[发明专利]一种五蝶烯共轭聚合物及其制备方法与其在快速检测硝基芳烃类爆炸物中的应用

说明书

技术领域

本发明属于聚合物材料领域，具体涉及一种五蝶烯共轭聚合物及其制备方法与其在快速检测硝基芳烃类爆炸物中的应用。

背景技术

近些年来，随着恐怖主义威胁、化学生物武器在战争中的应用、非金属地雷探测、环境质量监测等需求的增加，世界各国对各类高性能薄膜传感器的研究愈来愈重视。硝基芳烃类化合物是一类重要的爆炸物，然而由于恐怖主义威胁及其在环境中的残留对生物体的毒害，使得对这类爆炸物的检测受到了普遍关注。到目前为止，对硝基芳烃类爆炸物快速、灵敏的检测虽然已经取得了重大进展，然而就对其识别检测仍然存在着巨大的挑战。在过去的10年间，从材料研究的角度，可用于爆炸物检测的聚合物种类包括蝶烯类、芴类、芳胺类、芳炔类及metallole类聚合物等。其中蝶烯是最早的用于荧光传感研究的材料，这是由于爆炸物蒸气在传感薄膜中的通透性及其与传感元素分子的结合能力是决定传感薄膜响应速度、灵敏度和可逆性的主要因素，而蝶烯是由多个苯环组成的具有蝴蝶状三维刚性结构的分子，恰好具有这样的特点。1998年，Swager小组通过偶联反应得到了五蝶烯共轭聚合物材料。该类聚合物的特点是分子链的每个重复单元中都有5个苯环所形成的三维结构，这种刚性的分子通道降低了分析物在膜中的扩散阻力，由此改善了薄膜的传感性能,提高了爆炸物蒸气在其中的通透性。

目前在该领域，具有代表性的共轭聚合物用于对硝基芳烃类爆炸物的检测主要有(a)J.S.Yang and T.M.Swager,J.Am.Chem.Soc.,1998,120,11864-11873；(b)J.S.Yang and T.M.Swager,J.Am.Chem.Soc.,1998,120,5321-5322；(c)H.Sohn,Sailor,M.J.Sailor,D.Magde and W.C.Trogler,J.Am.Chem.Soc.,2003,125,3821-3830；(d)Y.Y.Long,H.B.Chen,Y.Yang,H.M.Wang,Y.F.Yang,N.Li,K.Li,J.Pei and F.Liu,Macromolecules,2009,42,6501-6509；(e)B.Xu,X.Wu,H.Li,H.Tong and L.Wang,Macromolecules,2011,44,5089-5092；(f)L.-L.Zhou,M.Li,H.-Y.Lu and C.-F.Chen,Polym.Chem.,2016,7,310-318.等。

Swager小组得到的五蝶烯共轭聚合物材料，结构新颖，但收率一般，而且对爆炸物的响应较慢，所以高效合成高选择性和灵敏性的共轭聚合物具有重要的意义。到目前为止，基于共轭聚合物对硝基芳烃类爆炸物的检测虽然已经取得了重大进展，然而其灵敏度和选择性还有待提高。因此探索一种用于快速、灵敏地检测硝基芳烃类爆炸物的共轭聚合物具有很高的科研价值和应用价值。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种五蝶烯共轭聚合物及其制备方法。

本发明所提供的五蝶烯共轭聚合物，其结构通式如式I所示：

式I中，R为C1-C20的烷基，具体可为十四烷基。

式I中，n为100到10000之间的自然数，优选n为200到600之间的自然数。

上述式I所示五蝶烯共轭聚合物的数均分子量为200,000至500,000。

上述式I所示五蝶烯共轭聚合物是按照包括下述步骤的方法制备得到的：

将式Ⅱ所示的化合物与式Ⅲ所示的化合物进行Sonogashira偶联反应，得到含式Ⅰ所示共轭聚合物的混合物；

式Ⅲ中，Y选自但不限于Br、I、Cl基团，优选I基团。

R为C1-C20的烷基，具体可为十四烷基。

上述方法中，式Ⅱ所示的化合物与式Ⅲ所示的化合物的摩尔比为1:1-1.5，具体可为1:1。

上述方法中，所述Sonogashira偶联反应的反应温度为70-90℃，具体可为75℃。

根据反应物的不同反应活性，所述Sonogashira偶联反应的反应时间为24-120小时。

所述Sonogashira偶联反应在惰性气体气氛下进行，所述惰性气体为氮气或者氩气。

所述Sonogashira偶联反应中采用三乙胺或者二异丙胺作溶剂，也可加入甲苯作混合溶剂。

优选地，所述Sonogashira偶联反应采用甲苯与二异丙胺的混合溶剂作溶剂，其中，甲苯与二异丙胺的体积比优选为3:2。