本发明属于聚合物材料技术领域，具体涉及含苯并环丁烯官能化的有机硅化合物及其制备方法。
背景技术：
苯并环丁烯是一种优秀的聚合物材料，苯并环丁烯单体加热后可发生开环聚合，生成高交联、低介电聚合物材料。由于苯并环丁烯官能团的引入通常是利用Heck反应等方法引入，需要钯贵金属催化剂，后处理较为繁琐。如陶氏化学公司开发的Cyclotene 系列苯并环丁烯树脂单体，其化学结构如下所示：
程元荣，孔令强，肖斐等人在专利（申请号201310750579.9）金刚烷基苯并环丁烯单体及其聚合物的合成方法一文中，披露了一系列含金刚烷结构的苯并环丁烯单体，其结构通式如下：
其是先将金刚烷醇化合物和含双键的氯硅烷反应，从而引入双键；再利用4-溴苯并环丁烯和双键进行Heck反应，从而实现苯并环丁烯的引入。
由于苯并环丁烯官能团的引入通常是利用Heck反应等方法引入，需要钯贵金属催化剂，后处理较为繁琐。
本城啓司、江口弘、山中一広等人在专利WO2012144481A1中披露了一种含有苯并环丁烯官能团的环状有机硅化合物及其合成方法。其合成路线如下所示：
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其是先利用正丁基锂和4-溴苯并环丁烯反应生成苯并环丁烯锂盐，再和三乙烯三甲基环三硅烷反应生成含有苯并环丁烯和双键的硅醇锂盐；利用四甲基环四硅氧烷的氯化反应，生成四氯化的环四硅氧烷，再和含有苯并环丁烯和双键的硅醇锂盐反应制备。这个路线用到了正丁基锂试剂以及氯化反应，路线相对比较危险和复杂。
左晓彪等人利用含有苯并环丁烯官能团的有机硅和苯撑硅醇反应，生成了苯并环丁烯作为侧基的硅氧烷聚合物。
这种方法所需的原料尤其是硅氮烷需要经过多步合成，相对较为复杂。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种含苯并环丁烯官能团的有机硅化合物及其制备方法。
本发明提供的含苯并环丁烯官能团的有机硅化合物的制备方法，是以含苯并环丁烯有机硅前驱体作为封端剂，与含有羟基的有机化合物或者其形成的有机化合物盐的反应底物进行反应制备。即在溶剂存在下，通过碱催化剂催化发生水解，经自缩聚反应，制备含苯并环丁烯官能团的有机化合物；其中，反应温度为-30℃--100℃；反应在普通大气条件下进行，或者在氮气、氩气等惰性气体保护下进行；反应时间为1小时到12小时。反应结束后，反应溶液经过过滤、洗涤、有机溶剂萃取、干燥、旋转蒸发浓缩后，通过柱层析或者减压蒸馏或者重结晶等方法进行提纯，得到含苯并环丁烯官能团的有机硅化合物。
本发明中，所述含苯并环丁烯官能团的有机硅前驱体结构如下：
R1、R2可以是氢原子、脂肪烃基（如甲基、乙基、乙烯基、烯丙基，炔丙基等）、芳香烃基（如苯基、苯并环丁烯-4-基等）；
R1、R2两个官能团可以是相同的，也可以是不同的；
R3为卤素、甲氧基、乙氧基、异丙氧基中的当中之一；
所述含苯并环丁烯官能团的有机硅前驱体的典型结构可以是下述之一种：
所述反应底物为含有多羟基的有机化合物，其结构式为：A（-OH）n，其中，OH为羟基，A为除去羟基的残基，n为整数大于等于2。
所述反应底物具体可以是异山梨醇、含多个羟基的金刚烷化合物如金刚烷二醇、金刚烷三醇等；也可以是含有羟基的有机硅化合物如硅烷（硅醇）、含羟基的硅油以及有机硅树脂，如二苯基硅二醇，苯基三硅醇，1,4-双(二甲基羟基硅基)苯，4,4’-双(二甲基羟基硅基)联苯、1,1,3,3-四苯基1,3-二羟基二硅氧烷、羟基硅油、含羟基的梯形聚苯基倍半硅氧烷、含硅醇的非闭合笼型倍半硅氧烷等。部分含硅醇的有机硅结构如下：
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相应有机化合物的典型结构有：
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相应有机化合物不包括：
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其中，R1、R2如前所述；R4为苯基、甲基、乙基等。
碱催化所用的催化剂可以是四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、吡啶、三乙胺、二乙胺、4-二甲胺基吡啶、咪唑、N-甲基咪唑、2-甲基-咪唑、含咪唑结构的盐、氧化钙等中的一种或者多种；所用的溶剂可以是四氢呋喃、乙醚、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺，2-甲基四氢呋喃、二氯甲烷、甲苯、丙酮、丁酮、环己酮、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯等溶剂一种或者多种混合溶剂中进行。
反应结束后，反应液可通过柱层析或者重结晶等方法进行提纯得到产物。
本发明制备的含苯并环丁烯官能团的有机硅化合物结构式（结构式1）如下：
（结构式1）。
其中，n取整数，且大于等于2，取决于中的n值。
R1、R2可以是氢原子、脂肪烃基（如甲基、乙基、乙烯基、烯丙基，炔丙基等）、芳香烃基（如苯基、苯并环丁烯-4-基等）；
R1、R2两个官能团可以是相同的，也可以是不同的；
R1、R2也可以是连在一起的，其含苯并环丁烯官能团的有机硅化合物结构式如下：
（结构式2）。
本发明合成的苯并环丁烯官能化的有机化合物，可用于聚合物的制备。尤其是应用于太阳能电池、显示器件、LED、MEMS等电子器件或者光电器件的封装胶，也可用作光学器件或者光学薄膜材料，还可作为半导体、集成电路领域用的低介电层间介质材料、低介电光刻胶等应用。也可以用于高性能树脂复合材料的制备。
本发明合成的苯并环丁烯官能化的有机化合物用于聚合反应时，可以通过在均三甲苯溶剂中于150~180℃下预聚得到一定分子量的预聚体，可通过旋涂、后固化，制备的薄膜。含双键的单体预聚体中也可以加入含双叠氮官能团的光敏剂如2,6-二(4-叠氮苯亚甲基)-4甲基环己酮，用于光刻胶的制备。可应用在电子封装、集成电路等领域。
本发明旨在提供一种新方法合成苯并环丁烯官能化的有机化合物用于聚合物的制备。尤其是应用于太阳能电池、显示器件、LED、MEMS等电子器件或者光电器件的封装胶，也可用作光学器件或者光学薄膜材料，还可作为半导体、集成电路领域用的低介电层间介质材料、低介电光刻胶等应用。也可以用于高性能树脂复合材料的制备。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步描述本发明。
实施例1. 利用甲基乙烯基苯并环丁烯-4-基氯硅烷和金刚烷二醇反应，制备含金刚烷的苯并环丁烯有机硅化合物
将1,4-金刚烷二醇（1.682g， 10 mmol）、10ml四氢呋喃、咪唑（1.80g, 26.4mmol）、DMAP(0.122g, 1.0 mmol)加入到三口瓶中，将甲基乙烯基苯并环丁烯-4-基氯硅烷(4.593g,22 mmol)、5ml四氢呋喃加入到恒压滴液漏斗中。室温下缓慢滴加甲基乙烯基苯并环丁烯-4-基氯硅烷与四氢呋喃混合溶液至三口瓶中。反应液中马上生成白色沉淀。滴加结束后，继续反应2小时。反应结束后，加入乙酸乙酯（30ml*3）萃取,有机层去离子水洗涤（30ml*2），无水硫酸镁干燥。过滤后，旋蒸除去溶剂，通过减压蒸馏或者过硅胶柱提纯（400目硅胶，流动相石油醚和乙酸乙酯）。得到产物为无色透明粘稠液体，产率90%。1H-NMR(CDCl3, 500MHz):0.46(s, 6H), 1.43(s, 2H), 1.70(s, 8H),1.91(s, 2H),2.21(s, 2H), 3.23(s, 8H), 5.80~5.86(dd, 2H),6.05~6.10(dd, 2H), 6.27~6.30 (dd, 2H), 7.09~7.11(d, 2H),7.32(s, 2H),7.46~7.48(d, 2H)。
该单体经过高温固化后，测得5%热失重温度为449℃。
实施例2. 利用甲基乙烯基BCB氯硅烷和1,4-双(羟基二甲基硅基)苯反应，制备含苯撑的结构苯并环丁烯有机硅化合物
将1,4-双(羟基二甲基硅基)苯（0.6g，3.5mmol）、10ml四氢呋喃、加入到三口瓶中，将甲基乙烯基苯并环丁烯-4-基氯硅烷（1.4g， 7mmol）、三乙胺1.2ml、5ml四氢呋喃加入到恒压滴液漏斗中。室温下缓慢滴加甲基乙烯基苯并环丁烯-4-基氯硅烷、三乙胺和四氢呋喃混合溶液至三口瓶中。反应液中马上生成白色沉淀。滴加结束后，继续反应2小时。反应结束后，加入乙酸乙酯（30ml*3）萃取,有机层去离子水洗涤（30ml*2），无水硫酸镁干燥。过滤后，旋蒸除去溶剂，通过减压蒸馏或者过硅胶柱提纯（400目硅胶，流动相石油醚和乙酸乙酯）。得到产物为无色透明粘稠液体，产率86%。1H-NMR(CDCl3, 500MHz):0.34~0.344(s,12H), 0.39(s,6H),3.17(s,8H), 5.77~5.81(dd,2H), 6.01~6.05(dd,2H), 6.20~6.27(dd,2H), 7.03~7.05(d, 2H), 7.23(s,2H), 7.39~7.40(d,2H), 7.53(s,4H)。
该单体经过高温固化后，测得5%热失重温度为463℃。
实施例3．利用甲基乙烯基BCB氯硅烷和1,4-双(羟基二甲基硅基)联苯反应，制备含联苯撑的结构苯并环丁烯有机硅化合物
将1,4-双(羟基二甲基硅基)联苯（2.12g，7mmol）、三乙胺2.4ml、20ml四氢呋喃、加入到三口瓶中，将甲基乙烯基苯并环丁烯-4-基氯硅烷（2.8g，14mmol）、5ml四氢呋喃加入到恒压滴液漏斗中。室温下缓慢滴加甲基乙烯基苯并环丁烯-4-基氯硅烷和四氢呋喃混合溶液至三口瓶中。反应液中马上生成白色沉淀。滴加结束后，继续反应2小时。反应结束后，加入乙酸乙酯（30ml*3）萃取,有机层去离子水洗涤（30ml*2），无水硫酸镁干燥。过滤后，旋蒸除去溶剂，通过减压蒸馏或者过硅胶柱提纯（400目硅胶，流动相石油醚和乙酸乙酯）。得到产物为无色透明粘稠液体，产率82%。1H-NMR(CDCl3, 500MHz):0.53(s,12H), 0.56(s,6H),3.31(s, 8H), 5.93~5.98(dd,2H), 6.17~6.21 (dd,2H), 6.37~6.44(dd,2H), 7.18~7.20(d,2H),7.40(s,2H),7.56~7.58(d,2H), 7.72~7.79(m,4H)。
该经过高温固化后，测得5%热失重温度为452℃。
实施例4.利用甲基乙烯基BCB氯硅烷和二苯基硅二醇反应
将二苯基硅二醇（1.73g，8mmol）、三乙胺（2.02g）、20ml四氢呋喃加入到三口瓶中，用注射器称取甲基乙烯基苯并环丁烯-4-基氯硅烷（4.18g，20mmol）。冰浴条件下缓慢滴加甲基乙烯基苯并环丁烯-4-基氯硅烷至三口瓶中。反应液中马上生成白色沉淀。滴加结束后，在室温条件下继续反应2小时。反应结束后，加入乙酸乙酯（30ml*3）萃取,有机层去离子水洗涤（30ml*2），无水硫酸镁干燥。过滤后，旋蒸除去溶剂，通过减压蒸馏或者过硅胶柱提纯（400目硅胶，流动相石油醚和乙酸乙酯）。得到产物为无色透明粘稠液体，产率75%。1H-NMR(CDCl3, 500MHz):7.55 (d, 2H), 7.35(d, 2H),7.28(t, 2H), 7.17(s, 1H), 6.98 (d, 1H), 6.18 (dd,1H), 5.99 (dd,1H), 5.76(dd,1H), 3.15(s, 4H), 0.335(s,3H)。
该单体经过高温固化后，测得5%热失重温度为472℃。