背景技术
1,2,4,5-环己烷四甲酸二酐作为聚酰亚胺的关键中间体，其脂环结构破坏了传统聚酰亚胺链段的共轭结构，减少了电荷转移络合物的形成，大大提升了聚亚酰胺的耐热性、透光性。由于脂环族的立体化学性质，高纯度单一构象的二酐与较强的电子供体二胺聚合得到的聚酰亚胺薄膜在微电子及光电工程领域独具优势，尤其柔性显示基板材料、非线性 光敏材料等。
目前文献专利报道1,2,4,5-环己烷四甲酸二酐的制备方法主要有以下两条路线：
路线一：使用贵金属铑对均苯四甲酸直接加氢得到1,2,4,5‑环己烷四羧酸，再脱水环合进行生成1,2,4,5‑环己烷四羧酸二酐(CN1428324)。该方法使用铑炭时空收率较低且并未提及所得二酐的立体构象如何和相应的表征方法。虽然该方法路线简便、快捷，但单一构象纯度不高，后续高分子聚合应用时会影响薄膜的延展性、透光率。
路线二：均苯四甲酸二酐经酯化来保护羧基、使用贵金属进行核氢化、后水解脱保护得到1,2,4,5‑环己烷四羧酸并同时脱水环合生成1,2,4,5‑环己烷四羧酸二酐(CN108069978)。该方法将水解脱保护与脱水环合合并后有效地减少了操作工序和三废，但总收率仅68％‑70％ ,且同样未提及如何控制二酐的立体构象。
固体烷基酸酐在保持结构的前提下难溶于大多数有机溶剂，因此对其直接分析的表征方法在国内一直处于空白阶段。目前已有的方法为间接手段：使用甲醇对产品进行酯化衍生得到二酸二酯衍生物进行高效液相色谱分析，利用强酸高水相与乙腈进行梯度洗提，从保留时间上区别残留的1,2,4,5‑环己烷四羧酸，锚定相对浓度，以归一化法所得残留酸百分比计为残留酸含量，最后以100％减去残留酸含量评定脱水率(CN110494437)。
上述表征方法衍生的重现性较差，且最后计算方式存在问题，仅以1,2,4,5‑环己烷四羧酸作为唯一残留酸不够全面，反应中产生的半酐半酸中间态经衍生生成三酸一酯衍生物应一起纳入残留酸范畴，但衍生化试剂选用甲醇，甲基对此类强酸物质持弱保留，三酸一酯衍生物与二酸二酯衍生物在该分析方法下无法得到有效分离。往往分析测试纯度要偏大，给后续聚酰亚胺高分子聚合带来影响。
制备方法
1)1,2,4,5‑环己烷四羧酸的合成
向装有温度计、回流冷凝管、机械搅拌的500mL四口瓶中，加入26.3g市售98％以上纯度1,2,4,5‑均苯四甲酸，30mL去离子水，开启搅拌，向四口瓶内滴加35.7g三乙胺，保持温度不超过50℃。滴加完毕后，向四口瓶内加入190mL去离子水搅拌至澄清透明，得到282g 22wt％1,2,4,5‑均苯四甲酸‑三乙胺水溶液。
负载镍催化剂的制备：称取7.8g碱式碳酸镍于装有温度计、回流冷凝管的100mL四口瓶中，加入20mL去离子水，置于带有磁力搅拌的水浴锅内。开启搅拌，水浴加热至70℃，向烧杯内悬浊液滴加10mL25％氨水溶液，滴加结束后升温至90℃保温搅拌直至体系澄清透 明，90℃进行保温待用。向旋转蒸发设备的茄形瓶中加入12g直径为3‑5mm，比表面积大于230m2/gγ‑Al2O3小球，设置‑0.08MPa减压，95℃热源，开启旋转，使用长管以每小时3‑5mL的速度向茄形瓶内堆积的氧化铝小球中心滴加制备好的含镍水溶液，滴加结束继续加热旋转至瓶内无肉眼可见液滴，出料常温放置12h进行晾干。将晾干的氧化铝小球放入马弗炉中在氮气吹扫下以20℃/h速度升温至200℃，保持2h，再以15℃/h速度升温至450℃，保持2h。自然降温至300℃以下换成高纯氢气吹扫，并以5℃/h速度升温至400℃，保持5h，完成催化剂的焙烧还原过程。自然降温至50℃以下，换成95％高纯氮气与5％压缩空气混合气进行缓慢吹扫控制马弗炉内催化剂中心温度始终小于50℃，保持2h，在混合气吹扫下降至室温，可得到14g负载量为15wt％负载镍催化剂。
称取2.5g上述15wt％负载镍催化剂加入装有插底管500mL高压釜中，向釜内插底管管路通流量为0.2L/h高纯氢气对催化剂进行吹扫，并由釜顶阀门排出。在氢气吹扫下，以20℃/h速度升温至100℃，保持2h，再以10℃/h速度升温至180℃，保持2h，最后以5℃/h速度升温至230℃，保持1h，完成活化。将氢气流路切换为高纯氮气，在氮气吹扫下降至室温。
使用泵将预先制好的282g料液打入高压釜中，通入氢气使釜内压力始终维持6MPa，升温至160℃，反应20h。反应结束后开始降至80℃时，将釜内料液滤除催化剂转移至500mL四口瓶中，趁热加入27g乙酸继续搅拌降至室温。将四口瓶内固液混合物抽滤，可得到 23.9g 1,2,4,5‑环己烷四羧酸，液相色谱含量99％，收率93％，立体结构为单一的船式构象。
2)1,2,4,5‑环己烷四羧酸二酐的合成
使用球磨机将23.9g干燥失重小于0.1％，纯度大于99％且为单一船式构象1,2,4,5‑环己烷四羧酸粉碎成80‑100目过筛率大于95％固体粉末，加入装有温度计、回流冷凝管、机械搅拌500mL四口瓶中。向四口瓶内加入23.5g乙酸酐，70g二甲苯，开启搅拌并升温至120℃，保温10h。反应结束后，所得固液混合物通过调整外层保温棉以4‑7℃/h速度缓慢降温，降至常温后经离心分离、固体干燥可得18g 1,2,4,5‑环己烷四羧酸二酐，液相色谱含量99.6％，收率88％，立体结构为单一船式构象，核磁氢谱为下图[1]。
3)1,2,4,5‑环己烷四羧酸二酐的表征
称取1g于50.00mL容量瓶中，使用移液管准确移取25.00mL丙酮于容量瓶中，超声30min以上，待容量瓶内固体全部溶解后，使用乙酸乙酯定容至刻度，取2mL过0.45um尼龙膜，待测。使用正己烷与乙酸乙酯作为正相系统流动相，预先调整流动相比例为正己烷/乙 酸乙酯＝70/30，等度以1mL/min的流速冲洗包括SB‑CN色谱柱在内的液相系统。待基线平稳后，开始进样，进样量10uL，谱图为附图。称取10mg差示扫描量热仪中进行25℃/min程序升温，可确证1,2,4,5-环己烷四甲酸二酐立体结构为船式构象。
参考文献
[1] 大连奇凯医药科技有限公司. 1,2,4,5-环己烷四羧酸二酐的制备及表征方法:CN202111567855.9[P]. 2022-03-11.