[发明专利]一种聚咔唑聚合物及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种咔唑类聚合物，具体涉及一种聚咔唑聚合物及其制备方法和应用。

背景技术

微孔材料拥有较小的孔径和较高的比表面积，在气体储存、分子隔离和催化方面有着广泛的应用。传统的多孔材料包括无机晶体结构(如沸石)以及无定形的网状结构(如二氧化硅、活性炭)。

近年来，有机多孔材料的合成取得了较快的发展，如金属有机框架材料、共价有机框架材料、共轭微孔聚合物材料的合成成为热点。金属有机框架材料具有柔软质轻、空间结构多样性、比表面积大、储氢能力强等优点。共价有机框架材料是由有机小分子按照一定的空间取向聚合形成的具有稳定晶型的多孔聚合物。与无机多孔材料相比，共价有机框架的优势为结构全部由轻元素组成，对空气、有机溶剂稳定，且孔隙可调。与金属有机框架材料、共价有机框架材料相比，共轭微孔聚合物材料只是由碳碳键、碳氢键、碳氮键等共价键构成，所以化学稳定性更好。尽管共轭微孔聚合物材料结构是无定形的，但是可以通过改变刚性的连接分子来调控聚合物孔径的尺寸和比表面积的大小。

通过选择适当的建筑块和聚合成方法，目前已合成了聚苯乙炔、聚芴、聚噻吩、聚苯并咪唑等作为多孔材料使用。这些聚合物能够较为高效地制备，并且显示出分子设计的灵活性。尽管如此，当今仍需要对有机多孔材料在种类、制备方法和应用范围等方面进行更深入地挖掘和研究，以寻求一种制备更便捷、应用更广泛的聚合物及其微孔材料。

发明内容

因此，本发明的目的在于解决上述现有技术中的问题，提供了一种制备简单高效、吸附性能良好、应用范围广泛的聚咔唑聚合物，及其制备方法和应用。

本发明提供了一种结构单元为I、II或III的聚咔唑聚合物，

其中，X₁为C₆～C₆₀的二价芳基，X₂为C₆～C₆₀的三价芳基，X₃为C₆～C₆₀的四价芳基。

例如，当X₂为时，本发明的聚咔唑聚合物的结构单元为该聚咔唑聚合物的结构可如下式所示：

根据本发明的聚咔唑聚合物，其中，所述X₁可以选自X_1a至X_1f所示的二价芳基基团：

所述X₂可以选自X_2a至X_2d所示的三价芳基基团：

所述X₃可以选自X_3a至X_3i所示的四价芳基基团：

根据本发明的聚咔唑聚合物，其中，所述X₁可以为

根据本发明的聚咔唑聚合物，其中，X₂可以为

根据本发明的聚咔唑聚合物，其中，X₃可以为

本发明还提供了一种制备本发明的聚咔唑聚合物的方法，该方法可以包括以下步骤：

1)采用常规方法制得多咔唑取代芳烃；

2)将所述多咔唑取代芳烃溶于有机溶剂，制备多咔唑取代芳烃的有机溶剂溶液；

3)在惰性气氛中，将所述多咔唑取代芳烃的有机溶剂溶液加入到氧化剂的有机溶剂溶液中形成混合溶液并进行反应，然后经洗涤、过滤、干燥，制得所述聚咔唑聚合物。

本发明对多咔唑取代芳烃的制备方法并无特殊要求，采用现有技术方法制备即可。例如，可以选用亲核取代的方法，其步骤包括：在圆底烧瓶中加入碳酸钾、碘化亚铜、1，10-菲啰啉和N，N-二甲基甲酰胺，再加入1，4-二溴苯。在氮气保护下常温搅拌30min，再加热到110℃反应。反应结束后将体系冷却至常温。加入水，用乙酸乙酯萃取。将有机层用无水硫酸钠干燥，旋蒸得到的固体用丙酮洗涤，过滤，干燥，得到白色固体产物1，4-二(9-咔唑基)苯。详细操作步骤可以参见文献Satoshi Haneda et al.，Copper(I)-2-(2’-pyridyl)benzimidazole catalyzed N-arylation of indoles.Tetrahedron，2009，65，10459-10462。不限于以上方法，本领域技术人员也可以选择其他可行的方法制备多咔唑取代芳烃。