一种氮杂环卡宾金属铝化合物的制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种双亚甲基苯酚‑氮杂环卡宾络合金属铝化合物(LAlMeCl)2的制备方法及其在内酯和交酯开环聚合方面中的应用。双亚甲基苯酚‑氮杂环卡宾盐酸盐配体与1当量烷基铝反应，得到目标烷基铝化合物。本发明专利技术的双亚甲基苯酚‑氮杂环卡宾络合金属铝化合物(LAlMeCl)2合成路线简单，产品收率高，性质稳定，产品结构新颖且丰富多变，催化性能易于调控，是一种高效的内酯和交酯开环聚合催化剂；所制备脂肪族聚酯高分子材料结构和性能可控，具有较高附加值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一类有机铝化合物的制备方法与应用，特别涉及双亚甲基苯酚-氮杂环卡宾络合金属铝化合物的制备方法及其在内酯和交酯开环聚合方面的应用。
技术介绍
高分子材料具有许多独特而优异的性能，在工业、农业、国防军工以及人们日常生活的各个方面都有十分广泛的应用。这其中，脂肪族聚酯由于具有可降解性、生物相容性、环境友好性等特点，受到人们越来越广泛地关注，已经成为世界范围内材料领域研究的热点。脂肪族聚酯，如聚ε-己内酯(PCL)、聚乙交酯(PGA)、聚丙交酯(PLA)等，是一类含有重复内酯单体单元结构的聚合物，能够在自然环境或者生理环境条件下完全降解，最终分解成小分子CO2和H2O，对环境不产生任何污染。同时，脂肪族聚酯具有优良的生物相容性、渗透性、低毒性，使其在生物医学领域有很高的应用价值，广泛地用作手术缝合线、药物载体、药物缓释、组织工程等。脂肪族聚酯可以通过缩合聚合和环状单体的开环聚合制备。缩合聚合方法的单体来源广泛，但反应温度高，反应时间长。更重要的是，缩合聚合过程中会产生小分子副产物，不容易得到高分子量产物，且分子量分布宽，因此很难得到高品质聚合物。相反地，内酯或交酯单体的开环聚合更容易得到高分子量的聚合物，也更易实现可控聚合，制备高性能、高附加值的高端脂肪族聚酯高分子材料，受到广泛的关注，是一个十分活跃的研究领域。许多金属的羧酸盐、醇盐、酚盐以及金属氧化物是开环聚合的有效催化剂，如异丙醇锌、辛酸亚锡，但存在活性低，反应时间长以及聚合反应不易控制等问题。近年来，金属有机化合物作为高效的开环聚合催化剂，发展迅速，如铝、锌、钴、稀土金属有机化合物，不但具有高活性，还能够实现可控/活性聚合、立体选择性聚合(J.Am.Chem.Soc.2013,135,18901-18911；J.Am.Chem.Soc.2011,133,10724-10727；Organometallics,2008,27,5889-5893；Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.2006,103,15343-15348；Coord.Chem.Rev.,2006,250,602-626；Chem.Rev.,2004,104,6147-6176；Macromolecules,2000,33,1530-1535；J.Am.Chem.Soc.,1999,121,4072-4073)。随着国家“十三五”计划的全面实施，大力发展可持续发展的、环境友好的、可降解的新材料势在必行。在可生物降解高分子材料这一领域，我们迫切地需要加大内酯开环聚合催化剂的原始创新和聚合工艺的技术革新的研究力度，以增强企业参与国际技术市场的竞争能力，提高我国生产可降解高分子材料的种类和产能。本专利技术报道了一种双亚甲基苯酚-氮杂环卡宾络合烷基铝化合物的制备方法及其在开环聚合中的应用。该催化剂具有制备简单、成本低、活性高、可控性好的特点，所制备脂肪族聚酯具有微观结构可控、可降解、生物相容性好的特点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种双亚甲基苯酚-氮杂环卡宾络合金属铝化合物的制备方法及其在开环聚合中的应用。本专利技术提供一种式(I)所示双亚甲基苯酚-氮杂环卡宾络合金属铝化合物：其中，R1选自氢，叔丁基，苯基；R2选自氢，叔丁基；R3选自甲基，乙基，异丙基，甲氧基。优选的，本专利技术金属铝化合物选自如下任意一种：C1:(L1AlMeCl)2L1＝1,3-(2-tBu-4-tBu-6-亚甲基)苯酚-氮杂环卡宾盐酸盐；C2:(L2AlMeCl)2L2＝1,3-(2-tBu-6-亚甲基)苯酚-氮杂环卡宾盐酸盐；C3:(L3AlMeCl)2L3＝1,3-(6-亚甲基)苯酚-氮杂环卡宾盐酸盐；C4:(L4AlMeCl)2L4＝1,3-(2-Ph-6-亚甲基)苯酚-氮杂环卡宾盐酸盐。本专利技术提供了上述双亚甲基苯酚-氮杂环卡宾络合金属铝化合物的制备方法，其包括以下步骤：(1)乙二胺与水杨醛或取代水杨醛按1：2～2.5摩尔比例混合后(优选1：2)，加入催化剂量的对甲基苯磺酸(10mg～50mg；优选20mg)，在乙醇溶剂中回流反应10-18小时(优选12小时)。反应后冷却至室温，过滤得到黄色固体二亚胺。将黄色固体二亚胺溶于甲醇和二氯甲烷混合溶剂中(甲醇和二氯甲烷体积比为0.5～1.5：1；优选1:1)，加入4～10当量硼氢化钠(优选6当量)，室温反应6-18小时(优选12 小时)。然后加水淬灭过量硼氢化钠，分液，有机相干燥，过滤，除去溶剂得到浅黄色固体二胺。将所得二胺溶于乙酸乙酯(50～200mL，优选100mL)，加入20～80mL(优选40mL当量)盐酸(3～12M HCl，优选6M HCl)，反应2小时。减压除去溶剂，加入50～200mL原甲酸三乙酯(优选100mL)，回流反应10-18小时(优选12小时)。减压除去溶剂既得到双亚甲基苯酚-氮杂环卡宾盐酸盐配体。(2)将双亚甲基苯酚-氮杂环卡宾盐酸盐配体溶于30-100mL无水溶剂中(优选50mL)，加入1.0～1.5当量(优选1.0当量)烷基铝，氮气保护下室温搅拌12～24小时(优选16小时)，减压除去溶剂，用不良溶剂洗涤三次，得到相应的金属铝化合物。上述制备方法中，所述无水溶剂选自苯、甲苯、二甲苯、四氢呋喃，优选四氢呋喃；不良溶剂选自正己烷、正戊烷、正庚烷、环己烷，优选正己烷。本专利技术还提供了上述式(I)所示双亚甲基苯酚-氮杂环卡宾络合金属铝化合物在催化内酯和交酯开环聚合反应中的应用。上述应用中，所述内酯和交酯包括丙交酯、乙交酯、丁内酯、戊内酯、己内酯、庚内酯、辛内酯，优选己内酯和丙交酯。上述应用中，所述双亚甲基苯酚-氮杂环卡宾络合金属铝化合物与所述交酯和内酯的摩尔比为1：(50～10000)，优选1：250。上述应用中，所述聚合反应的溶剂可为苯、甲苯、正己烷、四氢呋喃和二氯甲烷，优选四氢呋喃。上述应用中，所述聚合反应的温度为0℃～110℃，优选60℃。上述应用中，所述聚合反应的温度为1～72小时，优选48小时。上述应用中，所述聚合反应可以加入烷基醇作为助催化剂，所述烷基醇为甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、丙三醇、苄醇(优选苄醇)；所述醇与所述双亚甲基苯酚-氮杂环卡宾络合金属铝化合物的摩尔比为0～20：1，优选1：1。本专利技术提供的双亚甲基苯酚-氮杂环卡宾络合金属铝化合物的制备方便，成不低廉，性质稳定，同时具有较高的催化活性，特别适合催化己内酯开环聚合。通过对聚合反应条件的控制，可以调控聚合物的分子量大小，从几千到几十万。附图说明图1为化合物C1的晶体结构图(配合物C1的单晶结构)。具体实施方式通过实施例进一步说明本专利技术，但本专利技术并不限于此。本专利技术的实施例可以使本专业的技术人员更全面的理解本专利技术。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。开环聚合转化率 的测定方法为1H NMR法，Bruker 500MHz，CDCl3为溶剂，测试温度20℃。数均分子量的测定方法为凝胶渗透色谱法，Agilent 1260Infinity,THF为溶剂，流速1mL min-1,测试温度40℃。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。实施例1、配体L1(1,3-(2-tBu-4-tBu-6-亚甲基)苯酚-氮杂环卡宾盐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一类双亚甲基苯酚‑氮杂环卡宾络合金属铝化合物(LAlMeCl)2，其结构如式为：。

【技术特征摘要】
1.一类双亚甲基苯酚-氮杂环卡宾络合金属铝化合物(LAlMeCl)2，其结构如式为：。2.根据权利要求1所述的双亚甲基苯酚-氮杂环卡宾络合金属铝化合物(LAlMeCl)2，其特征在于：含氮杂环配体L为双亚甲基苯酚-氮杂环卡宾盐酸盐。3.根据权利要求1和权利要求2所述的双亚甲基苯酚-氮杂环卡宾络合金属铝化合物，其特征在于：R1选自氢，叔丁基，苯基；R2选自氢，叔丁基；R3选自甲基，乙基，异丙基，甲氧基。。4.根据权利要求1～3所述的双亚甲基苯酚-氮杂环卡宾盐酸盐配体L，其制备方法如下：乙二胺与水杨醛或取代水杨醛按1：2～2.5摩尔比例混合后，加入催化剂量的对甲基苯磺酸(10mg～50mg)，在乙醇溶剂中回流反应10-18小时。反应后冷却至室温，过滤得到黄色固体二亚胺。将黄色固体二亚胺溶于甲醇和二氯甲烷混合溶剂中(甲醇和二氯甲烷体积比为0.5～1.5：1)，加入4～10当量硼氢化钠，室温反应6-18小时。然后加水淬灭过量硼氢化钠，分液，有机相干燥，过滤，除去溶剂得到浅黄色固体二胺。将所得二胺溶于乙酸乙酯(50～200mL)，加入20～80mL盐酸，反应2小时。减压除去溶剂，加入50～200mL原甲酸三乙酯，回流反应10-18小时。减压除去溶剂既得到双亚甲基苯酚-氮杂环卡宾盐酸盐配体。5.根据权利要求1～3所述的双亚甲基苯酚-氮杂环卡宾络合金属铝化合物(LAlMeCl)2，其制备方法如下：将双亚甲基苯酚-氮杂环卡宾盐酸盐配体溶于30-100mL无水溶剂中，加入1.0～1.5当量烷基铝，氮...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘绍峰，李志波，张杰，班彦琪，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37