1，3，5，7-四苯基金刚烷衍生物的合成和性能

论文摘要

金刚烷是一种具有独特物理和化学性质的笼状烃,其1,3,5,7位4个桥头氢原子更容易发生取代、氧化、烷基化等反应,其潜在的衍生物种类及数量远超过苯衍生物,在合成医药、功能高分子材料、表面活性剂、润滑油、催化剂、照相感光材料、航空航天在等领域具有重要应用,被誉为下一代精细化学品原料。1,3,5,7-四苯基金刚烷是一种重要的合成中间体,在此,本文对1,3,5,7-四苯基金刚烷进行了合成,并对其合成工艺进行了优化；然后合成了其衍生物1,3,5,7-四（苯基-4-磺酸钠）金刚烷,且对其结构做了分析,对其所具有的性能进行了研究,主要的研究内容如下：通过金刚烷的溴代反应合成了1-溴金刚烷,以1-溴金刚烷为原料,三氯化铝为催化剂和叔丁基溴为助催化剂组成的催化剂体系,与苯发生Friedel-Crafts苯基烷基化连串反应,生成1.3.5.7-四苯基金刚烷。通过探讨反应时间、催化剂及其与反应物的摩尔配比和反应物自身的摩尔配比对反应产率的影响,确定反应的条件为1-溴金刚烷、苯、叔丁基溴和三氯化铝的摩尔配比为1：24.3：2：0.16。在沸腾温度下回流1小时,经过清洗纯化可得到1,3,5,7-四苯基金刚烷,产率为75%。采用红外光谱、核磁共振氢谱及元素分析等检测分析手段对产物进行了结构鉴定,并提出其可能的合成机理。利用上述合成的1,3,5,7-四苯基金刚烷为原料,经过磺化、水解和中和反应得到1,3,5,7-四（苯基-4-磺酸钠）金刚烷。并对其合成工艺进行了实验和讨论：最佳合成温度为0℃；需加入过量的氯磺酸；磺化反应时间为1.6小时为最佳；最佳水解反应时间为3天；其产率为26.5%。1,3,5,7-四（苯基-4-磺酸钠）金刚烷（此时简称FR-A）是一种芳香族磺酸盐阻燃剂。经过测试其极限氧指数和垂直燃烧时间等阻燃性能测试,得知约0.08%左右的1,3,5,7-四（苯基-4-磺酸钠）金刚烷的添加量即可使PC（聚碳酸酯）达到UL94V-0；氧指数提高了5个点,阻燃效果明显。接着通过分析PC复合物的TGA-DTG和DSC图,并结合有关的资料分析了其阻燃机理。此外,1,3,5,7-四（苯基-4-磺酸钠）金刚烷（这种情况下简称SF-A）为具有显著表面活性的一种四子阴离子型表面活性剂,表面活性分析结果显示1,3.5,7-四（苯基-4-磺酸钠）金刚烷的CMC为0.3mmol/L.γcmc=48.7mN/m.

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 金刚烷的结构与性质
• 1.1.1 金刚烷的结构及物理性质
• 1.1.2 金刚烷的化学性质
• 1.2 金刚烷的应用领域
• 1.2.1 医药领域
• 1.2.2 军事及航空领域
• 1.2.3 功能高分子材料领域
• 1.2.4 精细化工材料领域
• 1.3 课题研究的来源
• 1.4 课题研究的主要内容
• 1.5 本文特色与创新点
• 第二章 1,3,5,7-四苯基金刚烷的合成
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 试剂与仪器
• 2.1.2 1,3,5,7-四苯基金刚烷的合成路线
• 2.1.3 1,3,5,7-四苯基金刚烷的合成方法
• 2.2 产物的检测及结构分析
• 2.2.1 1,3,5,7-四苯基金刚烷的结构分析
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 1,3,5,7-四苯基金刚烷的合成工艺与讨论
• 2.4 1-溴金刚烷苯基化反应可能的机理
• 2.5 本章小结
• 第三章 1,3,5,7-四（苯基-4-磺酸钠）金刚烷的合成及其性能
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 试剂与仪器
• 3.1.2 1,3,5,7-四（苯基-4-磺酸钠）金刚烷的合成路线
• 3.1.3 1,3,5,7-四（苯基-4-磺酸钠）金刚烷的合成方法
• 3.2 产物的结构与表征
• 3.2.1 1,3,5,7-四（苯基-4-磺酰氯）金刚烷的结构分析
• 3.2.2 1,3,5,7-四（苯基-4-磺酸钠）金刚烷的结构分析
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 合成工艺与讨论
• 3.3.2 1,3,5,7-四（苯基-4-磺酸钠）金刚烷的阻燃性能测试
• 3.3.3 1,3,5,7-四（苯基-4-磺酸钠）金刚烷的表面张力测试
• 3.3.4 反应机理
• 3.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 致谢