一种碳硼烷有机硅单体及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳硼烷有机硅单体及其制备方法。以芳烃基二氯硅烷为起始原料，与乙炔基溴化镁进行格氏试剂置换反应，生成的芳烃基二乙炔基硅烷与癸硼烷发生加成闭笼反应，得到的芳烃基硅甲撑双碳硼烷与二甲基氯硅烷反应进行硅烷化，得到1,1′‑烃基硅甲撑‑2,2′‑双（二甲基硅基）双碳硼烷，再通过氯化反应，将两端硅氢键氯化，制备得到产物1,1′‑烃基硅甲撑‑2,2′‑双（二甲基氯硅甲基）双碳硼烷，即为碳硼烷有机氯硅烷单体。本发明专利技术提供的单体中由于引入了苯基和双碳硼烷基，可用于制备耐热和耐热氧化性能优异的耐高温聚合物。单体制备工艺简便、反应条件温和，且原材料易得，适合工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种碳硼烷单体及其制备方法，特别涉及一种双碳硼烷有机硅单体及其制备方法，属于精细化学品和单体合成

技术介绍
20世纪60年代初期，耐高温聚合物就已经有了重大的突破，其中最为著名的材料是聚（碳硼烷-硅氧烷），这种硼硅聚合物不仅可以单独作为耐高温聚合物使用，将其应用于碳/碳复合材料表面处理，以赋予基体优越的耐高温、耐氧化、抗原子氧等性能更是充分发挥了这类材料的独到优势。例如，在硼硅聚合物结构中引入不饱和键、将其作为涂层应用于碳/碳复合材料表面处理时，处于表面层的碳硼烷基聚合物主链上的碳硼烷能够提高热氧化性能，防止材料的降解，提高残碳率，以此达到耐高温的需求。而碳硼烷本身可以吸收氧原子缓冲基体氧化的性能则能大幅度改善基体的抗氧化稳定性。同时含硼元素和硅元素的聚合物材料和碳基体还有相近的热膨胀系数，因此，对基体有良好的黏结性能，表面涂层不易产生裂缝。硼硅聚合物不仅可以作为碳/碳复合材料的耐高温表面涂层和耐原子氧涂层，还可以做为先进复合材料树脂基体、陶瓷前驱体等获得应用。然而，这类硼硅聚合物大分子结构中的二甲基硅基链节含有甲基，在高温下可能被氧化成甲醛而使整个分子降解，因此，二甲基是聚合物耐高温降解的薄弱环节；并且，还由于已有技术中碳硼烷单体合成路线极为复杂，反应条件非常苛刻，导致所制备材料成本高，价格非常昂贵，限制了这类材料的工业化制备和广泛应用。
技术实现思路
本专利技术针对现有的碳硼聚合物和硼硅单体制备存在的工艺复杂、合成成本高的不足，提供一种碳硼烷有机氯硅烷单体及其制备方法，所提供的单体结构中含有苯基，且引入了双碳硼烷，因此，可进一步提高所合成聚合物的耐热性能。所公开的硼硅单体可由市售材料在非常温和的条件下制得，适合放大生产，有利于在工业中推广应用。为达到本专利技术所述的专利技术目的，采用的技术方案是提供一种的碳硼烷有机氯硅烷单体，它的结构式为：，式中，R = -CH3或 –Ph。本专利技术技术方案还包括一种制备如上所述的碳硼烷有机氯硅烷单体的方法，步骤如下：1、加成闭笼反应按重量计，由0.5份癸硼烷，2～10份乙腈和2～20份除水四氢呋喃配制得到癸硼烷溶液；在反应器中投入0.5～2份芳烃基二氯硅烷和2～20份除水四氢呋喃，氮气保护下，加入2～20份乙炔基溴化镁，在温度为35～45℃的条件下进行格氏试剂置换反应1～10小时后，加入癸硼烷溶液，在温度为65～95℃的搅拌条件下反应2～48小时；反应结束后，加入由1～12份乙腈，2～24份丙酮，3～36份去离子水和2～24份浓盐酸配制的混合溶液，进行1～12小时的淬灭反应；将得到的反应混合物加入萃取剂进行萃取处理，再经去离子水洗至中性、加入干燥剂干燥、过滤后，得到的滤液旋蒸除去萃取剂，得到产物芳烃基硅甲撑双碳硼烷；2、硅烷化按重量计，将1份芳烃基硅甲撑双碳硼烷，2～20份除水四氢呋喃溶液，0.1～0.5份阴离子引发剂正丁基锂及0.1～1.0份二甲基氯硅烷加入到反应器中，在氮气保护、温度为0～5℃的条件下搅拌均匀，自然升至室温，进行1～48小时的硅烷化反应；反应结束后，加入2～20份饱和氯化铵溶液淬灭反应，淬灭反应时间为1～24小时；将得到的反应混合物加入萃取剂进行萃取处理，再经去离子水洗至中性、加入干燥剂干燥、过滤后，得到的滤液旋蒸除去萃取剂，得到产物1,1′-烃基硅甲撑-2,2′-双（二甲基硅基）双碳硼烷；3、氯化反应按重量计，将1份1,1′-烃基硅甲撑-2,2′-双（二甲基硅基）双碳硼烷溶解于5～30份氯代烃溶液中，再加入0.05～0.5份自由基引发剂，在氮气保护、温度为55～95℃的条件下进行氯化反应；反应2～18小时后，将反应液自然冷却至室温，经过滤、旋蒸除去氯代烃溶剂，得到产物1,1′-烃基硅甲撑-2,2′-双（二甲基氯硅甲基）双碳硼烷，即为碳硼烷有机硅单体产品。本专利技术所述的芳烃基二氯硅烷为甲基苯基二氯硅烷或二苯基二氯硅烷中的一种。所述的萃取剂为乙醚、乙酸乙酯、正己烷中的一种，或任意两种。所述的干燥剂为无水硫酸镁、无水硫酸钠、无水氯化钙中的一种。所述的氯代烃为二氯乙烷、氯仿、四氯化碳中的一种。所述的自由基引发剂为过氧化二苯甲酰、偶氮二异丁腈中的一种。所述的旋蒸除去萃取剂和旋蒸除去氯代烃溶剂的条件为温度30～50℃，真空度10～20mmHg。本专利技术技术方案为以芳烃基二氯硅烷为起始原料，与乙炔基溴化镁进行格氏试剂置换，生成芳烃基二乙炔基硅烷；再由其乙炔基与癸硼烷发生加成闭笼反应反应，得到含两个碳硼烷基的芳烃基硅甲撑双碳硼烷，其中芳烃基为苯基或双苯基；然后以正丁基锂作为阴离子引发剂，继续和二甲基氯硅烷反应进行硅烷化扩链，得到1,1′-烃基硅甲撑-2,2′-双（二甲基硅基）双碳硼烷；最后经氯化反应，得到一种碳硼烷有机氯硅烷单体，它是一种含苯基和双碳硼烷基的硼硅单体，其苯基硅结构避免了二甲基硅耐热性能不足的缺陷，双碳硼烷结构则可给聚合物提供非常优异的耐性能和耐热氧化性能。本专利技术加成闭笼反应步骤的反应如式（1）所示： （1） 本专利技术硅烷化步骤的反应如式（2）所示： （2）本专利技术氯化反应步骤的反应如式（3）所示： （3）式中，R = -CH3 或–Ph。本专利技术与现有技术相比的突出优点是：1.与现有技术中以甲基等脂类基团作为连接基连接笼型碳硼烷不同，本专利技术提供的碳硼烷有机硅单体引入了苯基硅基作为桥连基团，连接双碳硼烷基，由此，制备的聚合物将拥有更为出色的耐热性。2. 本专利技术提供的制备碳硼烷有机硅单体的方法，其反应条件非常温和，工艺简单，适合工业化生产。3. 本专利技术技术方案中所使用的原材料均为市售原料，来源广泛，价格便宜，有利于材料的工业化应用。附图说明图1是按本专利技术实施例一技术方案制备的双苯基硅甲撑双碳硼烷的红外吸收曲线图谱；图2是按本专利技术实施例一技术方案制备的1,1′-双苯基硅甲撑-2,2′-双（二甲基硅基）双碳硼烷的红外吸收曲线图谱；图3是按本专利技术实施例一技术方案制备的1,1′-双苯基硅甲撑-2,2′-双（二甲基氯硅甲基）双碳硼烷的红外吸收曲线图谱；图4是按本专利技术实施例一技术方案制备的1,1′-双苯基硅甲撑-2,2′-双（二甲基氯硅甲基）双碳硼烷的氢核磁共振光谱。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术技术方案作进一步的阐述。实施例一1. 加成闭笼反应步骤在100ml的三口烧瓶中加入13.5 克除水四氢呋喃溶液和1.32 克的二苯基二氯硅烷，搭好实验装置后，先通氮气除去装置内的空气，而后通过恒压滴液漏斗滴加19.1 克的乙炔基溴化镁格氏试剂，滴加时间为15分钟，设置反应温度为40℃，反应时间为4小时，同时配置0.62 克癸硼烷，7.8 克乙腈和17.8 克四氢呋喃的混合溶液，反应4小时之后，同样通过恒压滴液漏斗滴加，滴加时间为15分钟。滴加结束之后，调节反应温度为86℃，反应时间为48小时。反应结束后，加入配置好的11 克乙腈，5.5 克丙酮，3.6 克浓盐酸和5 克去离子水混合溶液进行淬灭，淬灭时间为6小时，直至不再有气泡产生。淬灭结束后，加入无水乙醚对反应液进行萃取，每次加入20克乙醚，共萃取3次。合并萃取液，分出油层，然后用去离子水洗至中性，加入3克无水硫酸镁干燥5小时，最后过滤，于45℃、真空度为20mmHg旋蒸至恒重，得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳硼烷有机硅单体，其特征在于它的结构式为：，式中，R = ‑CH3或 –Ph。

【技术特征摘要】
1.一种碳硼烷有机硅单体，其特征在于它的结构式为：，式中，R = -CH3或 –Ph。2.一种如权利要求1所述的碳硼烷有机氯硅烷单体的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）加成闭笼反应按重量计，由0.5份癸硼烷，2～10份乙腈和2～20份除水四氢呋喃配制得到癸硼烷溶液；在反应器中投入0.5～2份芳烃基二氯硅烷和2～20份除水四氢呋喃，氮气保护下，加入2～20份乙炔基溴化镁，在温度为35～45℃的条件下进行格氏试剂置换反应1～10小时后，加入癸硼烷溶液，在温度为65～95℃的搅拌条件下反应2～48小时；反应结束后，加入由1～12份乙腈，2～24份丙酮，3～36份去离子水和2～24份浓盐酸配制的混合溶液，进行1～12小时的淬灭反应；将得到的反应混合物加入萃取剂进行萃取处理，再经去离子水洗至中性、加入干燥剂干燥、过滤后，将滤液旋蒸除去萃取剂，得到产物芳烃基硅甲撑双碳硼烷；（2）硅烷化按重量计，将1份芳烃基硅甲撑双碳硼烷，2～20份除水四氢呋喃溶液，0.1～0.5份阴离子引发剂正丁基锂及0.1～1.0份二甲基氯硅烷加入到反应器中，在氮气保护、温度为0～5℃的条件下搅拌均匀，自然升至室温，进行1～48小时的硅烷化反应；反应结束后，加入2～20份饱和氯化铵溶液进行1～24小时的淬灭反应；将得到的反应混合物加入萃取剂进行萃取处理，再经去离子水洗至中性、加入干燥剂干燥、过滤后，将滤液旋蒸除去萃取剂，得到产物1,1′-烃基硅甲撑-2,2′-双（二甲基硅基）双碳硼烷；（3）...

【专利技术属性】
技术研发人员：童德进，李战雄，阎四海，周莹，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32