环二硅氮烷新合成方法探索

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把具有特定分子结构的多苯基环二硅氮烷引入聚硅氧烷分子主链中(硅氮橡胶),在显著提高其耐热性的同时,可保持其良好的低温性能和加工应用性能,综合性能更优于国外已经报道的硅硼橡胶。其作为耐高温有机硅弹性体材料的重要应用价值,引起了人们极大的研究兴趣。特别是具有四苯基四甲基结构的环二硅氮烷性能更为突出。但该结构环二硅氮烷的合成条件苛刻、制备极为困难,特别是其原料具有不对称结构的ClMe2SiNHSiPh2Cl的合成、纯化尤其困难,是限制其研究和应用的主要瓶颈。  本论文改变了以往通过直接分馏法制备提纯热不稳定的1,3-二氯二硅氮烷的技术路线,设计采用了利用Ph2SiHCl与HMe2SiNHSiMe2H的交换反应、以及还原Ph2SiCl2与D3N开环重排反应产物的两条新路线,制备了HSiMe2NHSiPh2H,随后用三氯异氰尿酸将其Si-H键氯化为Si-Cl键,简便高效的合成了ClMe2SiNHSiPh2Cl,并进一步将其成功合成了端氯环二硅氮烷;另外,对直接采用HMe2SiNHSiPh2H关环制备端氢环二硅氮烷也进行了初步探索。主要工作及结果如下:  1、为了高产率的获得制备Ph2SiHCl的原料Ph2SiH2,我们对不同还原剂对高位阻的Ph2SiCl2的还原反应效果进行了研究。比较了AlLiH4、CaH2、 NaH、LiH等还原剂的优缺点,并对其对高位阻氯硅烷的还原能力进行了对比,结果表明,AlLiH4的还原效率最高,CaH2对高位阻的氯硅烷几乎没有还原效果,NaH、LiH等还原剂对高位阻氯硅烷有一定的还原效果;比较了加热、超声、超声加热以及物理摩擦等不同工艺方法的还原效果和优缺点,结果表明,不同还原方法的还原产率有以下关系:物理摩擦>超声加热>超声>加热;以LiH为还原剂,采用物理摩擦的方法,大幅增加了还原速率和还原产率,并通过该种方法,在8h之内100%的将Ph2SiCl2、PhMeSiCl2、PhSiCl3还原为对应的Ph2SiH2、PhMeSiH2、PhSiH3。  2、为了高产率的制备Ph2SiHCl,进一步对硅烷氯化反应的方法进行了研究,并进行了横向拓展。采用物理摩擦的方法,成功由Ph2SiH2、 PhMeSiH2、 PhSiH3定量合成出Ph2SiHCl、Ph2SiCl2、PhMeSiHCl、PhMeSiCl2、PhSiHCl2、PhSiH2Cl、PhSiCl37种不同的氯硅烷;相比文献,反应时间最多由94h缩短为3h;溶剂用量减少至文献方法的五分之一,甚至更少;4h之内所有硅烷原料的转化率全部达到100%,且提纯后的最终产物的产率都超过90%。  3、针对物理摩擦方法促进反应速率、提高反应产率的原因,以Ph2SiHCl的合成为目标反应,利用控制单一变量的方法,研究了溶剂量、陶瓷球量、催化剂量及搅拌速率影响氯化反应速率的因素;对Ph2SiHCl的合成反应进行了动力学研究,得出了25及35℃下的反应速率常数分别为2.18×10-3s-1和4.07×10-3 s-1,计算得出了该反应的活化能为47.69 kJ·mol-1。  4、利用Ph2SiHCl和HMe2SiNHSiMe2H的交换反应,以及还原Ph2SiCl2与D3N开环重排反应产物的两条新路线,制备了HMe2SiNHSiPh2H;对Ph2SiCl2与D3N开环重排反应过程中反应物摩尔比,反应时间,反应温度对产率的影响进行了研究,结果表明,当Ph2SiCl2与D3N的摩尔比在1∶3,反应时间为16h,反应温度为140℃时,ClMe2SiNHSiPh2Cl的产率最高;以三氯异氰尿酸为氯化剂,HMe2SiNHSiPh2H为原料,制备出了高纯度的具有不对称结构的ClSiMe2NHSiPh2Cl,并将其成功合成了1,3-双(二苯基氯硅烷基)-2,2,4,4-四甲基环二硅氮烷,同时也对该种环二硅氮烷的结构进行了表征。  5、利用合成的HMe2SiNHSiPh2H,合成了1,3-双(二苯基硅烷基)-2,2,4,4-四甲基环二硅氮烷,并研究了不同反应条件对反应产率的影响。
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