一种氟代苯基喹啉氧化膦阻燃发光双功能材料及其制备方法与流程

本发明涉及阻燃材料和有机发光材料技术领域，具体涉及一种氟代苯基喹啉氧化膦阻燃发光双功能材料及其制备方法。

背景技术：
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阻燃剂广泛应用于电子电器、通讯、核电、航空航天、交通、建材、室内装饰、纺织等领域，是科学防治火灾的重要措施之一。随着社会的发展和科技的进步，阻燃剂的应用领域不断拓展，世界各国对各领域材料及制品阻燃性能的要求愈加严格，对阻燃剂的研发与应用技术也提出了新的要求。因此，新型高效、多功能化的阻燃剂的研发是当前阻燃材料研发的重要课题之一，具有极其重要的现实意义。

环丙基氟代苯基喹啉是一种重要的药效基团，是新一代他汀类降血脂药物匹伐他汀的有效功能结构单元。2-环丙基-4-(4-氟代苯基)喹啉-3-甲醛是药物匹伐他汀合成的重要中间体，现有技术中对其研究多限于合成方法、工艺研究，以及作为医药中间体在合成匹伐他汀药物中的应用。最近，我们在中国专利ZL201310219327.3和CN103555319A中，分别公开了一种氟代苯基喹啉咪唑类化合物和含氟环丙喹啉希夫碱类化合物，这两类化合物均具有蓝色发光特性，可用于发光器件、荧光敏感等领域。然而，这类化合物的研究十分有限，种类也较少，未涉及这类化合物作为新型阻燃材料的研究。特别是，将功能性结构单元氟代苯基喹啉和氧化膦基团经简单、有效结合，形成兼具阻燃和发光双重功能的氟代苯基喹啉氧化膦类化合物，在现有技术中尚未见报道。

技术实现要素：
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本发明的目的是提供一种氟代苯基喹啉氧化膦阻燃发光双功能材料。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种式I所示的氟代苯基喹啉氧化膦阻燃发光双功能材料：

本发明的氟代苯基喹啉氧化膦阻燃发光双功能材料的合成路线如下：

本发明的氟代苯基喹啉氧化膦阻燃发光双功能材料的制备方法，包括以下步骤：

将摩尔比为1:0.8～1.2的2-环丙基-4-(4-氟代苯基)喹啉-3-甲醛(化合物Ⅱ)和双(对甲基苯基)氧化膦(化合物Ⅲ)溶于有机溶剂中，搅拌回流反应4～6小时，旋转蒸发除去溶剂，经重结晶、真空干燥，得到目标产物。

所述有机溶剂为甲苯或二氧六环或甲苯-甲醇；所述的重结晶是采用甲醇或甲醇-甲苯，或甲醇-四氢呋喃为溶剂进行重结晶操作。

本发明的氟代苯基喹啉氧化膦阻燃发光双功能材料为白色固体粉末，其熔点为209.66℃(DSC峰值)，该化合物在255℃失重为50％，在800℃时残炭率为4.51％。该化合物具有较好的溶解性、热稳定性和阻燃特性，既可作为反应性型阻燃剂用于环氧树脂、聚酯、聚酰胺等阻燃高分子材料，也可作为添加型阻燃剂用于工程塑料之中。

本发明还保护所述氟代苯基喹啉氧化膦阻燃发光双功能材料的应用，作为反应性型阻燃剂用于环氧树脂、聚酯、聚酰胺阻燃高分子材料或作为添加型阻燃剂用于工程塑料之中；或，作为紫外发光材料用于发光器件、防伪材料、荧光增白、荧光传感领域；或，作为发光型阻燃剂用于消防、交通、电子电器、电缆、塑料及合成纤维领域。

本发明的氟代苯基喹啉氧化膦阻燃发光双功能材料在固态时具有紫外光发光特性，发射波长为360nm，可作为紫外发光材料用于发光器件、防伪材料、荧光增白、荧光敏感等领域。

本发明的氟代苯基喹啉氧化膦阻燃发光双功能材料可作为发光型阻燃剂用于消防、交通、电子电器、电缆、塑料及合成纤维等领域。

本发明具有如下有益效果：

(1)本发明通过将两种功能性结构单元环丙基氟代苯基喹啉和氧化膦基团结合，形成了一种新的具有阻燃发光双功能的氟代苯基喹啉氧化膦类化合物，增加了阻燃剂和紫外发光材料的新品种。

(2)本发明的氟代苯基喹啉氧化膦阻燃发光双功能材料的分子结构中含有氟、磷、氮三种阻燃元素，能以不同阻燃机理充分发挥氟-磷-氮协同阻燃增效作用，从而实现三元协效，氟-磷-氮协同阻燃效能高，克服了单一阻燃元素的不足。

(3)本发明的氟代苯基喹啉氧化膦阻燃发光双功能材料的分子结构中含有多个苯环结构及C-P、C-F键，这些结构特点有利于提高化合物的热稳定性和化学稳定性，能适于多种高分子材料的高温加工。分子中氟原子的引入，较大程度地改变了化合物的物理化学性质，使得其应用性能得到较大幅度提高，既能增强分子的化学稳定性，又能提高分子的相容性。强C-F键的存在，改变了分子的能级结构、聚集态结构或分子堆积形式，从而引起有机光电材料可加工性能的改变，并能有效降低发光材料的浓度猝灭，从而达到提高发光效率的目的。环丙基的存在，能有效增加分子的空间位阻，抑制材料的结晶化，降低结晶度，从而使化合物具有良好的成膜性能、相容性，增加材料的可加工性能；同时，还可减少浓度猝灭，促进发光效率提高。此外，环丙基的引入还可增加这类化合物的溶解度。

(4)本发明的氟代苯基喹啉氧化膦阻燃发光双功能材料分子结构中除含有氟代苯基喹啉和氧化膦两种功能基团之外，还含有羟基，因此，也可作为反应性阻燃剂，将上述阻燃结构单元引入到高分子材料的分子结构中，从而在不影响材料物理机械性能的同时，提高高分子材料的阻燃性能及耐久性。

(5)本发明氟代苯基喹啉氧化膦阻燃发光双功能材料在固态情况下具有良好的紫外光发射特性，其荧光发射峰为360nm。该发光材料在荧光增白、防伪材料、荧光敏感、发光器件等领域具有潜在应用价值。

(6)本发明提供了一种快速获得兼具阻燃和发光双重功能的有机材料的新途径，拓展了氟代苯基喹啉类化合物的研究领域。

(7)本发明的制备方法，工艺简单，操作方便，无需惰性气体保护，易于控制，容易纯化，设备投资少，所用有机溶剂均可回收利用，安全环保，适于工业化生产。同时，由于所选原料均为医药等产业的中间体，因此，又为相关产业的综合开发利用、产业升级提供了一条新的有效途径。

总之，本发明制备方法，工艺简单、安全环保，适于工业化生产，所制备的氟代苯基喹啉氧化膦阻燃发光双功能材料溶解性好、热稳定性和化学稳定性高，可加工性能好，兼具阻燃和发光双重功能，既能实现氟、磷和氮多元素协同作用，表现出较好的阻燃效能，又可呈现出优异的固态紫外光发射特性，应用广泛，可作为反应性型阻燃剂用于环氧树脂、聚酯、聚酰胺阻燃高分子材料或作为添加型阻燃剂用于工程塑料之中；或，作为紫外发光材料用于发光器件、防伪材料、荧光增白、荧光敏感领域；或，作为发光型阻燃剂用于消防、交通、电子电器、电缆、塑料及合成纤维领域。作为反应性型阻燃剂或作为添加型阻燃剂。

附图说明：

图1是本发明的氟代苯基喹啉氧化膦阻燃发光双功能材料的红外光谱图；

图2是本发明的氟代苯基喹啉氧化膦阻燃发光双功能材料的热失重图；

图3是本发明的氟代苯基喹啉氧化膦阻燃发光双功能材料的固态荧光光谱图。

具体实施方式：

以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。

实验仪器与型号：Bruker AVANCE-300核磁共振波谱仪；Nicolet Magna 760红外光谱仪；TA DSC Q20差示扫描量热仪；Netzsch TG 209热重分析仪；HORIBA Jobin Yvon Aqualog吸收和三维荧光扫描光谱仪。

实施例1：氟代苯基喹啉氧化膦阻燃发光双功能材料(化合物I)的制备

将2-环丙基-4-(4-氟代苯基)喹啉-3-甲醛(化合物Ⅱ，0.10mol)和双(对甲基苯基)氧化膦(化合物Ⅲ，0.10mol)溶于100毫升甲苯中，搅拌回流反应4-6小时，旋转蒸发除去溶剂，析出白色固体，粗产品用甲醇重结晶，真空干燥，得到目标产物，产率为73％。DSC测得熔点为209.66℃(峰值)。

¹H NMR(300MHz,DMSO-d6/TMS)δ:0.19(m,1H),0.79(m,1H),0.95(m,1H),1.06(m,1H),2.30(s,3H),2.36(s,3H),2.81(m,1H),5.70-5.76(m,1H),6.72-6.81(m,1H)，6.99-7.07(m,2H)，7.14-7.40(m,10H)，7.59-7.66(m,3H)，7.81(d，J＝8.4Hz,1H)。IR(KBr)ν:3061，2921，2865，1602，1569，1556，1512，1490，1411，1225，1159，1115，1095，1075，1047，1020，900，842，806，764，718，653，549cm-1。其红外光谱图如图1所示。

用Netzsch TG 209热重分析仪测试了化合物的热失重性能，见图2。由图2可见，该化合物在255℃失重为50％，在800℃时残炭率为4.51％，具有较好的热稳定性和阻燃特性。

实施例2：氟代苯基喹啉氧化膦阻燃发光双功能材料(化合物I)的制备

将2-环丙基-4-(4-氟代苯基)喹啉-3-甲醛(化合物Ⅱ，0.10mol)和双(对甲基苯基)氧化膦(化合物Ⅲ，0.12mol)溶于100毫升二氧六环中，搅拌回流反应4-6小时，旋转蒸发除去溶剂，析出白色固体，粗产品用甲醇-甲苯重结晶，真空干燥，得到目标产物，产率为71％。

实施例3：氟代苯基喹啉氧化膦阻燃发光双功能材料(化合物I)的制备

将2-环丙基-4-(4-氟代苯基)喹啉-3-甲醛(化合物Ⅱ，0.10mol)和双(对甲基苯基)氧化膦(化合物Ⅲ，0.08mol)溶于100毫升甲苯-甲醇(体积比为3:1)中，搅拌回流反应4-6小时，旋转蒸发除去溶剂，析出白色固体，粗产品用甲醇-四氢呋喃重结晶，真空干燥，得到目标产物，产率为67％。

实施例4：氟代苯基喹啉氧化膦阻燃发光双功能材料(化合物I)的固态发光性能测试

用HORIBA Jobin Yvon Aqualog吸收和三维荧光扫描光谱仪测定了氟代苯基喹啉氧化膦阻燃发光双功能材料(化合物I)的固态发光光谱，激发波长为275nm，结果见图3。

由图3可知，化合物I的固体粉末，在波长为275nm的紫外光激发下，呈现强的紫外光发射，其发射峰为360nm。结果说明，该化合物在固态时具有强的紫外光发光特性。