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通过炔的无金属催化环三聚反应合成酰基芳烃和超支化聚酰基芳烃

申请号 CN200880019681.9 申请日 2008-03-04 公开(公告)号 CN101679616A 公开(公告)日 2010-03-24
申请人 香港科技大学; 发明人 唐本忠; 詹嘉慧; 秦安军; M·霍伊斯勒; 林荣业;
摘要 本 发明 提供了炔 烃 的新型无金属催化环三聚反应,用于制备聚(1,3,5-三酰基芳烃或1,3,5-三酰基苯)。该反应以仲胺为催化剂,具有严格的区域选择性和高度的官能团相容性,可以高产率地获得产物。该反应可进一步用于制备带有三酰基芳烃结构单元的新型支化(共) 聚合物 。所述(共)聚合物的制备作为一锅单步反应法进行,得到支化低聚物和聚合物,产率高达90%。所得(共)聚合物具有加工性和成膜性好且热 稳定性 高等优点。
权利要求

1.包含多个末端单元和多个内部单元的聚合物,所述内部单 元为式(I):

其中X-R1-X为二酰基乙炔的残基,X为O、NH或S,n大于1,且 所述内部单元具有相同R1或不同R1。
2.权利要求1的聚合物,其中X为O。
3.权利要求1或权利要求2的聚合物,其中所有所述内部单 元中的R1相同。
4.权利要求1或权利要求2的聚合物,其中R1独立选自:

5.制备式(II)三酰基苯或其聚合物的方法,所述方法包括以下 环三聚反应步骤:

其中R2选自任何有机或有机金属基团,X为O、NH或S,且式(II) 中的R2相同或不同。
6.权利要求5的方法,其中所述环三聚反应在无金属催化下 完成。
7.权利要求5的方法,其中X为O。
8.权利要求5的方法,其中R2选自:

9.权利要求5的方法,其中所述聚合物具有下式:

其中表示聚合物支链,且具有与R2相同的定义。
10.权利要求9的方法,其中选自:

11.权利要求5的方法,其中所述聚合反应进行至少20小时 到至多60小时。
12.权利要求5的方法,其中所述仲胺选自:二甲基甲酰胺 (DMF)、哌啶、二乙胺、二苯胺、N,N-二异丙基乙胺(DIPEA)、1,8- 二氮杂双环十一-7-烯(DBU)。
13.权利要求12的方法,其中所述仲胺为二甲基甲酰胺 (DMF)。
14.权利要求13的方法,其中所述聚合在N2下或空气中进 行。
15.权利要求5的方法,其中所述聚合反应通过与在二噁烷中 的哌啶一起回流进行。
16.权利要求1聚合物的制备方法,所述方法包括以下聚合步 骤:

其中所述单体包括一种或多种二酰基乙炔,X-R1-X为所述二酰基乙 炔的残基,X为O、NH或S,n大于1,且所述式(I)中的R1彼此相 同或不同。
17.权利要求16的方法,其中所述聚合在无金属催化下进 行。
18.权利要求16的方法,其中所述单体包括一种或多种下式 (III)的二酰基乙炔:

其中为选自如下的任一个:

X为O、NH或S。
19.权利要求16的方法,其中X为O。
20.权利要求18的方法,其中所述式(III)的二酰基乙炔通过下 式(IV)的任何有机化合物或有机金属化合物与下式(V)的丙炔酸之间 的缩合反应制备:

其中选自任何有机或有机金属基团,且X为O、NH或S。
21.权利要求16的方法,其中式(I)所有内部单元中的R1相 同。
22.权利要求16的方法,其中R1独立选自如下:

23.权利要求16的方法,其中所述单体还包括用于将所述聚 合物封端的一种或多种单酰基炔。
24.权利要求16的方法,其中所述聚合反应进行至少20小时 到至多60小时。
25.权利要求16的方法,其中所述仲胺选自:二甲基甲酰胺 (DMF)、哌啶、二乙胺、二苯胺、N,N-二异丙基乙胺(DIPEA)、1,8- 二氮杂双环十一碳-7-烯(DBU)。
26.权利要求25的方法,其中所述仲胺为二甲基甲酰胺 (DMF)。
27.权利要求26的方法,其中所述聚合在N2下或空气中进 行。
28.权利要求16的方法,其中所述聚合通过与在二噁烷中的 哌啶一起回流进行。
29.光蚀刻图案化方法,所述方法包括将光源施加于权利要求 1的聚合物的步骤。
30.权利要求29的方法,其中所述光源为紫外光。
31.权利要求29的方法,其中在施加光源后所述聚合物折射 率显示出波长依赖性提高。
32.包含权利要求1的聚合物的热固性材料。

说明书全文

发明领域

[2]本发明涉及支化或超支化聚合物材料及其制备。具体地讲, 本发明涉及炔经无金属催化的、区域选择性环三聚反应制备带有 1,3,5-三酰基芳烃结构单元的支化或超支化(共)聚合物的方法及所述 聚合物的应用。

发明背景

[3]由于其球状的分子构型,超支化聚合物预期将具有新颖的性 能(如低粘度和高热稳定性)从而使之用作功能材料。要完全实现超支 化聚合物的潜能呼唤新的、通用的制备方法。多种超支化聚合物已 通过所谓ABn型(n≥2)单体的缩聚制备,其中A和B官能团一起缩合形 成支化聚合物,如Frechet.J.M.J.等(美国专利5,514,764)制备的超支 化聚酯和聚酰亚胺聚合物。然而,在这种制备方法中,竞争反应通 常导致形成线形且具有低支化度和低分子量的不完美聚合物。
[4]炔烃的环三聚是其中三个三键环化成苯环的反应。这种 [2+2+2]环加成首先由Berthelot,M.等于1866(Ann.Chim.Phys.,1866,9, 446)报道,现在已发展成有机合成中普遍使用的方法。通常,三键的 环三聚反应要求过渡金属催化(Chem.Comm.,1991,19,1392),但往往 会形成1,2,4-和1,3,5-三取代的苯异构体混合物。此外,许多过渡金属 络合物与官能团不相容。1980年,Balasubramanian,K.等第一次报道 了苯甲酰乙炔的环三聚反应(Synthesis,1980,29)。该反应由于具有严 格的区域选择性、仅产生1,3,5-三芳酰基苯而闻名(J.Org.Chem.,2002, 67,4547)。它的另一优点是不采用过渡金属催化剂:单体在二甲基甲 酰胺(DMF)中回流或在其它仲胺催化剂存在下进行聚合反应(Tetra. Lett.,2000,41,6545和J.Org.Chem.2002,67,4547)。乙炔基单体 是通过取代的苯甲与乙炔溴化镁反应,然后用MnO2或CrO3化而 得。这种合成是涉及有机金属络合物如溴化乙炔基镁和有毒重金属 氧化物如MnO2或CrO3的多步法,且需要采用严格的反应条件,如要 除去反应体系中的空气和分。
[5]由于环三聚反应的机理限制了在超支化核内线形结构的生 成,双炔的环加成已成为制备具有高分子量和支化度的超支化聚合 物的基元反应。例如,Olsen,R.E.等通过Ziegler(齐格勒)催化剂引发 的乙烯基乙炔基苯、二乙炔基苯和苯乙炔的共聚环三聚反应制备了 用于制备高性能-碳复合材料新型聚苯树脂(美国专利5,686,027和 5,594,058)。不足之处是这种反应体系很复杂。Ben Zhong Tang(唐本 忠)的研究组采用钽和钴的络合物为催化剂,通过二炔的环三聚反应 成功地制备了可溶的超支化聚(烯烃苯)和聚芳烃(Macromolecules, 2007,40,1914,Macromolecules,2004,37,5196和C.R.Chimie,2003,6, 833)。然而,由于上述聚合方法涉及过渡金属催化剂并且产生立构不 规整的聚合物,一些科学家尝试采用区域选择性方法来合成超支化 聚合物。Tiwari,R.K.等报道了含三芳酰基苯的支化聚合物(Indian Journal of Chemistry,1996,35B,1263)及其制备方法。遗憾的是所得 聚合物在大多数有机溶剂中不可溶,从而使聚合物的表征和应用变 得困难。
[6]Tang(唐)等已成功地合成了可溶的含三羰基苯支化(共)聚合物 (美国专利申请11/417,290)。所得聚合物可溶于通常的有机溶剂中, 具有高的热稳定性和光敏性并可作为光致抗蚀材料。但是,单体中 要求有与羰基乙炔基相邻的芳基(芳酰基乙炔或二芳酰基乙炔)存在, 这仅可通过包括湿敏的有机金属络合物和有毒重金属化合物的多步 法合成。
[7]所以,需要开发通过温和、简单且快速的反应条件一步法来 制备超支化聚合物及其单体结构单元的步骤。
[8]本发明中,发现了无金属催化的丙炔酸酯的环三聚反应且第 一次将双(酰基炔)的环加成用于制备可加工的超支化(共)聚(酰基芳 烃)。
发明概述
[9]本发明提供了炔烃的新型环三聚反应来制备1,3,5-三酰基芳烃 或1,3,5-三酰基苯。该反应以仲胺为催化剂,具有严格的区域选择性 和很强的官能团相容性,且可高产率地获得产物。该反应可进一步 用于制备带有三酰基芳烃作为结构单元的新型支化(共)聚合物。所述 (共)聚合物的制备可通过一锅单步法进行,以90%的高产率得到可加 工的、成膜性好且热稳定性高的支化低聚物和聚合物。
[10]因此,本发明的一个目的是提供包含多个末端单元和内部单 元的可溶且可加工的支化或超支化聚合物,所述内部单元为式(I):

其中X-R1-X为二酰基乙炔的残基,X为O、NH或S,n大于1,且所述 内部单元具有相同R1或不同R1。
[11]本发明的另一目的是提供制备式(II)三酰基芳烃(或三酰基苯) 或其聚合物的新方法,所述方法包括以下酰基乙炔的环三聚反应:

其中R2选自任何有机基团或有机金属基团,式(II)中的R2-X为酰基 乙炔的残基,X为O、NH或S,且式(II)三酰基芳烃具有相同或不同 的R2。所述环三聚反应在没有金属存在下区域选择性地完成。
[12]本发明另一目的是提供制备具有式(I)作为内部单元的聚合物 的方法,所述方法包括以下聚合步骤:

其中所述单体包括一种或多种二酰基乙炔,X-R1-X为二酰基乙炔的 残基,X为O、NH或S,n大于1,且所述内部单元具有相同或不同的 R1。所述聚合优选在没有金属存在下,通过单体的区域选择性环三 聚反应完成。此外,所述单体可还包括一种或多种单酰基乙炔将所 述聚合物封端。用作单体的二酰基乙炔优选通过任何含有机的或有 机金属的二醇、二胺或二硫醇官能团与丙炔酸的简单缩合反应制 备。
[13]本发明另一目的是提供将光源作用于式(I)中所述(共)聚 合物的光蚀刻图案化方法并提供一类热固性的(共)聚合物材料。所述 光源可为紫外光、电子束或激光。就本发明而言,优选紫外光。
[14]在所附的权利要求书中特别指出了表征本发明新颖性的多个 不同特征,且所附的权利要求书成为本发明公开内容的一部分。为 了更好地理解本发明,其操作优点和通过其应用获得的具体目标可 参考附图和如下说明,其中对本发明优选实施方案进行了说明和描 述。
附图简述
[15]图1显示了(A)丙炔酸苯酯(化合物12)和(B)1,3,5-苯三甲酸三苯 酯(化合物13)在DMSO-d6中的1H NMR谱。
[16]图2显示了1,3,5-苯三甲酸三苯酯(化合物13)在DMSO-d6中的 13C NMR谱。
[17]图3显示了(A)单体3、(B)模型化合物13和(C)hb-P3在二氯甲 烷-d2中的1H NMR谱。溶剂峰用星号(*)标记。
[18]图4显示了(A)单体3、(B)模型化合物13和(C)hb-P3在二氯甲 烷-d2中的13C NMR谱。溶剂峰用星号(*)标记。
[19]图5显示了(A)hb-P2、(B)hb-P5在二氯甲烷-d2中的1H NMR 谱。溶剂峰用星号(*)标记。
[20]图6显示了hb-P4在DMSO-d6中的1H NMR谱。溶剂峰用星号(*) 标记。
[21]图7显示了(A)单体1和(B)其聚合物hb-P1的红外光谱
[22]图8显示了(A)单体2和(B)其聚合物hb-P2的红外光谱。
[23]图9显示了(A)单体3和(B)其聚合物hb-P3的红外光谱。
[24]图10显示了(A)单体4和(B)其聚合物hb-P4的红外光谱。
[25]图11显示了(A)单体5和(B)其聚合物hb-P5的红外光谱。
[26]图12显示了hb-P2、hb-P3和hb-P5的THF溶液的紫外吸收光 谱。
[27]图13显示了超支化聚(芳氧基羰基苯)hb-P1-P5在氮气氛下以20 ℃/min的升温速率测得的热失重曲线。
[28]图14显示了hb-P3光蚀刻法产生的阴性图案。
[29]图15显示了hb-P3薄膜在紫外光照射30分钟前(虚线)、后(实线) 折射率对波长的依赖性。
发明详述
定义
[30]以下定义用来理解本发明及所附的权利要求书:
[31]“二酰基乙炔的残基”是指二酰基乙炔去掉两个羰基乙炔基团 的有机基团或有机金属基团。
[32]“单酰基乙炔的残基”是指单酰基乙炔去掉一个羰基乙炔基团 的有机基团或有机金属基团。
[33]“二酰基乙炔”是包含两个羰基乙炔基团的化合物,在本公开 中,“二酰基乙炔”还可特指具有超过两个羰基乙炔基团的化合物。此 外,从二酰基乙炔结构中可以看出,“二酰基乙炔”结构中包含X基, 其中X为O、NH或S。
[34]“单酰基乙炔”是指仅具有一个羰基乙炔基团的化合物。类似 于术语“二酰基乙炔”,本公开中“单酰基乙炔”包括结构中包含X基, 其中X为O、NH或S的化合物。
[35]本发明聚合物的“末端单元”是指仅一个羰基乙炔基团参与聚 合的单酰基乙炔或二酰基乙炔。
环三聚反应和聚合
[36]本发明炔烃的环三聚反应方法包括具有通式6的丙炔酸衍生物 进行如反应示例1中所示的反应,其中R独立选自任何类型的有机或 有机金属基团,X为O、NH或S。
[37]在上述环三聚反应成功的基础上,还可用于制备含三酰基芳 烃(或三酰基苯)的可溶、可加工的(超)支化低聚物和(共)聚合物(hb- P10),如反应示例2中所示:
反应示例1

[38]本发明可扩展到具有一个或两个或多个可聚合的有机或有机 金属丙炔酸衍生物(优选它们连接到如O、NH或S等结构部分)。这些 化合物可用作本发明的单体并通过在仲胺中回流进行环三聚聚合物 反应。从而本发明聚合包括以下步骤:

其中所述单体包括一种或多种二酰基乙炔,X-R1-X为所述二酰基乙 炔的残基,X为O、NH或S,且n大于1。本领域普通技术人员可将单 体进行取代以提供如上所述的各种化合物。单酰基乙炔化合物可作 为使聚合物官能化和将聚合物封端的共聚单体用于本发明。从而, 所述单体可还包括一种或多种用于将本发明所述聚合物封端的单酰 基乙炔。可加工的聚合物材料可通过二炔与单酰基乙炔和/或其它二 炔以不同比例在最佳的溶剂、聚合时间、温度、单体浓度和催化剂 反应条件下均聚和共聚获得。其中,均聚物中所有内部单元中的R1 相同;共聚物中,由于使用了不同R1基团的二酰基乙炔单体可使其 内部单元中的R1不同。反应条件可通过不多的试验而确定。例如, 反应中大量的单酰基乙炔会使聚合物封端,且支化度比较小。
[39]环三聚反应最好在二甲基甲酰胺(DMF)中进行,在氮气下或 空气中回流通式6的炔烃至少20小时到至多60小时(优选24小时)。 其它如式RNHR’(其中R和R’为相同或不同的脂族或芳族基团)表示的 仲胺也可用于本发明。可用于本发明的仲胺实例包括但非局限于哌 啶、二乙胺、二苯胺、N,N-二异丙基乙胺(DIPEA)、1,8-二氮杂双环 十一碳-7-烯(DBU)等。当哌啶用作仲胺时,其可以在二噁烷中使用。
[40]本发明中的丙炔酸酯(当X为OH时)、酰胺(当X为N时)或硫醇 酯(当X为S时)衍生物足可以通过环三聚引发苯环形成。本发明所涉及 的双丙炔酸衍生物可通过有机或有机金属的二醇(8a,X=O)、二胺(8b, X=NH)或二硫醇(8c,X=S)官能团与丙炔酸9简单缩合反应而得。
[41]反应示例3为丙炔酸苯酯12和1,3,5-苯三甲酸三苯酯13(环三聚 产物)的合成路线。
反应示例3

其中,丙炔酸苯酯12可通过苯酚11和丙炔酸9以1,3-二环己基碳化 二亚胺(DCC)、4-(二甲基)吡啶(DMAP)、4-甲苯磺酸(TsOH)为催化 剂在二氯甲烷(DCM)中缩合而得。而将其在氮气氛下在DMF中回流 24小时可得环三聚产物:1,3,5-苯三甲酸三苯酯13。
[42]用标准的光谱分析方法对环三聚产物13进行研究并获得了满 意的结果。图1为丙炔酸苯酯12和1,3,5-苯三甲酸三苯酯13在 DMSO-d6中的1H NMR谱。谱图中,丙炔酸苯酯12的三键共振峰位 于δ=4.97ppm,而该峰在其环三聚产物13的谱图中完全消失。同 时,在δ=9.04ppm处出现了与新苯环形成有关的新峰。而其他苯环 上氢的共振峰保持不变且没有发现其他峰,说明丙炔酸苯酯12成功 地转化成了环三聚产物13。13C NMR谱也获得了类似结果。所有峰 很容易归属于环三聚产物13的预期结构。图2显示了1,3,5-苯三甲 酸三苯酯13在DMSO-d6中的13C NMR谱。
超支化聚合物
[43]本发明聚合的支化或超支化聚合物包含多个末端单元和多个 内部单元,所述内部单元为式(I):

其中X-R1-X为二酰基乙炔的残基,X为O、NH或S;n大于1,且所述 内部单元具有相同或不同的R1。均聚中聚合物所有内部单元中的R1 相同而共聚中不同内部单元中的R1可不同。R1可为任何有机或有机 金属基团。R1的优选实例包括下图1中P1、P2、P3、P4和P5中的那 些。多个末端单元表示未反应的三键或封端和/或官能化的有机或有 机金属基团。n优选为约10-约100。本发明中描述的环三聚(其为简 单的一锅单步反应)所得到的聚合物具有严格的区域选择性、高度的 官能团相容性,具有100%的高支化度,且其产率高达99%。所得聚 合物具有可加工性、成膜性好及热稳定性高等优点并可通过热或照 射转变(可固化)成热固性材料。
[44]本发明涉及的支化或超支化聚合物的具体实施方案显示于以 下流程1和2中:
流程1

为了制备所述支化或超支化聚合物,首先要制备不同的二炔单体, 然后于不同条件下在DMF中回流反应。最后,通过在少量酸存在下 沉淀到乙醚或甲醇中收集聚合物。2的环三聚反应条件列于表1中:
表1
2的环三聚

a反应时间。b通过GPC确定,以聚苯乙烯为校正物,THF为流动 相。
[45]为了获得高分子量的超支化聚合物,优化了聚合条件,结果 列于表2-5。
表2单体浓度对单体3聚合的影响a

a氮气氛下在DMF中回流24小时。
b在常用的有机溶剂如甲苯、DCM、氯仿和THF中测试的溶解度 (S):√=完全可溶。
c通过GPC确定,以线性聚苯乙烯为校正物,以THF为流动相。
表3反应时间对单体3聚合的影响a

a氮气氛下在DMF中回流,[Mo]=0.178M。bt=反应时间。
c在常用的有机溶剂如甲苯、DCM、氯仿和THF中测试的溶解度 (S):√=完全可溶。d通过GPC确定,以线性聚苯乙烯为校正物,以 THF为流动相。
表4空气在对3聚合的影响a

a氮气氛下在DMF中回流24小时;[Mo]=0.178M。
b在常用的有机溶剂如甲苯、DCM、氯仿和THF中测试的溶解度 (S):√=完全可溶。c通过GPC确定,以线性聚苯乙烯为校正物,以 THF为流动相。
表5反应温度对单体3聚合的影响a

a氮气氛下在DMF中进行24h;[Mo]=0.178M。
bT=反应温度。
c在常用的有机溶剂如甲苯、DCM、氯仿和THF中测试的溶解度 (S):√=完全可溶。
d通过GPC确定,以线性聚苯乙烯为校正物,以THF为流动相。
表6单体3环三聚的最佳反应条件

在获得最优化聚合反应条件基础上,进行了单体1-5的聚合, 其聚合结果见表7。
表7芳香二丙炔酸酯单体1-5环三聚结果a

a氮气氛下在DMF中回流24小时;[Mo]=0.178M。b在常用的 有机溶剂如甲苯、DCM、氯仿和THF中测试的溶解度(S):√=完全 可溶,Δ=部分可溶,×=不可溶。c通过GPC确定,以线性聚苯乙 烯为校正物,以THF为流动相。d数据来源于表2中的第2项。
[46]改变超支化聚合物P2聚合方法可得到类似的光谱结果,说明 不同催化剂对聚合物的结构没有很大的影响,而仅影响其分子量 (见表1)。图3显示了超支化聚合物P3、单体3和模型化合物13 在二氯甲烷-d2中的1H NMR谱。δ~9.3ppm处的新共振峰归属于经 环三聚新生成的苯环上质子的吸收。该峰的位置与模型化合物13中 的苯环上质子峰一致。此外,环三聚后聚合物谱图中几乎观察不到 三键的共振峰,说明了炔烃官能团具有高的转化率和高的聚合度。 从超支化聚合物hb-P3、其相应单体3和模型化合物13在二氯甲烷 d2中的13C NMR谱中可知,δ~75ppm处的峰(表示三键)在环三聚后 消失,也证明了炔烃官能团具有高的转化率和高的聚合度。聚合无 论在氮气氛或空气中进行对超支化聚合物的结构和分子量没有态大 影响,表明氧气的存在不会干扰聚合过程。
[47]通过红外(IR)光谱进一步对超支化聚合物结构进行了进一 步研究。图7-11为超支化聚合物及其相应单体的IR光谱。聚合物在 ~3100cm-1和~2000cm-1处的峰(分别为≡C-H和C≡C伸缩振动)在聚合 后消失,与其预期的支化结构完全一致。
[48]图12为超支化聚合物hb-P2、hb-P3和hb-P5的THF溶液(2×10-5 M)的紫外吸收(UV)光谱。由于其包含的生色团单元,所有聚合物 都表现出了的强UV吸收,但吸收的截止波长均小于400nm。从而这 些聚合物在可见光区是光学透明的。此外,在这些聚合物中还观察 到了弱的荧光发射。
[49]采用热重分析对聚合物的稳定性进行了评估。图13显示了在 氮气氛下以20℃/min的升温速率所测得的超支化聚合物P1-P5的热失 重图谱。所有聚合物都显示了非常高的热稳定且仅在温度超过300℃ 才开始分解。从而,所述聚合物可通过加热到~200℃定量地转变成 热固性材料。
[50]所述聚合物包含许多三酰基芳烃、三酰基苯单元,从而具有 高的光交联效率。图14显示了hb-P3光蚀刻得到的阴性图案。所述聚 合物具有良好的成膜性,从而可成功地得到具有高分辨率的光蚀刻 图案。
[51]研究了超支化聚合物的折射率。还对hb-P3的折射率的波长依 赖性进行了研究。当用紫外灯照射聚合物膜30分钟后再检测聚合物 膜的折射率,如图15所示,聚合物在低波长处的折射率有所提高。
[52]本发明第一次提供了在无金属催化下的酰基炔烃环三聚反应 制备可加工性聚(酰基芳烃)的方法。这种新的环三聚反应条件温和、 成本低廉,且合成过程中不采用金属催化使得产物更“绿色环保”并可 用于光学材料的革新。此外,单体的制备和聚合反应都很简单,聚 合过程具有高度的官能团相容性且所得聚合物具有严格的立构规整 性。这种高度支化材料许多性能(如加工性、端基密度、溶液和特性 粘度和热稳定性等)均优于通常的线性聚合物。
[53]将不同官能团引入超支化聚(酰基芳烃)可赋予聚合物更广泛得 用途,例如用于光学(发光聚合物、空穴或电子传输材料、光限幅材 料)、热学(可固化膜、热固性材料、粘合剂)、电学(阴性抗蚀剂)和磁 学器件等方面。从而,通过将金属类物质引入本发明所述(共)聚合物 中可用于制备杂化聚合物。这种杂化结构的形成将得到具有催化、 电学和/或磁学活性的高金属负载有机金属聚合物。当图案化的杂化 聚合物在高温度下分解后,可转变成具有高残炭率和分辨率的磁 陶瓷图案。
实施例
[54]下面将以参考实施例的方法对本发明一些实施方案进行更加 详细描述,但本发明不局限于这些实施例。
实施例1
超支化聚[1,4-二丙炔酸苯酯]P1

[55]在氮气氛的手套箱中,将57mg 1,4-二丙炔酸苯酯(0.267mmol) 放入15mL的Schlenk管中。采用注射器将新蒸馏过的DMF(1.5mL)加 入到该管中。混合物搅拌回流24小时后,通过过滤器逐滴加入 到含少量稀盐酸的~300mL甲醇中。聚合沉淀物静置过夜,过滤收 集。得到的聚合物用甲醇洗涤并在室温真空烘箱中干燥到恒定重 量。
[56]表征数据:褐色粉末,产率:84.0%。IR(KBr),v(cm-1): 3079,2930,1744,1651,1604,1500,1444.
实施例2
超支化聚[4,4’-(9H-芴-9,9-二基)双(4,1-亚苯基)二丙炔酸酯]P2-pip

[57]在氮气氛的手套箱中,将120mg 4,4’-(9H-芴-9,9-二基)双(4,1- 亚苯基)二丙炔酸酯(0.267mmol)放入15mL的Schlenk管中。采用注射 器将蒸馏过的二噁烷(1.9mL)和哌啶(0.3mL)/二噁烷(0.3M)加入到该 管中。混合物搅拌回流24小时后,通过棉花过滤器逐滴加入~300mL 乙醚中。聚合沉淀物静置过夜,过滤收集。分离的聚合物用乙醚洗 涤后并在室温真空烘箱中干燥到恒定重量。
[58]表征数据:褐色粉末,产率:50.1%.Mw:3700,Mw/Mn:1.46 (GPC,聚苯乙烯校正).IR(薄膜),v(cm-1):3017,2941,2858,2125, 1740,1703.
实施例3
超支化聚[4,4’-(9H-芴-9,9-二基)双(4,1-亚苯基)二丙炔酸酯]P2- DMF,N2和P2-DMF,空气

[59]在氮气氛的手套箱中,将120mg 4,4’-(9H-芴-9,9-二基)双(4,1- 亚苯基)二丙炔酸酯(0.267mmol)放入15mL的Schlenk管中。采用注射 器将蒸馏过的DMF(1.5mL)注射到该管中。混合物搅拌回流24小时 后,通过棉花过滤器逐滴加入含少量稀盐酸的~300mL甲醇中。聚合 沉淀物静置过夜,过滤收集。分离的聚合物用甲醇洗涤并在室温真 空烘箱中干燥到恒定重量。
[60]表征数据:褐色粉末,产率:65.9%。Mw:13300,Mw/Mn: 2.49(GPC,聚苯乙烯校正)。IR(薄膜),v(cm-1):3017,2941,2858,2125, 1740,1703.1H NMR(300MHz,在DCM-d2中):9.15,7.78,7.77,7.37, 7.30,7.26,7.23,7.07,6.99,6.94,6.67.13C NMR(75MHz,在DCM-d2 中):164.3,164.1,155.6,151.9,151.4,150.3,140.8,136.6,131.9,130.0, 128.6,128.4,126.8,122.2,122.0,121.0,115.8.
[61]就样品(P2-DMF,空气)而言,重复上述方法,但用空气代替 氮气作为反应气氛。表征数据:褐色粉末,产率:82.0%。Mw:14 600,Mw/Mn:3.9(GPC,聚苯乙烯校正)。IR(薄膜),v(cm-1):3013,2939, 2859,2125,1743,1602.1H NMR(300MHz,在DCM-d2中):9.10,7.79, 7.76,7.37,7.34,7.27,7.23,7.09,7.07,7.04,6.95,6.93,6.66.13C NMR (75MHz,在DCM-d2中):164.7,163.9,155.9,152.0,151.9,151.2,150.1, 149.9,144.4,140.6,140.5,137.5,136.4,131.7,130.8,129.8,129.5, 128.4,126.6,122.5,121.8,120.8,115.7,65.2,64.9.
实施例4
超支化聚[(亚甲基二(1,4-亚苯基)二丙炔酸二甲酯]P3

[62]在氮气氛的手套箱中,将89mg(亚甲基二(1,4-亚苯基)二丙炔 酸二甲酯(0.267mmol)放入到15mL的Schlenk管中。采用注射器将蒸 馏过的DMF(1.5mL)注射到该管中。混合物搅拌回流24小时后,通过 棉花过滤器滴加入含少量稀盐酸的~300mL甲醇中。让聚合沉淀物静 置过夜,过滤收集。分离的聚合物用甲醇洗涤并在室温真空烘箱中 干燥到恒定重量。
[63]表征数据:褐色粉末,产率:68.4%。Mw:15600,Mw/Mn: 2.4(GPC,聚苯乙烯校正)。IR(薄膜),v(cm-1):2966,2933,2872,1742, 1603,1504.1H NMR(300MHz,在DCM-d2中):9.16,7.96,9.91,7.27, 7.17,7.101,1.70,1.65.13C NMR(75MHz,在DCM-d2中):164.3,149.3, 136.5,132.0,128.7,128.5,121.8,121.6,115.5,43.2,31.4.
实施例5
超支化聚[4,4’-羰基双(4,1-亚苯基)二丙炔酸酯]P4

[64]在氮气氛的手套箱中,将85mg 4,4’-羰基双(4,1-亚苯基)二丙 炔酸酯(0.267mmol)放入15mL的Schlenk管中。采用注射器将蒸馏过 的DMF(1.5mL)加入到该管中。混合物搅拌回流24小时后,通过棉花 过滤器滴加入含少量稀盐酸的~300mL甲醇中。聚合沉淀物静置过 夜,过滤收集。分离的聚合物用甲醇洗涤并在室温真空烘箱中干燥 到恒定重量。
[65]表征数据:褐色粉末,产率:65.9%。所得聚合物在THF中 的溶解性不好,所以我们没有得到其GPC数据。IR(薄膜),v(cm-1): 3019,1922,1737,1595.1H NMR(300MHz,在DMSO-d6中):10.57, 9.19,8.36,7.90,7.78,7.57,7.52,7.00.13C NMR(75MHz,在-d6 中):193.2,171.0,164.3,162.6,161.9,158.6,153.6,136.1,134.3,132.5, 131.3,130.8,127.8,121.2,117.6,115.2.
实施例6
超支化聚[4,4′-硫代双(4,1-亚苯基)二丙炔酸酯]P5

[66]在氮气氛的手套箱中,将86mg 4,4′-硫代双(4,1-亚苯基)二丙 炔酸酯(0.267mmol)放入15mL的Schlenk管中。采用注射器将蒸馏过 的DMF(1.5mL)加入到该管中。混合物搅拌回流24小时后,通过棉花 过滤器滴加入含少量乙酸的~300mL乙醚中。聚合沉淀物静置过夜, 过滤收集。分离的聚合物用乙醚洗涤并在室温真空烘箱中干燥到恒 定重量。
[67]表征数据:褐色粉末,产率:81.7%。Mw:5600,Mw/Mn:1.6 (GPC,聚苯乙烯校正)。IR(薄膜),v(cm-1):2932,1741,1655,1582, 1486.1H NMR(300MHz,在DCM-d2中):9.15,7.94,7.37,7.35,7.30, 7.24,7.22,7.16,7.14,7.11,7.08,7.01,6.80.13C NMR(75MHz,在 DCM-d2中):163.9,136.7,133.0,129.7,123.3,119.8,119.2,117.3.
实施例7
采用hb-P3形成阴性图案
[68]用紫外光(365nm)通过阴性掩模照射涂布在片上的hb-P3 薄膜20分钟。薄膜的暴露区域发生交联变得不溶。用1,2-二氯乙烷 “显影”后,则会产生阴性光蚀刻图案。在日光灯下可清楚地观察 看到高质量图案(清楚的线边缘、均匀膜厚度等,见图14)。
[69]本发明以上说明书中,不局限于用来解释本发明所述聚合物 性能的任何明确描述或暗示的理论。
[70]尽管这里已描述并指出本发明用于其优选实施方案时的基本 新特征,但是应理解的是人们可在不违背本发明精神的前提下实施 方案的形式和细节中进行各种省略、替代和改变。本发明不局限于 上述实施方案,所述实施方案仅用作例子,可在所附的权利要求书 定义的保护范围内进行各种方式的修改
相关申请交叉引用
[1]依照35 U.S.C.§119(e),本申请要求Benzhong Tang(唐本忠)等 在2007年6月11日提交的题为“Synthesis of acylarylenes and highbranched poly(acylarylene)s by metal-free cyclotrimerization of alkynes(通过炔烃的无金属催化环三聚反应合成酰基芳烃和高支化度 聚酰基芳烃)”的美国临时申请60/933,884的优先权,所述临时申请通 过引用结合于此,就如完全展示于本文中。
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