BR112020019339A2 - Sistema de catalisador, e, processo de polimerização para produzir polímero à base de etileno - Google Patents
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Abstract
modalidades são dirigidas a sistemas de catalisador compreendendo: um pró-catalisador; e um cocatalisador dissolvido em um solvente de hidrocarboneto aprótico não halogenado, o cocatalisador compreendendo: um diânion de borato não coordenador tendo a fórmula (iii) e dois cátions, cada cátion sendo independentemente escolhido de um cátion de acordo com a fórmula (i) ou fórmula (ii).
Description
1 / 32 SISTEMA DE CATALISADOR, E, PROCESSO DE POLIMERIZAÇÃO
[001] O presente pedido reivindica prioridade do Pedido de Patente Provisório US 62/650.437, depositado em 30 de março de 2018, que é incorporado ao presente documento por referência em sua totalidade.
[002] Modalidades da presente divulgação geralmente se referem a cocatalisadores de bis-borato binucleares altamente solúveis.
[003] Desde a descoberta por Ziegler e Natta de polimerizações de olefinas heterogêneas, a produção global de poliolefinas atingiu aproximadamente 150 milhões de toneladas por ano em 2015, e ela está subindo devido à crescente demanda de mercado. Esse sucesso é baseado em parte em uma série de avanços importantes na tecnologia de cocatalisador. Os cocatalisadores descobertos incluem aluminoxanos, boranos e boratos com trifenilcarbênio ou cátions de amônio. Esses cocatalisadores ativam os pró- catalisadores de polimerização de olefina homogêneos de sítio único e poliolefinas foram produzidas usando esses cocatalisadores na indústria.
[004] Cocatalisadores à base de borato, em particular, contribuíram significativamente para a compreensão fundamental de mecanismos de polimerização de olefinas e intensificaram a capacidade de controle preciso sobre microestruturas de poliolefinas sintonizando deliberadamente estruturas e processos de catalisador. Isso resulta em interesse estimulado em estudos mecanísticos e leva ao desenvolvimento de novos sistemas de catalisadores de polimerização de olefinas homogêneos que têm controle preciso sobre microestruturas e desempenho de poliolefinas.
[005] Apesar das propriedades únicas dos sistemas de catalisador
2 / 32 molecular que combinam cocatalisadores de borato e pró-catalisadores Ziegler-Natta, sistemas de catalisadores moleculares não são facilmente solubilizados em solventes apolares, tal como tolueno ou metilciclo-hexano. Uma vez que etileno e outras olefinas são frequentemente polimerizadas comercialmente em solventes apolares, uma grande quantidade de solvente ou de um solvente halogenado, tal como difluorobenzeno, diclorobenzeno, diclorometano e clorofórmio, é usada para dissolver os componentes do sistema de catalisador. No entanto, quantidades de traços de solventes halogenados podem interagir adversamente com os cocatalisadores e uma pequena quantidade de solvente halogenado pode diminuir grandemente a atividade do sistema de catalisador, o que pode afetar o rendimento de polímero e outras propriedades de polímero. Adicionalmente, se o pró- catalisador ou cocatalisador for insolúvel ou ligeiramente solúvel no solvente, a atividade do sistema de catalisador também pode ser grandemente diminuída. Como resultado, há uma crescente necessidade de solubilizar um sistema de catalisador em uma quantidade pequena de solvente, preferivelmente em um solvente apolar, embora mantendo eficiência caalítica, reatividade e capacidade para produzir polímeros com boas propriedades físicas.
[006] De acordo com algumas modalidades, um sistema de catalisador pode incluir um pró-catalisador; e um cocatalisador tendo um diânion de borato não coordenado tendo a fórmula: e dois cátions de acordo com a fórmula (I) ou fórmula (II):
3 / 32 (I) (II)
[007] Na fórmula (I), cada R1, R2, R3, R4 e R5 é independentemente escolhido de –H, −F, −Cl, (C4−C40)alquil substituído, (C4−C40)alquil insusbstituído, (C4−C40)cicloalquil substituído ou (C4−C40)cicloalquil insubstituído. O (C4−C40)cicloalquil substituído e o (C4−C40)alquil substituído são substituídos por um ou mais de um RS, onde cada RS é escolhido de (C1−C20)alquil ou halogêneo. Mais ainda, pelo menos um de R1, R2, R3, R4 ou R5 é escolhido de (C4−C40) alquil; e na fórmula (II), cada R6 e R7 é escolhido de (C4−C30)alquil, e R8 é escolhido de (C1−C20)alquil ou (C6−C18)aril. O cocatalisador pode ser dissolvido em um solvente de hidrocarboneto não halogenado.
[008] FIG. 1 é uma ilustração da estrutura de cristal do Cocatalisador Inventivo 2, conforme divulgado. Elipsoides térmicos são extraídos no nível de probabilidade de 30%. Átomos de H são omitidos para clareza.
[009] FIG. 2 é uma espectroscopia de ressonância magnética nuclear (NMR) de flúor (19F) de temperatura variável (VT) empilhada do Cocatalisador Inventivo 2 em C6D5Cl em quatro temperaturas diferentes: 10°C, 60°C, 80°C e 120°C. Apenas a região −C6F4− do espectro VT-19F NMR do Cocatalisador Inventivo 2 é mostrado.
[0010] Modalidades específicas de sistemas de catalisador serão agora
4 / 32 descritas. Deve ser entendido que os sistemas catalisadores desta divulgação podem ser incorporados em diferentes formas e não devem ser interpretados como limitados às modalidades específicas apresentadas nesta divulgação. Em vez disso, modalidades são fornecidas de modo que esta divulgação seja minuciosa e completa e transmita completamente o escopo da matéria para as pessoas versadas na técnica.
[0011] Abreviações comuns são listadas abaixo:
[0012] Me: metil; Et: etil; Ph: fenil; Bn: benzil; i-Pr: iso-propil; t- Bu: terc-butil; t-Oct: terc-octil (2,4,4-trimetilpentan-2-il); Tf: trifluorometano sulfonato; THF: tetra-hidrofurano; Et2O: éter dietílico; CH2Cl2: diclorometano; CV: volume de coluna (usado em cromatografia de coluna); EtOAc: acetato de etila; C6D6: benzeno deuterado ou benzeno-d6: CDCl3: clorofórmio deuterado; Na2SO4: sulfato de sódio; MgSO4: sulfato de magnésio; HCl: cloreto de hidrogênio; n-BuLi: butillítio; t-BuLi: terc- butillítio; N2: gás nitrogênio; PhMe: tolueno; T: tolueno; MAO: metilaluminoxano; MMAO: metilaluminoxano modificado; GC: cromatografia de gás; LC: cromatografia líquida; NMR: ressonância magnética nuclear; MS: espectrometria de massa; mmol: milimols; mL: mililitros; M: molar; min ou mins: minutos; h ou hrs: horas; d: dia ou dias.
[0013] O termo “independentemente selecionado” é usado no presente documento para indicar que os grupos R, tal como, R1, R2, R3, R4 e R5, podem ser idênticos ou diferentes (por exemplo, R1, R2, R3, R4 e R5 podem ser todos alquilas substituídas ou R1 e R2 podem ser uma alquila substituída e R3 pode ser uma arila etc.). Um nome químico associado a um grupo R deve transmitir a estrutura química que é reconhecida na técnica como correspondente àquela do nome químico. Desse modo, os nomes químicos devem complementar e ilustrar, não excluir, as definições estruturais conhecidas pelas pessoas versadas na técnica.
[0014] O termo “pró-catalisador” se refere a um composto de metal
5 / 32 de transição que tem atividade catalítica de polimerização de olefina quando combinado com um ativador. O termo “ativador” se refere a um composto que reage quimicamente com um pró-catalisador de maneira que converta o pró-catalisador em um catalisador cataliticamente ativo. Conforme usado no presente documento, os termos “cocatalisador” e “ativador” são termos intercambiáveis.
[0015] Quando usado para descrever certos grupos químicos contendo átomo de carbono, uma expressão entre parênteses tendo a forma “(Cx−Cy)” significa que a forma não substituída do grupo químico tem de x átomos de carbono a y átomos de carbono, inclusive de x e y. Por exemplo, uma (C1−C50)alquila é um grupo alquila tendo de 1 a 50 átomos de carbono em sua forma não substituída. Em algumas modalidades e estruturas gerais, determinados grupos químicos podem ser substituídos por um ou mais substituintes, tal como RS. Um grupo químico substituído por RS definido usando o “(Cx−Cy)” entre parênteses pode conter mais de y átomos de carbono dependendo da identidade de quaisquer grupos RS. Por exemplo, uma “(C1−C50)alquila substituída por exatamente um grupo RS, em que RS é fenil (−C6H5)”, pode conter de 7 a 56 átomos de carbono. Assim, em geral, quando um grupo químico definido usando o “(Cx−Cy)” entre parênteses for substituído por substituintes contendo um ou mais átomos de carbono RS, o número total mínimo e máximo de átomos de carbono do grupo químico é determinado adicionando a ambos x e y a soma combinada do número de átomos de carbono de todos os substituintes RS contendo átomo de carbono.
[0016] O termo “substituição” significa que pelo menos um átomo de hidrogênio (–H) ligado a um átomo de carbono ou heteroátomo de um composto ou grupo funcional não substituído correspondente é substituído por um substituinte (por exemplo, RS). O termo “–H” significa um hidrogênio ou radical de hidrogênio que é ligado de modo covalente a outro átomo. “Hidrogênio” e “–H” são intercambiáveis e, a menos que especificado
6 / 32 claramente, têm significados idênticos.
[0017] O termo “(C1-C50)alquil” significa um radical de hidrocarboneto linear ou ramificado saturado de 1 a 50 átomos de carbono; e o termo “(C1-C30)alquil” significa um radical de hidrocarboneto linear ou ramificado saturado de 1 a 30 átomos de carbono. Cada um (C1-C50)alquil e (C1-C30)alquil pode ser não substituído ou substituído por um ou mais RS. Em alguns exemplos, cada átomo de hidrogênio em um radical de hidrocarboneto pode ser substituído por RS, tal como, por exemplo, trifluorometil. Exemplos de (C1-C50)alquil não substituídos são (C1-C20)alquil não substituída; (C1- C10)alquil não substituída; (C1-C5)alquil não substituída; metil; etil; 1-propil; 2-propil; 1-butil; 2-butil; 2-metilpropil; 1,1-dimetiletil; 1-pentil; 1-hexil; 1- heptil; 1-nonil e 1-decil. Exemplos de (C1-C40)alquil são (C1-C20)alquil substituída, (C1-C10)alquil substituída, trifluorometil e [C45]alquil. O termo “[C45]alquil” significa que há um máximo de 45 átomos de carbono no radical, incluindo substituintes, e é, por exemplo, uma (C27C40)alquil substituída por um RS, que é uma (C1C5)alquil, respectivamente. Mais amplamente, o termo “[Cz] alquil” significa que há um máximo de z átomos de carbono, em que z é um inteiro positivo, no radical, incluindo substituintes. Cada (C1C5)alquil pode ser metil, trifluorometil, etil, 1-propil, 1-metiletil ou 1,1-dimetiletil.
[0018] O termo alquenil (C3−C50) significa um radical de hidrocarboneto monovalente cíclico ou acíclico ramificado ou não ramificado contendo 3 a 50 átomos de carbono, pelo menos uma ligação dupla e é não substituído ou substituído por um ou mais RS. Exemplos de (C3−C50)alquenil não substituídos: n-propenil, isopropenil, n-butenil, isobutenil, octenil, decenil, ciclopentenil, ciclopentadienil, ciclo-hexenil e ciclo-hexadienil. Exemplos de (C3−C50)alquenil substituídos: (2-trifluorometil)pent-1-enil, (3- metil)hex-1-enil, (3-metil)hexa-1,4-dienil e (Z)-1-(6-metilhept-3-en-1- il)ciclohex-1-enoil.
7 / 32
[0019] O termo “(C3-C50)cicloalquil” significa um radical de hidrocarboneto monovalente cíclico saturado de 3 a 50 átomos de carbono que é não substituído ou substituído por um ou mais RS. Outros grupos cicloalquila (por exemplo, (Cx-Cy)cicloalquila) são definidos de uma maneira análoga como tendo de x a y átomos de carbono e sendo ou não substituídos ou substituídos por um ou mais RS. Exemplos de (C3-C40)cicloalquil não substituídos são (C3-C20)cicloalquil não substituída, (C3-C10)cicloalquil não substituída, ciclopropil, ciclobutil, ciclopentil, ciclo-hexil, ciclo-heptil, ciclo- octil, ciclononil e ciclodecil. Exemplos de (C3-C40)cicloalquil substituídos são (C3-C20)cicloalquil substituída, (C3-C10)cicloalquil substituída, e 1- fluorociclo-hexil.
[0020] O termo “átomo de halogêneo” ou “halogêneo” significa o radical de um átomo de flúor (F), átomo de cloro (Cl), átomo de bromo (Br) ou átomo de iodo (I). O termo “haleto” significa a forma aniônica do átomo de halogêneo, por exemplo, fluoreto (F−), cloreto (Cl−), brometo (Br−) ou iodeto (I−).
[0021] O termo “saturado(a)” significa carecendo de ligações duplas carbono-carbono, ligações triplas carbono-carbono e (em grupos contendo heteroátomo) ligações duplas carbono–nitrogênio, carbono–fósforo e carbono-silício. Quando um grupo químico saturado é substituído por um ou mais substituintes RS, uma ou mais ligações duplas ou triplas podem estar opcionalmente presentes em substituintes RS. O termo “insaturado” significa contendo uma ou mais ligações duplas carbono-carbono ou ligações triplas carbono-carbono ou (em grupos contendo heteroátomo) uma ou mais ligações duplas carbono–nitrogênio, ligações duplas carbono-fósforo ou ligações duplas carbono-silício, não incluindo ligações duplas que podem estar presentes em substituintes RS, se algum, ou em anéis aromáticos ou anéis heteroaromáticos, se algum.
[0022] Modalidades desta divulgação incluem sistemas de catalisador
8 / 32 que incluem um catalisador; e um cocatalisador compreendendo: um composto de borato dianiônico não coordenado tendo a fórmula: e dois cátions de acordo com a fórmula (I) ou fórmula (II): (I) (II)
[0023] Na fórmula (I), cada R1, R2, R3, R4 e R5 é independentemente escolhido de –H, −F, −Cl, (C4−C40)alquil substituído ou não substituído, (C4−C40)alquenil substituído ou não substituído, ou (C4−C40)cicloalquil substituído ou não substituído. O (C4−C40)alquil substituído e (C4−C40)cicloalquil substituído são substituídos por um ou mais RS, onde cada RS é escolhido de (C1−C20)alquil, −F e −Cl. Além disso, pelo menos um de R1, R2, R3, R4, ou R5 é escolhido de (C4−C40)alquil.
[0024] Na fórmula (II), cada R6 e R7 é escolhido de (C4-C30)alquil, e R8 é escolhido de (C1-C20)alquil ou (C6-C18)aril. O cocatalisador pode ser dissolvido em um solvente de hidrocarboneto aprótico não halogenado. Em algumas modalidades, o cocatalisador pode ser dissolvido em um solvente de alcano.
[0025] Em algumas modalidades da fórmula (I), cada R1, R2, R3, R4 e R5 é independentemente escolhido de –H, (C4−C40)alquil, ou (C4−C40)cicloalquil. Além disso, cada R1 é independentemente (C4−C40)alquil
9 / 32 ou (C4−C40)cicloalquil, cada R2 é independentemente (C4−C40)alquil ou (C4−C40)cicloalquil, cada R3 é independentemente (C4−C40)alquil ou (C4−C40)cicloalquil, cada R4 é independentemente (C4−C40)aquil ou (C4−C40)cicloalquil, ou cada R5 é independentemente (C4−C40)alquil ou (C4−C40)cicloalquil.
[0026] Em uma ou mais modalidades, cada R1 é independentemente (C4-C40)alquil. Em algumas modalidades, cada R4 é (C4−C40)alquil ou cada R2 é (C4−C40) alquil. Em outras modalidades, cada R1 é independentemente (C4−C40)alquil, e cada R4 é (C4−C40)alquil ou cada R2 é (C4−C40)alquil.
[0027] Em uma ou mais modalidades, cada R1, R2, R3, R4, or R5 é [C40]alquil opcionalmente substituído. O [C40]alquil substituído é substituído por um ou mais RS, onde cada RS é independentemente escolhido de (C1−C20)alquil ou halogêneo.
[0028] Em uma ou mais modalidades, cada R1 é independentemente escolhido de (C5−C20)alquil substituído, (C5−C20)alquil ramificado, (C6−C20)alquil não substituído, (C6−C20)alquil ramificado, (C5−C8)alquil não substituído, (C5−C8)alquil ramificado, (C8−C30)alquil não substituído, (C8−C30)alquil ramificado ou alquil sebo. Em algumas modalidades, cada R1 é independentemente escolhido de 1,1-dimetiletil (também chamado terc- butil), n-butil, 1-pentil, 1-hexil, heptil, n-octil, terc-octil, nonil, decil, undecil ou dodecil. Em outras modalidades, R1 é independentemente escolhido de um (C4-C30)alquil linear, um (C5-C30)alquil linear, ou (C5-C30)alquil ramificado. Em algumas modalidades, cada R1 é independentemente escolhido de [C30]alquil saturado.
[0029] Em uma ou mais modalidades, cada R2, R3, R4 e R5 é –H.
[0030] Em uma ou mais modalidades do sistema de catalisador, o cocatalisador inclui dois cátions selecionados de cátions de fórmula (I). Em algumas modalidades do sistema de catalisador, o cocatalisador inclui dois cátions selecionados de cátions de fórmula (II). Em uma ou mais
10 / 32 modalidades, o cocatalisador inclui dois cátions que são diferentes um do outro e, em outras modalidades, o cocatalisador inclui dois cátions que são os mesmos.
[0031] Em uma ou mais modalidades, o cocatalisador tem uma solubilidade superior a 20 miligramas por mililitro (mg/mL) em tolueno a temperatura e pressão padrão (STP) (temperatura de 22,5±2,5°C e uma pressão de aproximadamente 1 atmosfera). Em algumas modalidades, o cocatalisador tem uma solubilidade de 20 a 100 mg/mL em tolueno sob STP. Em outras modalidades, o cocatalisador tem uma solubilidade de 25 a 100 mg/mL em tolueno sob STP. Todas as subfaixas na faixa de 20 a 100 mg/mL estão incluídas aqui.Todos os valores individuais e subfaixas de pelo menos 20 a 100 mg/mL em tolueno são incluídos aqui e divulgados aqui como modalidades separadas. Por exemplo, qualquer um dos cocatalisador de acordo com esta divulgação pode incluir pelo menos 21 mg/mL; pelo menos 25 mg/mL, ou pelo menos 30 mg/mL em tolueno.
[0032] Em uma ou mais modalidades, o cocatalisador tem uma solubilidade superior a 20 miligramas por mililitro (mg/mL) em metilciclo- hexano (MCH) a temperatura e pressão padrão (STP) (temperatura de 22,5±2,5°C e uma pressão de aproximadamente 1 atmosfera). Em algumas modalidades, o cocatalisador tem uma solubilidade de 20 a 100 mg/mL em MCH sob STP. Todos os valores individuais e subfaixas de pelo menos 20 a 100 mg/mL em MCH são incluídos aqui e divulgados aqui como modalidades separadas. Por exemplo, qualquer um dos cocatalisador de acordo com esta divulgação pode incluir pelo menos 21 mg / mL; pelo menos 25 mg / mL, ou pelo menos 30 mg/mL em MCH.
[0033] Solubilidade de um composto é determinada, pelo menos em parte, por efeitos entrópicos no sistema de solvente. Os efeitos entrópicos podem incluir, por exemplo, mudanças na energia de rede, solvatação, estrutura de solvente ou combinações dos mesmos. Solvatação está
11 / 32 relacionada às interações entre um soluto (tal como um ativador ou cocatalisador) e moléculas do solvente. Sem a intenção de ser limitado por teoria, acredita-se que aumentando o número de átomos de carbono em qualquer um de cada um de R1, R2, R3, R4 e R5 pode, por sua vez, aumentar a solubilidade do cocatalisador como um resultado do aumento de solvatação. Adicionalmente, acredita-se que grupos alquila lineares podem tornar o cocatalisador mais solúvel em solventes não polares do que grupos alquila ramificados no mesmo solvente, porque a alquila linear tem uma área de superfície maior do que a alquila ramificada. A área de superfície elevada aumenta a interação solvente-soluto (isto é, aumenta a solvatação), desse modo aumentando a solubilidade da alquila linear em solventes não polares, em comparação com a solubilidade da alquila ramificada nos mesmos solventes.
[0034] Geralmente, um soluto pode ter solubilidades semelhantes em diferentes solventes não polares. Solventes não polares geralmente incluem solventes de hidrocarbonetos. Uma lista não limitativa de solventes de hidrocarbonetos não polares inclui: hexanos, ciclo-hexano, metilciclo-hexano, heptanos, querosene, tolueno, xilenos, terebintina e ISOPAR-ETM e combinações dos mesmos. Na seção de Exemplo, os cocatalisadores, conforme descrito nesta divulgação, processam suficientemente polímeros em um sistema de solvente que inclui metilciclo-hexano ou ISOPAR-ETM, ambos os quais são solventes não polares e, mais especificamente, são solventes de hidrocarboneto. Portanto, acredita-se que os cocatalisadores desta divulgação podem processar suficientemente polímeros em outros sistemas de solventes.
[0035] Em uma ou mais modalidades, o sistema de catalisador inclui um catalisador, no qual o catalisador é iônico. Não pretendendo ser limitativo, exemplos dos catalisadores homogêneos incluem complexos de metaloceno, complexos metal-ligando de geometria restrita (Li, H.; Marks, T. J., Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2006, 103, 15295-15302; Li, H.; Li, L.; Schwartz, D.
12 / 32 J.; Metz, M. V.; Marks, T. J.; Liable-Sands, L.; Rheingold, A. L., J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 14756-14768; McInnis, J. P.; Delferro, M.; Marks, T. J., Acc. Chem. Res. 2014, 47, 2545-2557; Delferro, M.; Marks, T. J., Chem. Rev. 2011, 111, 2450-2485.), complexos piridilamido Hf (ou Zr, Ti) (Arriola, D. J.; Carnahan, E. M.; Hustad, P. D.; Kuhlman, R. L.; Wenzel, T. T., Science, 2006, 312, 714-719.; Arriola, D. J.; Carnahan, E. M.; Cheung, Y. W.; Devore, D. D.; Graf, D. D.; Hustad, P. D.; Kuhlman, R. L.; Shan, C. L. P.; Poon, B. C.; Roof, G. R., US9243090 B2, 2016.), complexos fenoxi-imina metal (Makio, H.; Terao, H.; Iwashita, A.; Fujita, T., Chem. Rev. 2011, 111, 2363-2449.), complexos metal−ligando de bis-bifenilfenóxi (Arriola, D. J.; Bailey, B. C.; Klosin, J.; Lysenko, Z.; Roof, G. R.; Smith, A. J. WO2014209927A1, 2014.), etc. as referências a seguir sumarizam complexos de metal como catalisadores de polimerização de olefina tanto industriais quanto acadêmicos: Stürzel, M.; Mihan, S.; Mülhaupt, R., Chem. Rev. 2016, 116, 1398-1433.; Busico, V., Dalton Transactions 2009, 8794-8802.; Klosin, J.; Fontaine, P. P.; Figueroa, R., Acc. Chem. Res. 2015, 48, 2004-2016. Todas as referências listadas na descrição detalhada da presente divulgação são incorporadas aqui. Poliolefinas
[0036] Os sistemas catalíticos descritos nos parágrafos anteriores são utilizados na polimerização de olefinas, principalmente etileno e propileno, para formar polímeros à base de etileno ou polímeros à base de propileno. Em algumas modalidades, há apenas um único tipo de olefina ou α-olefina no esquema de polimerização, criando um homopolímero. No entanto, α- olefinas adicionais podem ser incorporadas no procedimento de polimerização. Os comonômeros de α-olefina adicionais têm tipicamente até 20 átomos de carbono. Por exemplo, os comonômeros de α-olefina podem ter 3 a 10 átomos de carbono ou 3 a 8 átomos de carbono. Comonômeros de α- olefina exemplares incluem, porém, sem limitação, propileno, 1-buteno, 1-
13 / 32 penteno, 1-hexeno, 1-hepteno, 1-octeno, 1-noneno, 1-deceno e 4-metil-1- penteno. Por exemplo, os um ou mais comonômeros de α-olefina podem ser selecionados do grupo consistindo em propileno, 1-buteno, 1-hexeno e 1- octeno; ou alternativamente, do grupo consistindo em 1-hexeno e 1-octeno.
[0037] Os polímeros à base de etileno, por exemplo, homopolímeros e/ou interpolímeros (incluindo copolímeros) de etileno e, opcionalmente, um ou mais comonômeros, tal como α-olefinas, podem compreender pelo menos 50 por cento em mol (% em mol) de unidades de monômero derivadas de etileno. Todos os valores e subintervalos individuais abrangidos por "de pelo menos 50% em mol" são divulgados no presente documento como modalidades separadas; por exemplo, os polímeros, homopolímeros e/ou interpolímeros à base de etileno (incluindo copolímeros) de etileno e, opcionalmente, um ou mais comonômeros, como α-olefinas, podem compreender pelo menos 60% em mol de unidades de monômero derivadas de etileno; pelo menos 70% em mol de unidades de monômero derivadas de etileno; pelo menos 80% em mol de unidades de monômero derivadas de etileno; ou de 50 a 100 por cento em mol de unidades de monômero derivadas de etileno; ou de 80 a 100 por cento em mol de unidades de monômero derivadas de etileno.
[0038] Em algumas modalidades, o processo de polimerização de acordo com a presente divulgação produz polímeros à base de etileno. Em algumas modalidades, os polímeros à base de etileno podem compreender pelo menos 90 por cento em mol de unidades derivadas de etileno. Todos os valores individuais e subfaixas de pelo menos 90 por cento em mol são incluídos aqui e divulgados aqui como modalidades separadas. Por exemplo, os polímeros à base de etileno podem compreender pelo menos 93 por cento em mol de unidades derivadas de etileno; pelo menos 96 por cento em mol de unidades; pelo menos 97 por cento em mol de unidades derivadas de etileno; ou alternativamente, de 90 a 100 por cento em mol de unidades derivadas de
14 / 32 etileno; de 90 a 99,5 por cento em mol de unidades derivadas de etileno; ou de 97 a 99,5 por cento em mol de unidades derivadas de etileno.
[0039] Em algumas modalidades do polímero à base de etileno, a quantidade de α-olefina adicional é inferior a 50% em mol; outras modalidades incluem pelo menos 1% em mol (% mol) a 25% molar; e em outras modalidades a quantidade de α-olefina adicional inclui pelo menos 5% em mol a 103% em mol. Em algumas modalidades, a α-olefina adicional é 1- octeno.
[0040] Qualquer processo de polimerização convencional pode ser empregado para produzir os polímeros à base de etileno. Tais processos de polimerização convencionais incluem, porém sem limitação, processos de polimerização por solução, processos de polimerização em fase gasosa, processos de polimerização em fase de pasta fluida e combinações dos mesmos com o uso de um ou mais reatores convencionais, tais como reatores de ciclo, reatores isotérmicos, reatores de fase fases de leito fluidizado, reatores de tanque agitado, reatores de batelada em paralelo, em série ou quaisquer combinações dos mesmos, por exemplo.
[0041] Em uma modalidade, o polímero à base de etileno pode ser produzido por meio de polimerização em solução em um sistema de reator duplo, por exemplo, um sistema de reator de circuito duplo, em que etileno e opcionalmente uma ou mais α-olefinas são polimerizados na presença do sistema de catalisador, conforme descrito no presente documento e, opcionalmente, um ou mais cocatalisadores. Em outra modalidade, o polímero à base de etileno pode ser produzido por meio da polimerização de solução em um sistema de reator duplo, por exemplo, um sistema de reator de ciclo duplo, em que etileno e, opcionalmente, uma ou mais α-olefinas são polimerizadas na presença do sistema de catalisador na presente divulgação e, conforme descrito no presente documento, e, opcionalmente, um ou mais outros catalisadores. O sistema de catalisador, conforme descrito no presente
15 / 32 documento, pode ser usado no primeiro reator ou no segundo reator, opcionalmente, em combinação com um ou mais outros catalisadores. Em uma modalidade, o polímero à base de etileno pode ser produzido por meio de polimerização de solução em um sistema de reator duplo, por exemplo, um sistema de reator de ciclo duplo, em que etileno e, opcionalmente, uma ou mais α-olefinas são polimerizados na presença do sistema de catalisador, conforme descrito no presente documento, em ambos os reatores.
[0042] Em outra modalidade, o polímero à base de etileno pode ser produzido por meio da polimerização por solução em sistema de reator único, por exemplo, um sistema de reator de ciclo único, em que etileno e, opcionalmente, uma ou mais α-olefinas são polimerizados na presença do sistema de catalisador, conforme descrito na presente divulgação, e, opcionalmente, um ou mais cocatalisadores, conforme descrito, nos parágrafos anteriores.
[0043] Os polímeros à base de etileno podem compreender adicionalmente um ou mais aditivos. Tais aditivos incluem, porém sem limitação, agentes antiestáticos, intensificadores de cor, corantes, lubrificantes, pigmentos, antioxidantes primários, antioxidantes secundários, auxiliares de processamento, estabilizadores UV e combinações dos mesmos. Os polímeros à base de etileno podem conter qualquer quantidade de aditivos. Os polímeros à base de etileno podem comprometer de cerca de 0 a cerca de 10% pelo peso combinado de tais aditivos, com base no peso dos polímeros à base de etileno e um ou mais aditivos. Os polímeros à base de etileno podem compreender adicionalmente enchimentos, que podem incluir, mas sem limitação, enchimentos orgânicos ou inorgânicos. Os polímeros à base de etileno podem conter cerca de 0 a cerca de 20 porcentagem em peso de enchimentos, tal como, por exemplo, carbonato de cálcio, talco ou Mg(OH)2, com base no peso combinado dos polímeros à base de etileno e todos os aditivos ou enchimentos. Os polímeros à base de etileno podem ser mesclados
16 / 32 adicionalmente com um ou mais polímeros para formar uma mescla.
[0044] Em algumas modalidades, o processo de polimerização para produzir um polímero à base de etileno pode incluir polimerizar etileno e pelo menos uma α-olefina adicional na presença de um sistema de catalisador de acordo com a presente divulgação. O polímero resultante de tal sistema de catalisador que incorpora o complexo metal-ligando de fórmula (I) pode ter uma densidade de acordo com ASTM D792 (incorporada no presente documento por referência em sua totalidade) de 0,850 g/cm³ a 0,950 g/cm³, de 0,880 g/cm³ a 0,920 g/cm³, de 0,880 g/cm³ a 0,910 g/cm³, ou de 0,880 g/cm³ a 0,900 g/cm³, por exemplo.
[0045] Em outra modalidade, o polímero resultante do sistema de catalisador de acordo com a presente divulgação tem uma razão de fluxo de fusão (I10/I2) de 5 a 15, em que o índice de fusão, I2, é medido de acordo com ASTM D1238 (incorporado no presente documento a título de referência em sua totalidade) a 190°C e uma carga de 2,16 kg, e índice de fusão, I10, é medido de acordo com ASTM D1238 a 190°C e uma carga de 10 kg. Em outras modalidades, a razão de fluxo de fusão (I10/I2) é de 5 a 10, e em outras, a razão de fluxo de fusão é de 5 a 9.
[0046] Em algumas modalidades, o polímero resultante do sistema de catalisador de acordo com a presente divulgação tem uma distribuição de peso molecular (MWD) de 1 a 25, onde MWD é definida como Mw/Mn com Mw sendo um peso molecular médido ponderal e Mn sendo um peso molecular médio numérico. Em outras modalidades, os polímeros resultantes do sistema de catalisador têm uma MWD de 1 a 6. Outra modalidade inclui uma MWD de 1 a 3; e outras modalidades incluem MWD de 1,5 a 2,5.
[0047] Modalidades dos sistemas de catalisadores descritas nesta divulgação rendem propriedades de polímero únicas como um resultado dos altos pesos moleculares dos polímeros formados e da quantidade dos comonômeros incorporados nos polímeros.
17 / 32 Experimentos de Polimerização de Etileno
[0048] Procedimento para polimerização em tolueno: Em um experimento típico, um vaso de pressão de vidro de 150 mL (seco em um forno a 120°C durante a noite antes do uso) foi carregado com 40 mL de tolueno seco dentro da caixa de luvas. Uma grande barra de agitação magnética foi adicionada ao vaso de pressão e ele foi vedado, retirado da caixa de luvas e fixado a uma linha de alta pressão/alto vácuo. O vaso de pressão foi resfriado até -78°C com um banho de gelo seco/acetona e desgaseificado, então, deixado aquecer e equilibrar na temperatura de reação desejada por 30 min. usando um banho externo. A solução foi saturada com 1,0 atm de etileno ao mesmo tempo. A espécie cataliticamente ativa foi recém-gerada misturando quantidades medidas de pró-catalisador e cocatalisador em um frasco na caixa de luvas (10 mL de tolueno) e agitando por 10 min. A solução de catalisador foi, então, removida da caixa de luvas e rapidamente injetada na solução de agitação rápida usando uma seringa estanque a gás equipada com uma agulha de pulverização. A temperatura da solução de tolueno em experimentos de polimerização representativos foi monitorada usando um termopar. Após um intervalo de tempo medido, a polimerização foi extinta por adição de 5 mL de MeOH. A solução foi, então, reduzida até ∼20 mL removendo os voláteis sob vácuo. 100 mL de MeOH acidificado (10% v/v HCl em MeOH) foram, então, adicionados, o polímero foi agitado por várias horas, filtrado, lavado com metanol e recolhido. Ele foi, então, seco sob alto vácuo a 80°C durante a noite até um peso constante. Experimentos de Copolimerização de Etileno
[0049] O procedimento para copolimerizações de etileno e 1-hexeno é semelhante àquele para as homopolimerizações de etileno, conforme descrito anteriormente. Um vaso de pressão de vidro de 350 mL é carregado com 40 mL de tolueno seco e 10 mL de 1-hexeno dentro da caixa de luvas. Os procedimentos para preparação de catalisador, injeção no frasco de
18 / 32 polimerização e processamento de copolímero são os mesmos descritos anteriormente. Análise FTIR de Incorporação de 1-Octeno
[0050] A passagem das amostras para a análise de HT-GPC precede a análise de IR. Para a análise de IR, um wafer de silício HT de 48 poços é utilizado para deposição e análise de incorporação de 1-octeno de amostras. Para a análise, as amostras são aquecidas até 160°C por menos ou igual a 210 minutos; as amostras são reaquecidas para remover barras de agitação de GPC magnéticas e são agitadas com barras de agitação de haste de vidro em um agitador robótico aquecido J-KEM Scientific. Amostras são depositadas enquando são aquecidas usando uma estação de deposição Tecan MiniPrep 75 e o 1,2,4-triclorobenzeno é evaporado dos poços depositadaos do wafer a 160°C sob purga de nitrogênio. A análise de 1-octeno é realizada no wafer de silício HT usando um NEXUS 670 E.S.P. FT-IR. Análise de HT-GPC
[0051] Os dados de peso molecular são determinados por análise em um Cromatógrafo de Permeação de Gel de Alta Temperatura de Diluição Assistida por Robô construído de Symyx/Dow híbrido (Sym-RAD-GPC). As amostras de polímero são dissolvidas aquecendo por 120 minutos a 160°C em 1,2,4-triclorobenzeno (TCB) a uma concentração de 10 mg/mL estabilizada por 300 partes por milhão (ppm) de hidroxil tolueno butilado (BHT). Cada amostra é diluída até 1 mg/mL imediatamente antes da injeção de uma alíquota de 250 µL da amostra. A GPC é equipada com duas colunas Polymer Labs PLgel 10 µm MIXED-B (300 x 10 mm) a uma taxa de fluxo de 2,0 mL/minuto a 160°C. Detecção de amostra é realizada usando de um detector PolyChar IR4 em modo de concentração. Uma calibração convencional de padrões de poliestireno (PS) estreitos é utilizada com unidades aparentes ajustadas para homopolietileno (PE) usando coeficientes de Mark-Houwink conhecidos para PS e PE em TCB a essa temperatura.
19 / 32 Procedimento de Polimerização de Reator Parr de 2 L
[0052] As polimerizações de reator de batelada são conduzidas em um reator de batelada Parr de 2 L. O reator é aquecido por uma manta de aquecimento elétrica e é resfriado por uma serpentina de resfriamento serpentina interna contendo água de resfriamento. Tanto o reator quanto o sistema de aquecimento/resfriamento são controlados e monitorados por um computador de processo Camile™ TG. O fundo do reator é equipado com uma válvula de descarga, que esvazia o conteúdo do reator para um recipiente de despejo de aço inoxidável, que é previamente cheio com uma solução de matança de catalisador (tipicamente 5 mL de uma mistura de Irgafos/Irganox/tolueno). O recipiente de despejo é ventilado para um tanque de sopro de 30 galões, tanto o recipiente quanto o tanque purgados com nitrogênio. Todos os solventes usados para polimerização ou reabastecimento de catalisador são passados pelas colunas de purificação de solvente para remover quaisquer impurezas que possam afetar a polimerização. O 1-octeno e o IsoparE foram passados através de 2 colunas, a primeira contendo alumina A2, a segunda contendo Q5. O etileno foi passado através de 2 colunas, a primeira contendo alumina A204 e peneiras de 4Ǻ mol, a segunda contendo reagente Q5. O gás nitrogênio, usado para transferências, é passado por uma única coluna contendo alumna A204, peneiras 4Ǻ mol e Q5.
[0053] O reator é carregado primeiramente a partir do tanque de injeção que pode conter solvente Isopar E e/ou 1-octeno, dependendo da carga de reator desejada. O tanque de injeção é carregado até os pontos de ajuste de carga com o uso de uma escala de laboratório à qual o tanque de injeção é montado. Após a adição de alimentação líquida, o reator é aquecido até o ponto de ajuste de temperatura de polimerização. Etileno é adicionado ao reator quando na temperatura de reação para manter o ponto de ajuste de pressão de reação. As quantidades de adição de etileno são monitoradas por um medidor de fluxo de micromovimento.
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[0054] O catalisador e os ativadores foram misturados com a quantidade apropriada de tolueno purificado para obter uma solução de molaridade desejada. O catalisador e os ativadores foram manipulados em uma caixa de luvas inerte, extraídos para uma seringa e transferidos por pressão para o tanque de injeção de catalisador. Isso foi seguido por 3 enxágues de tolueno, 5 mL cada. O tempo de passagem começou imediatamente após adição de catalisador da tomada de injeção para o reator. Essas polimerizações foram executadas por 10 min., então, o agitador foi parado e a válvula de descarga inferior aberta para esvaziar o conteúdo de reator para o recipiente de descarga. O conteúdo do recipiente de descarga é derramado em bandejas colocadas em uma coifa de laboratório, onde o solvente é evaporado durante a noite. As bandejas contendo o polímero remanescente são, então, transferidas para um forno a vácuo, onde elas são aquecidas até 140°C sob vácuo para remover qualquer solvente remanescente. Depois de as bandejas resfriarem até a temperatura ambiente, os polímeros são pesados quanto a rendimento e submetidos a testes de polímero. Procedimento de Teste de Solubilidade
[0055] Testes de solubilidade são realizados à temperatura ambiente (22,5 ± 2,5°C). A temperatura escolhida é mantida constante em todas as partes relevantes do equipamento. Um frasco é carregado com 30 mg do cocatalisador (amostra) e 1,0 mL de solvente. A suspensão de cocatalisador e solvente é agitada por 30 minutos à temperatura ambiente. Em seguida, a mistura é filtrada via um filtro de seringa para um frasco tarado e a solução é pesada (X g de solução). Em seguida, o solvente é removido completamente sob alto vácuo e o frasco pesado novamente (Y g de amostra). O “ρsolvente” é a densidade do solvente em g/mL. A solubilidade do cocatalisador no solvente foi medida em unidades de mg/mL. A solubilidade de cocatalisador em solvente foi calculada da seguinte forma: Solubilidade = (1)
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[0056] Uma ou mais características da presente divulgação são ilustradas em vista dos exemplos seguintes:
[0057] Exemplos 1 a 6 são procedimentos sintéticos para intermediários e para cocatalisadores isolados.
[0058] Todas as manipulações de materiais sensíveis a ar foram realizadas com rigorosa exclusão de O2 e umidade em acessório de vidro tipo Schlenk seco em forno em uma linha Schlenk de colector duplo, interfacead com uma linha de alto vácuo (10-6 Torr), ou numa caixa de luva MBraun cheia de N2 com um recirculador de alta capacidade (<1 ppm O2). Argônio (Airgas, grau pré-purificado) foi purificado por passagem através de uma coluna de remoção de oxigênio de MnO suportada e uma coluna de peneira molecular Davison 4A ativada. Etileno (Airgas) foi purificado por passagem atravpes de uma armadilha de oxigênio/umidade (Matheson, modelo MTRP- 0042-XX). Solventes de hidrocarbonetos (n-pentano, n-hexano, 1-hexeno, metilciclo-hexano e tolueno) foram secos usando colunas de alumina ativada de acordo com o método descrito por Grubbs (ver Pangborn, A. B.; Giardello, M. A.; Grubbs, R. H.; Rosen, R. K.; Timmers, F. J., Safe and Convenient Procedure for Solvent Purification. Organometallics 1996, 15 (5), 1518-
1520.) e foram, então, transferidos a vácuoo de liga Na/K. Benzeno-d6 e tolueno-d8 (Cambridge Isotope Laboratories, 99+ %D de átomo) foram armazenados sobre liga de Na/K em vácuo e transferidos a vácuo imediatamente antes do uso. 1,2-Difluorobenzeno e clorobenzeno-d5 foram secos com CaH2, destilados sob vácuo. Clorofórmio-d3 e 1,1,2,2- tetracloroetano-d2 foram usados como recebidos (Cambridge Isotope Laboratories, 99+ % D de átomo). Síntese de Compostos Exemplo 1: Síntese de Álcool n-Octil Tritil
22 / 32 -78°C a r.t.
[0059] N-butil lítio (11,5 mmol, 4,6 mL, 2,5 M em hexanos) foi adicionado lentamente via seringa a uma solução de THF (50 mL) de p- octilbromobenzeno (3,10 g, 11,5 mmol) a -78°C. A reação foi mantida a - 78°C por 0,5 h. Em seguida, Me2CO3 (0,33 g, 3,64 mmol, 0,31 mL) foi adicionado à solução via seringa. A solução foi, então, aquecida até a temperatura ambiente. Depois que a solução foi agitada durante a noite, foi adicionada água à solução para extinguir a reação. A mistura foi extraída três vezes com Et2O e os extratos orgânicos foram combinados e lavados duas vezes com salmoura, secos (Na2SO4), filtrados e concentrados até secura. O produto bruto resultante foi purificado por cromatografia de coluna flash usando óxido de alumínio básico (ativado, básico, Brockmann I, de Aldrich). Eluição de gradiente (hexanos, hexanos/EtOAc = 50/1, EtOAc) deu o produto puro como óleo incolor, 1,33 g, rendimento de 58,1%. 1
[0060] H NMR (400 MHz, C2D2Cl4) δ 7,36 – 7,10 (m, 12H), 2,71 – 2,57 (m, 6H), 1,67 (m, 6H), 1,44 – 1,25 (m, 30H), 1,02 – 0,85 (m, 9H). 13C NMR (151 MHz, C2D2Cl4) δ 144,16, 141,63, 127,68, 127,63, 81,85 (Ar3C, sinal fraco, confirmado por experimento de HMBC), 35,42, 31,77, 31,28, 29,37, 29,32, 29,15, 22,60, 14,14. HR-MS (ESI) Calc. para C43H63 (M-OH)+: 579,4930, Encontrado: 579,4946 Exemplo 2: Síntese de Cloreto de n-Octil Tritil
[0061] Cloreto de acetila (0,265 g, 3,37 mmol, 0,24 mL) foi adicionado via seringa a uma solução agitada de álcool n-octil tritil (0,67 g, 1,12 mmol) em tolueno (20 mL) a 80°C. A reação foi mantida a 80°C por 1 h. Todos os voláteis foram removidos e o produto oleoso resultante foi posteriormente seco sob alto vácuo. O óleo amarelo claro de produto era puro o suficiente sem purificação adicional e um rendimento quantitativo de 0,69
23 / 32 g. 1
[0062] H NMR (499 MHz, CDCl3) δ 7,13 (m, 6H), 7,09 (m, 6H), 2,59 (m, 6H), 1,61 (m, 6H), 1,41–1,16 (m, 30H), 0,88 (m, 9H). 13C NMR (101 MHz, CDCl3) δ 142,88, 142,41, 129,56, 127,58, 81,82 (Ar3C, sinal fraco, confirmado por experimento de HMBC), 35,52, 31,89, 31,26, 29,47, 29,40, 29,25, 22,67, 14,10. HR-MS (ESI) Calculado para C43H63 (M-Cl)+: 579,4930, Encontrado: 579,4936 Exemplo 3: Síntese de Cocatalisador Inventivo 1 Tolueno
[0063] Sal de dilítio (0,40 g, 0,30 mmol) (a síntese foi relatada anteriormente: Li, L.; Metz, M. V.; Li, H.; Chen, M.-C.; Marks, T. J.; Liable- Sands, L.; Rheingold, A. L., J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 12725-12741.) e cloreto de n-octil tritil (0,37 g, 0,60 mmol) foram misturados em tolueno (30 mL) em caixa de luva Mbraun. Após 3 horas, a solução foi filtrada através de celite. Tolueno foi removido in vacuo e foi adicionado pentano (20 mL). A solução de pentano foi agitada até que uma mistura oleosa vermelha precipitasse como sólido. A solução foi filtrada para render um sólido pegajoso vermelho. O sólido foi lavado com pentano (1 x 20 mL). Após secar sob alto vácuo, o produto foi coletado como sólido vermelho. 0,42 g, 60% de rendimento. 1
[0064] H NMR (500 MHz, CD2Cl2) δ 7,60 (d, J = 8,0 Hz, 12H), 7,50 (d, J = 8,0 Hz, 12H), 2,89 (t, J = 7,8 Hz, 12H), 1,75 (m, 12H), 1,52 – 1,23 (m, 60H), 0,90 (t, J = 6,6 Hz, 18H). 19F NMR (470 MHz, CD2Cl2) δ -130,99 – - 133,86 (m, 12F), -137,69 (m, 4F), -164,55 – -165,15 (m, 6F), -166,95 – - 168,63 (m, 12F). HR-MS (ESI): [M-2Ar3C]2-, 585,985 (encontrado), 585,983 (calc.); [Ar3C]+, 579,493 (encontrado), 579.493 (calc.); [M-2Ar3C-C6F5]-,
24 / 32
1.004,974 (encontrado), 1.004,973 (calc.) [Ar = p-CH3(CH2)7-C6H4-]. Anal. Elem. Calc. para C128H126B2F34: C 65,93, H 5,45; encontrado: C 66,01, H 5,48 Exemplo 4: Síntese de Cocatalisador Inventivo 2 Tolueno
[0065] Sal de dilítio (0,29 g, 0,22 mmol) (a síntese foi relatada anteriormente: Li, L.; Metz, M. V.; Li, H.; Chen, M.-C.; Marks, T. J.; Liable- Sands, L.; Rheingold, A. L., J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 12725-12741.) e cloreto de terc-butil tritil (0,20 g, 0,45 mmol) sintetizados de acordo com a literatura: S. Nakazawa et al., Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 9860-9864) foram misturados em tolueno (30 mL) em uma caixa de luvas Mbraun. Após 3 horas, a solução foi filtrada através de Celite. Tolueno foi removido in vacuo. A mistura resultante foi, então, lavada com uma pequena quantidade de tolueno. O pó laranja resultante foi seco sob alto vácuo. Cristais simples adequados para difração de raios-X foram obtidos de evaporação lenta de solução de tolueno/1,2-difluorobenzeno à temperatura ambiente. 0,16 g, 37% de rendimento. 1
[0066] H NMR (500 MHz, CD2Cl2) δ 7,82 (d, J = 8,6 Hz, 12H), 7,55 (d, J = 8,5 Hz, 12H), 1,45 (s, 54H). 19F NMR (470 MHz, CD2Cl2) δ -131,08 – -133,52 (m, 12F), -137,79 (m, 4F), -164,71 – -165,20 (m, 6F), -167,28 – - 168,73 (m, 12F). HR-MS (ESI): [M-2Ar3C]2-, 585,986 (encontrado), 585,983 (calc.); [M-2Ar3C-B(C6F5)3 + H]-, 660,990 (encontrado), 660,987 (calc.). Anal. Elem. Calc. para C104H78B2F34: C 62,60, H 3,94; encontrado: C 62,85, H 4,19. Exemplo 5: Síntese do sal de alquil amônio
25 / 32 Tolueno bis(alquil sebo hidrogenado)metilamina
[0067] Sal bis-borato de dilítio (0,33 g, 0,25 mmol) e cloreto de bis(alquil sebo hidrogenado)dimetil amônio (0,28 g, 0,49 mmol, cuja síntese foi relatada anteriormente: Rosen, R.K.; VanderLende, D.D., US 5919983 A, 1999) foram misturados em 30 mL de tolueno em caixa de luvas Mbraun por uma hora. O tolueno foi removido sob pressão reduzida e foram adicionados 20 mL de pentano. A solução foi filtrada através de Celite e o filtrado foi seco sob pressão reduzida. O produto foi obtido como 0,49 g de um óleo amarelo claro, 89% de rendimento. 1
[0068] H NMR (500 MHz, CD2Cl2) δ 8,77 (br, 1H), 2,98 (m, 8H), 19 2,72 (s, 6H), 1,73 (br, 8H), 1,28 (m, 120H), 0,89 (m, 12H). F NMR (470 MHz, CD2Cl2) δ -132,00 – -133,81 (m, 12F), -138,00 (m, 4F), -162,96 – - 163,51 (m, 6F), -166,60 – -167,80 (m, 12F).
[0069] As estruturas dos cocatalisadores e catalisadores que foram investigadas nos exemplos a seguir são mostradas abaixo.
Cocatalisador Inventivo 1 Cocatalisador Inventivo 2
26 / 32 Cocatalisador Inventivo 3 Cocatalisador Cocatalisador Comparativo C1 Comparativo C2 Cocatalisador Comparativo C3 Pró-catalisador Ti2 Pró-catalisador Zr1 Pró-catalisador Zr2 Pró-catalisador A Pró-catalisador B Pró-catalisador C
[0070] Cocatalisadores 1 e 2 têm estruturas que incluem um diânion de borato não coordenador tendo a fórmula [(C6F5)3B−C6F4−B(C6F5)3]2− e dois cátions, cada cátion de acordo com a fórmula (I) ou fórmula (II).
27 / 32 Cocatalisadores comparativos C2-C3, que não incluíam um ânion binuclear conforme recitado de acordo com a fórmula (I) ou fórmula (II), foram avaliados de forma semelhante. R2NMe no Cocatalisador Inventivo 2 e Cocatalisador Comparativo C3 é bis(alquil sebo hidrogenado)metilamina, isto é, di(n-octadecil)metilamina. Solubilidade, atividade e características de polímero resultantes de cocatalisadores para os Cocatalisadores 1 e 2 foram avaliadas via os experimentos de polimerização de etileno, conforme descrito anteriormente.
[0071] Cristais simples do Cocatalisador Inventivo 2 (Inventivo 2) adequados para estudos de difração de raios-X (XRD) foram obtidos mediante evaporação lenta de soluções de tolueno/1,2-difluorobenzeno (DFB) à temperatura ambiente. Conforme mostrado na estrutura de XRD da FIG. 1, a estrutura molecular incluiu dois cátions tritil e um diânion. As distâncias entre B1 e C24 e C24′ (os centros de carbocátion) são 7,329 Å e 5,637 Å, o que indica que as interações cátion-ânion são não covalentes. Os átomos de carbono centrais dos cátions tritil, C24 e C24′ são hibridizadas aproximadamente sp2 e se encontram no plano que é definido pelo grupo −C6F4−, com os grupos tritila caindo grosseiramente perpendiculares a esse plano.
[0072] Na estrutura XRD do Cocatalisador Inventivo 2 mostrado na FIG. 1, o átomo de flúor em mais ínntima proximidade do cátion tritil é marcado como F12. A distância entre F12 e C24′ é de 3,235 Å. A distância é próxima da soma dos raios de van der Waals de átomos de carbono e flúor (3,17 Å). A distância entre B1 e B1′ foi medida a 6,211 Å. Todos os ângulos de ligação do átomo de boro e os quatro substituintes de perfluorofenil estavam entre 112,5° e 113,7°, desse modo definindo um ânion de borato com uma geometria tetraédrica aproximada. A geometria tetraédrica do diânion de borato proíbe os carbocátions de formar interações íntimas com os ânions de
28 / 32 borato, desse modo criando ânions muito fracamente coordenadores. 19
[0073] No espectro de F NMR do Cocatalisador Inventivo 2 mostrado na FIG. 2, o espectro (a) mostrou múltiplos sinais para cada tipo de átomos de flúor −C6F4− no espectro de 19F NMR à temperatura ambiente para -C6F4- de B2, t-Bu (em C6D5Cl). Os múltiplos picos indicam uma barreira de rotação restrita para os anéis −C6F5 em cada átomo de boro. Vias de reorganização disponíveis para o Cocatalisador Inventivo 2 foram, então, 19 examinadas usando espectroscopia F NMR de temperatura variável. Quando a temperatura foi aumentada (espectros (c) e (d)), os dois sinais distintos convergem em um único sinal. A energia livre de ativação para a reorganização de −C6F5 (ΔG≠363) foi determinada ser de 17,9 kcal/mol com base em uma temperatura de coalescência de 363 K.
[0074] Resultados de teste de solubilidade, conforme mostrado na Tabela 1, indicam que a substituição de alquil no grupo tritila aumenta significativamente a solubilidade em tolueno à temperatura e pressão padrão, do Comparativo C1 (aproximadamente 0,0 mg/mL de tolueno) para o Cocatalisador Inventivo 1, um aumento de mais de 30 mg/mL de tolueno). Tabela 1: Solubilidade de Cocatalisadores Binucleares* Cocatalisador Solvente Solubilidade Inventivo 1 Tolueno > 30 Inventivo 3 Tolueno > 30 Comparativo C1 Tolueno ~0 Inventivo 1 MCH >30 Inventivo 3 MCH >30 Comparativo C1 MCH ~0 * Em unidades de mg de cocatalisador por mL de solvente. Ver procedimento de teste de solubilidade descrito anteriormente. MCH = metilciclo-hexano.
[0075] Reações de polimerização foram realizadas usando metodologia rigorosamente anidra/anaeróbica com atenção aos efeitos exotérmicos e de transferência de massa conforme descrito anteriormente. Os resultados de homopolimerização de etileno e copolimerização de etileno/1- hexeno foram resumidos na Tabela 2, Tabela 3 e Tabela 4.
[0076] As condições para as Tabelas 2-4 foram as seguintes: Pró-
29 / 32 catalisador e cocatalisador foram misturados por 10 minutos para formar o sistema de catalisador antes de injetar no reator para iniciar a reação de polimerização. Quando o catalisador era Zr1, uma quantidade de 10 μmol foi incluída no sistema de catalisador e quando o sistema de catalisador incluía Zr2, 5 μmol foram adicionados. Uma quantidade de 10 μmol foi adicionada quando Comparativo C2 foi incluído no sistema de catalisador; alternativamente, 5 μmol de Cocatalisador Inventivo 1-2 ou Comparativo C1 foram adicionados ao sistema de catalisador. O solvente na reação de polimerização foi de 45 mL de tolueno ou metilciclo-hexano (MCH) ou 43 mL de tolueno e 2 mL de difluorobenzeno (DFB). A pressão de etileno no reator foi mantida a 1 atm. A temperatura foi de 25°C e o tempo de reação foi de 20 min., a menos que especificado de outra forma. Para a Tabela 3 e a Tabela 4, 5,0 mL de 1-hexeno foram adicionados ao reator. Tabela 2: Dados de Homocopolimerização de Etileno de Pró-catalisadores Zr2 e Zr1 e Cocatalisadores 1, C1 e C2 e Ramificações Correspondentes em Polímeros cat. Cocatalis solvente poli (g) at.b HMW % em LMW % em Etd Ld ador (kg/mol); peso (kg/mol); peso PDIc (HMW) PDIc (LMW) 1 Zr1 C2 T/DFB 1,14 342 315; 1,3 3 1; 1,1 97 1,6 4,2 2 Zr2 C1 T/DFB 0,210 63 238; 2,7 59 3; 2,4 41 3,6 0 3 Zr2 1 T/DFB 0,488 146 221; 2,0 41 2; 1,0 59 5,7 0 4 Zr2 2 T/DFB 0,394 118 190; 1,8 59 4; 1,2 41 4,6 0 5 Zr1 C2 T 1,147 344 - 0 1; 1,2 100 3,3 7,7 6 Zr2 C1 T ~0 ~0 e -- 7 Zr2 2 T ~0 ~0 e -- 8 Zr2 1 T 0,100 30 298; 2,3 92 2; 1,6 8 0 0 9 Zr1 C2 MCH ~0 ~0 e -- 10 Zr2 C1 MCH ~0 ~0 e -- 11 Zr2 2 MCH ~0 ~0 e -- 12 Zr2 1 MCH 0,062 19 315; 8,5 100 - - 0 0 b A unidade é (kg de polímero)∙(mol de metal)-1∙h-1∙atm-1. c Determinado por GPC contra padrões de poliestireno em (g∙mol-1). d Números de ramificações por 1.000 átomos de carbono calculado a partir da integração de ressonâncias 13C NMR. Ramificação atribuída de acordo com a literatura (Galland, G. B.; De Souza, R. F.; Mauler, R. S.; Nunes, F. F., Macromolecules 1999, 32, 1620- 1625; Jung, M.; Lee, Y.; Kwak, S.; Park, H.; Kim, B.; Kim, S.; Lee, K. H.; Cho, H. S.; Hwang, K. Y., Anal. Chem. 2016, 88, 1516-1520.) Et: ramificações etil, Bu: ramificações n-butil, L = ramificações de cadeia longa com ≥ 6 carbonos.
Tabela 3: Dados de Copolimerização de Etileno/1-hexeno de Pró- catalisadores Zr2 e Zr1 e Cocatalisadores 1 e Ramificações Correspondentes
30 / 32 em Polímeros entrada cat. cocatalisa solvente poli (g) at.b HMW % em LMW % em Etd Bud dor (kg/mol); peso (kg/mol); peso PDIc (HMW) PDIc (LMW) 1 Zr2 C1 T/DFB 0,670 201 99; 1,7 25 2; 1,6 75 8,8 79,7 2 Zr2 1 T/DFB 0,440 132 96; 2,1 15 2; 1,0 85 8,2 70,0 3 Zr1 C2 T 0,430 139 - 0 1; 1,1 100 6,1 33,3 4 Zr2 1 T 0,180 54 125; 1,9 53 4; 1,4 47 5,3 78,1 5 Zr2 1 MCH 0,084 25 113; 1,9 93 2; 1,0 7 0 93,7 b A unidade é (kg de polímero)∙(mol de metal)-1∙h-1∙atm-1. d Determinado por GPC contra padrões de poliestireno em (g∙mol-1). d Números de ramificações por 1.000 átomos de Carbono calculado a partir da integração de ressonâncias 13C NMR. Ramificação atribuída de acordo com a literatura (Galland, G. B.; De Souza, R. F.; Mauler, R. S.; Nunes, F. F., Macromolecules 1999, 32, 1620- 1625; Jung, M.; Lee, Y.; Kwak, S.; Park, H.; Kim, B.; Kim, S.; Lee, K. H.; Cho, H. S.; Hwang, K. Y., Anal. Chem. 2016, 88, 1516-1520.) Et: ramificações etil, Bu: ramificações n-butil, L = ramificações de cadeia longa com ≥ 6 carbonos.
[0077] Os dados resumidos na Tabela 2 e na Tabela 3 mostraram que em tolueno e DFB, tanto o Cocatalisador Inventivo 1 quanto o Cocatalisador Inventivo 2 exibiram atividades de homopolimerização de etileno mais alta sobre o Comparativo C1. O C1 comparativo não mostrou nenhuma atividade na ausência de DFB, ao passo que o Cocatalisador Inventivo 1 mostrou atividade em tolueno e metilciclo-hexano (MCH) para ambas homopolimerização de etileno e copolimerizações de etileno-1-hexeno. Em tolueno e DFB, tanto o Comparativo C2 quanto o Cocatalisador Inventivo 1 mostraram atividade semelhante, com peso molecular de produto, PDI e ramificação de n-butil semelhantes, indicando que o Cocatalisador Inventivo 1 mais solúvel não tem efeito prejudicial na polimerização catalítica. Em tolueno, o Cocatalisador Inventivo 1 produziu produto de peso molecular mais alto com ramificação n-butil intensificada (51,9%, Tabela 2) em comparação a quando 2 equivalentes de Comparativo C2 são usados (21,2%, Tabela 2), indicando os efeitos cooperativos do Inventivo 1 sobre a catálise de polimerização bis-catiônica. Tabela 4: Resultados de Copolimerização de Etileno/1-hexenoa % em % em t HMW LMW Cocatalisador Catalisador Solvente At.b peso peso Etd Bud Ld min PDIc PDIc
HMW LMW 1 C3 Zr1 T/DFB 20 8 245; 2,8 88 3; 1,6 12 0 32,3 0 2 3 Zr2 T/DFB 40 10 129; 2,0 96 3; 1,1 4 5,5 78,1 7,6 3 C3 Zr1 T 20 11 359; 5,9 77 2; 1,0 23 0 26,1 0 4 3 Zr2 T 40 8 163; 2,3 97 1; 1,0 3 0 70,0 5,6
31 / 32 % em % em t HMW LMW Cocatalisador Catalisador Solvente At.b peso peso Etd Bud Ld min PDIc PDIc
HMW LMW 5 C3 Zr1 MCH 20 7 261; 4,7 95 2; 1,0 5 0 45,7 0 6 3 Zr2 MCH 40 10 61; 2,6 100 / 0 0 97,3 6,2 b A unidade é (kg de polímero)∙(mol de metal)-1∙h-1∙atm-1. c Determinado por GPC contra padrões de poliestireno em kg∙mol-1 (amostras de baixo Mw que têm um padrão de polidispersidade baixo provavelmente refletem imprecisão em calibração). d Números de ramificações por 1.000 Carbonos calculado a partir da integração de ressonâncias 13C NMR. Ramificação atribuída de acordo com a literatura (Galland, G. B.; De Souza, R. F.; Mauler, R. S.; Nunes, F. F., Macromolecules 1999, 32, 1620-1625; Jung, M.; Lee, Y.; Kwak, S.; Park, H.; Kim, B.; Kim, S.; Lee, K. H.; Cho, H. S.; Hwang, K. Y., Anal. Chem. 2016, 88, 1516-1520.) Et: ramificações etil, Bu: ramificações n-butil, L = ramificações de cadeia longa com ≥ 6 carbonos.
[0078] Os dados na Tabela 4 mostram que o polímero produzido pelo sistema de catalisador contendo Cocatalisador Inventivo 3 exibe densidades de ramificação mais altas do que o sistema de catalisador contendo Cocatalisador Comparativo C3. Tabela 5: Copolimerização de etileno/1-octeno com Pró-catalisadores A, B, C, Zr2 e Ti1 e Cocatalisadores Inventivos 1 e 3 a 120°C em um reator Parr de 2L Carregamento Carregamento Catali- Rendiment Incorporação de 1- Entrada de catalisador Cocatalisador de Ativador Mw (g/mol) PDI sador o (g) octeno (% mol) (µmol) (µmol) 1 A 1,0 3 1,2 21,2 564.000 2,1 0,7 2 A 1,0 3 0,6 22,7 573.000 2,1 0,6 3 B 0,4 3 0,48 46,8 52.000 2,3 26,8 4 B 0,4 3 0,24 30,3 54.000 2,3 27,6 5 B 0,1 1 0,50 17,9 46.000 2,2 27,5 6 C 0,15 3 0,075 5,3 861.000 3,5 17,9 7 Zr2 1,2 1 1,2 9,1 14.000 19,4 9,9 8 Ti1 0,5 3 0,25 14,4 61.000 2,2 19,7 9 Ti1 0,6 1 0,30 43,4 64.000 2,6 20,5 10 Ti2 0,6 3 0,6 27,2 126.000 3,6 25,6 11 Ti2 0,6 1 0,6 34,4 93.000 4,1 24,9 Condições: 120°C, 270 psig, 611 g Isopar E, 300 g 1-octeno em um reator Parr de 2 L, tempo de reação de 10 minutos, incorporação de 1-octeno medida por FTIR, Mw e PDI medidos por HT-
[0079] Os resultados resumidos na Tabela 5 demonstram que o Cocatalisador Inventivo 3 ativa o Pró-catalisador A e o Pró-catalisador B para polimerização de olefina a temperatura e pressão elevadas no solvente de hidrocarboneto Isopar E. Padrões de Equipamentos
[0080] Todos os solventes e reagentes são obtidos de fontes comerciais e usados como recebidos, a menos que observado de outro modo. Tolueno anidro, hexanos, tetra-hidrofurano e éter dietílico são purificados via
32 / 32 passagem através de alumina ativada e, em alguns casos, reagente Q-5. Solventes usados para experimentos realizados em uma caixa de luvas preenchida com nitrogênio são secos adicionalmente por armazenamento sobre peneiras moleculares de 4Å ativadas.
Equipamentos de vidro para reações sensíveis à umidade são secos em um forno durante a noite antes do uso.
Espectros de NMR são registrados em espectrômetros Varian 400-MR e VNMRS-500. Análises de LC-MS são realizadas usando um Módulo de Separações Waters e2695 acoplado com um detector Waters 2424 ELS, um detector Waters 2998 PDA e um detector de massa Waters 3100 ESI.
As separações de LC-MS são realizadas em uma coluna XBridge C18 de 3,5 μm 2,1x50 mm usando um gradiente de acetontrila para água de 5:95 a 100:0 com 0,1% de ácido fórmico como o agente de ionização.
Análises de HRMS são realizadas usando uma coluna Agilent 1290 Infinity LC com uma Zorbax Eclipse Plus C18 1,8 μm 2,1x50 mm acoplada com um Espectrômetro de Massa Agilent 6230 TOF com ionização de eletropulverização.
Dados de 1H NMR são relatados de acordo com o seguinte: deslocamento químico (multiplicidade (br = amplo, s = singleto, d = dupleto, t = tripleto, q = quarteto, p = penteto, sex = sexteto, sept = septeto e m= multipleto), integração e atribuição). Deslocamentos químicos para dados de 1H NMR são relatados em ppm a jusante do tetrametilsilano interno (TMS, escala de δ) usando prótons residuais no solvente deuterado como referências.
Dadso de 13 C NMR são determinados com desacoplamento de 1H e os deslocamento químicos são relatados a jusante de tetrametilsilano (TMS, escala de δ) em ppm versus o uso de carbonos residuais no solvente deuterado como referências.
Claims (20)
1. Sistema de catalisador, caracterizado pelo fato de que compreende: um pró-catalisador; e um cocatalisador dissolvido em um solvente não halogenado, o cocatalisador compreendendo: um diânion de borato não coordenador tendo a fórmula: e dois cátions, cada cátion sendo independentemente escolhido de um cátion de acordo com a fórmula (I) ou fórmula (II): (I) (II) em que: cada R1, R2, R3, R4 e R5 é independentemente escolhido de –H, −F, −Cl, (C4−C40)alquil substituído ou não substituído, (C4−C40)alquenil substituído ou não substituído ou (C4−C40)cicloalquil substituído ou não substituído, em que o (C4−C40)alquil substituído e (C4−C40)cicloalquil substituído são substituídos por um ou mais RS, onde cada RS é escolhido de (C1−C20)alquil ou halogênio; desde que pelo menos um de R1, R2, R3, R4, or R5 seja escolhido de (C4−C30)alquil substituído ou não substituído ou
(C4−C40)cicloalquil substituído ou não substituído; e cada R6 e R7 é independentemente escolhido de (C4−C30)alquil, e R8 é independentemente escolhido de (C1−C20)alquil ou (C6−C18)aril.
2. Sistema de catalisador de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o catalisador é iônico.
3. Sistema de catalisador de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que cada R1 é independentemente (C4−C30)alquil.
4. Sistema de catalisador de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que cada R1 é independentemente terc-butil, n-butil, terc-octil ou n-octil.
5. Sistema de catalisador de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que cada R2, R3, R4 e R5 é –H.
6. Sistema de catalisador de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que cada R1 é independentemente escolhido de n-butil, terc-butil, 1-pentil, 1-hexil, heptil, n- octil, nonil, decil, undecil ou dodecil.
7. Sistema de catalisador de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que cada R1 é independentemente escolhido de um (C4-C30)alquil linear ou um (C5- C30)alquil linear ou ramificado.
8. Sistema de catalisador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que os dois cátions são ambos selecionados de cátions de fórmula (I).
9. Sistema de catalisador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que os dois cátions são ambos selecionados de cátions de fórmula (II).
10. Sistema de catalisador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que os dois cátions são diferentes.
11. Sistema de catalisador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada R1, R2, R3, R4, ou R5 é [C40]alquil opcionalmente substituído. O [C40]alquil substituído é substituído por um ou mais RS, onde cada RS é independentemente escolhido de (C1−C20)alquil ou halogêneo.
12. Sistema de catalisador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o ativador de catalisador tem uma solubilidade superior a 20 miligramas por mililitro (mg/mL) em tolueno sob condições de 25°C e 1 atmosfera.
13. Processo de polimerização para produzir polímero à base de etileno, o processo caracterizado pelo fato de que compreende: polimerizar etileno e, opcionalmente, uma ou mais α-olefinas na presença de um sistema de catalisador, o sistema de catalisador compreendendo um pró-catalisador e um cocatalisador dissolvido em um solvene de hidrocarboneto aprótico não halogenado, em que o cocatalisador compreende: um diânion de borato não coordenador tendo a fórmula: e dois cátions, cada cátion sendo de acordo com a fórmula (I) ou fórmula (II): (I)
(II) em que: cada R1, R2, R3, R4 e R5 é independentemente escolhido de –H, F, Cl, (C4−C40)alquil substituído ou não substituído, (C4−C40)alquenil substituído ou não substituído ou (C4−C40)cicloalquil substituído ou não substituído, em que o (C4−C40)alquil substituído e (C4−C40)cicloalquil substituído são substituídos por um ou mais RS, onde cada RS é escolhido de (C1−C20)alquil ou halogênio; desde que pelo menos um de R1, R2, R3, R4 ou R5 seja escolhido de (C4−C30)alquil substituído ou não substituído ou (C4−C40)cicloalquil substituído ou não substituído; e cada R6 e R7 é independentemente escolhido de (C4−C30)alquil, e R8 é independentemente escolhido de qualquer de (C1−C20)alquil ou (C6−C18)aril.
14. Processo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a α-olefina é 1-octeno.
15. Processo de acordo com a reivindicação 13 ou 14, caracterizado pelo fato de que o solvente não halogenado é tolueno ou um solvente alifático.
16. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 15, caracterizado pelo fato de que cada R1 é, independentemente, terc- butil, n-butil, terc-octil ou n-octil.
17. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 16, caracterizado pelo fato de que cada R2, R3, R4 e R5 é –H.
18. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 17, caracterizado pelo fato de que os dois cátions são ambos selecionados de cátions de fórmula (I).
19. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 17, caracterizado pelo fato de que os dois cátions são ambos selecionados de cátions de fórmula (II).
20. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 17, caracterizado pelo fato de que os dois cátions são diferentes.
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