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一種含磺酸基的二酚化合物及其制備方法_2

文檔序號:9880741閱讀:來源:國知局
0] 上述制備方法步驟(2)中所述中間產物①的純化,包括萃取和干燥的步驟。因步 驟(1)所述反應以水為溶劑進行,所以萃取使用與水不互溶的有機溶劑A。綜合考慮有機溶 劑A的毒性、價格、易得程度及中間產物②的溶解性,萃取所用有機溶劑A優選:乙酸乙酯或 乙醚中的一種。所述干燥即為除去有機溶劑,由于溶劑量較大,優選使用旋轉蒸發脫出大部 分溶劑后,考慮到為了使溶劑脫除完全,且產物及中間產物中的酚羥基在空氣氛下容易被 氧化變質,所以選用真空干燥,干燥溫度優選為40~60°C。
[0031] 上述制備方法步驟(2)中,中間產物①與氯化亞砜的投料摩爾比為1 :2~1 :10 ; 為了保證反應充分,氯化亞砜稍過量為宜,投料摩爾比優選1 :2. 5~1 :10 ;考慮氯化亞砜 的活性較高,具有強腐蝕性、及強刺激性,且中間產物②的純化難度高,投料摩爾比進一步 優選:1 :2. 5~1 :4。為了控制反應的劇烈程度,氯化亞砜以滴加的形式引入反應體系為宜, 滴加速度為3~5毫升/分鐘。
[0032] 上述制備方法步驟(2)所述反應在有機溶劑B中進行,對于有機溶劑B沒有特別 限定,以能溶解中間產物①并且與氯化亞砜不會發生反應的有機溶劑B為宜,其用量沒有 特別限定以20~25°C (室溫)可以充分溶解中間產物①為宜。從原料易得、毒性、及價格 等方面考慮,有機溶劑B優選使用三氯甲烷。為了方便投料,溶劑的用量以中間產物①的用 量為參照,即以中間產物①在有機溶劑B中的摩爾濃度計。中間產物①在有機溶劑B中的 摩爾濃度為〇. 1~1摩爾/升。因氯化亞砜性質活潑,易于環境中的水反應,所以避免氯化 亞砜的損失,摩爾濃度優選〇. 3~1摩爾/升,為了避免反應因濃度過高而過于劇烈難以控 制,摩爾濃度進一步優先為0. 3~0. 5摩爾/升。
[0033] 上述制備方法步驟(2)所述反應中所用氯化亞砜是常用的有機合成的氯化劑,因 其受熱分解可產生有毒物質,所以步驟(2)所述反應的溫度不宜過高,即反應溫度為:10~ 60°C。因氯化亞砜活性很高,溫度對反應的劇烈程度影響大,所以反應溫度優選為:10~ 40°C。反應時間與反應溫度直接相關,所以沒有特別限定,高溫反應所需時間較短,低溫反 應所需時間較長,以能夠獲得中間產物②為宜。優選反應時間范圍為〇. 5~5小時,反應時 間小于0. 5小時,可能難以獲得中間產物②,而反應時間超過5小時,可能會引起副反應的 發生。
[0034] 上述制備方法步驟(3)所述反應可表示為如下:
[0035]
[0036] 上述制備方法步驟(3)中所述的具有通式(S2)的原料化合物為帶羥基的烷基磺 酸鹽,從原料的獲得難易程度考慮,η優選為大于等于1且小于等于12的整數;從目標化合 物"含磺酸基的二酚化合物"的反應活性,即低空間位阻反應活性高的觀點出發,η進一步優 選為大于等于1且小于等于6的整數。
[0037] 上述制備方法步驟(3)中所述中間產物②的純化,包括除去未反應的氯化亞砜和 干燥的步驟。利用無機堿的飽和水溶液,可除去體系中過量的氯化亞砜。考慮控制反應的 劇烈程度,除去氯化亞砜所用無機堿性化合物優選堿金屬碳酸氫鹽,從原料價格及獲得難 易程度等因素考慮,進一步優選為:碳酸氫鈉或碳酸氫鉀的一種。在除去體系中過量的氯化 亞砜后,再經過干燥的步驟即可完成中間產物②的純化。所述干燥即為除去溶劑,由于溶劑 量較大,優選使用旋轉蒸發脫出大部分溶劑后,再加以真空干燥,干燥溫度為40~60°C。
[0038] 上述制備方法步驟(3)中所述堿催化劑優選為堿金屬氫氧化物、堿金屬碳酸鹽、 堿金屬碳酸氫鹽或氨中的至少一種;從原料價格及獲得難易程度等因素考慮,所述堿催化 劑進一步優選為:氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉或碳酸氫鉀的至少一種。 堿催化劑作為催化劑存在,中間產物②與堿催化劑的投料摩爾比為1 :2~1 :15,堿催化劑 的多少很大程度上影響反應速度,投料的摩爾比優選1 :4~1 :15,過量的堿催化劑可能會 給所述含有磺酸基的二酚化合物的純化增加難度且有可能引發未知副反應,所以投料摩爾 比進一步優選1 :4~1 :8。
[0039] 上述制備方法步驟(3)中間產物②與具有通式(S2)的原料化合物的投料摩爾比 為1 :4~1 :20,為了保證反應充分,具有通式(S2)的原料化合物稍過量為宜,投料摩爾比 優選1 :5~1 :20 ;過量的具有通式(S2)的原料化合物可能會給后處理增加難度,所以投料 摩爾比進一步優選為1 :5~1 :10。
[0040] 上述制備方法步驟(3)所述反應在有機溶劑C中進行,對于有機溶劑C沒有特別 限定,以能溶解中間產物②的溶劑為宜,優選醇類。從原料易得、毒性、及價格等方面考慮, 有機溶劑C進一步優選正丙醇、異丙醇、正丙醇或異丁醇中的一種。從有機溶劑C的使用溫 度范圍考慮,最優選正丁醇。為了方便投料,有機溶劑C的用量以中間產物②的用量為參 照,即以中間產物②在有機溶劑C中的摩爾濃度計。中間產物②在有機溶劑C中的摩爾濃 度為0. 05~0. 5摩爾/升,為了保證適當的反應速度,摩爾濃度優選0. 1~0. 5摩爾/升。
[0041] 上述制備方法步驟(3)所述反應需要在一定加熱條件下進行,同時體系溫度控制 在有機溶劑C的沸點以下,即反應溫度為:60°C~110°C。從提高反應速度的角度出發,反應 溫度進一步優選為:80°C~110°C。反應時間與反應溫度直接相關,所以沒有特別限定,高 溫反應所需時間較短,低溫反應所需時間較長,以能夠獲得含有磺酸基的二酚化合物為宜。 優選反應時間范圍為2~24小時,反應時間小于2小時,可能難以獲得含有磺酸基的二酚 化合物,而反應時間超過24小時,可能會引起副反應的發生。
[0042] 由上述制備方法所得的含有磺酸基的二酚化合物粗品,需經過必要的純化處理 后,才能用于合成側鏈性磺化芳香聚合物的原料單體。對于由上述制備方法所得的含有磺 酸基的二酚化合物粗品的純化,包括脫除溶劑、水洗及干燥兩個步驟。由于溶劑量較大,脫 除溶劑優選使用旋轉蒸發脫出大部分溶劑后,再加以真空干燥,干燥溫度為60~80°C ;將 脫出溶劑后的含有磺酸基的二酚化合物粗品溶解進行水洗,以除去過量的具有通式(S2) 的原料化合物和堿催化劑;將水洗得到的含有磺酸基的二酚化合物進行干燥,除去水分,優 選使用真空干燥,干燥溫度為60~80°C ;得到純化的含有磺酸基的二酚化合物。
[0043] 本發明的有益效果:提供一種含磺酸基的二酚化合物及其制備方法。該化合物可 作為單體與二鹵化物等進行聚合,因該化合物的磺酸基位于側鏈上,從而為開發新型側鏈 型磺化芳香聚合物及綜合性能優良的質子交換膜材料提供必要原料。本發明所提供的含磺 酸基的二酚化合物,其側鏈的位置已確定,以其作為單體聚合得到的聚合物中的磺酸基數 量也可以通過聚合過程中的投料而加以控制,聚合物主鏈上沒有殘留的活性點,對后續成 膜及在燃料電池中的使用不會造成不良影響。
【具體實施方式】
[0044] 本發明可通過下面優選實施方案的實施例獲得,但這些實施例僅在于舉例說明, 不對本發明的范圍做出界定。
[0045] 實施例中使用的原材料:
[0056] (f)羥基十二烷基磺酸鈉:
[0058] (g)甲醛:國藥集團化學試劑有限公司;氯化亞砜:阿拉丁試劑(上海)有限公司。
[0059] (f)有機溶劑:乙酸乙酯:國藥集團化學試劑有限公司;三氯甲烷:國藥集團化學 試劑有限公司;正丁醇:國藥集團化學試劑有限公司。
[0060] (g)堿催化劑:碳酸鈉:國藥集團化學試劑有限公司;碳酸鉀:國藥集團化學試劑 有限公司;碳酸氫鈉:國藥集團化學試劑有限公司;碳酸氫鉀:國藥集團化學試劑有限公 司。
[0061 ] 實施例和對比例中磺化反應產物的結構表征方法:
[0062] (a)核磁共振(NMR)-氫譜:ECX-400P JE0L,400MHz,溶劑 d-DMSO。
[0063] 實施例1
[0064] 1)將 40mmol 4,4' -二輕二苯基酬,600mmol 甲酸,120mmol 碳酸鐘,180ml 水置于 三口瓶中,于60°C攪拌反應4小時,而后向體系中加入二氧化
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