一种七异丁基三硅羟基POSS的合成方法与流程

本发明属于poss制备技术领域，具体涉及一种七异丁基三硅羟基poss的合成方法。

背景技术：

笼型聚倍半硅氧烷，简称poss，是一种性能优异的纳米尺寸化合物，结构通式为(sio1.5r)n(n＝6.8.10.12)，常见的是t8(n＝8)笼型结构。内部以si-o-si键成笼，外部以共价键键接一些官能团，如苯基，烯烃，烷烃等。因此，笼型聚倍半硅氧烷兼具无机和有机性能，既具有良好的耐热性，力学性能和阻燃性等，又可以与不同的聚合物基底发生化学键合作用。

目前，国内外合成七异丁基三硅羟基poss多以丙酮-甲醇混合溶剂或thf作溶剂，lioh作为催化剂，高温反应合成。但丙酮，thf毒性大，且长期使用丙酮，会出现眩晕、灼烧感、咽炎、支气管炎、乏力、易激动等；皮肤长期反复接触可致皮炎。而thf是2b类致癌物，因此需要一种更加合适的溶剂来合成七异丁基三硅羟基poss。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决目前合成七异丁基三硅羟基poss使用的溶剂毒性大、对环境不友好的问题，提供一种七异丁基三硅羟基poss的合成方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种七异丁基三硅羟基poss的合成方法，所述方法步骤如下：

步骤一：向甲醇-乙醇或者甲醇-丙醇的混合溶液中，加入氢氧化锂和超纯水，缓慢滴加异丁基三甲氧基硅烷，60～90℃冷凝回流反应18～24h；

步骤二：取1mol/l盐酸稀溶液，倒入反应溶液中，用漏斗过滤或砂芯漏斗抽滤，得到七异丁基三硅羟基poss。

本发明相对于现有技术的有益效果为：本发明改进了长久以来国内外对使用丙酮，thf等毒性较大溶剂合成七异丁基三硅羟基poss的劣势，使用醇类试剂(乙醇，甲醇，丙醇)等极性大，毒性较低的溶剂，改变醇类的混合比例，合成七异丁基三硅羟基poss，具有绿色环保，对人体毒性低，产率高且后处理简便的优点。合成产物纯度和产率均较高，纯度在70％以上且产率在60％左右。

附图说明

图1为合成七异丁基三硅羟基poss的质谱图；

图2为合成七异丁基三硅羟基poss的红外图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修正或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神范围，均应涵盖在本发明的保护范围之中。

具体实施方式一：本实施方式记载的是一种七异丁基三硅羟基poss的合成方法，所述方法步骤如下：

步骤一：向甲醇-乙醇或者甲醇-丙醇的混合溶液中，加入氢氧化锂和超纯水，缓慢滴加异丁基三甲氧基硅烷，60～90℃冷凝回流反应18～24h；混合溶液的极性对于合成七异丁基三硅羟基poss有影响，所以需要调节，具体地，是限定了混合溶液中各组分之间的体积比；

步骤二：取1mol/l盐酸稀溶液，倒入反应溶液中，用漏斗过滤或砂芯漏斗抽滤，得到纯度≥70％的七异丁基三硅羟基poss。

具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种七异丁基三硅羟基poss的合成方法，步骤一中，所述甲醇-乙醇混合的体积比为88：12，甲醇-丙醇混合的体积比为88：12。

具体实施方式三：具体实施方式一所述的一种七异丁基三硅羟基poss的合成方法，步骤一中，每100ml混合溶液中，氢氧化锂的加入量为1.945～2g，超纯水的加入量为1.5～1.6ml；异丁基三甲氧基硅烷的加入量为18.66g。

具体实施方式四：具体实施方式一所述的一种七异丁基三硅羟基poss的合成方法，步骤一中，所述异丁基三甲氧基硅烷的滴加速度为20滴/min。

具体实施方式五：具体实施方式二所述的一种七异丁基三硅羟基poss的合成方法，步骤二中，所述盐酸稀溶液与步骤一中有机溶剂的混合溶液的体积比为9：10。

具体实施方式六：具体实施方式一所述的一种七异丁基三硅羟基poss的合成方法，还包括步骤三：将步骤二得到的七异丁基三硅羟基poss在20～70℃烘箱干燥，至产物中残留的溶剂全部挥发。

实施例1：

一种七异丁基三硅羟基poss的合成方法，所述方法步骤如下：

步骤一：向甲醇-乙醇或者甲醇-丙醇的混合溶液中，加入氢氧化锂和超纯水，缓慢滴加异丁基三甲氧基硅烷，60℃冷凝回流反应24h；混合溶液的极性对于合成七异丁基三硅羟基poss有影响，所以需要调节，具体地，是限定了混合溶液中各组分之间的体积比；所述甲醇-乙醇混合的体积比为88：12，甲醇-丙醇混合的体积比为88：12。每100ml混合溶液中，氢氧化锂的加入量为2g，超纯水的加入量为1.6ml；异丁基三甲氧基硅烷的加入量为18.66g。所述异丁基三甲氧基硅烷的滴加速度为20滴/min。

步骤二：取1mol/l盐酸稀溶液，倒入反应溶液中，用漏斗过滤或砂芯漏斗抽滤，得到纯度≥70％的七异丁基三硅羟基poss。所述盐酸稀溶液与步骤一中有机溶剂的混合溶液的体积比为9：10。

步骤三：将步骤二得到的七异丁基三硅羟基poss在20℃烘箱干燥，至产物中残留的溶剂全部挥发。

图1为合成七异丁基三硅羟基poss的质谱图；m/z为797.3，798.3，799.8为[七异丁基三硅羟基poss+li]⁺的峰及其同位素峰，m/z为813.5，814.7，816.0为[七异丁基三硅羟基poss+na]⁺的峰及其同位素峰，证明合成了七异丁基三硅羟基poss。图2为合成七异丁基三硅羟基poss的红外图；3450cm^-1左右的峰为-oh的伸缩振动峰；2980，2920，2888cm^-1左右的峰为-ch2ch(ch3)2上c-h的伸缩振动峰；1116cm^-1左右的峰为-si-o-si的伸缩振动峰，是笼型骨架的特征峰，证明产物是七异丁基三硅羟基poss。

技术特征：

1.一种七异丁基三硅羟基poss的合成方法，其特征在于：所述方法步骤如下：

步骤一：向甲醇-乙醇或者甲醇-丙醇的混合溶液中，加入氢氧化锂和超纯水，缓慢滴加异丁基三甲氧基硅烷，60～90℃冷凝回流反应18～24h；

步骤二：取1mol/l盐酸稀溶液，倒入反应溶液中，用漏斗过滤或砂芯漏斗抽滤，得到七异丁基三硅羟基poss。

2.根据权利要求1所述的一种七异丁基三硅羟基poss的合成方法，其特征在于：步骤一中，所述甲醇-乙醇混合的体积比为88：12，甲醇-丙醇混合的体积比为88：12。

3.根据权利要求1所述的一种七异丁基三硅羟基poss的合成方法，其特征在于：步骤一中，每100ml混合溶液中，氢氧化锂的加入量为1.945～2g，超纯水的加入量为1.5～1.6ml；异丁基三甲氧基硅烷的加入量为18.66g。

4.根据权利要求1所述的一种七异丁基三硅羟基poss的合成方法，其特征在于：步骤一中，所述异丁基三甲氧基硅烷的滴加速度为20滴/min。

5.根据权利要求2所述的一种七异丁基三硅羟基poss的合成方法，其特征在于：步骤二中，所述盐酸稀溶液与步骤一中有机溶剂的混合溶液的体积比为9：10。

6.根据权利要求1所述的一种七异丁基三硅羟基poss的合成方法，其特征在于：还包括步骤三：将步骤二得到的七异丁基三硅羟基poss在20～70℃烘箱干燥，至产物中残留的溶剂全部挥发。

技术总结
一种七异丁基三硅羟基POSS的合成方法，属于POSS制备技术领域。所述方法如下：向甲醇‑乙醇或者甲醇‑丙醇的混合溶液中，加入氢氧化锂和超纯水，缓慢滴加异丁基三甲氧基硅烷，60～90℃冷凝回流反应18～24h；取1mol/L盐酸稀溶液，倒入反应溶液中，用漏斗过滤或砂芯漏斗抽滤，得到七异丁基三硅羟基POSS。本发明改进了长久以来国内外对使用丙酮，THF等毒性较大溶剂合成七异丁基三硅羟基POSS的劣势，使用醇类试剂(乙醇，甲醇，丙醇)等极性大，毒性较低的溶剂，改变醇类的混合比例，合成七异丁基三硅羟基POSS，具有绿色环保，对人体毒性低，产率高且后处理简便的优点。合成产物纯度和产率均较高，纯度在70％以上且产率在60％左右。

技术研发人员：刘丽;许耀元;黄玉东;龙军;关胜杰;张润泽
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2019.09.10
技术公布日：2019.11.29