[发明专利]一种N取代聚苯并咪唑吡啶化合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种N取代聚苯并咪唑吡啶化合物及其制备方法。

背景技术

聚苯并咪唑(PBIs) 是一类以苯并咪唑基团为重复单元的聚合物，自问世以来已成为机械、电子、汽车和航空航天等尖端技术领域不可替代的特种材料。然而目前商业化的聚苯并咪唑溶解性极差，极大地阻碍了聚苯并咪唑的应用与发展。

吡啶是一类含有一个氮原子的六元杂环分子，将吡啶基团引入到聚合物体系当中，借助吡啶环上极性N原子的质子化可增加聚合物在极性溶剂中的溶解性。同时，吡啶环与苯环结构非常相似，在聚合物链中引入吡啶结构单元可使聚合物具有很好的热稳定性和化学稳定性。 

将吡啶基团引入到聚苯并咪唑体系中，不仅可保持聚苯并咪唑良好的热稳定性，而且可增加聚苯并咪唑的溶解性能。然而目前合成出的聚苯并咪唑吡啶材料苯并咪唑环上都存在N-H键，H原子的存在使该类聚合物在空气中的稳定性降低，进而影响其耐热级别。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种N取代聚苯并咪唑吡啶化合物。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种N取代聚苯并咪唑吡啶化合物的制备方法。

本发明的N取代聚苯并咪唑吡啶化合物（Ι）：

其中Ar表示芳香环。

本发明的N取代聚苯并咪唑吡啶化合物的制备方法，依次包括以下步骤：

以摩尔比为1:5的2,6-双（二甲酰氯）吡啶和氟苯为单体，在无水氯化铝存在条件下，得到2,6-双(4-氟苯甲酰基)吡啶化合物；

以摩尔比为1:1的2,6-双(4-氟苯甲酰基)吡啶化合物和不同结构的双(苯并咪唑)为单体，加入碳酸钙、环丁砜、氯苯，在无水碳酸钾存在条件下制备N取代聚苯并咪唑吡啶化合物。

其中步骤a中所述的2,6-双(4-氟苯甲酰基)吡啶化合物制备工艺条件为：氮气氛围，搅拌12h后升温至95℃，继续反应12h，待体系温度冷却至室温后倒入去离子水中，搅拌，过滤，再经N,N-二甲基乙酰胺重结晶两次，80℃真空干燥3h得到。

其中步骤c中所述的N取代聚苯并咪唑吡啶化合物制备工艺条件为：氮气氛围，首先将体系从室温升至145℃，保持2h，使反应体系成为均相体系，随后由145℃升温至180℃，通过分水器让氯苯带走体系中的水分子，再升温至210℃，反应6h后，将体系缓慢冷却至室温，倒入水中沉淀，过滤，最后在100℃条件下真空干燥3h得到。

本发明制备的N取代聚苯并咪唑吡啶化合物具有较高的耐热级别，同时具有良好的溶解性能。此外，既可以实现熔融加工成型，也可实现溶液加工成型，成型方式的多样化拓宽了该类聚合物应用领域。

本发明具有如下优点：(1)N取代聚苯并咪唑吡啶化合物具有新颖的化学结构，主要由苯并咪唑单元和吡啶基团组成。从形态上分析，其具有锯齿型主链结构，独特的化学结构赋予该类聚合物良好的物理化学性质，并可通过改变Ar对聚合物进行结构改性。(2) 聚合物中消除了N-H键。(3)该制备过程操作工艺简单，所需原料均易得到，制备成本低。(4)不仅提供一种新的聚合物合成路线，也提供一种新型高性能的聚合物，该聚合物无论在军工还是民用领域均具有潜在的应用价值，为航空航天、微电子等高新技术领域提供极佳的备选材料。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。在以下实施例中，说明了选用不同的反应单体，可得到不同结构的N取代聚苯并咪唑吡啶化合物，不同结构的聚合物在宏观上表现出不同的物理化学性能。

本发明的N取代聚苯并咪唑吡啶化合物的制备方法，依次包括如下步骤：

（1）2,6-双（4-氟苯甲酰基）吡啶化合物的制备。

在氮气保护的条件下，以2,6-双（二甲酰氯）吡啶和氟苯为单体，在无水氯化铝催化下，得到2,6-双（4-氟苯甲酰基）吡啶粗产品，经提纯后可得到2,6-双（4-氟苯甲酰基）吡啶化合物。

（2）N取代聚苯并咪唑吡啶化合物的制备。

在氮气保护的条件下，以上述制备的2,6-双（4-氟苯甲酰基）吡啶化合物和双(苯并咪唑)化合物为单体，加入环丁砜、氯苯和碳酸钙，在无水碳酸钾催化作用下，得到N取代聚苯并咪唑吡啶化合物。

步骤(1)中，2,6-双（4-氟苯甲酰基）吡啶化合物的制备选择已经工业化的2,6-双（二甲酰氯）吡啶和氟苯为单体，其中2,6-双（二甲酰氯）吡啶和氟苯的摩尔比为1:5。