[发明专利]一种2,3,6,7-五蝶烯四甲酸二酐化合物及其合成方法

说明书

本发明公开了一种2,3,6,7‑五蝶烯四甲酸二酐化合物及其合成方法，包括三个阶段，第一阶段为合成2,3,6,7‑四甲基‑9,10‑邻(2,3‑蒽基)蒽；第二阶段为合成2,3,6,7‑五蝶烯四甲酸；第三阶段为合成2,3,6,7‑五蝶烯四甲酸二酐。本发明具有原料廉价易得、收率高、产品纯度高的特点，能够高效低成本的合成五蝶烯二酐，可以与现有的二胺单体聚合得到系列新型聚酰亚胺高分子材料，在膜分离材料、介电材料、分子互锁功能材料等领域拥有巨大潜在应用价值。

技术领域

本发明属于功能高分子材料领域，具体涉及一种2,3,6,7-五蝶烯四甲酸二酐化合物及其合成方法。

背景技术

芳香聚酰亚胺作为一种优异的结构和功能材料在航空航天、机械、微电子、电气、化工等领域有着广泛的应用。然而，单体以及聚合物合成成本的高昂、加工性能的缺陷严重限制了它更广泛的发展应用。目前，线性聚酰亚胺的合成主要是通过二胺和二酐单体间的脱水缩合实现的。二胺单体的合成研究已经十分普遍且技术工艺比较成熟，而可用于芳香聚酰亚胺合成的二酐单体种类却很少，这主要是因为二酐单体的设计合成相比之于二胺要困难复杂得多。回顾聚酰亚胺的发展历程也不难发现，新型二酐的设计合成是聚酰亚胺工业体系的核心和关键所在，因此通过合理的分子设计合成新型的二酐单体对弥补聚酰亚胺的缺陷，扩大聚酰亚胺的应用具有十分重要的意义。

近年来，蝶烯及其衍生物凭借其分子骨架独特的D_3h对称性、富电子刚性骨架、较大的内自由体积等特点在金属有机骨架(MOF)、共价有机骨架(COF)、二维聚合物、主客体化学、芳香聚酯、聚氨酯、聚酰亚胺等方面有广泛的应用。其中，蝶烯在聚酰亚胺方面具有代表性的应用研究有：有报道公开了一种稳定性、溶解性好的基于三蝶烯二胺单体的聚酰亚胺，这类聚酰亚胺，尤其是基于萘环改性三蝶烯二胺的聚酰亚胺具有较高的表面积，可用于气体分离膜。另有一种基于含五蝶烯骨架醚键连接的二胺，基于这种二胺的聚酰亚胺对H₂、CO₂等表现出良好的选择透过性，在混合气体分离、储能等方面有潜在应用价值。还有研究人员开发了基于2,3,6,7-三蝶烯四甲酸二酐及其衍生系列二酐单体的聚酰亚胺，也表现出较好的溶解性、透光性和稳定性并且还有不俗的介电性能和多孔性能。然而，基于五蝶烯骨架且环酸酐基团与苯环共平面的二酐单体由于合成难度较大，尚未见公开报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种2,3,6,7-五蝶烯四甲酸二酐化合物及其合成方法，能够高效低成本的合成五蝶烯二酐，可以与现有的二胺单体聚合得到系列新型聚酰亚胺高分子材料，在膜分离材料、介电材料、分子互锁功能材料等领域拥有巨大潜在应用价值。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：

一种2,3,6,7-五蝶烯四甲酸二酐化合物，其分子结构式如下式所示：

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：

一种上述2,3,6,7-五蝶烯四甲酸二酐化合物的合成方法，包括三个阶段，第一阶段为合成2,3,6,7-四甲基-9,10-邻(2,3-蒽基)蒽；第二阶段为合成2,3,6,7-五蝶烯四甲酸；第三阶段为合成2,3,6,7-五蝶烯四甲酸二酐。具体地，

第一阶段：合成2,3,6,7-四甲基-9,10-邻(2,3-蒽基)蒽，有两种合成方法，方法Ⅰ或方法Ⅱ，其中：

方法Ⅰ包括：

1)将2,3,6,7-四甲基三蝶烯与邻苯二甲酸酐在-5℃～0℃下，以无水三氯化铝作催化剂，其中2,3,6,7-四甲基三蝶烯、邻苯二甲酸酐和无水三氯化铝的用量摩尔比为1：(1～1.2)：(3～3.5)，经傅克酰基化反应2～3小时，得到2-(6,7,14,15-四甲基-2-三蝶烯甲酰基)苯甲酸粗品；