научная статья по теме СИНТЕЗ ФЛУОРЕСЦЕНТНЫХ СВЕРХРАЗВЕТВЛЕННЫХ ПОЛИАРИЛЭФИРКЕТОНОВ, СОДЕРЖАЩИХ БИФЕНИЛЬНЫЕ ЗВЕНЬЯ Физика

Текст научной статьи на тему «СИНТЕЗ ФЛУОРЕСЦЕНТНЫХ СВЕРХРАЗВЕТВЛЕННЫХ ПОЛИАРИЛЭФИРКЕТОНОВ, СОДЕРЖАЩИХ БИФЕНИЛЬНЫЕ ЗВЕНЬЯ»

ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, Серия Б, 2007, том 49, № 8, с. 1585-1590

УДК 541(64+14):542.954:535.5

СИНТЕЗ ФЛУОРЕСЦЕНТНЫХ СВЕРХРАЗВЕТВЛЕННЫХ ПОЛИАРИЛЭФИРКЕТОНОВ, СОДЕРЖАЩИХ БИФЕНИЛЬНЫЕ ЗВЕНЬЯ

© 2007 г. Mu Jianxin*, **, Zhang Chunling***, Wu Weichun*, Jiang Zhenhua*, В. В. Киреев**, E. А. Карпузова**

*Alan G. MacDiarmid Laboratory, College of Chemistry of Jilin University 2699 Qianjin Street Changchun, P.R.China **Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева 125047 Москва, Миусская пл., 9 ***College of Materials Science and Engineering of Jilin University, 125 Renmin Street

130021 Changchun, P.R.China Поступила в редакцию 02.11.2006 г. Принята в печать 22.03.2007 г.

Поликонденсацией 3,3',5,5'-тетраметил-4,4'-дигидроксидифенила (А2) и 1,3,5-трис-[4-(4-фторбен-зоил)фенокси]бензола (В3) в мольном соотношении (0.720-0.675) : 1 синтезированы сверхразветв-ленные полиарилэфиркетоны с Мп = (8-10) х 103 и концевыми атомами фтора. При замещении последних на остатки м^^-диметиламинофенола образуются полимеры, обладающие зелено-голубой флуоресценцией как в растворе, так и в твердом виде. Обнаружено тушение флуоресценции при повышении концентрации растворов указанных полимеров выше 3 г/л.

Сверхразветвленные полимеры привлекают пристальное внимание исследователей в связи с их уникальными физическими и химическими свойствами и перспективностью потенциального использования в качестве покрытий, модифицирующих добавок, носителей лекарственных и биологически активных веществ, в нано- и супра-молекулярной технологии [1-7]. Особый интерес представляют сверхразветвленные функциона-лизированные полимеры. Так, в работе [8] получены сверхразветвленные полимеры, содержащие карбазольные фрагменты с двумя замещающими акцепторными группами и 3,6-диформил-карбазольными концевыми группами; эти полимеры обладали нелинейными оптическими свойствами и фотопроводимостью. Катализируемой рубением полимеризацией 4-[(триметилси-лил)этинил]ацетофенона синтезирован полимер, обладающий флуоресценцией при 450 ± 10 нм. Поликонденсацией АВ2 мономера 3,5-бис-(пен-

Е-таП: Jiangzhenhua@jlu.edu.cn (Jiang Zhenhua), kireev@muctr.

edu.ru (Киреев Вячеслав Васильевич).

тафторфенил)фенола получен аморфный полимер с низким содержанием связей С-Н, представляющий интерес для волоконно-оптического применения [9, 10].

Все упомянутые выше сверхразветвленные полимеры синтезированы из функционализиро-ванных мономеров и содержат функциональные группы в основных цепях макромолекул.

Сверхразветвленные полиарилэфиркетоны с концевыми функциональными группами ^ и ОН) получены поликонденсацией мономеров типа АВ2, включающих одну гидроксильную группу и два атома фтора или наоборот [11-16]. Однако синтез исходных мономеров типа АВ2 затруднен, поэтому в настоящей работе мы осуществили поликонденсацию 1,3,5-трис-[4-(4-фторбензоил)фенокси]бензола с 4,4'-дигидрокси-3,3',5,5'-тетраметилдифенилом и последующим замещением концевых атомов фтора на флуоресцентные группы:

N(CH3)2

F

СИНТЕЗ ФЛУОРЕСЦЕНТНЫХ СВЕРХРАЗВЕТВЛЕННЫХ ПОЛИАРИЛЭФИРКЕТОНОВ 1587

V, см 1

Рис. 1. ИК-спектры ПАЭК^-1 (1) и ФАЭК-1 (2).

7.0 5н, м.д.

Рис. 2. ПМР-спектры ПАЭК-F-1 (а) и ФАЭК-1 (б). ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ Серия Б том 49 № 8 2007

Некоторые характеристики ПАЭК-F и ФАЭК

Полимер Соотношение функциональных групп F : ОН Mn Mw Mw /Mn Тс, °C Температура 10%-ной потери массы*, °С Степень разветвления

ПАЭК^-1 1 : 0.45 8600 20300 2.35 122 490 0.67

ФАЭК-1 - 8900 21300 2.38 122 460 -

ПАЭК^-2 1 : 0.47 10500 19600 1.85 138 490 0.63

ФАЭК-2 - 11500 20900 1.81 135 450 -

* По данным динамического ТГА при нагревании в атмосфере азота со скоростью 10 К/мин.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

1,3,5-ТрЁС-[4-(4-фторбензоил)фенокси]бен-зол (В3) и 3,3',5,5'-тетраметил-4,4'-дигидроксиди-фенил (А2) синтезировали по методикам [17, 18]. ж-№^-Диметиламинофенол производства "Ald-rich" использовали без дополнительной очистки. Тетраметиленсульфон получен от "Jinzhou Oil Refinery"; перед использованием его перегоняли под вакуумом. Безводные К2С03 и толуол получены от "Beijing Chemicals".

ЕПХ осуществляли на приборе "Waters 410"; ИК-спектры записывали на спектрофотометре "Nicolet Impact 410", спектры ЯМР 1Н - на спектрометре "Bruker 510" (500 МЕц).

Температуру стеклования определяли на приборе "Mettler Toledo" (модель DSC 821) при скорости нагревания 10 К/мин в атмосфере N2; кривые

ТГА получали на приборе "NetzchSta 449с" в тех же условиях. УФ-спектры и спектры в видимой области снимали на приборе "Shimadzu иУ-2501РС" в растворе в ТГФ, спектры флуоресценции - на приборе "Регкт-1тег LS 55" в растворе в ТГФ; длина волны возбуждающего излучения А,возб - 310 ± 10 нм.

Синтез сверхразветвленного полиарилэфиркетона с концевыми атомами фтора (ПАЭК-Г)

7.20 или 6.75 ммолей А2 и 10 ммолей В3 растворяли в 40 мл тетраметиленсульфона в высушенной продувкой азотом трехгорлой колбе и добавляли 1.04 г К2С03 и 20 мл толуола. Реакционную смесь выдерживали 4 ч при 130°С, отгоняли толуол и остаток нагревали 5 ч при 220°С. Образовавшуюся вязкую массу выливали в равнообъемную

50 100 150 200

T, °C

Рис. 3. ДСК-кривые ПАЭК^-1 (1), ПАЭК^-2 (2), ФАЭК-1 (3) и ФАЭК-2 (4).

СИНТЕЗ ФЛУОРЕСЦЕНТНЫХ СВЕРХРАЗВЕТВЛЕННЫХ ПОЛИАРИЛЭФИРКЕТОНОВ

1589

X, нм

Рис. 4. УФ-спектры ФАЭК-1 (1) и ФАЭК-2 (2) в ТГФ. [ФАЭК] = 2.25 х 10-3 г/л.

/фл, отн. ед.

400 450 500 550 600

X, нм

Рис. 5. Спектры флуоресценции растворов ФА-ЭК-2 (1-4) и ФАЭК-1 (5) в ТГФ при Хвозб = 310 нм.

[ФАЭК] = 3.21 х 10-1 (1), 1.26 х 10-2 (2), 8.82 х х 10-3 (3, 5) и 3.5 г/л (4).

смесь воды и метанола. Полимер промывали горячим метанолом, водой и сушили 10 ч при 120°С.

Синтез флуоресцентного сверхразветвленного полиарилэфиркетона (ФАЭК)

3.01 г (22 ммоля) ж-№^-диметиламинофенола, 1.52 г (11 ммолей) К2С03, 35 мл ^метил-2-пирро-лидона и 25 мл толуола кипятили 4 ч, удаляя толуол в ловушку Дина-Старка. В охлажденную до комнатной температуры массу добавляли 3.341 г ПАЭК-Р и нагревали 12 ч при 160°С. Образовавшуюся вязкую массу выливали в деионизованную воду, полимер измельчали в порошок и промывали несколько раз горячим метанолом и водой, затем сушили 10 ч при 100°С.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Строение макромолекул ПАЭК-Р и ФАЭК было подтверждено спектрами ИК- и ЯМР 1Н (рис. 1 и 2). На ИК-спектрах ПАЭК-Р присутствуют полосы поглощения, соответствующие простым эфирным связям (1228 см-1), карбонильным группам (1589 см-1), связям С-Р (1112 см-1) и -СН3 (2925 см-1). ИК-спектры ПАЭК-Р не содержат полос валентных колебаний групп ОН (3240 см-1), что свидетельствует об их полном замещении на концевые группы из остатков В3. На ИК-спек-трах ФАЭК (рис. 1, кривая 2) из основных полос поглощения исчезает максимум при 1112 см-1

(связи С-Р), что показывает на полное замещение атомов фтора.

ПМР-спектры ПАЭК-Р-1 содержат сигналы (8н, м.д.): 6.61 (с., 3Н), 6.89 (с., 3.38Н), 7.12, 7.10 (м., 10Н), 7.16 (м., 4Н), 7.34 (м., 3.49Н), 7.83 (м., 14.3Н), 2.20 (с., 42.8Н). На ПМР-спектрах ФАЭК при сохранении сигналов ароматических протонов в области 6.40-6.44 и 6.55-6.57 м.д. появляются сигналы при 2.95 м.д., соответствующие протонам диметиламиногрупп, при этом исчезает сигнал при 7.16 м.д., отвечающий орто-протонам по отношению к атомам Р, которые замещаются на диметиламинные группы. Как видно из таблицы, молекулярные массы ПАЭК-Р и ФАЭК зависят от соотношения А2 : В3 в предгелевой области. Степень разветвления обоих типов полимеров отличается незначительно (таблица), а температуры стеклования с большим соотношением функциональных групп (ОН : Р = 0.48) оказываются несколько выше (рис. 3).

Полученные ФАЭК обладают зелено-голубой флуоресценцией как в твердом виде, так и в растворе. На УФ-спектрах растворов в ТГФ (рис. 4) присутствуют максимумы поглощения при X = = 265 и 290 нм. Эмиссионные спектры при длине волны возбуждающего излучения 320 ± 10 нм (рис. 5) обнаруживают два пика с максимумом при 470 и 515 нм, причем с повышением соотношения групп ОН : Р интенсивность пиков флуоресценции возрастает. При уменьшении количе-

ства мономера В3 в исходной смеси увеличивается ММ полимера, что приводит к повышению числа концевых хромофорных групп.

Рисунок 5 иллюстрирует также концентрационное тушение флуоресценции на примере ФА-ЭК-2. Сначала с повышением концентрации полимера в растворе в ТГФ от 10-3 до 101 г/л интенсивность флуоресценции растет, но затем она полностью исчезает при [ФАЭК] = 3.5 г/л, когда превалирующими становятся взаимные контакты возбужденных и невозбужденных хромофоров при сближении молекул [19].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Kim YH, Webster O.W. // Macromolecules. 1992.

V. 25. № 21. P. 5561.

2. Teasley MF, Hsiao BS. // Macromolecules. 1996.

V. 29. № 20. P. 6432.

3. Kim Y.H. // J. Polym. Sci., Polym. Chem. 1998. V. 36. №

11. P. 1685.

4. Magnusson H, Malmstrom E, Hult A. // Macromol.

Rapid Commun. 1999. V. 20. № 8. P. 453.

5. Schlüter A. D, Rabe J.P. // Angew. Chem. Int. Ed. 2000.

B. 39. № 5. S. 864.

6. Voit B. // J. Polym. Sci., Polym. Chem. 2000. V. 38.

№ 14. P. 2505.

7. Gao C, Tang W., Yan D.Y. // J. Polym. Sci., Polym. Chem. 2002. V. 40. № 14. P. 2340.

8. Zhang Y., WangL, Wada T, Sasabe H. // J. Polym. Sci., Polym. Chem. 1996. V. 34. № 7. P. 1359.

9. Londergan T.M., You Y., Thompson M.E., Weber W.P. // Macromolecules. 1998. V. 31. № 9. P. 2784.

10. Pitois C, Wiesmann D, Lindgren M, Hult A. // Adv. Mater. 2001. V. 13. № 19. P. 1483.

11. Miller T.M, Neenan T.X., Kwock EW., Stein SM. // J. Am. Chem. Soc. 1993. V. 115. № 1. P. 356.

12. Chu F.K, Hwawker C.J. // Polym. Bull. 1993. V. 30. № 7. P. 265.

13. Hawker C.J, Chu F.K. // Macromolecules. 1996. V. 29. № 12. P. 4370.

14. Shu C.F., Leu C.M. // Macromolecules. 1999. V. 32. № 1. P. 100.

15. Shu C.F, Leu CM,, Huang FY. // Polymer. 1999. V. 40. № 23. P. 6591.

16. Baek JB., Tan LS. // Polymer. 2003. V. 44. № 12. P. 3451.

17. Mu J.X., Wang G.B, Jiang Z.H. // Polym. Prepr. 2003. V. 44. № 2. P. 418.

18. Allan S, Hay // J. Org. Chem. 1969. V. 34. № 4. P. 1160.

19. Gao C, Hou J, Yan D.Y, Wang Z.J. // React. Functional Polymers. 20

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком