了一种新
型的三苯基菲并咪唑构筑单元,并通过离子热的方法得到一种新型的三苯基菲并咪唑三嗪
聚合物。该三苯基菲并咪唑三嗪聚合物兼具高比表面积、丰富的孔结构和性质稳定等优点,
尤其在0℃条件下具有优异的CO2吸附性能。
(4,4'‑双苯腈基)‑9,10‑菲醌。之后再将3,6‑二(4,4'‑双苯腈基)‑9,10‑菲醌与对氰基苯甲
醛咪唑成环得到2,6,9‑三(4,4',4"‑三苯腈基)‑1H‑菲并[9,10‑d]咪唑。最后再将2,6,9‑三
(4,4',4"‑三苯腈基)‑1H‑菲并[9,10‑d]咪唑与ZnCl2反应,获得三苯基菲并咪唑三嗪聚合
物。
3,6‑二(4,4'‑双苯腈基)‑9,10‑菲醌。
骤:
双苯腈基)‑9,10‑菲醌;最后将3,6‑二(4,4'‑双苯腈基)‑9,10‑菲醌与对氰基苯甲醛咪唑成
环得到2,6,9‑三(4,4',4"‑三苯腈基)‑1H‑菲并[9,10‑d]咪唑。
选为100‑140℃)处理5‑24h(优选为8‑22h,更优选为10‑20h),洗涤(优选采用正己烷洗涤),
分离(优选采用过滤、抽滤或柱分析)即得到棕色产物3,6‑二溴‑9,10‑菲醌。
溶液为调节pH至10‑14),混合均匀(优选为摇匀1‑5min),冷却(优选向反应体系中加入冰
水),洗涤(优选向反应体系中加入去离子水),萃取(溶剂优选采用二氯或乙酸乙酯),柱层
析分离(优选采用石油醚进行柱层析分离),得到产物3,6‑二溴‑9,10‑二己氧基菲。
乙酸乙酯),分离获得的固体通过柱层析(优选采用乙酸乙酯与石油醚体积比为1:2‑20的混
合溶液进行柱层析),获得产物3,6‑二(4,4'‑双苯腈基)‑9,10‑二己氧基菲。
20min),分离(优选采用过滤或抽滤),即得到产物3,6‑二(4,4'‑双苯腈基)‑9,10‑菲醌。
(优选采用过滤或抽滤),将分离获得的固体产物进行洗涤(优选采用乙醇洗涤),获得2,6,
9‑三(4,4',4"‑三苯腈基)‑1H‑菲并[9,10‑d]咪唑。
器抽至真空,加热进行反应(优选采用马弗炉加热至200‑800℃,更优选为加热至300‑700
℃;反应时间为1‑5d,优选为2‑4d),获得三苯基菲并咪唑三嗪聚合物。
0.18g/ml。引发剂溶于溶剂中引发剂的质量浓度为0.01‑0.10mol/L,优选为0.02‑0.08mol/
L。和/或
ml;3,6‑二溴‑9,10‑菲醌溶于溶剂中的质量浓度为0.02‑0.12g/ml,优选为0.015‑0.100g/
ml。和/或
质量浓度为0.02‑0.22g/ml,优选为0.05‑0.18g/ml。和/或
醌溶于溶剂中的质量浓度为0.001‑0.120g/ml,优选为0.005‑0.080g/ml;溶剂采用乙酸铵
溶于乙酸的混合溶液,其中乙酸铵的质量浓度为0.01‑0.15g/ml,优选为0.02‑0.10g/ml。
三嗪聚合物用于气体吸附。
到目标产物。
物具有高比表面积、丰富的孔结构和热稳定好等优点,在273K条件下具有优异的CO2吸附性
能。
己基保护。醚键不是很稳定的化学键,在强酸条件下或特定催化条件下会发生脱保护反应。
三聚从而形成聚合物。
‑1
三苯基菲并咪唑三嗪聚合物对CO2吸附量可达到4.5mmol g 。
附图说明
具体实施方式
9,10‑菲醌;
向反应体系中加入大量去离子水,萃取,柱层析分离,得到产物3,6‑二溴‑9,10‑二己氧基
菲。
浮在200ml水中,萃取,采用乙酸乙酯与石油醚体积比为1:20的混合溶液进行柱层析分离,
获得产物3,6‑二(4,4'‑双苯腈基)‑9,10‑二己氧基菲。
2,6,9‑三(4,4',4"‑三苯腈基)‑1H‑菲并[9,10‑d]咪唑。
后将封管中样品取出,研磨成粉末后依次用稀盐酸,DMF和去离子水洗涤,再经120℃真空干
燥12h后即得到三苯基菲并咪唑三嗪聚合物。
o
大,这也就代表了聚合物在77K条件下的N2吸附能力;当压力从1p/p降到0,在特定压力下测
定聚合物的N2脱附值;进一步由聚合物的N2吸附‑脱附曲线,再根据BET算法可以得到聚合物
的表面积等重要参数。结果如图4所示。
最大,这就代表了聚合物在273K下的CO2吸附能力。结果如图5所示。