[发明专利]一种多巯基取代芳基化合物及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种多磺酸取代芳基化合物的中间体及制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，即PEMFC)是以氢气为燃料氧气为氧化剂的高效、低污染的发电装置。PEMFC主体由质子交换膜，催化剂铂(Pt)、集流板和冷却板等组成。质子交换膜作为PEMFC的关键部件，它起着隔离燃料和氧化剂、以及传导质子的作用，它的性能决定着燃料电池的性能。

全芳香类聚合物，因其具有良好的可用性、加工性、化学组成的多样性及在燃料电池工作环境下可预期的稳定性，而被认为是最有前途的高性能的质子交换膜材料之一。特别是磺酸取代芳基化合物如磺化聚醚醚酮(SPEEK)，磺化聚醚砜(SPEES)及它们的衍生材料，已成为质子交换膜材料研究的焦点。

磺酸取代芳基化合物的质子交换膜，随着磺化程度的增加，其对应的质子交换能力增强。所以，高磺化度的磺酸取代芳基化合物的质子交换膜的制备成为目前研究的热点。制备该类质子交换膜的方法主要采用相应的高磺化单体聚合的方法。目前合成所述高磺化单体的主要方法是卤代芳基化合物的磺化。如CN1654454通过发烟硫酸与1，3-二(4-氟苯甲酰基)苯在100-120℃条件下反应6-10小时磺化得到1，3-二(3-磺酸钠基-4-氟苯)甲酰基苯；CN1470505中公开以4,4’-二烷基二苯砜在75-150℃与反烟硫酸磺化得到3,3’-二磺酸-4,4’-二氯二苯砜钠盐及3,3’-二磺酸-4,4’-二氯二苯砜钠盐三种二磺化单体。

但是，采用该方法，随着单体中磺酸基的增加，所需要的磺化条件也越来越苛刻。JP200784739公开的4，4’-二氟-3，3’，5，5’-四磺酸二苯甲酮钠盐，其磺化条件则需要在密闭条件下使用50％的发烟硫酸在温度为180℃下反应24小时。此外，由于使用了50％的发烟硫酸并且在高温条件下长时间反应，整个反应过程中会产生一定的压力。由此而带来的问题就是在实际大规模生产中，磺化条件对设备的要求较高，在一定程度上增加了生产成本。此外，大量的使用过量的磺化试剂(50％发烟硫酸)也造成大量废弃固体需要处理，提高制备成本。

发明内容

鉴于现有技术中的上述不足，本发明提供了一种多磺酸基取代芳基化合物的中间体，所述中间体为多巯基取代芳基化合物。该多巯基取代芳基化合物经简单氧化即可制备得到多磺酸取代芳基化合物。

本发明的目的可以通过以下方案达到：

一种多磺酸取代芳基化合物，所述多巯基取代芳基化合物，其结构如式(T)所示：

在式T中，X为酮基、砜基、直接键合、-(CF₂)_f-或-C(CF₃)₂-中的一种，f为1～5的整数中的一种；Y为卤素原子或氢原子；m，n为整数，且2≤(m+n)≤8。

从化学活性的角度考虑，通式(T)中，优选如下：X为酮基、砜基或直接键合中的一种；Y为F、Cl或H原子；m，n为整数，且2≤(m+n)≤8。

从原料的易得程度及成本考虑，通式(T)中，更进一步优选如下：X为酮基或砜基；Y为F原子；m，n为相同整数，且4≤(m+n)≤8。

本发明还提供一种上述的多磺酸取代芳基化合物的制备方法，具体方案如下：

一种上述多磺酸取代芳基化合物的制备方法，包含如下反应：

(1)溴代反应：式I-1所示的卤代芳基化合物通过溴代反应得到式I-2所示的芳基多溴代物；

(2)取代反应：对溴代反应得到的芳基多溴代物经取代反应制备得到所述的多巯基取代芳基化合物；

其中，X为酮基、砜基、直接键合、-(CF₂)_f-或-C(CF₃)₂-中的一种，f为1～5的整数中的一种；Y为卤素原子或氢原子；m，n为整数，且2≤(m+n)≤8。

考虑到原料的成本，所述卤代芳基化合物，其结构如式I-1所示，其优选如下：X为酮基、砜基或直接键合中的一种；Y为F、Cl或H原子；m，n为整数，且2≤(m+n)≤8。

进一步考虑到反应物的活性情况，所述卤代芳基化合物，其结构如式I-1所示，更优选如下：所述式I-1中，X为酮基或砜基；Y为F原子；m，n为相同整数，且4≤(m+n)≤8。