Paralel Basınç Reaktörleri ve Zincir Transferi Polimerizasyon bir Kinetik Analizi Etilen Polimerizasyonlar
Summary
Polimerizasyon katalizörü, zincir transfer polimerizasyonları, polietilen karakterizasyonu, ve reaksiyon kinetiği analizi yüksek verimlilik analizi için bir protokol verilmektedir.
Abstract
Bir nikel α-diimin etilen polimerizasyon katalizörünün, ilk sentez başlayarak paralel bir basınç reaktörü kullanılarak tarama yüksek verimli bir katalizör için bir yöntem ortaya koymaktadır. Katalizör konsantrasyonu, etilen basıncı ve reaksiyon süresi de dahil olmak üzere optimize reaksiyon koşulları için, katalizör kurşun ile ilk polimerizasyonlar. Bu reaksiyonlar için gaz alım verileri kullanarak, bir yordam sunulmuştur yayılım (k p) başlangıç oranını hesaplamak için. Optimum koşullar kullanılarak, nikel α-diimin polimerizasyon katalizörünün yeteneği araştırılmıştır etilen polimerizasyonu sırasında dietilçinko (ZNet 2) zincir transferi geçmesi. Bir prosedür zincir transfer oranları (k e), (molekül ağırlığı ve 13 ° C NMR verilerinden) zincir aktarım tabi zincir transferi derecesi hesaplamak ve hesaplamak için bir katalizör yeteneğini sunulmuştur değerlendirmek.
Introduction
Poliolefinler termoplastik ve elastomer içinde kullanımları ile endüstriyel polimerlerin önemli bir sınıfıdır. Poliolefinlerin üretimi için tek site katalizör tasarımında önemli gelişmeler potansiyel uygulamaların geniş bir yol açan ayar molekül ağırlığı, çoklu dağılımı ve polimer mikro yeteneği, yol açmıştır. 1-3 Daha yakın zamanda, zincir aktarım ve Zincir mekik polimerizasyonlar katalizörü değiştirmeye gerek kalmadan polimerin özelliklerinin tadil edilmesi için alternatif bir yol vermek üzere geliştirilmiştir. 4-6 Bu sistem, tek site geçiş metali katalizörü ve tipik olarak, bir zincir transfer reaktifi (TO), kullanmaktadır Bir ana grup metali alkildir. Bu polimerizasyon sırasında büyüyen polimer zincir geri katalizör aktarılır kadar polimer zincir uykuda kalır CTR katalizör, transfer yapabiliyor. Bu arada, katalizör nakledildi alkil grubunun ano başlatabilirTher polimer zincir. Bir zincir transfer polimerizasyonunda, bir katalizör, bir standard katalitik polimerizasyonu ile karşılaştırıldığında zincirleri daha büyük bir sayı başlatabilir. Polimer zincirleri zincir transfer metal ile sonlandırılır; Bu nedenle daha fazla uç grup fonksiyonlandırmalar mümkündür. Bu sistem, bir moleküler ağırlığa ve poliolefinler molekül ağırlığı dağılımını değiştirmek için kullanılabilir, 7 ana grup metallerin 8 ve blok kopolimerleri gibi multicatalyst sistemleri kapsayan özel polimerler sentezi için Aufbau gibi alkil zinciri büyüme katalize etmektedir. 9, 10
Örnekler, geçiş metali serisinde mevcut olmakla beraber Zincir transfer polimerizasyonlar, erken geçiş metalleri (Hf, Zr) ile alkilçinko veya alkilalüminyum reaktifleri ile en sık gözlenmiştir. 5,7,8,11-16 tipik erken geçiş metali katalizör sistemleri, zincir transferi, hızlı, verimli ve dar molekül ağırlığı dağılımları giden geri dönüşümlüdür. Chain transferi / mekik, orta-geç, grup 2 ve 12 metal alkillerden ile geçiş metalleri (örneğin Cr, Fe, Co ve Ni) transfer oranları erken metallere göre oldukça değişkendir olmasına rağmen. 4,7 gözlenmiştir 17-19 iki ana faktör etkili zincir transferi için görünüşte gereklidir: polimerizasyon katalizörü ve zincir transfer reaktifi metal-karbon bağ ayrışma enerjileri iyi bir maç ve uygun bir sterik ortamı alkil köprülü bimetallik ara maddelerinin iki moleküllü oluşumu / kırılması teşvik etmek Katalizör yeterli sterik toplu, beta-hidrit içermiyorsa. 20 geç geçiş metalleri durumunda, (β-H) ortadan kaldırılması baskın sonlandırma yolu olacak ve genellikle, rekabet zincir transfer olacaktır.
Bu yazıda sma yoluyla dietilçinko ile bis (2,6-dimetilfenil) çinko nikel bimetalik zincir transferi -2,3-butanediimine bazlı katalizör sistemi (ZNet 2) yapılan bir çalışmada raporll ölçekli yüksek verimli reaksiyonları. Zincir transferi jel geçirgenlik kromatografisi analizi ile molekül ağırlığı (Mw) ve elde edilen polietilen Dağılım indeksi değişiklikleri incelenerek belirlenebilir olacaktır. Zincir transferi de zincir transfer maddesi konsantrasyonunun bir fonksiyonu olarak doymuş zincir uçlarına vinil oranının 13C-NMR analizi ile tespit edilir. Yayılma ve zincir aktarım oranlarının derinlemesine bir kinetik analizi de sunulur.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bir metil-ikame edilmiş katyonik [α-diimin] NiBr 2 MAO ile etkinleştirilmiş etilen polimerizasyon katalizör, etilen zincir transfer polimerizasyonlar için yeterlilik için incelenmiştir. Reaksiyonları hızı ve polimerizasyon ve katalizör ömrün ve jel permeasyon kromatografisi (GPC) ile tespit edildi Elde edilen polimerlerin molekül ağırlığı belirlemek için gaz alım ölçümleri ile izlendi. Başlangıçta, nikel katalizörü ZNet 2 yokluğund…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Mali destek Minnesota Üniversitesi'nde (başlangıç fonları) ve ACS Petrol Araştırma Fonu (54225-DNI3) tarafından sağlandı. Kimya Bölümü NMR tesisi için teçhizat alımları Minnesota Üniversitesi'nden fonları ile eşleşen NIH (S10OD011952) bir hibe ile desteklenmiştir. Biz yüksek sıcaklık NMR Minnesota NMR Merkezi'ni kabul etmiş sayılırsınız. NMR enstrümantasyon finansmanı Araştırma Başkan Yardımcısı Ofisi, Tıp Fakültesi, Biyolojik Bilimler, NIH, NSF Koleji ve Minnesota Tıp Vakfı tarafından sağlandı. Biz PEEK yüksek verimli karıştırma kürekler bir hediye John Walzer (ExxonMobil) teşekkür ederim.
Materials
| Endeavor Pressure Reactor | Biotage | EDV-1N-L | |
| Blade Impellers | Biotage | 900543 | |
| Glass Liners | Biotage | 900676 | |
| 2,3-butanedione, 99% | Alfa Aesar | A14217 | |
| 2,6-dimethylaniline, 99% | Sigma Aldrich | D146005 | |
| formic acid, 95% | Sigma Aldrich | F0507 | |
| methanol, 99.8% | Sigma Aldrich | 179337 | ACS Reagent |
| nickel (II) bromide, 99% | Strem | 28-1140 | anhydrous, hygroscopic |
| triethylorthoformate, 98% | Sigma Aldrich | 304050 | dried with K2CO3 and distilled |
| 1,2-dimethoxyethane, 99.5% | Sigma Aldrich | 259527 | dried with Na/Benzophenone and distilled |
| pentane, 99% | Fisher | P399 | HPLC Grade * |
| dichloromethane, 99.5% | Fisher | D37 | ACS Reagent * |
| toluene, 99.8% | Fisher | T290 | HPLC Grade * |
| methylaluminoxane | Albemarle | MAO | pyrophoric, 30% in toluene |
| diethylzinc, 95% | Strem | 93-3030 | pyrophoric |
| 1,2,4-trichlorobenzene, 99% | Sigma Aldrich | 296104 | |
| 1,1,2,2-tetrachloroethane-D2, 99.6% | Cambridge Isotopes | DLM-35 |
References
- Gibson, V. C., Spitzmesser, S. K. Advances in Non-Metallocene Olefin Polymerization Catalysis. Chem. Rev. 103 (1), 283-316 (2002).
- Coates, G. W. Precise Control of Polyolefin Stereochemistry Using Single-Site Metal Catalysts. Chem. Rev. 100 (4), 1223-1252 (2000).
- Resconi, L., Cavallo, L., Fait, A., Piemontesi, F. Selectivity in Propene Polymerization with Metallocene Catalysts. Chem. Rev. 100 (4), 1253-1346 (2000).
- Valente, A., Mortreux, A., Visseaux, M., Zinck, P. Coordinative Chain Transfer Polymerization. Chem. Rev. 113 (5), 3836-3857 (2013).
- Sita, L. R. Ex Uno Plures ("Out of One, Many"): New Paradigms for Expanding the Range of Polyolefins through Reversible Group Transfers. Angew. Chem., Int. Ed. 48 (14), 2464-2472 (2009).
- Kempe, R. How to Polymerize Ethylene in a Highly Controlled Fashion?. Chem. Eur. J. 13 (10), 2764-2773 (2007).
- van Meurs, M., Britovsek, G. J. P., Gibson, V. C., Cohen, S. A. Polyethylene Chain Growth on Zinc Catalyzed by Olefin Polymerization Catalysts: A Comparative Investigation of Highly Active Catalyst Systems across the Transition Series. J. Am. Chem. Soc. 127 (27), 9913-9923 (2005).
- Wei, J., Zhang, W., Sita, L. R. Aufbaureaktion Redux: Scalable Production of Precision Hydrocarbons from AlR3 (R=Et or iBu) by Dialkyl Zinc Mediated Ternary Living Coordinative Chain-Transfer Polymerization. Angew. Chem., Int. Ed. 49 (10), 1768-1772 (2010).
- Arriola, D. J., Carnahan, E. M., Hustad, P. D., Kuhlman, R. L., Wenzel, T. T. Catalytic Production of Olefin Block Copolymers via Chain Shuttling Polymerization. Science. 312 (5774), 714-719 (2006).
- Mazzolini, J., Espinosa, E., D’Agosto, F., Boisson, C. Catalyzed chain growth (CCG) on a main group metal: an efficient tool to functionalize polyethylene. Polymer Chemistry. 1 (6), 793-800 (2010).
- Britovsek, G. J. P., Cohen, S. A., Gibson, V. C., van Meurs, M. Iron Catalyzed Polyethylene Chain Growth on Zinc: A Study of the Factors Delineating Chain Transfer versus Catalyzed Chain Growth in Zinc and Related Metal Alkyl Systems. J. Am. Chem. Soc. 126 (34), 10701-10712 (2004).
- Gibson, V. C. Shuttling Polyolefins to a New Materials Dimension. Science. 312 (5774), 703-704 (2006).
- Chenal, T., Olonde, X., Pelletier, J. -. F., Bujadoux, K., Mortreux, A. Controlled polyethylene chain growth on magnesium catalyzed by lanthanidocene: A living transfer polymerization for the synthesis of higher dialkyl-magnesium. Polymer. 48 (7), 1844-1856 (2007).
- Busico, V., Cipullo, R., Chadwick, J. C., Modder, J. F., Sudmeijer, O. Effects of Regiochemical and Stereochemical Errors on the Course of Isotactic Propene Polyinsertion Promoted by Homogeneous Ziegler-Natta Catalysts. Macromolecules. 27 (26), 7538-7543 (1994).
- Annunziata, L., Duc, M., Carpentier, J. -. F. Chain Growth Polymerization of Isoprene and Stereoselective Isoprene-Styrene Copolymerization Promoted by an ansa-Bis(indenyl)allyl-Yttrium Complex. Macromolecules. 44 (18), 7158-7166 (2011).
- Kretschmer, W. P., et al. Reversible Chain Transfer between Organoyttrium Cations and Aluminum: Synthesis of Aluminum-Terminated Polyethylene with Extremely Narrow Molecular-Weight Distribution. Chem. Eur. J. 12 (35), 8969-8978 (2006).
- Britovsek, G. J. P., Cohen, S. A., Gibson, V. C., Maddox, P. J., van Meurs, M. Iron-Catalyzed Polyethylene Chain Growth on Zinc: Linear α-Olefins with a Poisson Distribution. Angew. Chem., Int. Ed. 41 (3), 489-491 (2002).
- Xiao, A., et al. A Novel Linear-Hyperbranched Multiblock Polyethylene Produced from Ethylene Monomer Alone via Chain Walking and Chain Shuttling Polymerization. Macromolecules. 42 (6), 1834-1837 (2009).
- Simon, L. C., Mauler, R. S., De Souza, R. F. Effect of the alkylaluminum cocatalyst on ethylene polymerization by a nickel-diimine complex. J. Polym. Sci. A Polym Chem. 37 (24), 4656-4663 (1999).
- Hue, R. J., Cibuzar, M. P., Tonks, I. A. Analysis of Polymeryl Chain Transfer Between Group 10 Metals and Main Group Alkyls during Ethylene Polymerization. ACS Catalysis. 4 (11), 4223-4231 (2014).
- Johnson, L. K., Killian, C. M., Brookhart, M. New Pd(II)- and Ni(II)-Based Catalysts for Polymerization of Ethylene and .alpha.-Olefins. J. Am. Chem. Soc. 117 (23), 6414-6415 (1995).
- Ittel, S. D., Johnson, L. K., Brookhart, M. Late-Metal Catalysts for Ethylene Homo- and Copolymerization. Chem. Rev. 100 (4), 1169-1204 (2000).
- Bautista, R., et al. Synthesis and Diels-Alder Cycloadditions of exo-Imidazolidin-2-one Dienes. J. Org. Chem. 76 (19), 7901-7911 (2011).
- Rulke, R. E., et al. NMR study on the coordination behavior of dissymmetric terdentate trinitrogen ligands on methylpalladium(II) compounds. Inorg. Chem. 32 (25), 5769-5778 (1993).
- Ward, L. G. L., Pipal, J. R. Anhydrous Nickel (II) Halides and their Tetrakis (Ethanol) and 1,2-Dimethoxyethane Complexes. Inorg. Syntheses. 13, 154-164 (1972).
- Galland, G. B., de Souza, R. F., Mauler, R. S., Nunes, F. F. 13C NMR Determination of the Composition of Linear Low-Density Polyethylene Obtained with [η3-Methallyl-nickel-diimine]PF6 Complex. Macromolecules. 32 (5), 1620-1625 (1999).
- Cotts, P. M., Guan, Z., McCord, E., McLain, S. Novel Branching Topology in Polyethylenes As Revealed by Light Scattering and 13C NMR. Macromolecules. 33 (19), 6945-6952 (2000).
- Wiedemann, T., et al. Monofunctional hyperbranched ethylene oligomers. J. Am. Chem. Soc. 136 (5), 2078-2085 (2014).
- Mayo, F. R. Chain Transfer in the Polymerization of Styrene: The Reaction of Solvents with Free Radicals1. J. Am. Chem. Soc. 65 (12), 2324-2329 (1943).
