[发明专利]以烯烃基团官能化的多面体低聚倍半硅氧烷硅烷醇和硅氧化物的制备

说明书

相关申请

本申请要求享受于2005年8月16日申请的美国临时专利申请系列号 60/708,966的优先权。

发明领域

本发明涉及一种以烯烃基团官能化多面体低聚倍半硅氧烷硅烷醇和硅氧化 物的方法，该方法提高它们的物理、化学和电子性能以及它们用于掺入催化、 金属、聚合、电子、医药、化妆和生物产品的适用性。

发明背景

纳米结构化学产品以基于低成本多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)和多面体低 聚硅酸盐(POS)的那些为最好例证。POSS和POS系统包含混合的(即，有机-无机) 组合物，在该组合物中，内部笼结构起初由刚性无机硅-氧键组成。所述纳米结 构的外部被反应的和不反应的有机官能团(R)覆盖，这确保所述纳米结构与有机 和无机材料的兼容性和可修整性。在美国专利号5,412,053和5,484,867中详 细讨论了纳米结构化学产品的这些和其他性能及特征，其在此引入作为参考。

目前的工程方法生产每笼具有1到4个硅烷醇基团的POSS硅烷醇。控制所 述硅烷醇的立体化学和硅化(silation)已经在美国专利号6,660,823中广泛讨 论，并且大量POSS硅烷醇和POSS硅氧化物阴离子已经变成商业项目。

某些微型电子、医药、催化以及生物方面的申请能够受益于在所述笼上包 含R基团的混合物的POSS硅烷醇，其中一种或多种类型的R基团与所述笼上的 其它R基团在反应性或性质(如，亲水性相对于疏水性)上很大不同。在该方案 下，将需要的是保留所述硅烷醇基团用于通过共价硅化、氢键、离子对(ion paring)或者范德华力(Van der Waals contact)而结合到金属、生物、或者聚 合物表面上。因此，存在一种提供在相同的POSS硅烷醇笼形分子上具有一个或 多个不同的R基团的POSS硅烷醇的需要。尤其需要的是生产具有反应性烯烃基 团R²的POSS笼，所述R²可以参与除对于所述R¹基团以及硅烷醇或者硅氧化物可 获得的化学过程之外的其它化学过程(图1)。

POSS分子的实用性以及它们与人造的及有机的材料和表面的兼容性的关 键在于它们的悬浮液在热力学上由吉布斯自由能混合方程式(ΔG＝ΔH-TΔS) 控制。所述R基团的性质以及在所述POSS笼上的反应性基团与聚合物和表面反 应或相互作用的能力很大程度上有助于有利的焓值(ΔH)，并且，当所述笼大小 是单视场的(monoscopic)时，所述焓值(ΔS)是高度有利的。

因此，存在一种对POSS笼组合物的现有技术进行改进的需要。本申请描述 一种改进的方法，其得到在相同的分子上具有亲水和疏水以及饱和和不饱和的R 基团的组合的高纯度且分子上精确的POSS硅烷醇或POSS硅氧化物。

发明概述

本发明描述制备在相同的分子上具有亲水、疏水、饱和、不饱和以及生物 活性的R基团的组合的POSS或POS笼组合物的合成方法。