научная статья по теме ФОТОХРОМНЫЕ ФУЛЬГИМИДСОДЕРЖАЩИЕ СИЛИКОНЫ, ИММОБИЛИЗОВАННЫЕ НА ПОВЕРХНОСТИ ПОЛИАРИЛАТА Физика

Текст научной статьи на тему «ФОТОХРОМНЫЕ ФУЛЬГИМИДСОДЕРЖАЩИЕ СИЛИКОНЫ, ИММОБИЛИЗОВАННЫЕ НА ПОВЕРХНОСТИ ПОЛИАРИЛАТА»

ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, Серия Б, 2011, том 53, № 6, с. 988-994

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПОЛИМЕРЫ

УДК 541(64+14):547.1'128

ФОТОХРОМНЫЕ ФУЛЬГИМИДСОДЕРЖАЩИЕ СИЛИКОНЫ, ИММОБИЛИЗОВАННЫЕ НА ПОВЕРХНОСТИ ПОЛИАРИЛАТА1

© 2011 г. Е. Н. Родловская*, Б. А. Измайлов*, В. А. Васнев*, Л. И. Комарова*, С. И. Луйксаар**, М. М. Краюшкин**, В. А. Барачевский***, О. И. Кобелева***, Т. М. Валова***

* Учреждение Российской академии наук Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН

119991 Москва, ул. Вавилова, 28 ** Учреждение Российской академии наук Институт органической химии им. А.Н. Зелинского РАН

119991 Москва, Ленинский пр., 47 *** Учреждение Российской академии наук Центр фотохимии РАН 119421 Москва, ул. Новаторов, 7а Поступила в редакцию 25.06.2010 г.

Принята в печать 09.12.2010 г.

На основе фульгимидов, олигосилоксанов и олигосилазанов получены фотохромные покрытия, иммобилизованные на поверхности полиарилатной пленки. При облучении покрытий УФ-светом с длиной волны ~380 нм и видимым светом с длиной волны более 500 нм происходят фотоиндуци-рованные обратимые превращения между открытой и окрашенной циклическими формами. Фото-хромные полимерные пленки с наиболее приемлемыми характеристиками получены на основе фульгимидсодержащих олигоаминосилоксана и олиговинилдиметилсилазана. Установлено, что по светочувствительности они превосходят аналогичные пленки на основе 1,2-дигетарилэтенов.

Молекулярная сборка микро-, нано-размер-ных молекулярных и макромолекулярных структур из функциональных элементоорганических соединений (в том числе и кремнийорганиче-ских) на поверхности полимеров позволяет направленно регулировать молекулярное строение и свойства поверхностных слоев.

Ранее нами были синтезированы новые фотохромные полимеры на основе 1,2-дигетероарил-этенов, которые вводили в структуру полисилок-сановых и полисилазановых слоев на подложке из силикатного стекла [1].

Цель настоящего исследования — получение фотохромных полимеров на основе функциональных фульгимидов, олигосилоксанов и олигосилазанов с последующей иммобилизацией полученных структур на полимерной подложке, приводящей к образованию "сэндвичевых" пленок.

В качестве подложки использовали полиизо-терефталат 2,2-ди(4-гидроксифенил)пропана (ПИТД), который сочетает хорошие пленкообразующие свойства с растворимостью, механической прочностью и высокой термостойкостью.

1 Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (коды проектов 11-03-00426 и 11-03-00577).

E-mail: rodlovskaya@mail.ru (Родловская Елена Николаевна). CH3

На схемах представлены исходные трехкомпо-нентные структуры, содержащие ПИТД, олиго-аминосилоксан, олиговинилсилоксан или олиго-винилдиметилсилазан и фульгимиды с карбоксильными, фенольными или аминогруппами:

ПИТД/ЕЮ[(Н2МСН2СН2СН2)(ЕЮ)8Ю]10Е1 (1)/Я-Х,

где Х = СООН (А); Х-ОН (В). ПИТД/МеО[(СН2=СН)(МеО)8Ю]10Ме (Н)/Я-Х, где Х = СООН (А); Х-ОН (В).

H2S H f

г lnj

CH2 CH3

;sí;

питд/н^м'

HN.

H2N —ch2

где Х = COOH (A); X-OH (B); X-NH2 (C);

Sí-n-sí-n-h (III)/R-X, I H I H n

NH CH3

~-=CH2

R

CH3

S

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

В работе использовали 4-аминобензойную кислоту, 4-гидроксианилин, акрилоилхлорид и ^№-карбонилдиимидазол ("Аего8", Бельгия) без дополнительной очистки, 3-аминопропилтри-

этоксисилан (Ткип = 210—217°С, л]0 = 1.4836, р = = 0.94—0.95 г/см3) и винилтриметоксисилан (Ткип = 122°С, п2/ = 0.97, р = 1.3905 г/см3) фирмы "Пентасиликон" (Россия), винилтрихлорсилан (Ткип = 90°С, п2/ = 1.433, р = 1.27 г/см3) и диме-тилдихлорсилан (Ткип = 70°С, ий = 1.4055, р = = 1.071 г/см3) производства "Кремнийполимер" (Россия).

ПИТД синтезировали эмульсионной сополи-конденсацией эквимольной смеси дихлорангид-ридов изо- и терефталевой кислот с 2,2-ди(4-гид-роксифенил)пропаном по методике [2]. Выход 94%, П1ОЙ = 0.98 в смеси фенол : тетрахлорэтан в объемном соотношении 3 : 2, 25°С.

Исходным соединением для синтеза всех фульгимидов служил 3-[(^-1-(2,5-диметил-3-ти-енил)этилиден]-4-изопропилидентетрагидрофу-ран-2,5-дион, полученный по известной методике [3]. Фульгимиды А и В получали по стандартной для синтеза данного класса соединений схеме взаимодействием прекурсорного фульгимида с различными производными анилина и последующей циклизацией промежуточно образующихся амидокислот ^№-карбонилдиимидазолом:

CH3

H3C

H3C H3C

O

O

O

h2n

oh

A

h2n

oh

B

N-Аминофенилфульгимид С синтезировали по разработанной нами методике [4] взаимодействием прекурсорного фульгида с пара-(трет-бу-токсикарбониламино)анилином в среде кипящего бензола с последующей циклизацией N,N'-карбонилдиимидазолом и снятием защитной группы с промежуточно образующегося уретана действием раствора HCl в этаноле.

Строение продуктов A, B, C подтверждено спектроскопией ЯМР ХН, а также данными элементного анализа. В спектрах ЯМР ХН наблюдаются сигналы групп СН3 в виде синглетов интенсивностью 3Н в области 1.86—2.48 м.д., а также уширенные синглеты гидроксигруппы в области 12.98 и 10.09 м.д. для соединений A и B соответственно. Сигналы ароматических протонов фе-

ниленовых групп присутствуют в виде дублетов в области 6.82—8.10 м.д.

(3Z)-3-[1-(2,5-Диметил-3-тиенил)этилиден]-1-(4-карбоксифенил)-4-(1-метилэтилиден)пирролидин-2,5-дион (А)

К раствору 1.0 г (0.0036 моля) 3-^-1-(2,5-ди-метил-3-тиенил)этилиден]-4-изопропилиден-тетрагидрофуран-2,5-диона в 30 мл сухого бензола прибавляли 0.5 г (0.0036 моля) 4-аминобензой-ной кислоты и кипятили реакционную смесь в течение 36 ч. Контроль за ходом реакции вели с помощью ТСХ. Элюентом служила смесь гексан— этилацетат в объемном соотношении 3 : 1. По окончании кипячения упаривали растворитель, отфильтровывали выпавшие кристаллы амида и использовали их далее без дополнительной очистки. Выделенные кристаллы амида растворяли в 30 мл сухого ТГФ и добавляли 1 г ^№-кар-бонилдиимидазола. Реакционную смесь перемешивали в течение 5 ч при комнатной температуре, затем отгоняли на роторном испарителе растворитель. Остаток представлял собой коричневый аморфный осадок, который очищали колоночной хроматографией на силикагеле, элюентом служила смесь петролейный эфир—этилацетат в объемном соотношении 3 : 1. После упаривания растворителя выделяли 0.48 г бежевых кристаллов фульгимида А с Тпл = 249—251°С. Выход 34%. Спектр ЯМР 1Н ^С13, 8, м.д., /, Гц): 2.04 (с, 3Н, СН3); 2.13 (с, 3Н, СН3); 2.35 (с, 3Н, СН3); 2.40 (с, 3Н, СН3); 2.48 (с, 3Н, СН3); 6.58 (с, 1Н, Нтиоф); 7.4 (д, / = 8.0 Гц, 2Н, Наром); 8.1 (д, / = 8.0 Гц, 2Н, Наром); 12.98 (уш. с, 1Н, СООН).

Найдено, %: С 66.75; Н 5.33; N 3.48; 8 8.01. Для С22Н2^О48

вычислено, %: С 66.82; Н 5.35; N 3.54; 8 8.11.

(3Z)-3-[1-(2,5-Диметил-3-тиенил)этилиден]-1-(4-гидроксифенил)-4-(1-метилэтилиден)пирролидин-2,5-дион (В)

К раствору 1.0 г (0.0036 моля) 3-^-1-(2,5-ди-метил-3-тиенил)этилиден]-4-изопропилиден-тетрагидрофуран-2,5-диона в 30 мл сухого бензола прибавляли 0.4 г (0.0036 моля) 4-аминофенола и кипятили реакционную смесь в течение 32 ч, реакцию контролировали с помощью ТСХ. Элюентом служила смесь гексан—этилацетат в объемном соотношении 3 : 1. По окончании кипячения растворитель упаривали, отфильтровывали выпавшие кристаллы амида и использовали их далее без дополнительной очистки. Выделенные кристаллы амида растворяли в 25 мл сухого ТГФ и добавляли 1.0 г ^№-карбонилдиимидазола. Реакционную смесь перемешивали в течение 4 ч при

o

комнатной температуре. Затем отгоняли растворитель на роторном испарителе. Остаток представлял собой светло-коричневый аморфный осадок, который очищали колоночной хроматографией на силикагеле. Элюентом служила смесь петролейный эфир—этилацетат в объемном соотношении 3 : 1. После упаривания растворителя выделяли 0.5 г светло-коричневых кристаллов фульгимида B с Тпл = 212-214°С. Выход 38%. Спектр ЯМР 1H (CDCl3, 8, м.д., J, Гц): 1.86 (с, 3H, СН3); 2.09 (с, 3H, СН3); 2.11 (с, 3H, СН3); 2.38 (с, 3H, СН3); 2.4 (с, 3H, СН3); 6.45 (с, 1Н, Нтиоф); 6.82 (д, J = 9.0 Гц, 2Н, #аром); 7.08 (д, J = 9.0 Гц, 2Н, Наром); 10.09 (уш. с, 1H, OH).

Найдено, %: C 68.52; H 5.67; N 3.73; S 8.61. Для C21H21NO3S

вычислено, %: C 68.64; H 5.76; N 3.81; S 8.73.

Дека(3-аминопропил)додекаэтоксидекасилок-сан (I) и декавинилдодекаметоксидекасилоксан (II) получали гидролитической поликонденсацией соответственно 3-аминопропилтриэтоксиси-лана и винилтриметоксисилана по методике [5].

Выход продукта I 93.5%, nj° = 1.433, р = = 0.9311 г/см3. ИК-спектр, v, см-1: 3200 (N-H); 1040 (Si-O-Si); 2900 (C-H); 1270 (C-O). Спектр ЯМР 1Н (в CDCl3, 8, м.д.): 0.62 (20Н, м, 10 SiCH2); 1.23 (36Н, м, 12СН3); 1.54 (20Н, м, 10 СН2); 2.70 (20Н, м, 10 NCT2); 3.78 (24Н, м, ^OC^).

Выход продукта II 95.6%, n2 = 1.425, р = = 0.966 г/см3. ИК-спектр, v, см-1: 1040 (Si-O-Si); 2900 (C-H); 1270 (C-O); 1640 (Si-CH=CH2). Спектр ЯМР 1Н (в CDCl3, 8, м.д.): 3.6 (36Н, с, 12ОСН3); 4.14 (10Н, м, 10 SiCT=); 5.58 (10Н, м, 10 =СН2); 6.13 (10Н, м, 10 =СН2).

Олиговинилдиметилсилазан (III) синтезировали соаммонолизом 3 молей винилтрихлорсила-на с 1 молем диметилдихлорсилана в толуоле и при барботировании аммиака по методике [6], М = 5 х 103 (криоскопия в бензоле). ИК-спектр, v, см-1: 915, 960-980 (Si-N-Si); 1150, 1210, 3320, 3385 (NH); 1648-1638 (Si-CH=CH2).

Полимерные фотохромные покрытия получали при отверждении фульгимидсодержащих силиконов на отлитой из хлороформа пленке ПИТД толщиной 50 мкм.

Ниже в качестве примера приводится методика синтеза фотохромной пленки III—A из олиго-винилдиметилсилазана III и фульгимида А.

В стакане при комнатной температуре смешивали раствор 0.1327 г (4.4 х 10-4 осново-моль) олигосилазана в 2 мл смеси толуол-диэтиловый эфир (в объемном соотношении 1 : 1) с раствором 0.174 г (4.4 х 10-4 моля) фульгимида А в 0.2 мл

ацетонитрила. Полученный раствор наносили на пленку ПИТД и оставляли на воздухе в течение двух суток при комнатной температуре, затем помещали образец в термошкаф и выдерживали 1 ч при 140°С. Толщина фотохромного полимерного слоя около 50 мкм.

Спектры ЯМР 1Н снимали на радиоспектрометре "Bruker Avance 300" (300 МГц) в CDCl3, ИК-спектры регистрировали с помощью ИК-фу-рь

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