[发明专利]一种含多金属氧酸盐和笼状倍半硅氧烷星形杂化分子的制备方法

说明书

本发明公开了含多金属氧酸盐和笼状倍半硅氧烷星形杂化分子的制备方法，以一个双氨基修饰的笼状倍半硅氧烷为起始原料，利用高选择性和普适性的偶联剂N,N‑羰基二咪唑制备了一系列含多金属氧酸盐、笼状倍半硅氧烷和不同第三功能组分的星形杂化分子。本发明的优点是步骤简单、提纯方便，所选用的偶联方法具有高选择性和普适性，因此能够以较高产率将具有不同官能团的第三组分引入到多金属氧酸盐‑笼状倍半硅氧烷杂化分子中。该方法能够为多金属氧酸盐‑笼状倍半硅氧烷杂化材料引入新的功能，实现多功能杂化材料的普适性设计和制备。

技术领域

本发明涉及无机、有机和材料化学，特别是一种不同功能组分修饰的多金属氧酸盐-笼状倍半硅氧烷星形杂化分子的制备方法。

背景技术

多金属氧酸盐(Polyoxometalates，简称POMs)是一类由前过渡金属原子通过氧配位桥连而形成的具有确定结构的单分子簇合物，其中金属原子主要包括钼(Mo)、钨(W)、钒(V)、钛(Ti)等，金属原子与氧原子形成MO4四面体和MO6八面体，不同的多面体进一步通过共面或共边方式连接形成丰富多样的多金属氧酸盐结构。多金属氧酸盐是一种功能性无机材料，其在催化、光电、医药以及纳米材料领域都有着巨大的应用前景，因此引起了人们的广泛关注与研究。但作为一种无机材料其通常以晶体或固体状态存在，具有难加工不稳定等缺点，因此对多金属氧酸盐进行有机改性是解决其缺点的重要途径。

笼状倍半硅氧烷(Polyhedral oligomeric silsesquioxane，简称POSS)是一类具有笼状结构的有机-无机杂化硅簇合物，其笼状结构外侧可被不同的官能团取代，因此改变取代基可以得到不同功能修饰的笼状倍半硅氧烷。笼状倍半硅氧烷是已经商品化的化合物，并且已经在化妆品领域有了工业化的应用价值，因此对于笼状倍半硅氧烷的研究工作层出不穷，利用笼状倍半硅氧烷对其他分子进行修饰也是杂化材料领域的研究热点。

随着人们对材料科学认识的不断深入，功能材料的研究开始不仅仅局限于单一功能性，利用有机合成手段在单一分子中引入不同的功能性基团，从而获得多功能杂化材料是拓展功能新材料的一种重要手段。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效、普适性的手段，为多金属氧酸盐-笼状倍半硅氧烷杂化分子引入第三种功能组分，从而获得一种多功能的杂化材料，拓展该类分子在材料学领域的应用价值。

本发明的技术方案：一种含多金属氧酸盐和笼状倍半硅氧烷星形杂化分子(ibuPOSS-POM-G)的制备方法，功能分子G为芘分子(Py)、全氟烷基链(Pf)和七苯基笼状硅氧烷(phPOSS)，所对应的起始原料为芘丁酸(Py-COOH)、1H,1H-全氟-1-辛醇(Pf-OH)和单氨基七苯基笼状倍半硅氧烷(phPOSS-NH2)。

1)N,N-羰基二咪唑修饰的功能分子G化合物(G-CDI)的合成

将功能分子G与N,N-羰基二咪唑(CDI)溶解于氯仿中40℃反应5小时，反应结束后经饱和氯化钠溶液洗涤、无水硫酸钠干燥，旋干除去溶剂可得N,N-羰基二咪唑修饰的功能分子G，功能分子G与N,N-羰基二咪唑的摩尔比为1:1.5-2。

2)功能分子G修饰的异丁基笼状倍半硅氧烷氨基化合物(ibuPOSS-NH-G)的合成

将N,N-羰基二咪唑修饰的功能分子G化合物与双氨基修饰的异丁基笼状倍半硅氧烷(ibuPOSS-NH-NH2)溶解于氯仿中40℃反应12小时，反应结束后经饱和氯化钠溶液洗涤、无水硫酸钠干燥，旋干除去溶剂，经柱层析纯化可得功能分子G修饰的异丁基笼状倍半硅氧烷氨基化合物，N,N-羰基二咪唑修饰的功能分子G化合物与双氨基修饰的异丁基笼状倍半硅氧烷的摩尔比为1-1.1:1。