Синтез и исследование поливольфрамофенилсилоксанов, содержащих атомы вольфрама в степени окисления +6 (стр. 3 из 5)
Введение атома металла в силоксановую цепь увеличивает термостойкость полимеров с метильными радикалами и несколько снижает устойчивость полимеров с фенильными радикалами по сравнению с ПОС. уменьшение устойчивости фенильных и метильных радикалов связано с индуктивным влиянием металла, под действием которого вызывается относительное уменьшение поляризации связи кремний – радикал, тогда как в случае метильного радикала полярность связи увеличивается [49].
При изучении термостабильности ПМОС линейного и циклолинейного строения было показано, что основная часть летучих продуктов, как и в случае полиорганосилоксанов составляет гексаметилциклотрисилоксан.
Повышение функциональности и координационной способности металла ведет к увеличению термостойкости, а возрастание основности и уменьшение значения энергии связи металл – кислород вызывает понижение термостойкости ПМОС [50].
2. Методика эксперимента
2.1 Синтез полифенилсилоксана (ПФС)
В трехгорлую колбу, снабженную механической мешалкой, обратным холодильником и капельной воронкой, помещали 800 мл воды и 400 мл диэтилового эфира. При охлаждении и энергичном перемешивании вводили в реакционную колбу 250 мл (1 моль) фенилтрихлорсилана в 250 мл диэтилового эфира так, чтобы не происходило сильного разогревания реакционной среды, охлаждали колбу льдом. После чего смесь перемешивали еще в течение 2 часов. В делительной воронке отделяли водный слой от эфирного, последний промывали водой до нейтральной реакции по универсальному индикатору и сушили над свежепрокаленным хлористым кальцием. Растворитель отгоняли при 80˚C/10 мм рт.ст., ПФС сушили до постоянного веса. Получили 127г ПФС, что составляет 98,4% от теоретического выхода.
2.2 Синтез мононатровой соли фенилсилантриола
К раствору 20г (0,16моль) ПФС в 83мл ацетона прибавляли 6,2г (0,16 моль) едкого натра и 8,3мл воды. Смесь нагревали на водяной бане при энергичном перемешивании до начала эндотермической реакции, при этом выпадал белый аморфный осадок. По окончании реакции смесь снова нагревалит до кипения и по каплям прибавляли воду до полного растворения осадка.
Раствор охлаждали, выпавший кристаллический осадок мононатриевой соли отфильтровывали на воронке Бюхнера и промывали ацетоном. Полученная соль содержит до 3,5 молекул кристаллизационной воды. Выход 90%.
2.3 Синтез кристаллосольвата фенилсилантриолята натрия с водой (ФСТН)
К раствору 11,6г (0,019моль) полифенилсилоксана в 260 мл смеси толуол – этанол 1:1 прибавили 10,8г (0,27моль) гидроксида натрия и нагревали с обратным холодильником до полного растворения гидроксида натрия. Частично отогнали растворитель (t= 75°C) до начала выпадения белых кристаллов. Кристаллы отделили на фильтре Шотта и сушили до постоянного веса в вакууме при температуре 40°Cи давлении 12 мм.рт.ст. (выход составляет 98,6%).
Исследование взаимодействия мононатриевой соли с вольфрамовой кислотой в растворе.
2.4 Синтез-1а
К раствору 6г (0,046моль) ПФС в 25мл ацетона прибавляли 1,85г (0,046моль) едкого натра и 2,5мл воды. Смесь нагревали на водяной бане при энергичном перемешивании до начала эндотермической реакции, при этом выпадал белый аморфный осадок.
Затем вводили при энергичном перемешивании 7,59г (0,023моль) вольфрамата натрия растворенного в 20 мл воды и 18 мл 0,1н серной кислоты. Синтез вели в течение 2 часов. Нерастворившийся осадок отделяли центрифугированием, высушивали в вакуумном шкафу. Масса осадка составила 2,66г. Из раствора выделены растворимые соединения, которые сушились до постоянного веса. Масса составила 6,72 г. Полученный полимер представлял собой твердое вещество белого цвета (выход 89%).
2.5 Синтез-1б
Синтез вели аналогично синтезу 1-а, масса нерастворимого в воде соединения составила 2,6г. Из раствора выделены растворимые соединения, масса которых составила 6,8 г. Полученный полимер представлял собой твердое вещество белого цвета (выход 89%).
2.6 Синтез-2
Синтез вели аналогично синтезу 1-а, но в гетерогенной среде при перемешивании с добавлением 50 мл этилацетата и 50 мл 0,1н серной кислоты. Разделяли водный и органический слой экстрагированием. Растворимые в органическом слое соединения сушили до постоянного веса, их масса составила 5,79 г. Полученный полимер представлял собой твердое вещество белого цвета.
Водный слой оставляли на некоторое время, отстояться, выпавший в нем осадок центрифугировали, масса осадка составила 1,9 (выход 73%).
2.7 Синтез-3
К раствору 9г (0,046моль) мононатриевой соли в 25мл ацетона прибавляли 1,85г (0,046моль) едкого натра и 2,5мл воды. Смесь нагревали на водяной бане при энергичном перемешивании до начала эндотермической реакции, затем вводили 7,59 г (0,023моль) вольфрамата натрия, растворенного в 20мл воды и 18 мл 0,1н серной кислоты. Синтез вели в течение 2 часов. Из раствора выделены растворимые соединения, которые сушили до постоянного веса. Полученный полимер массой 5,89 г представлял собой твердое вещество белого цвета.
Водный слой оставляли на некоторое время, отстояться, выпавший осадок центрифугировали, масса осадка составила 0,84 г. (выход 70%).
2.8Синтез – 4
К раствору ФСТН 6г (0,0144моль) в 60мл воды прибавили 7,128г (0,0216моль) вольфрамата натрия при энергичном перемешивании. В соотношении кремния к вольфраму 0,67:1. В раствор постепенно прикапывали 110мл 0,1н серной кислоты (что соответствует содержанию натрия в исходных продуктах). Затем прилили 50 мл хлороформа. Синтез вели в течение 2 часов.
Для выделения целевого соединения раствор экстрагировали хлороформом. Экстракт отделяли от воды путем азеотропной отгонки. Полимер сушили до постоянного веса 20°Cи давлении 12 мм.рт.ст. до постоянного веса. Масса, которого составила 2,03г (44,4%). Не всё количество полимера удалось экстрагировать, поэтому все водорастворимые продукты после экстракции, включая сульфат натрия, были выделены путем удаления воды на роторном вакуумном испарителе. С учетом массы сульфата натрия, количество гетеросилоксана в водорастворимой форме составила 2,27г (49,56%). Суммарный выход составляет 94%.
2.9Синтез – 5
Синтез – 5 был проведен аналогично четвертому, но с другим соотношением кремния к вольфраму 1:1. К раствору ФСТН 5,5г (0,0183моль) в 60мл воды прибавили 6,04 (0,0274моль) вольфрамата натрия. Как и синтезе 4 была получена растворимая в хлороформе фракция, масса которого составила 2,4г (36,33%). Масса водорастворимой формы с вычетом сульфата натрия составляет 3,7г (56,51%). Суммарный выход 93%.
2.10 Синтез – 6
Данный синтез проводили в тех же условиях, что и предыдущих два, но изменением соотношения кремния к вольфраму (2:1). К раствору ФСТН 6г (0,0144моль) в 60мл воды прибавили 2,376 (0,072моль) вольфрамата натрия. Выделенный продукт из растворимой в хлороформе фракции составил по массе 2,11г (59,8%), а из водорастворимой 1,73 г (32,9%). Суммарный выход 93%.
Анализ мононатровой и тринатровой соли фенилтригидроксисилана.
Навескумононатриевой соли массой 0,2г помещали в коническую колбу прибавляли 25 мл 0,1 н раствора соляной кислоты. Раствор нагревали до кипения и титровали раствором щелочи с точно известным титром. В качестве индикатора использовали метилоранж, переход окраски от розовой в желтую. Процентное содержание натрия рассчитывли по формуле:
,а – навеска вещества, г;
ЭNa – эквивалент натрия, г.
Состав анализируемой соли отвечал следующей бруттоформуле [PhSi(OH)2ONa]*3.5H2O
Полученный осадок представляет сумму оксидов вольфрама и кремния. Оксид вольфрама от оксида кремния отделили обработкой остатка смесью 5 мл плавиковой кислоты. Реакционную смесь упарили досуха и прокалили до постоянного веса при T = 1000ºC. Данные элементного анализа приведены в таблице.
Элементный анализ на вольфрам проводился на атомно – эмиссионном спектрометре параллельного действия с индуктивно связанной плазмой ICPE – 9000 фирмы Shimadzu.
Предварительно было сделано ощелачивание. К навеске 0,2г анализируемого вещества прибавили 2,5г иодата калия и 20 мл серной кислоты. Анализируемую смесь упарили досуха. После охлаждения добавляем раствор щелочи (3 г гидроксида натрия на 100 мл воды) и кипятили до полного растворения смеси. Разбавление делали 1:2000. Прибор выдал концентрацию в размерности мкг/л.
Гель – проникающая хромотография проводилась на колонке длиной 970 мм с внутренним диаметром 12 мм, заполненной сополимером полистирола и 2% дивинилдибензола, диаметр зерен 0,08 – 0,1мм. Навеску вещества (0,2г) растворяла в 2 мл толуола и пропускала через колонку. Свободный объем колонки – 30 мл. Фракции раствора собирали по 3 мл на предварительно взвешенные часовые стекла. Растворитель сушила при T= 100 – 110ºC, стекла повторно взвешивала. Процент извлечения полимера определяла по привесу.
Колонка предварительно откалибрована веществами с различными молекулярными массами. Элюентом служил толуол, скорость потока составляла 1 мл/мин.