一种含环氧基邻苯二甲腈单体的制备方法与流程

1.本发明公开一种制备方法，涉及有机合成技术领域，具体地说是一种含环氧基邻苯二甲腈单体的制备方法。


背景技术：

2.邻苯二甲腈树脂因为具备优异的耐高温性能、高阻燃性、高碳残率、低吸水率、良好的力学性能以及优异的高玻璃化转变温度、独特的光学和电学性能被广泛应用于涂料、胶黏剂、耐高温材料基体树脂等领域。但是由于邻苯二甲腈单体骨架的刚性易导致邻苯二甲腈树脂在加工过程中单体熔点高、加工窗口窄、固化温度高、固化物韧性差等缺陷，并在固化过程中小分子固化剂高温易分解造成的邻苯二甲腈树脂缺陷，限制了邻苯二甲腈树脂在各个领域内的应用。


技术实现要素：

3.本发明针对现有技术的问题，提供一种含环氧基邻苯二甲腈单体的制备方法，降低邻苯二甲腈单体的熔融温度，拓宽邻苯二甲腈的加工窗口，从而扩大邻苯二甲腈树脂的应用领域。
4.本发明提出的具体方案是：
5.一种含环氧基邻苯二甲腈单体的制备方法，将含酚羟基邻苯二甲腈和环氧卤丙烷为原料在季铵盐催化下共混于碱液中进行反应，获得含环氧基邻苯二甲腈单体的混合液，所述混合液经纯化获得含环氧基邻苯二甲腈单体，
6.其中所述含酚羟基邻苯二甲腈的分子结构式为i或ii，
[0007][0008]
所述结构式i中，r1为羟基或氢，r2为羟基或氢，且所述结构式i中有且只有一个羟基。
[0009]
所述结构式ii中，r为氧或硫。
[0010]
优选地，所述的制备方法中所述环氧卤丙烷为环氧氟丙烷、环氧氯丙烷、环氧溴丙烷中的一种。其中环氧卤丙烷用量可优选为含酚羟基邻苯二甲腈的物质的量的10
‑
50倍。
[0011]
优选地，所述的制备方法中季铵盐为四丁基溴化铵、四甲基溴化铵、四丙基氯化铵、三辛基甲基氯化铵中的一种。所述季铵盐的用量可为含酚羟基邻苯二甲腈物质的量的0.01倍
‑
0.3倍。
[0012]
优选地，所述的制备方法中在所述反应的体系中加入有机溶剂，用于溶解反应物和产物。所述的有机溶剂可为二氯甲烷、四氢呋喃、1,4
‑
二氧六环中的一种。所述有机溶剂用量可为环氧卤丙烷体积的0.00
‑
4.00倍。
[0013]
优选地，所述的制备方法中所述碱液的质量分数为10％
‑
50％。碱液可利用氢氧化钾或氢氧化钠进行配制。碱溶质的用量可为含酚羟基的邻苯二甲腈物质的量的2
‑
5倍。
[0014]
优选地，所述的制备方法中反应的温度为10℃
‑
40℃，所述反应的时间为6
‑
48小时。
[0015]
优选地，所述的制备方法中混合液进行纯化之前，包括：
[0016]
将所述混合液进行旋蒸洗涤，再进行干燥，获得粗产物。纯化前进行所述混合液的处理，可利用旋蒸除去过量的环氧卤丙烷和溶剂，用有机溶剂/水萃取洗涤至溶液为中性，干燥除水，再次旋蒸除去有机溶剂获得粗产物。
[0017]
优选地，所述的制备方法中获得所述粗产物之后，包括：
[0018]
将所述粗产物利用柱层析分离法进行提纯，获得低熔点含环氧基邻苯二甲腈单体。
[0019]
一种含环氧基邻苯二甲腈单体，通过根据所述的一种含环氧基邻苯二甲腈单体的制备方法获得。
[0020]
本发明还提供利用所述的一种含环氧基邻苯二甲腈单体进行的应用。
[0021]
本发明的有益之处是：
[0022]
本发明提供一种含环氧基邻苯二甲腈单体的制备方法，以含酚羟基邻苯二甲腈和环氧卤丙烷为原料在季铵盐催化下共混于碱液中进行反应，纯化后获得含环氧基邻苯二甲腈单体，所述含环氧基邻苯二甲腈单体具有明显低于常用邻苯二甲腈单体的熔点，在邻苯二甲腈树脂合成过程中可以显著降低邻苯二甲腈单体熔点，拓宽加工窗口、降低加工难度、减少生产成本以及简化合成工艺。除此之外，本发明方法制备获得的含环氧基邻苯二甲腈单体中环氧基团作为活性基团，可以被许多含有活性氢的化合物打开，例如：胺类、酚类、酸酐类等，形成三维交联网络，增加交联密度提高邻苯二甲腈树脂的力学性能，扩大邻苯二甲腈树脂的应用领域。
附图说明
[0023]
图1是由分子结构式i的含酚羟基邻苯二甲腈制备的含环氧基邻苯二甲腈单体化合物的1hnmr分析结果示意图。
[0024]
图2是由分子结构式i的含酚羟基邻苯二甲腈制备的含环氧基邻苯二甲腈单体化合物的dsc分析结果示意图。
[0025]
图3是由分子结构式ii的含酚羟基邻苯二甲腈制备的含环氧基邻苯二甲腈单体化合物的1h nmr分析结果示意图。
[0026]
图4是由分子结构式ii的含酚羟基邻苯二甲腈制备的含环氧基邻苯二甲腈单体化合物的dsc分析结果示意图。
[0027]
图5是本发明方法的流程示意图。
具体实施方式
[0028]
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
[0029]
本发明提供一种含环氧基邻苯二甲腈单体的制备方法，将含酚羟基邻苯二甲腈和环氧卤丙烷为原料在季铵盐催化下共混于碱液中进行反应，获得含环氧基邻苯二甲腈单体的混合液，所述混合液经纯化获得含环氧基邻苯二甲腈单体，
[0030]
其中所述含酚羟基邻苯二甲腈的分子结构式为i或ii，
[0031][0032]
所述结构式i中，r1为羟基或氢，r2为羟基或氢，且所述结构式i中有且只有一个羟基，
[0033]
所述结构式ii中，r为氧或硫。
[0034]
本发明方法以含酚羟基邻苯二甲腈、环氧卤丙烷为原料季铵盐为催化剂在碱性条件下反应，经过提纯得到含环氧基邻苯二甲腈单体，其中含酚羟基邻苯二甲腈作为邻苯二甲腈母体，而环氧卤丙烷提供环氧基，碱性环境促进化学反应正向进行，季铵盐是将水相或有机相中的反应物转移到有机相或水相的催化剂，能使反应在水相和有机相两相之间进行，起到加快反应速度等功能。本发明的合成方法条件温和，产率较高，制备出的低熔点含环氧基邻苯二甲腈单体表现出较低的熔点和较宽的加工窗口，扩展了邻苯二甲腈树脂的应用范围。
[0035]
具体应用中，可在本发明技术方案的基础上，根据实际反应条件和反应用量进行反应物用量及反应条件的调整。仅例举一些优选的或一般情况下的实施例来进一步解释说明本发明的技术方案。
[0036]
其中分子结构式i的含酚羟基邻苯二甲腈与环氧卤丙烷反应的反应式可参考如下：
[0037][0038]
分子结构式ii的含酚羟基邻苯二甲腈与环氧卤丙烷反应的反应式可参考如下：
[0039][0040]
实施例1
[0041]
一种低熔点含环氧基邻苯二甲腈单体的制备方法，包括以下步骤：
[0042]
步骤1：在三口烧瓶中，加入4
‑
羟基邻苯二甲腈2.88g(0.02mol)和环氧氯丙烷92.52g(1mol)、四丁基溴化铵1.29g(0.004mol)，称取氢氧化钾5.61g(0.1mol)配成质量分
数为50％的氢氧化钾水溶液加入到三口烧瓶中，10℃下机械搅拌48h得到含环氧基的邻苯二甲腈单体的混合液；
[0043]
步骤2:对混合液处理：倒出反应上清液，旋蒸除去过量的环氧氯丙烷，用二氯甲烷萃取，饱和食盐水洗涤至溶液为中性，加入无水氯化钙干燥24h，利用旋蒸除去二氯甲烷得到含环氧基的邻苯二甲腈单体的粗产物；
[0044]
步骤3：产品的纯化：用二氯甲烷作洗脱剂对步骤2中得到的粗产物进行柱层析分离提纯。
[0045]
柱层析分离法的具体实施可参考为：
[0046]
①
装柱：将配置好的洗脱剂和吸附剂在烧杯中混合，超声状态下混合均匀，装入到玻璃柱中，使吸附剂流平装实。
[0047]
②
加样：将样品溶于少量二氯甲烷，保持吸附剂表面平整，加到柱中。最后再用少量二氯甲烷对柱壁进行洗涤2
‑
3次。
[0048]
③
洗脱：在保持吸附剂表面平整状态下，加入适量二氯甲烷，保持洗脱速度一般为每分钟流出1/200柱留体积左右。
[0049]
④
分步收集：一般每个接液瓶收集1/20
‑
1/10柱留体积。
[0050]
⑤
检测：用薄层色谱板检测确定目标产物的位置及纯化情况。
[0051]
⑥
合并：将成分相同或相似的收集液合并，复合部分单独收集。
[0052]
⑦
浓缩：旋蒸除去二氯甲烷得到纯产物。
[0053]
实施例2
[0054]
一种低熔点含环氧基邻苯二甲腈单体的制备方法，包括以下步骤：
[0055]
步骤1：在三口烧瓶中，加入3
‑
羟基邻苯二甲腈2.88g(0.02mol)和环氧溴丙烷54.79g(0.40mol)、四甲基溴化铵0.92g(0.006mol)、加入二氯甲烷94.0ml，称取氢氧化钠3.20g(0.08mol)配成质量分数为40％的氢氧化钠水溶液加入到三口烧瓶中，20℃下机械搅拌30h得到含环氧基的邻苯二甲腈单体的混合液；
[0056]
步骤2:对混合液处理：倒出反应上清液，用二氯甲烷萃取；饱和食盐水洗涤至溶液为中性，加入无水氯化钙干燥24h，利用旋蒸除去二氯甲烷和过量的环氧溴丙烷得到含环氧基的邻苯二甲腈单体的粗产物；
[0057]
步骤3：产品的纯化：用二氯甲烷作洗脱剂对步骤2中得到的粗产物进行柱层析分离提纯。具体过程可参考实施例1。
[0058]
实施例3
[0059]
一种含环氧基低熔点邻苯二甲腈单体的制备方法，包括以下步骤：
[0060]
步骤1：在三口烧瓶中，加入4
‑
羟基邻苯二甲腈2.88g(0.02mol)和环氧氯丙烷18.50g(0.20mol)、四丙基氯化铵0.44g(0.002mol)、加入四氢呋喃62.5ml，称取氢氧化钾3.37g(0.06mol)配成质量分数为20％的氢氧化钾水溶液加入到三口烧瓶中，40℃下机械搅拌6h得到含环氧基的邻苯二甲腈单体的混合液；
[0061]
步骤2:对混合液处理：倒出反应上清液，旋蒸除去四氢呋喃和过量的环氧氯丙烷，用乙酸乙酯萃取；饱和食盐水洗涤至溶液为中性，加入无水氯化钙干燥24h，利用旋蒸除去乙酸乙酯得到含环氧基的邻苯二甲腈单体的粗产物；
[0062]
步骤3：产品的纯化：用二氯甲烷作洗脱剂对步骤2中得到的粗产物进行柱层析分
离提纯。具体过程可参考实施例1。
[0063]
实施例4
[0064]
一种含环氧基低熔点邻苯二甲腈单体的制备方法，包括以下步骤：
[0065]
步骤1：在三口烧瓶中，加入3
‑
羟基邻苯二甲腈2.88g(0.02mol)和环氧氟丙烷45.64g(0.60mol),加入四甲基溴化铵0.62g(0.004mol)、1,4
‑
二氧六环31.5ml，称取氢氧化钠1.60g(0.04mol)配成质量分数为35％的氢氧化钠水溶液加入到三口烧瓶中，35℃下机械搅拌18h得到含环氧基的邻苯二甲腈单体的混合液；
[0066]
步骤2:对混合液处理：倒出反应上清液，旋蒸除1,4
‑
二氧六环和过量的环氧氟丙烷，用乙酸乙酯萃取；饱和食盐水洗涤至溶液为中性，加入无水氯化钙干燥24h，利用旋蒸除去乙酸乙酯得到含环氧基的邻苯二甲腈单体的粗产物；
[0067]
步骤3：产品的纯化：用二氯甲烷作洗脱剂对步骤2中得到的粗产物进行柱层析分离提纯。具体过程可参考实施例1。
[0068]
实施例5
[0069]
一种含环氧基低熔点邻苯二甲腈单体的制备方法，包括以下步骤：
[0070]
步骤1：在三口烧瓶中，加入4
‑
(4
‑
羟基苯氧基)
‑
邻苯二腈2.36g(0.01mol)和环氧氯丙烷27.76g(0.30mol)、四丁基溴化铵0.64g(0.002mol)，最后称取氢氧化钠2.00g(0.05mol)配成质量分数为50％的氢氧化钠水溶液加入到三口烧瓶中，40℃下机械搅拌6h得到含环氧基的邻苯二甲腈单体的混合液；
[0071]
步骤2:对混合液后处理：倒出反应后混合液的上清液，旋蒸除过量的环氧氯丙烷，用有乙酸乙酯萃取；饱和食盐水洗涤至溶液为中性，加入无水氯化钙干燥24h，利用旋蒸除去乙酸乙酯得到含环氧基的邻苯二甲腈单体的粗产物；
[0072]
步骤3：产品的纯化：用二氯甲烷作洗脱剂对步骤2中得到的粗产物进行柱层析分离提纯。具体过程可参考实施例1。
[0073]
实施例6
[0074]
一种含环氧基低熔点邻苯二甲腈单体的制备方法，包括以下步骤：
[0075]
步骤1：在三口烧瓶中，加入4
‑
[(4
‑
羟基苯基)硫代]
‑
邻苯二腈2.52g(0.01mol)和环氧溴丙烷16.44g(0.12mol)、三辛基甲基氯化铵0.81g(0.002mol)、加入四氢呋喃38.5ml，称取氢氧化钾1.12g(0.02mol)配成溶质质量分数为10％的氢氧化钾水溶液加入到三口烧瓶中，10℃下机械搅拌48h得到含环氧基的邻苯二甲腈单体的混合液。
[0076]
步骤2:对混合液后处理：倒出反应后混合液的上清液，旋蒸除去四氢呋喃和过量的环氧溴丙烷，用有二氯甲烷萃取；饱和食盐水洗涤至溶液为中性，加入无水氯化钙干燥24h，利用旋蒸除去二氯甲烷得到含环氧基的邻苯二甲腈单体的粗产物；
[0077]
步骤3：产品的纯化：用二氯甲烷作洗脱剂对步骤2中得到的粗产物进行柱层析分离提纯。具体过程可参考实施例1。
[0078]
将上述实施例获得，以及调整反应条件和/或反应物用量后制备获得的含环氧基的邻苯二甲腈单体利用核磁共振和差示扫描量热法进行分析。
[0079]1nmr(核磁共振)分析：通过使用来自avance ii 400的500mhz nmr设备根据制造商手册进行1h nmr分析。通过将化合物溶解在dmso(二甲基亚砜)
‑
d6中制备用于1h nmr测量的样品。
[0080]
dsc(差示扫描量热法)分析：使用来自ta instrument的q10分析仪在氮气气氛下进行dsc测试，升温速率10℃/min，温度范围45
‑
350℃。
[0081]
其中图1和图2分别是由分子结构式i的含酚羟基邻苯二甲腈制备的含环氧基邻苯二甲腈单体化合物的1h nmr分析结果示意图和dsc分析结果示意图；
[0082]
图1中根据一维核磁氢谱可知，化学位移δ＝2.79，δ＝2.97分别对应h
a
、h
b
。化学位移δ＝3.99,δ＝3.39分别对应h
c
、h
d
。化学位移δ＝4.44对应h
e
。化学位移δ＝7.73,7.33,7.28对应苯环上的h；
[0083]
图2中根据dsc谱图可知，4
‑
(2
‑
环氧乙烷基甲氧基)
‑
邻苯二甲腈熔点：113℃，氰基的初始聚合温度为271℃，固化温度：300
‑
310℃。
[0084]
图3和图4分别是由分子结构式ii的含酚羟基邻苯二甲腈制备的含环氧基邻苯二甲腈单体化合物的1h nmr分析结果示意图和dsc分析结果示意图，
[0085]
图3中根据一维核磁氢谱可知，化学位移δ＝2.80(dd,1h)，δ＝2.95(dd,1h)分别对应h1,h2。化学位移δ＝3.39，δ＝3.97,分别对应h3,h4。化学位移δ＝4.29对应h5。化学位移δ＝7.0对应h6，化学位移δ＝7.71,7.24,7.21对应h7。
[0086]
图4中根据dsc谱图可知，4
‑
[4
‑
(2
‑
环氧乙烷基甲氧基)苯氧基]
‑
邻苯二甲腈熔点：95℃，氰基的初始聚合温度为299℃，固化温度：333℃。
[0087]
将本发明方法获得的含环氧基邻苯二甲腈单体与其他常用的邻苯二甲腈单体的熔点进行比较，将表1。
[0088]
[0089][0090]
由上述表格可明显看出，本发明方法获得的含环氧基邻苯二甲腈单体的熔点显著低于现有的常用邻苯二甲腈单体，则本发明方法制备获得的含环氧基邻苯二甲腈单体能够在邻苯二甲腈树脂的加工过程中可以显著降低邻苯二甲腈单体熔点，拓宽加工窗口、降低加工难度、生产成本、简化合成工艺。除此之外，环氧基团作为活性基团，可以被许多含有活性氢的化合物(例如：胺类、酚类、酸酐类)打开，形成三维交联网络，增加交联密度提高邻苯二甲腈树脂的力学性能。扩大邻苯二甲腈树脂的应用领域。
[0091]
本发明使用的其他试剂均为现有技术可购买或配制的试剂，不再累述。
[0092]
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。