chemicallytechFine Chemical TechnologiesТонкие химические технологии2410-65932686-7575MIREA – Russian Technological University (RTU MIREA).10.32362/2410-6593-2021-16-1-88-98chemicallytech-1689Research ArticleANALYTICAL METHODS IN CHEMISTRY AND CHEMICAL TECHNOLOGYАНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ В ХИМИИ И ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИDevelopment of the technique for quality control of 1,3-bis(3,4-dicyanophenoxy)benzene by HPLCРазработка методики количественного анализа целевого и побочных продуктов синтеза 1,3-бис(3,4-дицианофенокси)бензола методом ВЭЖХhttps://orcid.org/0000-0002-6096-8123ЩеколдинаЗ. Н.ShchekoldinaZ. N.

Щеколдина Зинаида Николаевна, аспирант кафедры химической технологии и новых материалов

119991, Москва, ул. Ленинские Горы, д. 1, стр. 11

Zinaida N. Shchekoldina, Postgraduate Student, Department of Chemical Technology and New Materials

1–11, Leninskie Gory, Moscow, 119991

z.shchekoldina@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-0193-1750БоголюбовА. А.BogolyubovA. A.

Боголюбов Алексей Алексеевич, к.х.н., инженер 1 кат. кафедры химической технологии и новых материалов

119991, Москва, ул. Ленинские Горы, д. 1, стр. 11

Alexey A. Bogolyubov, Cand. Sci. (Chem.), Engineer, Department of Chemical Technology and New Materials

1–11, Leninskie Gory, Moscow, 119991

astralpyre@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-4893-3857ЗахаровА. Ю.ZakharovA. Yu.

Захаров Александр Юрьевич, аспирант лаборатории кристаллохимии и рентгеноструктурного анализа

119991, Москва, Ленинский проспект, д. 31

Alexander Yu. Zakharov, Postgraduate Student, Laboratories of Crystal Chemistry and X-Ray Structural Analysis

31, Leninsky prospect, Moscow, 119991

alexan.zakharov@ya.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6208-3962БулгаковБ. А.BulgakovB. A.

Булгаков Борис Анатольевич, к.х.н., старший научный сотрудник кафедры химической технологии и новых материалов

119991, Москва, ул. Ленинские Горы, д. 1, стр. 11

Boris A. Bulgakov, Cand. Sci. (Chem.), Senior Science Master, Department of Chemical Technology and New Materials

1–11, Leninskie Gory, Moscow, 119991

bbulgakov@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-2309-4524БабкинА. В.BabkinA. V.

Бабкин Александр Владимирович, к.х.н., старший научный сотрудник кафедры химической технологии и новых материалов. Scopus Author ID 56258683200

119991, Москва, ул. Ленинские Горы, д. 1, стр. 11

Alexander V. Babkin, Cand. Sci. (Chem.), Senior Science Master, Department of Chemical Technology and New Materials. Scopus Author ID 56258683200

1–11, Leninskie Gory, Moscow, 119991

alexandr.babkin@gmail.comКепманА. В.KepmanA. V.

Кепман Алексей Валерьевич, к.х.н., ведущий научный сотрудник кафедры химической технологии и новых материалов

119991, Москва, ул. Ленинские Горы, д. 1, стр. 11

Alexey V. Kepman, Cand. Sci. (Chem.), Head Scientist Researcher, Department of Chemical Technology and New Materials

1–11, Leninskie Gory, Moscow, 119991

alexkep@inumit.comМосковский государственный университет им. М.В. ЛомоносоваРоссияMoscow State UniversityRussian FederationИнститут общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАНРоссияKurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry, Russian Academy of SciencesRussian Federation2021180320211618898Copyright © Shchekoldina Z.N., Bogolyubov A.A., Zakharov A.Y., Bulgakov B.A., Babkin A.V., Kepman A.V., 20212021Щеколдина З.Н., Боголюбов А.А., Захаров А.Ю., Булгаков Б.А., Бабкин А.В., Кепман А.В.Shchekoldina Z.N., Bogolyubov A.A., Zakharov A.Y., Bulgakov B.A., Babkin A.V., Kepman A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.finechem-mirea.ru/jour/article/view/1689Objectives

Objectives. Determination of target products and byproducts is necessary for the quality control of phthalonitrile monomer synthesis as well as production scaling and performing related kinetic studies. High-performance liquid chromatography (HPLC) is a simple and affordable method for quantitative chemical analysis, which also verifies the quality of raw materials. The objective of this study was to develop an HPLC technique for determining the composition of the reaction mixture in the synthesis of 1,3-bis(3,4-dicyanophenoxy)benzene (DPB).

Methods

Methods. Reversed-phase HPLC was used to quantitatively analyze the reaction mixture.

Results

Results. A simple and rapid method for the quantitative HPLC analysis of phthalonitrile monomers and their mixtures with reagents was developed. Reaction times and the accumulation of byproducts were also studied.

Conclusions

Conclusions. The successful performance of the developed technique allows us to recommend it for practical applications. The results obtained for reactors of different sizes have good convergence, and DPB synthesis was successfully scaled up to intermediate scale equipment.

Цели

Цели. Для аналитического контроля производства фталонитрильных мономеров, изучения масштабирования технологии их получения и проведения кинетических исследований актуальна задача по разработке способа определения концентрации целевого и побочных продуктов в присутствии реагентов. Наиболее простым и доступным методом количественного анализа рассматриваемых соединений является высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ), позволяющая также проводить верификацию сырья и контроль качества готовой продукции. Цель данной работы заключалась в разработке методики количественного анализа компонентов реакционной смеси при синтезе 1,3-бис(3,4-дицианофенокси)бензола (ДБФ) методом ВЭЖХ.

Методы

Методы. Для количественного анализа компонентов реакционной смеси использовали метод ВЭЖХ в обращенно-фазовом режиме.

Результаты

Результаты. Разработана простая и быстрая методика количественного анализа фталонитрильных мономеров и их смесей с реагентами методом ВЭЖХ. По данным исследования конверсии компонентов реакционной смеси сделан вывод о продолжительности реакции и накоплении побочных продуктов.

Выводы

Выводы. Успешная апробация позволяет рекомендовать разработанную методику для применения в аналитической практике. Результаты, полученные при переходе от реакции в колбе к реактору объемом 15 л, характеризуются хорошей сходимостью. Синтез ДФБ успешно масштабируется на оборудование промежуточного масштаба.

13-бис(34-дицианофенокси)бензолвысокоэффективная жидкостная хроматографияколичественный анализмасштабированиефталонитрильные связующие13-bis(34-dicyanophenoxy)benzenehigh-performance liquid chromatographyquantitative analysisscaling upphthalonitrile resinsРабота выполнена в рамках государственного задания Химического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова (номер соглашения АААА-А21-121011590086-0). Исследование выполнено в рамках Программы развития Междисциплинарной научно-образовательной школы Московского университета «Будущее планеты и глобальные изменения окружающей среды».This work was conducted in the framework of the state assignment of the Chemistry Department of Moscow State University (Agreement No. АААА-А21-121011590086-0). This research was performed according to the Development Program of the Interdisciplinary Scientific and Educational School of Moscow State University “The future of the planet and global environmental change.”ReferencesLaskoski M., Neal A., Schear M.B., Keller T.M., RicksLaskovski H.L., Saab A.P. Oligomeric aliphatic-aromatic ether containing phthalonitrile resins. J. Polym. Sci. Part A Polym. Chem. 2015;53(18):2186–2191. https://doi.org/10.1002/pola.27659Laskoski M., Neal A., Schear M.B., Keller T.M., RicksLaskovski H.L., Saab A.P. Oligomeric aliphatic-aromatic ether containing phthalonitrile resins. J. Polym. Sci. Part A Polym. Chem. 2015;53(18):2186–2191. https://doi.org/10.1002/pola.27659Babkin A.V., Zodbinov E.B., Bulgakov B.A., Kepman A. V., Avdeev V.V. Low-melting siloxane-bridged phthalonitriles for heat-resistant matrices. Eur. Polym. J. 2015;66:452–457. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2015.03.015Babkin A.V., Zodbinov E.B., Bulgakov B.A., Kepman A. V., Avdeev V.V. Low-melting siloxane-bridged phthalonitriles for heat-resistant matrices. Eur. Polym. J. 2015;66:452–457. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2015.03.015Derradji M., Jun W., Wenbin L. Phthalonitrile resins and composites : properties and applications. 1st Edition. Elsevier; 2018. 404 p. ISBN: 9780128129661Derradji M., Jun W., Wenbin L. Phthalonitrile resins and composites : properties and applications. 1st Edition. Elsevier; 2018. 404 p. ISBN: 9780128129661Wang G., Guo Y., Han Y., Li Z., Ding J., Jiang H., Zhou H., Zhao T. Enhanced properties of phthalonitrile resins reinforced by novel phthalonitrile-terminated polyaryl ether nitrile containing fluorene group. High Perform. Polym. SAGE Publications Ltd. 2020;32(1):3–11. https://doi.org/10.1177/0954008319847259Wang G., Guo Y., Han Y., Li Z., Ding J., Jiang H., Zhou H., Zhao T. Enhanced properties of phthalonitrile resins reinforced by novel phthalonitrile-terminated polyaryl ether nitrile containing fluorene group. High Perform. Polym. SAGE Publications Ltd. 2020;32(1):3–11. https://doi.org/10.1177/0954008319847259Li Z., Guo Y., Wang G., Xu S., Yan Y., Liu X., Luo Z., Ye L., Zhou H., Zhao T. Preparation and characterization of a selfcatalyzed fluorinated novolac-phthalonitrile resin. Polym. Adv. Technol. 2018;29(12):2936–2942. https://doi.org/10.1002/pat.4413Li Z., Guo Y., Wang G., Xu S., Yan Y., Liu X., Luo Z., Ye L., Zhou H., Zhao T. Preparation and characterization of a selfcatalyzed fluorinated novolac-phthalonitrile resin. Polym. Adv. Technol. 2018;29(12):2936–2942. https://doi.org/10.1002/pat.4413Ren D., Lei Y., Pan H., Yan L., Xu M., Liu X. Design of the phthalonitrile-based composite laminates by improving the interfacial compatibility and their enhanced properties. J. Appl. Polym. Sci. 2018;135(7):45881. https://doi.org/10.1002/app.45881Ren D., Lei Y., Pan H., Yan L., Xu M., Liu X. Design of the phthalonitrile-based composite laminates by improving the interfacial compatibility and their enhanced properties. J. Appl. Polym. Sci. 2018;135(7):45881. https://doi.org/10.1002/app.45881Sastri S.B., Armistead J.P., Keller T.M. Phthalonitrilecarbon fiber composites. Polym. Compos. 1996;17(6):816–822. https://doi.org/10.1002/pc.10674Sastri S.B., Armistead J.P., Keller T.M. Phthalonitrilecarbon fiber composites. Polym. Compos. 1996;17(6):816–822. https://doi.org/10.1002/pc.10674Bulgakov B.A., Babkin A.V., Dzhevakov P.B., Bogolyubov A.A., Sulimov A.V., Kepman A.V. Low-melting phthalonitrile thermosetting monomers with siloxane- and phosphate bridges. Eur. Polym. J. 2016;84:205–217. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2016.09.013Bulgakov B.A., Babkin A.V., Dzhevakov P.B., Bogolyubov A.A., Sulimov A.V., Kepman A.V. Low-melting phthalonitrile thermosetting monomers with siloxane- and phosphate bridges. Eur. Polym. J. 2016;84:205–217. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2016.09.013Yakovlev M.V., Morozov O.S., Afanasieva E.S., Bulgakov B.A., Babkin A.V., Kepman A.V. Tri-functional phthalonitrile monomer as stiffness increasing additive for easy processable high performance resins. React. Funct. Polym. 2020;146:104409. https://doi.org/10.1016/j.reactfunctpolym.2019.104409Yakovlev M.V., Morozov O.S., Afanasieva E.S., Bulgakov B.A., Babkin A.V., Kepman A.V. Tri-functional phthalonitrile monomer as stiffness increasing additive for easy processable high performance resins. React. Funct. Polym. 2020;146:104409. https://doi.org/10.1016/j.reactfunctpolym.2019.104409Terekhov V.E., Aleshkevich V.V., Afanasieva E.S., Nechausov S. Bis(4-cyanophenyl) phenyl phosphate as viscosity reducing comonomer for phthalonitrile resins. React. Funct. Polym. 2019;139:34–41. https://doi.org/10.1016/j.reactfunctpolym.2019.03.010Terekhov V.E., Aleshkevich V.V., Afanasieva E.S., Nechausov S. Bis(4-cyanophenyl) phenyl phosphate as viscosity reducing comonomer for phthalonitrile resins. React. Funct. Polym. 2019;139:34–41. https://doi.org/10.1016/j.reactfunctpolym.2019.03.010Bulgakov B.A., Sulimov A.V., Babkin A.V., Timoshkin I.A., Solopchenko A.V., Kepman A.V. Phthalonitrile-carbon fiber composites produced by vacuum infusion process. J. Compos. Mater. 2017;51(30):4157–4164. https://doi.org/10.1177/0021998317699452Bulgakov B.A., Sulimov A.V., Babkin A.V., Timoshkin I.A., Solopchenko A.V., Kepman A.V. Phthalonitrile-carbon fiber composites produced by vacuum infusion process. J. Compos. Mater. 2017;51(30):4157–4164. https://doi.org/10.1177/0021998317699452Тимошкин И.А., Алешкевич В.В., Афанасьева Е.С., Булгаков Б.А., Бабкин А.В., Кепман А.В. Термостойкие углепластики с матрицами на основе сополимера бис-фталонитрилов и бис-бензонитрила. Высокомол соед. Серия С. 2020;62(2):174–185. https://doi.org/10.31857/S2308114720020156Timoshkin I.A.,Aleshkevich V.V.,Afanas’eva E.S., Bulgakov B.A., Babkin A.V., Kepman A.V. Heat-Resistant Carbon Fiber Reinforced Plastics Based on a Copolymer of Bisphthalonitriles and Bisbenzonitrile. Polym. Sci. Ser. C. 2020;62(2):172–182. http://doi.org/10.1134/S1811238220020150Bulgakov B.A., Sulimov A.V., Babkin A.V., Afanasiev D.V., Solopchenko A.V., Kepman A.V. et al. Flame-retardant carbon fiber reinforced phthalonitrile composite for high-temperature applications obtained by resin transfer molding. Mendeleev Commun. 2017;27(3):257–259. https://doi.org/10.1016/j.mencom.2017.05.013Bulgakov B.A., Sulimov A.V., Babkin A.V., Afanasiev D.V., Solopchenko A.V., Kepman A.V. et al. Flame-retardant carbon fiber reinforced phthalonitrile composite for high-temperature applications obtained by resin transfer molding. Mendeleev Commun. 2017;27(3):257–259. https://doi.org/10.1016/j.mencom.2017.05.013Bulgakov B.A., Belsky K.S., Nechausov S.S., Afanasieva E.S., Babkin A.V., Kepman A.V. Carbon fabric reinforced propargyl ether/phthalonitrile composites produced by vacuum infusion. Mendeleev Commun. 2018;28(1):44–46. https://doi.org/10.1016/j.mencom.2018.01.014Bulgakov B.A., Belsky K.S., Nechausov S.S., Afanasieva E.S., Babkin A.V., Kepman A.V. Carbon fabric reinforced propargyl ether/phthalonitrile composites produced by vacuum infusion. Mendeleev Commun. 2018;28(1):44–46. https://doi.org/10.1016/j.mencom.2018.01.014Keller T.M., Dominguez D.D. High temperature resorcinol-based phthalonitrile polymer. Polymer. 2005;46(13):4614–4618. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2005.03.068Keller T.M., Dominguez D.D. High temperature resorcinol-based phthalonitrile polymer. Polymer. 2005;46(13):4614–4618. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2005.03.068Lyubimtsev A., Vagin S., Syrbu S., Hanack M. Synthesis of Novel Covalently Linked Dimeric Phthalocyanines. European J. Org. Chem. 2007;2007(12):2000–2005. https://doi.org/10.1002/ejoc.200600733Lyubimtsev A., Vagin S., Syrbu S., Hanack M. Synthesis of Novel Covalently Linked Dimeric Phthalocyanines. European J. Org. Chem. 2007;2007(12):2000–2005. https://doi.org/10.1002/ejoc.200600733Ryoichi F., Fumio O. Method for manufacturing 4,4’-oxydiphthalic acid and method for manufacturing 4,4’-oxydiphthalic dianhydride: pat. PCT/JP2012/057040. Japan. 26.09.2013.Ryoichi F., Fumio O. Method for manufacturing 4,4’-oxydiphthalic acid and method for manufacturing 4,4’-oxydiphthalic dianhydride: pat. PCT/JP2012/057040. Japan. 26.09.2013.Chen X., Shan S., Liu J., Quab X., Zhang Q. Synthesis and properties of high temperature phthalonitrile polymers based on o, m, p–dihydroxybenzene isomers. RSC Adv. 2015;5(98):80749–80755. https://doi.org/10.1039/C5RA15321BChen X., Shan S., Liu J., Quab X., Zhang Q. Synthesis and properties of high temperature phthalonitrile polymers based on o, m, p–dihydroxybenzene isomers. RSC Adv. 2015;5(98):80749–80755. https://doi.org/10.1039/C5RA15321B

The authors declare that there are no conflicts of interest present.