一种对位苯氧基取代的α-二亚胺铁催化剂及其制备方法
阅读说明：本技术 一种对位苯氧基取代的α-二亚胺铁催化剂及其制备方法 (Para-phenoxy substituted alpha-diimine iron catalyst and preparation method thereof ) 是由 吴军化 于 2021-01-22 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种对位苯氧基取代的α-二亚胺铁催化剂及其制备方法；该对位苯氧基取代的α-二亚胺铁催化剂由α-二亚胺配体与FeCl-2发生配位反应制得,α-二亚胺配体的对位上含有苯氧基,苯氧基与苯环具有共轭效应,使铁金属中心的电子云密度发生变化,可以催化苯乙烯和降冰片烯共聚,本发明设计的对位苯氧基取代的α-二亚胺铁催化剂在聚合温度在80℃时,聚合活性仍然可以达到10～6g/(mol·h)以上,较高的耐热性有利于工业化应用。(The invention provides a para-phenoxy substituted alpha-diimine iron catalyst and a preparation method thereof; the para-phenoxy substituted alpha-diimine iron catalyst is prepared from alpha-diimine ligand and FeCl 2 The alpha-diimine ligand is prepared by coordination reaction, the para-position of the alpha-diimine ligand contains phenoxy, the phenoxy and a benzene ring have a conjugate effect, so that the electron cloud density of an iron metal center is changed, and the alpha-diimine iron catalyst can catalyze the copolymerization of styrene and norbornene, and the polymerization activity of the para-position phenoxy substituted alpha-diimine iron catalyst can still reach 10 at the polymerization temperature of 80 DEG C 6 g/(mol · h) or more, and higher heat resistance is favorable for industrial application.)
技术领域
本发明属于烯烃催化聚合领域，具体涉及一种对位苯氧基取代的α-二亚胺铁催化剂及其制备方法。
背景技术
聚降冰片烯是一种特殊的聚合物，具有优良的力学性能、耐热性、在有机溶剂中的可溶性及透明性，可用于193nm紫外光光刻。这一材料主要缺点是脆性、粘性差和分子量低等，通常通过与其它材料的共聚提高聚合物的粘结性和可溶性，并且降低材料本身的吸光率。
目前降冰片烯共聚物的制备方法主要有自由基、活性自由基、金属催化剂等方法。如A.E.Feiring和Q.Feng等将降冰片烯与四氟乙烯、苯乙烯、丙烯酸酯用自由基方法进行四元共聚，Polymers Vol.6(2014)公开的降冰片烯和苯乙烯共聚物光刻材料采用了自由基方法合成。
现有的合成方法均存在反应时间长、共聚物收率低、共聚物分子量小、共聚物交替度低等缺点，基于此，本发明提供对位苯氧基取代的α-二亚胺铁催化剂，并应用于降冰片烯和苯乙烯共聚反应中。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，提供一种对位苯氧基取代的α-二亚胺铁催化剂及其制备方法，该催化剂能够催化降冰片烯和苯乙烯共聚，得到高分子量、共聚物交替度高的降冰片烯和苯乙烯共聚物。
为实现上述目的，本发明提供一种对位苯氧基取代的α-二亚胺铁催化剂，所述α-二亚胺铁催化剂的结构式为：
一种对位苯氧基取代的α-二亚胺铁催化剂的制备方法，包括如下步骤：
S1：对位苯氧基取代的α-二亚胺配体的制备：
以无水甲醇为溶剂，甲酸为催化剂，将4-苯氧基苯胺与二酮加入支口烧瓶中，回流反应12～24h，反应结束后，过滤，将得到的粗产品在CH3OH/CH2Cl2的混合溶剂中重结晶，过滤并用冷乙醇洗涤，真空干燥，得对位苯氧基取代的α-二亚胺配体。
S2：对位苯氧基取代的α-二亚胺铁催化剂的制备：
在N2保护下，将对位苯氧基取代的α-二亚胺配体与FeCl2加入支口烧瓶中，加入溶剂CH2Cl2，在室温下搅拌12～24h，过滤混合液，所得液体在旋蒸下除去溶剂，得到的固体用乙醚洗涤，最后真空干燥，得对位苯氧基取代的α-二亚胺铁催化剂。
上述反应具体合成步骤反应路线如下：
进一步的，步骤S1中，所述二酮的结构式如下所示：
进一步的，步骤S1中，所述甲酸的用量为4-苯氧基苯胺质量的1％～10％。
进一步的，步骤S1中，所述4-苯氧基苯胺与二酮的摩尔比为2:1～2.5:1。
进一步的，步骤S1中，所述回流反应的温度为25～60℃。
进一步的，步骤S2中，所述对位苯氧基取代的α-二亚胺配体与FeCl2的摩尔比为1:1～1:2。
进一步的，所述α-二亚胺铁催化剂用于催化降冰片烯和苯乙烯共聚反应，具体的流程为：将带有磁搅拌子的250mL聚合瓶真空-氮气循环置换三次，在N2气氛下，加入甲苯溶液，加入降冰片烯、苯乙烯和MAO，然后用注射器加入催化剂的二氯甲烷溶液，在快速搅拌下反应，反应结束后，蒸发溶剂，得到聚合物。
进一步的，所述聚合反应中降冰片烯的用量为1～5g，苯乙烯的用量为1～5g，催化剂的用量为1～10μmol，反应温度控制在20～80℃，反应时间为60～360min，MAO(助催化剂与主催化剂摩尔比为600～1000:1)。
本发明与现有技术相比，具备如下有益效果：
1、本发明制得的α-二亚胺铁催化剂的α-二亚胺配体的对位上含有苯氧基，苯氧基与苯环具有共轭效应，使铁金属中心的电子云密度发生变化，可以催化苯乙烯和降冰片烯共聚，本发明设计的对位苯氧基取代的α-二亚胺铁催化剂在聚合温度在80℃时，聚合活性仍然可以达到106g/(mol·h)以上，较高的耐热性有利于工业化应用。
2、本发明制备得到的α-二亚胺铁催化剂应用于苯乙烯和降冰片烯共聚反应当中，能够完美替代自由基聚合催化剂，降低了工艺成本，反应条件温和，不需要在苛刻的无水无氧条件下进行，极大地降低了工艺难度，得到高分子量、共聚物交替度高的降冰片烯和苯乙烯共聚物。
附图说明
图1为α-二亚胺铁催化剂的单晶衍射图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。
实施例1
本实施例是来制备对位苯氧基取代的α-二亚胺铁催化剂，其具体的制备过程如下：
S1：α-二亚胺配体的合成：
将4-苯氧基苯胺(20mmol)和二酮(10mmol)溶解于30mL无水甲醇中，在搅拌下加入0.25g甲酸，在45℃下回流反应16h，除去溶剂，得粗产品，然后再用CH3OH/CH2Cl2(v/v＝15:1)混合溶剂重结晶，析出固体沉淀，过滤干燥得到α-二亚胺配体，产率为83.4％。
其反应式如下：
S2：α-二亚胺铁催化剂的合成：
在N2保护下，向100mL干燥的烧瓶中加入α-二亚胺配体(6mmol)，再加入FeCl2(5mmol)和30mL CH2Cl2，在室温下搅拌反应24h，过滤悬浮液，过滤混合液，所得液体在真空下除去溶剂，得到的固体用乙醚(3×30mL)洗涤三次，最后真空干燥得到固体α-二亚胺铁催化剂，产率为82.3％。
其反应式如下：
实施例2
向经N2置换三次后，再充入1atm的N2到250mL支口烧瓶中，加入50mL无水甲苯，加热并恒温至20℃，分别加入1g降冰片烯、1g苯乙烯、5μmol溶于二氯甲烷的实施例1所得的α-二亚胺铁催化剂、1mol/L的助催化剂MAO(助催化剂与主催化剂摩尔比为1000:1)，聚合时间为1h，然后加入10mL体积百分浓度为10％的酸化乙醇至反应终止，过滤出聚合物，并用水、乙醇洗涤后，再在60℃真空干燥箱中干燥8h，得到聚合物Mw为2.5×106g/mol，MWD为2.1，13CNMR测定聚合物中降冰片烯的含量为61％。
实施例3
向经N2置换三次后，再充入1atm的N2到250mL支口烧瓶中，加入50mL无水甲苯，加热并恒温至40℃，分别加入1g降冰片烯、1g苯乙烯、5μmol溶于二氯甲烷的实施例1所得的α-二亚胺铁催化剂、1mol/L的助催化剂MAO(助催化剂与主催化剂摩尔比为1000:1)，聚合时间为1h，然后加入10mL体积百分浓度为10％的酸化乙醇至反应终止，过滤出聚合物，并用水、乙醇洗涤后，再在60℃真空干燥箱中干燥8h，得到聚合物Mw为2.1×106g/mol，MWD为2.3，13CNMR测定聚合物中降冰片烯的含量为64％。
实施例4
向经N2置换三次后，再充入1atm的N2到250mL支口烧瓶中，加入50mL无水甲苯，加热并恒温至60℃，分别加入1g降冰片烯、1g苯乙烯、5μmol溶于二氯甲烷的实施例1所得的α-二亚胺铁催化剂、1mol/L的助催化剂MAO(助催化剂与主催化剂摩尔比为1000:1)，聚合时间为1h，然后加入10mL体积百分浓度为10％的酸化乙醇至反应终止，过滤出聚合物，并用水、乙醇洗涤后，再在60℃真空干燥箱中干燥8h，得到聚合物Mw为1.9×106g/mol，MWD为2.5，13CNMR测定聚合物中降冰片烯的含量为67％。
实施例5
向经N2置换三次后，再充入1atm的N2到250mL支口烧瓶中，加入50mL无水甲苯，加热并恒温至80℃，分别加入1g降冰片烯、1g苯乙烯、5μmol溶于二氯甲烷的实施例1所得的α-二亚胺铁催化剂、1mol/L的助催化剂MAO(助催化剂与主催化剂摩尔比为1000:1)，聚合时间为1h，然后加入10mL体积百分浓度为10％的酸化乙醇至反应终止，过滤出聚合物，并用水、乙醇洗涤后，再在60℃真空干燥箱中干燥8h，得到聚合物Mw为1.5×106g/mol，MWD为2.8，13CNMR测定聚合物中降冰片烯的含量为69％。
实施例6
向经N2置换三次后，再充入1atm的N2到250mL支口烧瓶中，加入50mL无水甲苯，加热并恒温至20℃，分别加入1g降冰片烯、1g苯乙烯、5μmol溶于二氯甲烷的实施例1所得的α-二亚胺铁催化剂、1mol/L的助催化剂MAO(助催化剂与主催化剂摩尔比为800:1)，聚合时间为1h，然后加入10mL体积百分浓度为10％的酸化乙醇至反应终止，过滤出聚合物，并用水、乙醇洗涤后，再在60℃真空干燥箱中干燥8h，得到聚合物Mw为2.0×106g/mol，MWD为2.3，13CNMR测定聚合物中降冰片烯的含量为63％。
实施例7
向经N2置换三次后，再充入1atm的N2到250mL支口烧瓶中，加入50mL无水甲苯，加热并恒温至40℃，分别加入1g降冰片烯、1g苯乙烯、5μmol溶于二氯甲烷的实施例1所得的α-二亚胺铁催化剂、1mol/L的助催化剂MAO(助催化剂与主催化剂摩尔比为800:1)，聚合时间为1h，然后加入10mL体积百分浓度为10％的酸化乙醇至反应终止，过滤出聚合物，并用水、乙醇洗涤后，再在60℃真空干燥箱中干燥8h，得到聚合物Mw为1.8×106g/mol，MWD为2.5，13CNMR测定聚合物中降冰片烯的含量为64％。
实施例8
向经N2置换三次后，再充入1atm的N2到250mL支口烧瓶中，加入50mL无水甲苯，加热并恒温至60℃，分别加入1g降冰片烯、1g苯乙烯、5μmol溶于二氯甲烷的实施例1所得的α-二亚胺铁催化剂、1mol/L的助催化剂MAO(助催化剂与主催化剂摩尔比为800:1)，聚合时间为1h，然后加入10mL体积百分浓度为10％的酸化乙醇至反应终止，过滤出聚合物，并用水、乙醇洗涤后，再在60℃真空干燥箱中干燥8h，得到聚合物Mw为1.7×106g/mol，MWD为2.6，13CNMR测定聚合物中降冰片烯的含量为69％。
实施例9
向经N2置换三次后，再充入1atm的N2到250mL支口烧瓶中，加入50mL无水甲苯，加热并恒温至80℃，分别加入1g降冰片烯、1g苯乙烯、5μmol溶于二氯甲烷的实施例1所得的α-二亚胺铁催化剂、1mol/L的助催化剂MAO(助催化剂与主催化剂摩尔比为800:1)，聚合时间为1h，然后加入10mL体积百分浓度为10％的酸化乙醇至反应终止，过滤出聚合物，并用水、乙醇洗涤后，再在60℃真空干燥箱中干燥8h，得到聚合物Mw为1.4×106g/mol，MWD为2.9，13CNMR测定聚合物中降冰片烯的含量为71％。
实施例10
向经N2置换三次后，再充入1atm的N2到250mL支口烧瓶中，加入50mL无水甲苯，加热并恒温至20℃，分别加入1g降冰片烯、1g苯乙烯、5μmol溶于二氯甲烷的实施例1所得的α-二亚胺铁催化剂、1mol/L的助催化剂MAO(助催化剂与主催化剂摩尔比为600:1)，聚合时间为1h，然后加入10mL体积百分浓度为10％的酸化乙醇至反应终止，过滤出聚合物，并用水、乙醇洗涤后，再在60℃真空干燥箱中干燥8h，得到聚合物Mw为1.9×106g/mol，MWD为2.4，13CNMR测定聚合物中降冰片烯的含量为64％。
实施例11
向经N2置换三次后，再充入1atm的N2到250mL支口烧瓶中，加入50mL无水甲苯，加热并恒温至40℃，分别加入1g降冰片烯、1g苯乙烯、5μmol溶于二氯甲烷的实施例1所得的α-二亚胺铁催化剂、1mol/L的助催化剂MAO(助催化剂与主催化剂摩尔比为600:1)，聚合时间为1h，然后加入10mL体积百分浓度为10％的酸化乙醇至反应终止，过滤出聚合物，并用水、乙醇洗涤后，再在60℃真空干燥箱中干燥8h，得到聚合物Mw为1.6×106g/mol，MWD为2.7，13CNMR测定聚合物中降冰片烯的含量为67％。
实施例12
向经N2置换三次后，再充入1atm的N2到250mL支口烧瓶中，加入50mL无水甲苯，加热并恒温至60℃，分别加入1g降冰片烯、1g苯乙烯、5μmol溶于二氯甲烷的实施例1所得的α-二亚胺铁催化剂、1mol/L的助催化剂MAO(助催化剂与主催化剂摩尔比为600:1)，聚合时间为1h，然后加入10mL体积百分浓度为10％的酸化乙醇至反应终止，过滤出聚合物，并用水、乙醇洗涤后，再在60℃真空干燥箱中干燥8h，得到聚合物Mw为1.5×106g/mol，MWD为2.8，13CNMR测定聚合物中降冰片烯的含量为70％。
实施例13
向经N2置换三次后，再充入1atm的N2到250mL支口烧瓶中，加入50mL无水甲苯，加热并恒温至80℃，分别加入1g降冰片烯、1g苯乙烯、5μmol溶于二氯甲烷的实施例1所得的α-二亚胺铁催化剂、1mol/L的助催化剂MAO(助催化剂与主催化剂摩尔比为1000:1)，聚合时间为1h，然后加入10mL体积百分浓度为10％的酸化乙醇至反应终止，过滤出聚合物，并用水、乙醇洗涤后，再在60℃真空干燥箱中干燥8h，得到聚合物Mw为1.3×106g/mol，MWD为3.0，13CNMR测定聚合物中降冰片烯的含量为72％。
实施例14
向经N2置换三次后，再充入1atm的N2到250mL支口烧瓶中，加入50mL无水甲苯，加热并恒温至80℃，分别加入1g降冰片烯、1g苯乙烯、5μmol溶于二氯甲烷的实施例1所得的α-二亚胺铁催化剂、1mol/L的助催化剂MAO(助催化剂与主催化剂摩尔比为1000:1)，聚合时间为2h，然后加入10mL体积百分浓度为10％的酸化乙醇至反应终止，过滤出聚合物，并用水、乙醇洗涤后，再在60℃真空干燥箱中干燥8h，得到聚合物Mw为1.3×106g/mol，MWD为3.1，13CNMR测定聚合物中降冰片烯的含量为70％。
实施例15
向经N2置换三次后，再充入1atm的N2到250mL支口烧瓶中，加入50mL无水甲苯，加热并恒温至80℃，分别加入1g降冰片烯、1g苯乙烯、5μmol溶于二氯甲烷的实施例1所得的α-二亚胺铁催化剂、1mol/L的助催化剂MAO(助催化剂与主催化剂摩尔比为1000:1)，聚合时间为3h，然后加入10mL体积百分浓度为10％的酸化乙醇至反应终止，过滤出聚合物，并用水、乙醇洗涤后，再在60℃真空干燥箱中干燥8h，得到聚合物Mw为1.2×106g/mol，MWD为3.2，13CNMR测定聚合物中降冰片烯的含量为72％。
本实施例中使用PL-GPC220高温凝胶渗透色谱系统，在150℃下测定聚合物的分子量及分子量分布。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围。
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