新型三嗪衍生物聚酰胺及其金属配合物的合成、表征和热磁性能评估

《Journal of Molecular Structure》：Synthesis, characterization, and thermal-magnetic evaluation of novel triazine-derived polyamides and their metal complexes

　　

Dilek ?anak?? | O?uz Yunus Karab?y?k

土耳其阿迪亚曼大学技术科学职业学院，阿迪亚曼

摘要

在本研究中，合成了具有热稳定性和磁性的新型含三嗪聚酰胺衍生物。合成过程包括两个步骤：首先使用硫酰氯对己二酸和琥珀酸进行氯化；其次对三嗪进行酰胺化。通过这些步骤，合成了两种不同的含三嗪聚酰胺。所合成的聚酰胺与Ag、Cu和Zn离子形成了复合物，从而增强了它们的热稳定性和磁性。

通过FTIR分析阐明了所合成聚酰胺的结构，重点关注与羰基相对应的特征谱带。使用¹H NMR和¹³C NMR光谱确认了聚酰胺的分子结构。扫描电子显微镜结合能量分散X射线光谱（SEM-EDX）用于获取样品的形态和元素组成信息。此外，还进行了X射线衍射（XRD）分析，以表征固态金属复合物的晶体结构、晶胞参数和取向。利用热重分析（TGA）研究了聚酰胺及其金属复合物的热稳定性。使用物理性质测量系统（PPMS）在零场冷却（ZFC）和场冷却（FC）条件下测量了合成化合物的磁化强度随温度的变化。

引言

聚酰胺是通过二元羧酸与二胺反应合成的结晶聚合物。这些聚合物通常是高分子量化合物，在工业上以“尼龙”这一商品名称广为人知。杜邦公司于1935年推出了尼龙66（聚酰胺66），1952年推出了尼龙6（聚酰胺6）。聚酰胺由重复的酰胺键组成的长链构成，其物理化学性质取决于重复单元的性质。尼龙生产的主要原料是己内酰胺。由于聚酰胺在性能和成本方面的良好平衡，它们成为使用最广泛的聚合物之一。它们特别应用于纺织行业，用于制造各种材料，如女装、滑雪和高尔夫服装、泳装、紧身衣、地毯和纱线[[1], [2], [3], [4]]。除了纺织应用外，它们还用于制造乐器弦线、包装专用纤维、工程塑料和医疗材料[[5], [6], [7], [8]]。此外，聚酰胺的金属复合物表现出显著的化学、电化学、光学、催化和抗菌性能。聚合物主链中存在的多个金属结合官能团使聚酰胺能够作为离子交换材料和纳米复合材料的前体[[9], [10], [11], [12], [13], [14]]。聚合物-金属复合物还有助于开发抗癌、抗菌和抗真菌剂[15]。近年来，特别是用于癌症诊断和治疗的纳米混合系统的合成已成为增长最快的研究领域[16,17]。此外，聚合物-金属复合物还被认作电致变色材料，因为聚合物的颜色取决于配位金属离子的氧化状态[[18], [19]]。这一特性表明，通过将不同的金属离子配位到同一聚合物上，可以实现多种颜色。

在本研究中，使用两种不同的二胺化合物和一种含有三嗪环的二胺化合物合成了两种文献中未报道的新型聚酰胺。由于结构中除了酰胺基团外还存在三嗪结构单元，因此所合成的聚酰胺具有多个非键合电子对。复合物的形成通过路易斯酸-碱机制实现，其中金属原子作为电子对受体，聚酰胺作为电子给体。使用Ag、Cu和Zn离子合成了三种具有不同性质的聚合物-金属复合物。通过各种分析技术对合成的聚酰胺及其复合物进行了表征。结果表明，金属配位显著影响了聚合物的形态，进而影响了它们的热稳定性。所有化合物都表现出不同的热降解过程。

章节摘录

材料与结构表征技术

所有使用的化学品均为分析纯度最高的试剂级。包括己二酸（C₆H₁₀O₄，Merck）、琥珀酸（(CH?)?(CO?H)?，Merck）、硫酰氯（SOCl₂，Merck）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF，Merck）、二甲基亚砜（DMSO，Merck）、三乙胺（N(CH?CH?)?，Merck）、四氢呋喃（THF，Merck）、吡啶（C?H?N，Merck）、1,2-二氯乙烷（Merck）、盐酸（HCl，Merck）、碳酸氢钠（NaHCO₃，Merck）、醋酸银（Ag(CH₃COO）

GPC分析

在讨论聚合物的分子量时，没有提到具体数值，而是考虑了平均分子量。这是因为构成聚合物的分子链长度不同，因此聚合物由不同分子量的链组成。因此，根据介质的温度、浓度和反应时间，聚合物链的长度可能会增加或减少。这种情况会导致聚合物的形成

结论

在第一阶段的研究中，使用6-甲基-1,3,5-三嗪-2,4-二胺、己二酸和琥珀酸合成了两种新的聚酰胺。在第二阶段，这些聚酰胺与Ag、Cu和Zn离子形成了复合物。所有合成的化合物均通过GPC、FTIR、NMR、SEM和EDX XRD分析方法进行了表征。利用热重分析（TGA）研究了聚酰胺及其金属复合物的热稳定性。热重分析参数为

数据可用性

本文所述研究未使用任何数据。

未引用的参考文献

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CRediT作者贡献声明

Dilek ?anak??：撰写 – 审稿与编辑、原始草稿撰写、方法论设计、数据分析、概念化。O?uz Yunus Karab?y?k：撰写 – 审稿与编辑、资金筹集、数据管理。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

致谢

作者感谢Gümü?hane大学科学研究项目组提供的研究资助（项目编号：24.A0118.01.01和24.A0118.01.03）