含有多种官能团多面体低聚倍半硅氧烷及其合成方法与应用技术

本发明专利技术涉及多面体低聚倍半硅氧烷合成技术领域，为解决现有的多面体低聚倍半硅氧烷多只含有一种至两种官能团，使其应用范围受到很大限制的问题，本发明专利技术提出了含有多种官能团多面体低聚倍半硅氧烷及其合成方法，含有多种官能团的多面体低聚倍半硅氧烷的结构式如(I)或(II)所示：本发明专利技术的合成方法具有反应条件温和、能耗低、合成效率高、产品提纯过程简单易行等特点。

【技术实现步骤摘要】
含有多种官能团多面体低聚倍半硅氧烷及其合成方法与应用
本专利技术涉及多面体低聚倍半硅氧烷合成
，特别是涉及含有多种官能团多面体低聚倍半硅氧烷及其高效合成方法与应用。
技术介绍
含有多种官能团多面体低聚倍半硅氧烷具有重要用途，如用于合成环形、线性、超支化聚硅氧烷；开发新型偶联剂；开发新型催化剂载体等。目前为止，见于报道的多面体低聚倍半硅氧烷一股只含有一种至两种官能团。通过三官能团单体直接水解/缩合的方法制备多面体低聚倍半硅氧烷一股只能得到含有一种官能团的产物，如A.Bassindale等人发表在DaltonTransactions上的论文(DaltonTransactions，2003，2945-2949)，以三乙氧基硅烷为原料，以四丁基氟化铵为催化剂合成得到了一系列含有一种官能团的多面体低聚倍半硅氧烷。通过“顶角-戴帽”法可以制备得到含有两种官能团的多面体低聚倍半硅氧烷，如H.Liu等人发表在Chemistry-AEuropeanJournal上的论文(Chemistry-AEuropeanJournal，2011，17，5019-5023)，以不完全缩合多面体低聚倍半硅氧烷和三氯硅烷为原料，通过“顶角-戴帽”法得到了含有叔丁基与氯丙基的多面体低聚倍半硅氧烷。另外，通过两种不同环四硅氧烷四硅醇共缩合也可以制备得到含有两种不同官能团的多面体低聚倍半硅氧烷，如Y.Kawakami等人发表在AdvancedPolymerScience的论文(AdvancedPolymerScience，2011，235，185-228)，以四苯基环四硅氧烷四硅醇和四叔丁基环四硅氧烷四硅醇为原料，在四丁基氟化铵的催化下，得到了含有苯基与叔丁基的多面体低聚倍半硅氧烷。总之，现有多面体低聚倍半硅氧烷的合成多集中在含有一种至两种官能团的多面体低聚倍半硅氧烷上，含有多种官能团多面体低聚倍半硅氧烷未见报道。
技术实现思路
为解决现有的多面体低聚倍半硅氧烷多只含有一种至两种官能团，使其应用范围受到很大限制的问题，本专利技术提出了含有多种官能团多面体低聚倍半硅氧烷及其合成方法与应用，本专利技术的合成方法具有反应条件温和、能耗低、合成效率高、产品提纯过程简单易行等特点。本专利技术是通过以下技术方案实现的：含有多种官能团的多面体低聚倍半硅氧烷的结构式如(I)或(II)所示：结构式中，R1、R2、R3分别独立地选自氢、氟、烷基、烯基、炔基、芳香基、环氧基、酯基、磺酸基、羧基、腈基、卤代烷基、卤代烯基、卤代炔基、羟基、烷基硅氧基、烯基硅氧基、炔基硅氧基、芳香基硅氧基、环氧基硅氧基、酯基硅氧基、磺酸基硅氧基、羧基硅氧基、腈基硅氧基、卤代烷基硅氧基、卤代烯基硅氧基、卤代炔基硅氧基中一种，R4选自烷基硅基、烯基硅基、炔基硅基、烷氧基硅基、芳香基硅基、环氧基硅基、酯基硅基、磺酸基硅基、羧基硅基、腈基硅基、卤代烷基硅基、卤代烯基硅基、卤代炔基硅基中一种。所述的含有多种官能团多面体低聚倍半硅氧烷的合成方法为以下步骤：以结构式如(III)所示的不完全缩合多面体低聚倍半硅氧烷和含有两个反应官能团的硅烷为原料，并在催化剂的作用下，在有机溶剂中进行反应，再经过后处理过程，得到结构式如(I)所示的含有多种官能团多面体低聚倍半硅氧烷；上述结构式中，R1、R2、R3分别独立地选自氢、氟、烷基、烯基、炔基、芳香基、环氧基、酯基、磺酸基、羧基、腈基、卤代烷基、卤代烯基、卤代炔基、羟基、烷基硅氧基、烯基硅氧基、炔基硅氧基、芳香基硅氧基、环氧基硅氧基、酯基硅氧基、磺酸基硅氧基、羧基硅氧基、腈基硅氧基、卤代烷基硅氧基、卤代烯基硅氧基、卤代炔基硅氧基中一种；X1、X2分别独立地选自氢、氟、氯、溴、碘、烷氧基中一种。上述反应中结构式如(III)所示的不完全缩合多面体低聚倍半硅氧烷与含有两个反应官能团硅烷的质量比为1∶0.001～1，结构式如(III)所示的不完全缩合多面体低聚倍半硅氧烷与催化剂的质量比为1∶0.001～1。结构式如(I)所示的含有多官能团的多面体低聚倍半硅氧烷和含有一个反应官能团的硅烷为原料，并在催化剂作用下，在有机溶剂中进行反应，再经过后处理过程，得到结构式如(II)所示的含有多种官能团多面体低聚倍半硅氧烷，上述结构式中，R4选自烷基硅基、烯基硅基、炔基硅基、烷氧基硅基、芳香基硅基、环氧基硅基、酯基硅基、磺酸基硅基、羧基硅基、腈基硅基、卤代烷基硅基、卤代烯基硅基、卤代炔基硅基中一种；X选自氢、氟、氯、溴、碘、烷氧基中一种。作为优选，结构式如(II)所示的含有多种官能团多面体低聚倍半硅氧烷的合成方法为：在催化剂的作用下，以结构式如(III)所示的不完全缩合多面体低聚倍半硅氧烷和含有两个反应官能团的硅烷为原料在有机溶剂中进行反应，然后再加入含有一个反应官能团的硅烷为原料，继续反应，得到结构式如(II)所示的含有多种官能团多面体低聚倍半硅氧烷。上述反应中结构式如(I)所示的多官能团的多面体低聚倍半硅氧烷与含有一个反应官能团的硅烷的质量比为1∶0.001～1，结构式如(I)所示的多官能团的多面体低聚倍半硅氧烷与催化剂的质量比为1∶0.001～1。本专利技术实现含有多种官能团多面体低聚倍半硅氧烷的高效合成，多面体低聚倍半硅氧烷中可含有3～6种不同官能团，产率可以达到60～95％。上述的有机溶剂选自烷烃、芳香烃、醚类、环醚类、酮类中一种或几种。作为优选，有机溶剂选自己烷、环己烷、甲苯、氯苯、乙醚、丁醚、四氢呋喃、1，4-二氧六环、丙酮、环己酮、甲基异丁基酮中一种或几种。所用的量为使溶质溶解的量。上述的催化剂选自无机氨、有机胺、季铵碱、金属单质、金属氧化物、金属盐、络合物中一种。作为优选，催化剂选自氨气、氨水、二甲胺、二乙胺、三甲胺、三乙胺、吡啶、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四叔丁基氢氧化铵以及铁、钴、镍、钌、铑、铂、钯、锇、铱、金、银、铜、锡、锌、钛、镐、铬、锰、镧系金属中一种金属的单质或者相应的化合物。上述的反应温度为-20～140℃，反应时间为30分钟～24小时。后处理过程为重结晶、沉淀、柱色谱或者真空烘干。本专利技术以不完全缩合多面体低聚倍半硅氧烷、含有两个反应官能团和一个反应官能团硅烷为原料，在无机氨、有机胺、季铵碱或者金属催化剂的存在下，发生缩合反应或者脱氢/脱醇偶联反应，实现含有多种官能团多面体低聚倍半硅氧烷的高效合成。这类新型多面体低聚倍半硅氧烷应用于开发线性、超支化与大环等新型聚硅氧烷，开发新型偶联剂；开发新型催化剂载体等。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术的含有多种官能团多面体低聚倍半硅氧烷中可含有3～6种不同官能团，应用范围更广；(2)合成方法具有反应条件温和、能耗低、合成效率高、产品提纯过程简单易行等优点。附图说明图1为实施例1中含有多种官能团低聚倍半硅氧烷的基质辅助飞行时间质谱图；图2为实施例1中含有多种官能团低聚倍半硅氧烷的核磁共振氢谱图。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术作进一步详细说明。实施例1：含有苯基、甲基、羟基与氢的多面体低聚倍半硅氧烷的制备在-10℃环境下，将含有3克甲基二氯硅烷的10毫升1，4-二氧六环溶液缓慢滴加到装有3克侧基为苯基的不完全缩合多面体低聚倍半硅氧烷、3克二乙胺与10毫升1，4-二氧六环的50毫升三口烧瓶中，然后搅本文档来自技高网...

【技术保护点】
含有多种官能团的多面体低聚倍半硅氧烷，其特征在于，所述的多面体低聚倍半硅氧烷中含有多种官能团，其结构式如(I)或(II)所示：结构式中，R1、R2、R3分别独立地选自氢、氟、烷基、烯基、炔基、芳香基、环氧基、酯基、磺酸基、羧基、腈基、卤代烷基、卤代烯基、卤代炔基、羟基、烷基硅氧基、烯基硅氧基、炔基硅氧基、芳香基硅氧基、环氧基硅氧基、酯基硅氧基、磺酸基硅氧基、羧基硅氧基、腈基硅氧基、卤代烷基硅氧基、卤代烯基硅氧基、卤代炔基硅氧基中一种，R4选自烷基硅基、烯基硅基、炔基硅基、烷氧基硅基、芳香基硅基、环氧基硅基、酯基硅基、磺酸基硅基、羧基硅基、腈基硅基、卤代烷基硅基、卤代烯基硅基、卤代炔基硅基中一种。

【技术特征摘要】
1.一种含有多种官能团多面体低聚倍半硅氧烷的合成方法，其特征在于，所述的合成方法为以下步骤：(1)以结构式如(III)所示的不完全缩合多面体低聚倍半硅氧烷和含有两个反应官能团的硅烷为原料，并在催化剂的作用下，在有机溶剂中进行反应，再经过后处理过程，得到结构式如(I)所示的含有多种官能团多面体低聚倍半硅氧烷，反应过程如下所示：上述结构式中，R1、R2、R3分别独立地选自氢、氟、烷基、烯基、炔基、芳香基、环氧基、酯基、磺酸基、羧基、腈基、卤代烷基、卤代烯基、卤代炔基、羟基、烷基硅氧基、烯基硅氧基、炔基硅氧基、芳香基硅氧基、环氧基硅氧基、酯基硅氧基、磺酸基硅氧基、羧基硅氧基、腈基硅氧基、卤代烷基硅氧基、卤代烯基硅氧基、卤代炔基硅氧基中一种，X1、X2分别独立地选自氢、氟、氯、溴、碘中一种；(2)结构式如(I)所示的含有多官能团的多面体低聚倍半硅氧烷和含有一个反应官能团的硅烷为原料，并在催化剂作用下，在有机溶剂中进行反应，再经过后处理过程，得到结构式如(II)所示的含有多种官能团多面体低聚倍半硅氧烷，反应过程如下所示：上述结构式中，R4选自烷基硅基、烯基硅基、炔基硅基、烷氧基硅基、芳香基...

【专利技术属性】
技术研发人员：李泽，田堃，来国桥，
申请(专利权)人：杭州师范大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33