形成[2,2]对环芳及相关化合物的方法和从环芳形成聚合物的方法技术

本发明专利技术涉及形成稳定中间体环芳的改进工艺和方法。本发明专利技术提供了用于制备取代的和未取代的环芳的一般方法。本发明专利技术的组件是热解反应管，该热解反应管可以电加热，在大气压下的使流动的一氧化二氮和二甲苯蒸汽(在任选的惰性载气中)流进入该热解反应管中。排出气体凝结产生[2,2']对环芳的沉积。另外，本发明专利技术还公开了上述反应的反应性中间体可在大气压下或约大气压下直接沉积和聚合的工艺和方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及的
是环芳（cyclophane)的合成，以及将其作为聚合物前体 应用和利用的方法。
技术介绍
环芳是一种有机结构的子集，其是众所周知的并已被充分表征。已出版数种良好 地涵盖了其制备方法和应用的优秀的综述和书籍。 简单地说，环芳和其他相关的苯并环（benzocycloid)化合物是这样的有机分子， 在其结构中环碳或杂原子取代的链连接至芳族环的两个或多个位置。术语"环芳"用于描 述具有大致符合该结构类型的某种关联或结构的化合物。 更加深入研究的环芳化合物之一是对环芳结构。在一组环芳化合物（如下面所示 的间环芳（I)、对环芳（II)和环芳结构）中，将结构III视为是对环芳的 一般结构。 在该取代方式中，我们注意到，系列中最简单的成员为其中η = 1的成员。在这种 情况下，分子被命名为对环芳。该分子及其衍生物是一类重要的化合物，其可以形 成各种聚合物结构。出于这个原因，它们是高度期望的有机中间体，已作为保形涂料的前体 用于多种应用中。在这些应用中，III (n = 1)所示的分子通常在真空下加热以产生显著的 蒸气压力，并迫使该分子分裂成具有高度反应性的中间体。对环芳的热裂解产生两 分子的反应性中间体对亚二甲苯基（p-xylylene)(如下所示）。 此外，该反应性中间体对亚二甲苯基可通过在减压下利用热解放电由"二聚物"形 成。（参考Gorham美国专利#3342754)。该过程通常被称为"Gorham工艺"。 如结构所表明的，反应性中间体对亚二甲苯基是长寿命的中间体物种，其具有反 应形成高度期望的聚合物的能力。更具体而言，该聚合物为保形涂料，该保形涂料具有以相 对均匀的层涂覆表面的能力，从而高度抗化学溶剂、气体和生物侵袭。对亚二甲苯基在真空 中沉积到目标表面形成保形涂层。在表面上它重构成聚（对亚二甲苯基）重复单元，也被 称为聚对亚苯基二甲基（parylene)。在芳族环或脂族侧链上除氢以外没有其他取代基的情 况下，该聚合物化合物被称为聚对亚苯基二甲基-N。 对亚二甲苯基，作为一种有价值的反应性中间体，主要通过对环芳的热解 合成。因此，在对亚二甲苯基和聚合物聚对亚苯基二甲基的利用中，合成的对环芳 是重要的稳定的中间体。 对环芳的合成通过季铵盐的1，6-Hofmann消除的路线实现。 这条通过季铵盐的路线尽管广泛使用，但存在若干缺点。由于采用多步骤工艺，制 备对环芳的产率通常较低。 另外，由于低产率和大量副产物，所得到的二聚物的大规模纯化是一个额外的处 理步骤。
技术实现思路
迄今为止，已知的真空（Gorham)工艺对二聚物热解和单体沉积制备聚合物的限 制增加了成本并束缚了聚合物应用的效用。因此期望一种方法，该方法在工艺过程中和在 材料应用中需要减小的压力。 现在已经可以实现对各种氢原子的各种取代，以及杂原子在环和链的各碳原子位 置的取代。期望的是，一种有效率且有效的方法，用于形成这些已知的和未知的化合物。 因此，对与该化合物和一般结构相关的亚二甲苯基的稳定中间二聚物（对 环芳）及其衍生物，需要一种改进的合成方法。而且，期望一种通过低成本方法形成环芳、 以及具有各种取代基的相关化合物的一般方法。还需要的是一种改进的方法，该方法应用 亚二甲苯基（或取代的亚二甲苯基）单体制备涂层和衍生自该反应性中间体的其他聚合物 产品。更期望的是一种改进所得聚合物的物理性能的方法，以使该聚合物用于额外的应用 和扩展的方法中。在随后的讨论中，对亚二甲苯基的实例被用来说明教导的方法和工艺。 本领域技术人员可以将该方法和工艺扩展至其他类似的分子上，因此对这些分子将不做明 确、详尽的讨论。 因此，本专利技术的目的是减少上述工艺的成本和存在的问题。首先，本专利技术示出了一 种用于形成示例性反应性中间体对亚二甲苯基的一般方法。其次，本专利技术示出了一种用在 现存制造工艺中的方法，该方法中形成了稳定的中间体化合物，如对环芳（"二聚 物"），以及相关的结构。第三，本专利技术也示出了一种直接的和经济的方法，该方法在将单体 用在目标上时不需要减压，也不需要为此的任何压力变化。第四，本专利技术教导了一种方法， 该方法中出于特定的目的改进和控制反应所得产品的物理性能，以便改善其他工艺。 由于按随后的方法得到的产品可高度控制纯度和物理性能，按照本文公开的方法 制备的产品已使用商标Puralene?。在操作员控制下对正常聚对亚苯基二甲基制备工艺的 严重偏离使得Puralene?显示出通常不与传统聚对亚苯基二甲基产品相关的独特的新性 能。 在本专利技术的优选实施方案中，公开了一种装置和方法，以形成示例性的反应性中 间体对亚二甲苯基，该装置和方法使用加热的热解反应管，在大气压下使惰性气体、一氧化 二氮和二甲苯蒸气（在惰性载气中）的流动的混合物流进入该热解反应管中，并且在冷却 容器上凝结排出气体的非挥发性反应产物。 在另一实施方案中，公开了一种方法，该方法或者从一氧化二氮或者直接从氧气 形成化学反应性中间体，从而可以在大气压下的气相环境中选择性形成对亚二甲苯基。 在另一实施方案中，公开了一种装置和方法，以混合冷的非反应性气体和热的反 应气流，实现高温反应气体的冷却，从而提高反应性中间体的凝结和附着于表面的能力。 在另一实施方案中，公开了一种装置和方法，以使反应在增加的压力下进行，并在 加热的热解反应管的出口处膨胀，从而使热气体在其转化温度之下通过Joule-Thomson效 应膨胀冷却。 在另一实施方案中，公开了一种装置和方法，使用具有取代基的有机起始物料，该 取代基包括氯、二氯、甲氧基和甲基。 在另一实施方案中，公开了一种装置和方法，使用在芳族环上具有间位和/或邻 位取代基的有机起始物料。 在另一实施方案中，公开了一种装置和方法，通过起始物料（如对二甲苯）在等离 子体和/或组合加热源下的反应使起始物料间接形成自由基和/或离子化。 在另一实施方案中，公开了使用氮气代替氩气和/或其他基本上惰性的气体。 对上述教导的方法可以进一步改进，这样，通过使用磁场和/或电场，所得聚合物 或其他反应产物的物理性能得到改进，从而提供可控的物理性能。【附图说明】 参照下面的说明、所附的权利要求和附图，可以更好地理解本专利技术上述的和其他 的方面、目的、特征和优点，其中： 图1是用于制备反应1的基本装置的不意图； 图2是用于制备反应2的基本装置的不意图；和 图3是高级流程图，表明按照本专利技术的原理制备增强介电常数材料的示例性方 法。【具体实施方式】 反应1的装置说明： 现在参考图1，其中通过利用用于液体或固体进料的栗送机构（未示出），起始物 料进料1被引入室4中。通常，室4是加热的管或其他蒸发设备，以使起始物料进料1挥发。 起始物料进料1蒸发并与惰性气体2在室4内混合。惰性气体2可以是惰性气体组中的任 何一种，例如但不限于氩气。所得的挥发性混合物3被输送至室6,并随后与一氧化二氮5 混合，以产生化学反应混合物7。反应室8通常加热至约450°C至800°C，以发生反应并使反 应产物蒸汽化以作为产品9被排出到收集表面10上。 反应2的装置说明 现在参考图2,其中通过利用用于液体或固体进料的栗送机构（未示出），起始物 料进料1被引入室4中。通常，室4是加热的管或其他蒸发设备，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过氧化芳族环的α氢原子以制备二聚物、三聚物、低聚物和聚合物的方法，包括：将包含至少一个α氢原子的芳族环的有机起始物料引入流动的气流中，在含有一氧化二氮的气流中混合所述有机起始物料；使所述芳族环的α氢原子反应形成反应产物；和加热含有反应产物的所述流动的气流至反应温度，以使α氢原子氧化，并随后根据所述反应温度形成输出化合物，该输出化合物选自单体、二聚物、三聚物、低聚物和聚合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·卡弗，S·雷诺茨，
申请(专利权)人：卡弗科学有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US