Изобретение относится к области химической технологии, в частности к синтезу новых органосилсесквиоксанов кубической структуры, которые могут найти применение в качестве промежуточных продуктов для синтеза полимеров, используемых в различных областях техники: для создания связующих для клеев, защитных покрытий и т.д.
Известны органосилсесквиоксаны кубического строения (ОКС) в том числе и содержащие функциональные группировки у атомов кремния [1] Однако разветвляющиеся атомы кремния в силу условий синтеза размещены по вершинам куба статистически. Это не позволяет использовать эти соединения для синтеза полимеров определенной структуры с кубическими фрагментами в основной цепи.
Известны различные способы получения описанных в литературе ОКС. Известен способ получения ОКС оснований на гидролитической конденсации смеси органохлорсиланов в разбавленном растворе метанола под действием концентрированной соляной кислоты [1] Недостатком этого метода является отсутствие избирательности и получение статистического набора продуктов. Наиболее близким к заявленному способу является способ, включающий гидролитическую конденсацию смеси мономерных органоалкоксисиланов в разбавленных растворах в смеси этанола и ацетона, в присутствии гидроксида калия [2] Этот способ не позволяет получать ОКС, содержащие разветвляющие атомы кремния в заранее заданном положении, так как мономер вступает в реакцию конденсации согласно статистическому распределению различных мономеров в реакционной смеси.
При создании заявляемой группы изобретений ставилась задача получить ОКС с расположением разветвляющих звеньев в заранее заданном положении по одной из телесных диагоналей кубического остова молекул, а не со статистическим их размещением по вершинам куба. Это позволило бы использовать получаемые продукты для синтеза полимеров с заранее заданной структурой, содержащих кубические структурные фрагменты в основной цепи.
Задачей являлась также разработка нового способа получения ОСК, который бы позволил исключить статистическое распределение разветвляющихся атомов по вершинам кубической структуры молекулы.
Задача решается тем, что в качестве исходных веществ для проведения гидролитической конденсации используют не мономерные соединения, а олигомеры, молекулярная организация которых способствует формированию кубической структуры с заданным расположением разветвляющихся атомов кремния. В качестве таких олигомеров выбраны гексафункциональные органотетрасилоксаны разветвленного строения.
Сущность изобретения заключается в новых ОКС общей формулы R2(CH3)6SiO1,5}8
где R -C6H6; или -CH=CH2; или -CH2-CH=CH2
и схематического изображения структурной формулы:
где R -C6H5; или -CH=CH2; или -CH2-CH=CH2
Сущность изобретения также в способе получения новых ОКС, отличающихся тем, что в качестве исходных соединений используют ОКС общей формулы:
где R -C6H5; или -CH CH2; или -CH2-CH CH2; X Cl,-OCH3, OC2H5
Способ отличается от известного способа получения известных ОКС, не только использованием новых исходных веществ, но также и другими условиями проведения гидролитической конденсации типом использованного растворителя, видом и концентрацией используемого катализатора, температурой и временем проведения реакции.
В процессе конденсации самопроизвольно реализуются термодинамически наиболее выгодные структуры, основу которых составляет восьмичленный органосилсесквиоксановый цикл с расположением разветвляющих атомов кремния по одной из телесных диагоналей кубического скелета молекулы. Это связано также и с тем, что силоксановый остов молекул исходных олигомеров не подвержен структурным перегруппировкам в выбранных условиях проведения гидролитической конденсации, которая протекает преимущественно межмолекулярно.
Схему межмолекулярной сборки ОКС в ходе последовательных стадий конденсации можно представить следующим образом:
Как видно из приведенной схемы процесс формирования кубической структуры состоит из целого ряда взаимосогласованных реакций, малейшее отклонение от которых приведет к образованию побочного, а не целевого продукта, поэтому как само образование бездефектных соединений кубической структуры, так и их сравнительно высокие выходы не могли быть предсказаны заранее.
В качестве исходных веществ при получении новых ОКС используют соединения общей формулы:
где R -C6H5; или -CH=CH2; или -CH2-CH=CH2; X Cl, -OCH3, -OC2H5
Реакцию проводят в разбавленных растворах органических растворителей в воде, в присутствии каталитических количеств HCl, CH3COOH, или гидроксидов натрия или калия.
Структура полученных продуктов установлена на основе данных элементного анализа, ИК- и ЯМР спектроскопии, результатов рентгеноструктурного исследования в табл. 1.
Исходные органотрис(метилдиалкоксисилокси)силаны или органотрис(метилдихлорсилокси)силаны получают взаимодействием натрийоксиметилдиалкоксисиланов с винил-, аллил-, фенилтрихлорсиланами соответственно, по известному методу [3]
Пример 1. Получение 1,4-дивинилгексаметилоктасилсесквиоксана [ДВГМС]
Раствор 5,0 г (10-2 M) винилтрис(метилдиэтоксисилокси)силана в 115 мл эфира и 25 мл этанола при комнатной температуре смешивают с 3,78 мл (2,1•10-1 М) воды в 25 мл этанола, предварительно подкисленной 1 мл 0,1N HCl. Через сутки из гомогенной смеси выпадут хорошо сформированные кристаллы (ДВГМС) табл. 2. По прошествии четырех суток маточный раствор декантируют, кристаллы промывают этанолом и высушивают при 50oC/1 мм рт. ст. Получают 0,59 г (21% от теоретического) - 1,4-дивинилгексаметилоктасилсесквиоксана.
Найдено: (%) Si 40,20; C 21,32; H 4,0;
Рассчитано: Si 40,5; C 21,41; H 4,31.
ИК спектр (см-1): 1600, 1408, 1260, 1100, 800.
Строение полученного [ДВГМС] подтверждают анализом растворимого производного, полученного реакцией гидросилилирования [ДВГМС] фенилдиметилсиланом.
Гидросилилирование [ДВГМС] фенилдиметилсиланом
К суспензии 1,50 г (2,675•10-3 М) [ДВГМС] в растворе 1,45 г (1,06•10-2 М) фенилдиметилсилана в 1,5 мл сухого толуола в токе аргона вводят 0,19 мл толуольного раствора 2,23•10-4 платинохлористоводородной кислоты. После 1 ч нагревания при 110oC реакционная смесь полностью гомогенизировалась. Толуол и избыток фенилдиметилсилана удаляют в вакууме при 90oC/1 мм рт.ст. После перекристаллизации из толуола получают 1,4 г (63%) продукта гидросилилирования.
Найдено: Si 33,32; C 37,83; H 5,90,
Рассчитано Si 33,72; C 37,47; H 5,76.
ЯМР -1H (CCl4; 200 Mhz), δ1 0,12 ppm (c, HMeSiO), δ2 0,23 ppm (c, HMeSiPh), δ3 0,52, 0,70 ppm (m, HSiCH2), δ4 7,30 ppm (m, HSiPh).
ИК спектр (см-1): 1430, 1260, 1130, 1100, 800.
Пример 2. Получение 1,4-дивенилгексаметилоктасилсесквиоксана
К смеси 18 мл (1 M) воды, 1 мл 1 N NaOH и 50 мл 1,4-диоксана при перемешивании, при 85-85oC прикапывают раствор 10,2 г (2,03•10-2 M) вилилтрис(метилдиэтоксисилокси)силана в 320 мл 1,4-диоксана в течение трех часов. Реакционную смесь перемешивают 4 ч при 80-85oC, затем охлаждают до комнатной температуры. Через 14 ч выпавший осадок отфильтровывают, промывают на фильтре тремя порциями диэтилового эфира по 25 мл и высушивают в вакууме при 50oC/1 мм рт. ст. Полученный белый кристаллический порошок сублимируют в вакууме при 200oC/1 мм рт.ст. Получают 1,31 г (23% от теоретического) очищенного целевого продукта. Результаты анализов совпадают с данными, представленными в примере 1.
Пример 3. Получение 1,4-дифенилгексаметилоктасилсесквиоксана [ДФГМС]
Раствор 2,97 г (6•10-3 моль) фенилтрис(метилдихлорсилокси)силана в 45 мл ацетона смешивают при комнатной температуре с раствором 0,63 мл (3,5•10-2 M ) воды в 15 мл ацетона. Через 15 ч выпавшие кристаллы отделяют фильтрованием и промывают на фильтре ацетоном. После осушки в вакууме при 50oC/1 мм рт.ст. получают 0,4 г (20% от теоретического) целевого соединения.
Найдено (%): Si 34,21; C 32,55; H 4,25.
Рассчитано: Si 34,0; C 32,71; H 4,24.
ЯМР-1H (CCl4, 200 Mhz) δ1 0,12 ppm (c, HMeSiO), δ2 7,30 ppm (m, HSiPh).
ИК спектр (см-1): 1430, 1260, 1100, 800.
Пример 4. Получение 1,4-диаллилгексаметилоктасилсесквиоксана [ДАГМС]
По методу, описанному в примере 1, раствор 10,33 г (2•10-2 M) аллилтрис-(метилдиметоксисилокси)силана в 230 мл диэтилового эфира и 50 мл этанола смешивают с 7,56 мл (4,2•10-1 M) воды в 50 мл этанола подкисленным 2 мл ледяной уксусной кислоты. После выделения и осушки получают 1,29 г (22 от теоретического) целевого соединения.
Найдено: (%) Si 38,26; C 24,31; H 4,80.
Рассчитано: Si 38,16; C 24,48; H 4,75.
ЯМР-1H (CCl4, 200 Mhz) δ1/ 0,12 ppm (c,HMeSiO), δ2 0,71 ppm (m,HSiCH2), δ3 5,10, ppm (m,HCH=CH2).
ИК спектр (см-1): 1630, 1260, 1100, 800.
Пример 5. Применение новых веществ в синтезе полимера, содержащего кубические структурные фрагменты в основной цепи.
4,96 г (0,100 M) 1,4-дивинилгексаметилоктасилсесквиоксана и 3,94 г 1,3,5-триметил-1,3,5-трифенилтрисилоксана нагревают в присутствии 1 мкл 5% раствора платинохлористоводородной кислоты в сухом тетрагидрофуране при 80-100oC. После 5 ч перемешивания реакционная масса стала прозрачной. Контроль за ходом процесса ведут по убыванию полосы 2100 см-1 в ИК спектрах реакционной смеси соответствующей колебаниям Si-H групп. После 18 ч нагревания интенсивность полосы 2100 см-1 снижается до следовых количеств. Реакцию прекращают, полимер растворяют в 80 мл толуола и переосаждают 200 мл этанола. Полимер сушат в вакууме до постоянного веса при 50oC/1 мм рт.ст. Получено 7,54 г вязкой прозрачной жидкости с молекулярной массой около 20000 по данным гельпроникающей хроматографии. Элементный состав полученного полимера.
Найдено: Si 34,89; C 41,34; H 5,54.
Вычислено: Si 34,65; C 41,65; H 5,65.
ИК спектр (см-1): 1430, 1260, 1100, 1130, 800.
Предроженный способ может быть использован для получения новых ОКС с заданным расположением разветвляющихся атомов кремния. ОКС по предлагаемому способу могут быть использованы для получения полимеров новой структуры с кубическими фрагментами в составе цепи.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ КАРБОКСИЛАНЫ, СОДЕРЖАЩИЕ ТРИС(ГАММА-ТРИФТОРПРОПИЛ)СИЛИЛЬНУЮ ГРУППУ | 1999 |
|
RU2164516C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПОЛИОРГАНОСИЛОКСАНОВ И КОМПОЗИЦИЯ НА ИХ ОСНОВЕ | 2007 |
|
RU2427592C2 |
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МЕТАЛЛОСИЛОКСАНЫ И СПОСОБ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ | 2005 |
|
RU2296767C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕРХРАЗВЕТВЛЕННЫХ АЛКИЛСИЛИКАТОВ (ПОЛИАЛКОКСИСИЛОКСАНОВ) ДЕНДРИТНОЙ СТРУКТУРЫ | 1994 |
|
RU2093528C1 |
ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СИЛОКСАНОВЫЕ ОЛИГОМЕРЫ НЕСИММЕТРИЧНОГО СТРОЕНИЯ И СПОСОБ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ | 2005 |
|
RU2266908C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НОВЫХ ПОЛИЛИТИЕВЫХ ПРОИЗВОДНЫХ КАРБОСИЛАНОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ДЕНДРИТНОЙ СТРУКТУРЫ | 1996 |
|
RU2147023C1 |
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МЕТАЛЛОСИЛОКСАНЫ, ПРОДУКТЫ ИХ ЧАСТИЧНОГО ГИДРОЛИЗА И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ | 2014 |
|
RU2649392C2 |
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ СИЛИКАЗОЛИ - НОВАЯ ФОРМА КРЕМНЕЗЕМА И СПОСОБ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ | 1998 |
|
RU2140393C1 |
ПОЛИСИЛОКСАНОВЫЕ КОМПОЗИЦИИ И ЭЛАСТОМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ С ВЫСОКОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ НА ИХ ОСНОВЕ | 2020 |
|
RU2767650C1 |
НАНОРАЗМЕРНЫЕ МОДИФИЦИРОВАННЫЕ МОЛЕКУЛЯРНЫЕ СИЛИКАЗОЛИ И СПОСОБ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ | 2010 |
|
RU2451636C2 |
Использование: для синтеза кремнийорганических полимеров с кубическими структурными фрагментами в составе основной цепи. Сущность изобретения: предложены соединения общей формулы {R2(CH3)6SiO1,5}8, где R = C6H5, CH=CH2 или CH2-CH= CH2, а также способ их получения гидролитической конденсацией соединений общей формулы RSi[OSiX2CH3]3, где R = C6H5, CH=CH2, CH2-CH=CH2, X = Cl, OCH3, OC2H5, в смеси водорастворимого органического растворителя и воды. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.
и схематического изображения структурной формулы
где R -C6H5, или -CH CH2, или -CH2 CH CH2.
где R -C6H5, или -CH CH2, или -CH2 CH CH2;
X -Cl, -OCH3, -OC2H5,
в смеси водорастворимого органического растворителя и воды.
где R -C6H5, или -CH CH2, или -CH2 CH CH2;
X -Cl, -OCH3, -OC2H5.
где R -C6H5, или -CH CH2, или -CH2 CH CH2;
X -Cl, -OCH3, -OC2H5.
Печь для непрерывного получения сернистого натрия | 1921 |
|
SU1A1 |
Benedikt J.Hendan, Heinrich C.Marsmann "Semipraparative trening gemischt substitutierte octa-(organylsilsesquioxane) mittels normal-phase - HPLC undihre SiNMR-spektroskopische unter-suchung" Journal Organometallic chemistry, 1994, v | |||
Способ генерирования переменного тока | 1923 |
|
SU483A1 |
Способ сопряжения брусьев в срубах | 1921 |
|
SU33A1 |
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов | 1917 |
|
SU2A1 |
Андрианов К.А., Макарова Н.Н | |||
О синтезе метилфенилсилисквиоксанов | |||
- Известия АН СССР, сер | |||
ОХН, 1697, N 6, с | |||
Устройство для приведения в движение судов | 1924 |
|
SU1381A1 |
Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. | 1921 |
|
SU3A1 |
Ребров Е.А., Музафаров А.М., Жданов А.А | |||
Натрийоксиорганоалкоксисилан - реагенты для направленного синтеза функциональных органосилоксанов | |||
- Доклады АН СССР, 1988, т | |||
Дровопильное устройство | 1921 |
|
SU302A1 |
Электрическое устройство для предупреждения образования твердых осадков внутри паровых котлов и других металлических аппаратов | 1924 |
|
SU346A1 |
Авторы
Даты
1997-12-27—Публикация
1995-12-09—Подача