Новые каталитические системы для полимеризации норборнена и его производных на основе катионных циклопентадиенильных комплексов палладия

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В работе представлены результаты исследования каталитических свойств систем на основе комплексов с [Pd(Cp)(L)n]m[BF₄]m (где Cp = η5-C5H5; n = 2, m = 1: L = трис(орто-метоксифенил)фосфин, трифенилфосфин, трис(2-фурил)фосфин (TFP); n = 1, m = 1: L = 1,1'-бис(дифенилфосфино)ферроцен, 1,3-бис(дифенилфосфино)пропан, 1,4-бис(дифенилфосфино)бутан, 1,5-бис(дифенилфосфино)пентан; n = 1, m = 2 или 3: L = 1,6-бис(дифенилфосфино)гексан) в аддитивной гомои сополимеризации норборнена (НБ) и его производных. Установлено, что эти комплексы могут быть активированы кислотами Льюиса (BF₃ ∙ OEt2 или AlCl3). В полимеризации норборнена производительность каталитической системы [Pd(Cp)(PPh3)2][BF₄]/BF₃∙OEt2 может достигать 188800 мольНБ мольPd⁻¹. В присутствии BF₃∙OEt2 и [Pd(Cp)(L)2][BF₄] (L = PPh3 или TFP) изучена гомополимеризация 5-метоксикарбонилнорборнена, а также сополимеризация НБ с 5-метоксикарбонилнорборненом или 5-фенилнорборненом. Предложена гипотеза формирования катализатора по маршруту внутримолекулярной перегруппировки лиганда η5-Cp в η1-Cp форму при взаимодействии с кислотой Льюиса. Строение комплекса [Pd(Cp)(TFP)2]BF₄ (I) определено методом РСА. В кристаллической структуре I координационная сфера палладия характеризуется незначительным искажением плоско-квадратной геометрии центрального атома, циклопентадиельный фрагмент находится в заслоненной конформации. На основе данных РСА оценена стерическая затрудненность лиганда TFP (конический угол составляет 149°).

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. С. Суслов

ФГБОУ ВО Иркутский государственный университет, химический факультет; ФГБОУ ВО Иркутский государственный университет, НИИ нефти углехимического синтеза

Автор, ответственный за переписку.
Email: suslov@chem.isu.ru
Россия, ул. К. Маркса, 1, Иркутск, 664003; Иркутск, 664003

М. В. Пахомова

ФГБОУ ВО Иркутский государственный университет, химический факультет; ФГБОУ ВО Иркутский государственный университет, НИИ нефти углехимического синтеза

Email: suslov@chem.isu.ru
Россия, ул. К. Маркса, 1, Иркутск, 664003; Иркутск, 664003

М. В. Быков

ФГБОУ ВО Иркутский государственный университет, химический факультет; ФГБОУ ВО Иркутский государственный университет, НИИ нефти углехимического синтеза

Email: suslov@chem.isu.ru
Россия, ул. К. Маркса, 1, Иркутск, 664003; Иркутск, 664003

Т. С. Орлов

ФГБОУ ВО Иркутский государственный университет, НИИ нефти углехимического синтеза; ФГБОУ ВО Иркутский национальный исследовательский технический университет, Институт высоких технологий

Email: suslov@chem.isu.ru
Россия, ул. К. Маркса, 1, Иркутск, 664003; ул. Лермонтова, 83, г. Иркутск, 664074

З. Д. Абрамов

ФГБОУ ВО Иркутский государственный университет, химический факультет; ФГБОУ ВО Иркутский государственный университет, НИИ нефти углехимического синтеза

Email: suslov@chem.isu.ru
Россия, ул. К. Маркса, 1, Иркутск, 664003; Иркутск, 664003

А. В. Сучкова

ФГБОУ ВО Иркутский государственный университет, НИИ нефти углехимического синтеза

Email: suslov@chem.isu.ru
Россия, ул. К. Маркса, 1, Иркутск, 664003

П. А. Абрамов

ФГБУН Институт неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН

Email: suslov@chem.isu.ru
Россия, просп. Акад. Лаврентьева, 3, Новосибирск, 630090

Список литературы

  1. Alentiev D.A., Bermeshev M. V. // Polym. Rev. 2022. V. 62. № 2. P. 400.
  2. Финкельштейн Е.Ш., Бермешев М. В., Грингольц М. Л., Старанникова Л. Э., Ямпольский Ю. П. // Успехи химии. 2011. T. 80. № 4. С. 362. (Finkelshtein E. S., Bermeshev M. V., Gringolts M. L., Starannikova L. E., Yampolskii Y. P. // Russ. Chem. Rev. 2011. V. 80. № 4. P. 341.)
  3. Флид В.Р., Грингольц М. Л., Шамсиев Р. С., Финкельштейн Е. Ш. // Успехи химии. 2018. Т. 87. № 12. С. 1169. (Flid V. R., Gringolts M. L., Shamsiev R. S., Finkelshtein E. Sh. // Russ. Chem. Rev. 2018. V. 87. № 12. P. 1169.)
  4. Bermeshev M.V., Chapala P. P. // Prog. Polym. Sci. 2018. V. 84. P. 1.
  5. Суслов Д.С., Быков М. В., Кравченко О. В. // Высокомолекулярные соединения. Серия С. 2019. T. 61. № 1. С. 122. (Suslov D. S., Bykov M. V., Kravchenko O. V. // Polym. Sci. Ser. C. 2019. V. 61. № 1. P. 145.)
  6. Janiak C., Lassahn P. G. // J. Mol. Catal. Chem. Elsevier. 2001. V. 166. № 2. P. 193.
  7. Blank F., Janiak C. // Coord. Chem. Rev. 2009. V. 253. № 7–8. P. 827.
  8. Schrock R.R. // Acc. Chem. Res. 1990. V. 23. № 5. P. 158.
  9. Adzhieva O.A., Gringolts M. L., Denisova Y. I., Shandryuk G. A., Litmanovich E. A., Nikiforov R. Yu., Belov N. A., Kudryavtsev Y. V. // Polymers. 2023. V. 15. № 9. P. 2157.
  10. Gringolts M.L., Denisova Y. I., Finkelshtein E. S., Kudryavtsev Y. V. // Beilstein J. Org. Chem. 2019. V. 15. P. 218.
  11. Jang E.S., John J. M., Schrock R. R. // J. Am. Chem. Soc. 2017. V. 139. № 14. P. 5043.
  12. Vougioukalakis G.C., Grubbs R. H. // Chem. Rev. 2010. V. 110. № 3. P. 1746.
  13. Ogba O.M., Warner N. C., O’Leary D.J., Grubbs R. H. // Chem. Soc. Rev. 2018. V. 47. № 12. P. 4510.
  14. Grubbs R.H. // Angew. Chem. Int. Ed. 2006. V. 45. № 23. P. 3760.
  15. Garber S.B., Kingsbury J. S., Gray B. L., Hoveyda A. H. // J. Am. Chem. Soc. 2000. V. 122. № 34. P. 8168.
  16. Mikus M.S., Torker S., Hoveyda A. H. // Angew. Chem. Int. Ed. 2016. V. 55. № 16. P. 4997.
  17. Finkelshtein E., Gringolts M., Bermeshev M., Chapala P., Rogan Y. Polynorbornenes / Membrane Materials for Gas and Vapor Separation. Eds. Yampolskii Y., Finkelshtein E. Chichester, UK: John Wiley & Sons, Ltd., 2017. P. 143.
  18. Karpov G.O., Bermeshev M. V. // Dokl. Chem. 2020. V. 495. № 2. P. 195.
  19. Kaminsky W. Polyolefins: 50 years after Ziegler and Natta II Polyolefins by Metallocenes and Other Single-Site Catalysts / Advances in Polymer Science. 2013. V. 258.
  20. Bermesheva E.V., Medentseva E. I., Khrychikova A. P., Wozniak A. I., Guseva M. A., Nazarov I. V., Morontsev A. A., Karpov G. O., Topchiy M. A., Asachenko A. F., Danshina A. A., Nelyubina Y. V., Bermeshev M. V. // ACS Catal. 2022. V. 12. № 24. P. 15076.
  21. Hennis A.D., Polley J. D., Long G. S., Sen A., Yandulov D., Lipian J., Benedikt G. M., Rhodes L. F., Huffman J. // Organometallics. 2001. V. 20. № 13. P. 2802.
  22. Yamashita M., Takamiya I., Jin K., Nozaki K. // Organometallics. 2006. V. 25. № 19. P. 4588.
  23. Kim D.-G., Bell A., Register R. A. // ACS Macro Lett. 2015. V. 4. № 3. P. 327.
  24. Walter M.D., White P. S., Brookhart M. S. // Chem. Commun. 2009. № 42. P. 6361.
  25. Walter M.D., Moorhouse R. A., Urbin S. A., White P. S., Brookhart M. S., Carolina N. // J. Am. Chem. Soc. 2009. V. 131. № 25. P. 9055.
  26. Goodall B. L. Late Transition Metal Catalysts for the Copolymerization of Olefins and Polar Monomers / In: Topics in Organometallic Chemistry, 2009. V. 26. P. 159.
  27. Pérez-Ortega I., Albéniz A. C. // Polym. Chem. 2022. V. 13. № 28. P. 4154.
  28. Bermesheva E.V., Wozniak A. I., Bermeshev M. V., Asachenko A. F., Topchiy M. A., Nechaev M. S., Filatova M. P., Khrychikova A. P. // Polym. Sci. Ser. B. 2020. V.62. № 4. P. 319.
  29. Bermesheva E.V., Wozniak A. I., Andreyanov F. A., Karpov G. O., Nechaev M. S., Asachenko A. F., Topchiy M. A., Melnikova E. K., Nelyubina Y. V., Gribanov P. S., Bermeshev M. V. // ACS Catal. 2020. V. 10. № 3. P. 1663.
  30. Blank F., Vieth J. K., Ruiz J., Rodríguez V., Janiak C. // J. Organomet. Chem. 2011. V. 696. № 2. P. 473.
  31. Kaita S., Matsushita K., Tobita M., Maruyama Y., Wakatsuki Y. // Macromol. Rapid Commun. 2006. V. 27. № 20. P. 1752.
  32. Suslov D.S., Bykov M. V., Pakhomova M. V., Orlov T. S., Abramov Z. D., Suchkova A. V., Ushakov I. A., Abramov P. A., Novikov A. S. // Molecules. 2023. V. 28. № 10. P. 4141.
  33. Yoshida I., Kobayashi H., Ueno K. // J. Inorg. Nucl. Chem. 1973. V. 35. № 12. P. 4061.
  34. Suslov D.S., Bykov M. V., Abramov P. A., Pahomova M. V., Ushakov I. A., Voronov V. K., Tkach V. S. // RSC Adv. 2015. V. 5. № 126. P. 104467.
  35. Suslov D.S., Bykov M. V., Belova M. V., Abramov P. A., Tkach V. S. // J. Organomet. Chem. 2014. V. 752. P. 37.
  36. Suslov D.S., Bykov M. V., Pakhomova M. V., Abramov P. A., Ushakov I. A., Tkach V. S. // Catal. Commun. 2017. V. 94. P. 69.
  37. Suslov D.S., Bykov M. V., Pakhomova M. V., Abramov Z. D., Ratovskii G. V., Ushakov I. A., Borodina T. N., Smirnov V. I., Tkach V. S. // J. Mol. Struct. 2020. V. 1217. P. 128425.
  38. Suslov D.S., Bykov M. V., Abramov Z. D., Ushakov I. A., Borodina T. N., Smirnov V. I., Ratovskii G. V., Tkach V. S. // J. Organomet. Chem. 2020. V. 923. P. 121413.
  39. Bergstrom C., Koskinen J., Halme E., Lindstrom M., Perala M. Patent US6294706, 2003.
  40. Chun S.H., Kim W.-K., Yoon S.-C., Kim K.-H., Lee J.-M., Paik K.-L., Ahn S.-D. Patent USA 7442752, 2003.
  41. Suslov D.S., Bykov M. V., Kuzmin A. V., Abramov P. A., Kravchenko O. V., Pakhomova M. V., Rokhin A. V., Ushakov I. A., Tkach V. S. // Catal. Commun. 2018. V. 106. P. 30.
  42. Mathew J.P., Reinmuth A., Melia J., Swords N., Risse W. // Macromolecules. 1996. V. 29. № 8. P. 2755.
  43. Delpech M.C., Coutinho F. M.B., Habibe M. E.S. // Polym. Test. 2002. V. 21. P. 411.
  44. Yao Z., Liu S., Lv F., Cao K. // J. Appl. Polym. Sci. 2008. V. 109. № 6. P. 4010.
  45. Patil A.O., Zushma S., Stibrany R. T., Rucker S. P., Wheeler L. M. // J. Polym. Sci. Part Polym. Chem. 2003. V. 41. № 13. P. 2095.
  46. Sheldrick G.M. // Acta Crystallogr. Sect. А. Found. Adv. 2015. V. A71. № 1. P. 3.https://doi.org/10.1107/S2053273314026370
  47. Sheldrick G.M. // Acta Crystallogr. Sect. C Struct. Chem. 2015. V. C71. № 1. P. 3.https://doi.org/10.1107/S2053229614024218
  48. Hübschle C.B., Sheldrick G. M., Dittrich B. // J. Appl. Crystallogr. 2011. V. 44. № 6. P. 1281.
  49. Coville N.J., Du Plooy K. E. // Inorg. Chim. Acta. 1993. V. 209. № 1. P. 5.
  50. Cross R.J., Hoyle R. W., Kennedy A. R., Manojlović-Muir L., Muir K. W. // J. Organomet. Chem. 1994. V. 468. № 1–2. P. 265.
  51. Manojlović-Muir L., Cross R. J., Hoyle R. W. // Acta Crystallogr. C. 1993. V. 49. № 9. P. 1603.
  52. Bachechi F., Lehmann R., Venanzi L. M. // J. Crystallogr. Spectrosc. Res. 1988. V. 18. № 6. P. 721.
  53. Meijboom R., Muller A. // Acta Crystallogr. Sect. E. Struct. Rep. Online. 2006. V. 62. № 10. P. m2642.
  54. Быков М.В., Абрамов З. Д., Орлов Т. С., Пахомова М. В., Бородина Т. Н., Смирнов В. И., Суслов Д. С. // Журнал структурной химии. 2021. Т. 62. № 8. С. 1305. (Bykov M. V., Abramov Z. D., Orlov T. S., Pakhomova M. V., Borodina T. N., Smirnov V. I., Suslov D. S. // J. Struct. Chem. 2021. V. 62. № 8. P. 1218.)
  55. Janiak C., Lange K. C.H., Versteeg U., Lentz D., Budzelaar P. H.M. // Chem. Ber. 1996. V. 129. № 12. P. 1517.
  56. Ackermann M., Pascariu A., Höcher T., Siehl H. U., Berger S. // J. Am. Chem. Soc. 2006. V. 128. № 26. P. 8434.
  57. Tolman C.A. // Chem. Rev. 1977. V. 77. № 3. P. 313.
  58. Tolman C.A. // J. Am. Chem. Soc. 1970. V. 92. № 10. P. 2953.
  59. Hirsivaara L., Guerricabeitia L., Haukka M., Suomalainen P., Laitinen R. H., Pakkanen T. A., Pursiainen J. // Inorg. Chim. Acta. 2000. V. 307. № 1–2. P. 48.
  60. Andersen N.G., Keay B. A. // Chem. Rev. 2001. V. 101. № 4. P. 997.
  61. Lassahn P., Lozan V., Wu B., Weller A. S., Janiak C. // Dalton Trans. 2003. № 23. P. 4437.
  62. van Leeuwen P. W.N.M., Kamer P. C.J., Reek J. N.H., Dierkes P. // Chem. Rev. 2000. V. 100. № 8. P. 2741.
  63. van Haaren R. J., Goubitz K., Fraanje J., van Strijdonck G. P.F., Oevering H., Coussens B., Reek J. N.H., Kamer P. C.J., van Leeuwen P. W.N.M. // Inorg. Chem. 2001. V. 40. № 14. P. 3363.
  64. Mi X., Ma Z., Cui N., Wang L., Ke Y., Hu Y. // J. Appl. Polym. Sci. 2003. V. 88. № 14. P. 3273.
  65. Kim K.H., Han Y.-K., Lee S. U., Chun S.-H., Ok J. H. // J. Mol. Model. 2003. V. 9. № 5. P. 304.
  66. Müller T.E., Mingos D. M.P. // Transit. Met. Chem. 1995. V. 20. № 6. P. 533.
  67. Batsanov S.S. // Inorg. Mater. 2001. V. 37. № 9. P. 871.
  68. Alvarez S. // Dalton Trans. 2013. V. 42. № 24. P. 8617.
  69. Commarieu B., Claverie J. P. // Chem Sci. RSC. 2015. V. 6. № 4. P. 2172.
  70. Huang R., He X., Chen Y., Nie H., Zhou W. // Polym. Adv. Technol. 2012. V. 23. № 3. P. 483.
  71. Morishita H., Sudo A., Endo T. // J. Polym. Sci. Part Polym. Chem. 2009. V. 47. № 16. P. 3982.
  72. Park J.H., Yun C., Park M. H., Do Y., Yoo S., Lee M. H. // Macromolecules. 2009. V. 42. № 18. P. 6840.
  73. Saito T., Wakatsuki Y. // Polymer. 2012. V. 53. № 2. P. 308.
  74. Takamiya I., Yamashita M., Nozaki K. // Organometallics. 2008. V. 27. № 20. P. 5347.
  75. Xing Y., Chen Y., He X. // J. Polym. Sci. Part Polym. Chem. 2011. V. 49. № 20. P. 4425.
  76. Chen L., Zhong Z., Chen C., He X., Chen Y. // J. Organomet. Chem. 2014. V. 752. P. 100.
  77. Bennett M.J., Cotton F. A., Davison A., Faller J. W., Lippard S. J., Morehouse S. M. // J. Am. Chem. Soc. 1966. V. 88. № 19. P. 4371.
  78. Radius U., Sundermeyer J., Peters K., Von Schnering H.-G. // Eur. J. Inorg. Chem. 2001. V. 2001. № 6. P. 1617.
  79. Werner H., Kraus H.-J. // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1979. V. 18. № 12. P. 948.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Схема 1. Основные пути полимеризации НБ и его производных, а также нумерация атомов углерода в молекуле мономера.

Скачать (74KB)
Метаданные
3. Схема 2. Схема синтеза и нумерация комплексов палладия, а также обозначения, использованные для лигандов.

Скачать (206KB)
Метаданные
4. Рис. 1. (a) – Молекулярная структура комплекса III∙MeCN по данным РСА, тепловые эллипсоиды 50%-ной вероятности, молекула растворителя не показана для наглядности; (б) – общий вид структуры в направлении оси (с).

Скачать (309KB)
Метаданные
5. Рис. 2. Результаты полимеризации НБ (1) и НБЭ (2) в присутствии каталитических систем состава (I–VIII)/25BF₃∙OEt₂. Условия реакции: 1 – для полимеризации НБ: n(Pd) = 3 мкмоль, [НБ]₀ : [Pd]₀ = 5000, T = 25°C, t = 5 мин, [НБ]₀ = 4.8 моль/л, растворитель – толуол; 2 – для полимеризации НБЭ: n(Pd) = 1.8 мкмоль, [НБЭ]₀ : [Pd]₀ = 2000, T = 75°C, t = 24 ч, [НБЭ]₀ = 3.8 моль/л, растворитель – толуол.

Скачать (104KB)
Метаданные
6. Рис. 3. (а) – Зависимость конверсии НБ (1) и активности (2) от времени реакции полимеризации НБ; (б) – ¹H ЯМР спектры реакционной смеси в зависимости от времени реакции (1 – 0.4 мин, 2 – 2.0 мин, 3 – 30.0 мин; * – сигналы от растворителя в спектре; сигналы от НБ пронумерованы согласно схеме 1). Условия реакции: каталитическая система – II/25BF₃ ∙ OEt₂, n(Pd) = 1.25 мкмоль, [НБ]₀ = 4.0 моль/л; [НБ]₀ : [Pd]₀ = 5000, V₀ = 0.8 мл, T = 40°C, растворитель – Vтолуол : V₁,₂-дихлорэтан = 3.75 : 1.

Скачать (170KB)
Метаданные
7. Рис. 4. Зависимость средней активности катализатора в полимеризации НБ: (а) – от молярного соотношения и природы кислоты в реакционной смеси (LA = BF₃∙OEt₂ (1), AlCl₃ (2); H(OEt₂)₂∙BF₄ (3)); (б) – от начальной концентрации II. Условия реакции: (а) – каталитическая система – II/mLA, n(Pd) = 3 мкмоль, [НБ]₀ : [Pd]₀ = 5000, T = 25°C, t = 5 мин, [НБ]₀ = 4.8 моль/л, растворитель – толуол; (б) – каталитическая система – II/50BF₃∙OEt₂, T = 25°C, [НБ]₀ = 4.8 моль/л, остальные условия см. оп. 1–6 в табл. 2.

Скачать (82KB)
Метаданные
8. Схема 3. Предполагаемые структуры интермедиатов в полимеризации экзо-НБЭ (слева) и эндо-НБЭ (справа) согласно [65]. Анион опущен.

Скачать (51KB)
Метаданные
9. Рис. 5. (а) – Зависимость конверсии НБЭ от времени реакции; (б) – ¹H ЯМР-спектры реакционной смеси в зависимости от времени реакции (* – сигналы от растворителя и его сателлитов (J(¹H-13C) = 155 Гц) в спектре, ** – сигналы от BF₃∙OEt₂; сигналы от НБЭ пронумерованы согласно схеме 1). Условия реакции: каталитическая система – II/12BF₃∙OEt₂, n(Pd) = 15 мкмоль, [НБЭ]₀ : [Pd]₀ = 50, V0 = 0.6 мл, T = 40°C, растворитель – 1,2-дихлорэтан.

Скачать (181KB)
Метаданные
10. Рис. 6. ¹H ЯМР-спектры для сополимеров НБ с НБЭ с начальной загрузкой мономеров в соотношении [НБЭ]₀ : [NB]₀: 1 – 10 : 90; 2 – 20 : 80; 3 – 30 : 70; 4 – 40 : 60; 5 – 50 : 50 (* – сигналы от растворителя и примесей в нем). Условия экспериментов см. в табл. 4.

Скачать (101KB)
Метаданные
11. Рис. 7. ИК-спектры (таблетка KBr): (а) – сополимеров НБ с НБЭ с начальной загрузкой мономеров в соотношении [НБЭ]₀ : [НБ]₀: 1 – 100 : 0, 2 – 50 : 50, 3 – 40 : 60, 4 – 30 : 70, 5 – 20 : 80, 6 – 10 : 90; (б) – сополимеров НБ с ФНБ с начальной загрузкой мономеров в соотношении [ФНБ]₀: [НБ]₀ : 1 – 100 : 0, 2 – 50 : 50, 3 – 40 : 60, 4 – 30 : 70, 5 – 20 : 80, 6 – 10 : 90. Условия экспериментов см. в табл. 4.

Скачать (452KB)
Метаданные
12. Схема 4. Два возможных маршрута активации каталитического предшественника на примере II и НБ в качестве субстрата.

Скачать (170KB)
Метаданные
13. Рис. 8. а – ¹H ЯМР-спектры реакционной смеси II + 5BF₃∙OEt₂ в дейтероацетонитриле в зависимости от времени реакции (* – сигналы от растворителя в спектре); б – кинетическая кривая превращения II (расчет по убыли интегральной интенсивности триплета при 5.52 м. д. в ¹H ЯМР-спектрах). Условия реакции: m(II) = 35 мг, V₀ = 0.6 мл, T = 40°C.

Скачать (148KB)
Метаданные