CN113024613A - 一种不对称亚胺铁配合物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种不对称亚胺铁配合物及其制备方法和应用,所述配合物的制备方法:经过二次胺酮缩合制备不对称吡啶亚胺配体化合物,然后与金属卤化物络合得到。本发明的铁配合物的制备从简单、价格低廉的原料开始,步骤少,产率高。用MMAO进行活化,该铁配合物对乙烯聚合反应都表现出非常高的活性,达到107g PE(mol Fe)‑1h‑1,并产生具有高分子量、高熔点和分子量分布宽的聚乙烯。此外,根据聚合产物的高温核磁谱对其微观结构进行分析,发现配体上的取代基的变化对铁配合物的催化性能及聚乙烯的微观结构都有很大影响。该铁配合物可作为催化剂在乙烯聚合中应用。
Description
技术领域
本发明涉及后过渡金属配合物,特别涉及铁配合物,更具体地说是一种不对称亚胺铁配合物及其制备方法和应用。
背景技术
后过渡金属配合物作为烯烃聚合催化剂已成为应用研究的热点。二十多年前,由Brookhart与Gibbson独立报道了一类亚胺基吡啶的铁和钴配合物,此类配合物催化乙烯聚合具有高活性,获得高度线性聚烯烃或者具有Schulz-Flory分布的α-烯烃。金属配合物作为烯烃聚合催化剂的应用不仅要考虑预催化剂自身的性质,制备的聚合物的性能起到决定性的作用。目前,工业化的聚乙烯催化剂有Ziegler-Natta型催化剂、Phillips型催化剂和茂金属型催化剂。就经典的Phillips铬系催化剂而言,虽然一直被认为此类催化剂制备的聚乙烯中会残留少量的有毒铬,由于所得聚乙烯独特的分子量分布(8-65)(M.P.Mcdaniel,Advances in catalysis.2010,53,123-606),而具有很好的“剪切稀释”和“熔体强度”等性能一直被沿用。本发明通过亚胺配体化合物与铁配位得到一种新型不对称亚胺铁配合物,制备的聚乙烯也具有类似独特的分子量分布(7-55),而且铁配合物无毒,这是我们首次发现铁配合物催化乙烯聚合能够制备出多分散性,高活性高分子量的线型聚乙烯。
发明内容
本发明的目的是提供一种不对称亚胺铁配合物及其制备方法,以及该配合物作为催化剂在乙烯聚合中的应用,作为催化剂用于乙烯聚合不仅具有非常高的催化活性,而且还得到具有高度线性,高分子量,宽分布和包含少量末端双键的聚乙烯。
本发明提供的一种不对称亚胺铁配合物,其特征在于,结构式为:
其中:
R1、R2各自独立地选自氢、1-10个碳原子的烷基、芳基、烷芳基、芳烷基和烷氧基中的一种;R1和R2相同或不同。
优选R1、R2各自独立地优选自氢、甲基、乙基、异丙基和甲氧基中的一种。
本发明还提供了一种不对称亚胺铁配合物的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)配体的制备:将催化量的对甲基苯磺酸溶于甲醇中,搅拌下分批加入到等摩尔量的2,6-二乙酰基吡啶和2,4-二(4,4′-二甲氧基二苯甲基)-6-甲基苯胺的甲苯溶液中,加热至回流,持续反应10-12小时;将所得溶液浓缩,然后通过柱色谱法纯化,得到单边吡啶中间产物M;将单边吡啶中间产物M溶于甲苯中分批加入到带有R1和R2取代基的苯胺化合物的甲苯溶液中,其摩尔比为1:1-2,缓慢加入催化量的对甲基苯磺酸,再次加热回流14-18小时,反应完全后,浓缩,洗涤,抽滤,结晶,制得不对称吡啶亚胺配体化合物L;
(2)铁配合物的制备:在氮气保护下,加入一定量制备好的不对称亚胺配体化合物L和二氯甲烷,低温搅拌下,分批加入FeCl2﹒4H2O乙醇溶液,不对称亚胺配体化合物L与FeCl2﹒4H2O的摩尔比例为1:1,加完后缓慢恢复室温,室温下搅拌反应10-15小时,反应结束后浓缩,洗涤,抽滤,重结晶,减压下干燥,制得不对称亚胺铁配合物F。具体的合成路线如下:
本发明不对称亚胺铁配合物作为催化剂可在乙烯聚合中应用。在乙烯聚合的实验中催化剂聚合活性最高可达:2.19×107g PE mol(Fe)-1h-1;聚乙烯分子量达到:9.92×105gmol-1;聚乙烯的分子量分布最高可达55.2。
与现有技术相比本发明的有益效果:本发明不对称亚胺铁配合物制备所用原料易得、价格低廉,制备步骤少,且产率高;作为催化剂用于乙烯聚合不仅具有非常高的催化活性,而且还得到具有高度线性,高分子量,宽分布和包含少量末端双键的聚乙烯。
附图说明
图1为本发明不对称亚胺铁配合物F2的晶体结构图;
图2为本发明不对称亚胺铁配合物F3的晶体结构图;
图3为本发明不对称亚胺铁配合物F1/MMAO最优条件下制备的聚乙烯的高温1H/13CNMR图。
具体实施方式
以下为本发明不对称亚胺铁配合物的制备、表征和应用,这些仅仅为说明而给出的实施例,这些实施例并非用于限制本发明的保护范围。
实施例1
(1)配体的制备
将对甲苯磺酸0.2mL溶于5mL甲醇中,搅拌下分批加入到2,6-二乙酰基吡啶(15.0mmol)和2,4-二(4,4′-二甲氧基二苯甲基)-6-甲基苯胺(15.0mmol)的甲苯混合液中,加热至120℃,持续反应10小时,浓缩溶液,柱色谱纯化反应产物,得到单边吡啶中间产物M。
将单边吡啶中间产物M(2.0mmol)分批加入到2,6-二甲基苯胺(2.2mmol)的甲苯溶液中,搅拌下缓慢加入0.05mL的对甲基苯磺酸,再次加热至120℃,回流15小时,反应完全后,浓缩,洗涤,抽滤,结晶,制得不对称吡啶亚胺配体化合物L1;
L2(R1=Et,R2=H),L3(R1=iPr,R2=H)和L4(R1=Et,R2=Me)的制备方法同L1;
中间体M表征的数据如下:1H-NMR(400MHz,CDCl3,TMS):δ8.46(d,J=8Hz,1H,Py-H),8.10(d,J=8Hz,1H,Py-H),7.91(t,J=8Hz,1H,Py-H),6.97(d,J=8Hz,4H,Ph-H),6.88-6.78(m,9H,Ph-H),6.70(d,J=8Hz,2H,Ph-H),6.64(d,J=8Hz,2H,Ph-H),6.57(s,1H,Ph-H),5.32(s,1H,CH),5.26(s,1H,CH),3.79(s,6H,2×OCH3),3.76(s,3H,OCH3),3.73(s,3H,OCH3),2.72(s,3H,CH3),1.93(s,3H,CH3),1.63(s,3H,CH3).
配体L1(R1=Me,R2=H),L2(R1=Et,R2=H),L3(R1=iPr,R2=H)和L4(R1=Et,R2=Me)的产率和表征的数据如下:
L1:(Ar=2,6-Me2C6H3)黄色固体,1H NMR(400MHz,CDCl3,TMS):δ8.69(d,J=4Hz,1H,Py-H),8.35(d,J=8Hz,1H,Py-H),7.89(t,J=8Hz,1H,Py-H),7.09(t,J=8Hz,2H,Ph-H),6.98(d,J=8Hz,6H,Ph-H),6.82(m,8H,Ph-H),6.72(d,J=8Hz,2H,Ph-H),6.66(d,J=8Hz,2H,Ph-H),6.57(s,1H,Ph-H),5.33(s,1H,CH),5.31(s,1H,CH),3.80(s,6H,2×OCH3),3.77(s,3H,OCH3),3.72(s,3H,OCH3),2.18(s,3H,CH3),2.09(s,3H,CH3),2.04(s,3H,CH3),1.95(s,3H,CH3),1.65(s,3H,CH3).13C NMR(100MHz,CDCl3,TMS):δ168.7(C=N),167.0(C=N),157.9,157.8,155.1,146.4,138.8,137.2,137.1,136.8,136.2,135.4,133.5,130.6,130.3,129.2,128.6,128.0,125.5,124.9,123.1,122.2,122.1,113.6,113.4,55.3,54.8,50.7,18.0,16.7,16.5.
L2:(Ar=2,6-Et2C6H3)黄色固体,1H NMR(400MHz,CDCl3,TMS):δ8.43(d,J=8Hz,1H,Py-H),8.34(d,J=8Hz,1H,Py-H),7.88(t,J=8Hz,1H,Py-H),7.11(t,J=12Hz,2H,Ph-H),7.03(t,J=16Hz,1H,Ph-H),6.97(d,J=8Hz,4H,Ph-H),6.88(d,J=8Hz,2H,Ph-H),6.83-6.77(m,7H,Ph-H),6.71(d,J=8Hz,2H,Ph-H),6.65(d,J=8Hz,2H,Ph-H),6.56(s,1H,Ph-H),5.31(s,1H,CH),5.29(s,1H,CH),3.79(s,6H,2×OCH3),3.76(s,3H,OCH3),3.71(s,3H,OCH3),2.50-2.28(m,4H,CH2),2.18(s,3H,CH3),1.94(s,3H,CH3),1.65(s,3H,CH3),1.17(t,J=16.0Hz 3H,CH3),1.12(t,J=16.0Hz 3H,CH3).13C NMR(100MHz,CDCl3,TMS):δ168.7(C=N),167.0(C=N),157.9,157.8,155.3,155.1,147.9,146.4,138.8,137.2,137.1,136.8,136.2,135.5,133.5,131.3,131.2,130.7,130.3,129.2,128.6,126.0,124.9,123.4,122.2,122.1,113.6,113.4,55.3,54.8,50.7,24.7,24.6,18.1,16.8,16.7,13.8.
L3:(Ar=2,6-i-Pr2C6H3)黄色固体,1H NMR(400MHz,CDCl3,TMS):δ8.43(d,J=8Hz,1H,Py-H),8.34(d,J=8Hz,1H,Py-H),7.88(t,J=8Hz,1H,Py-H),7.19-7.16(m,2H,Ph-H),7.10(t,J=6Hz,1H,Ph-H),6.97(d,J=8Hz,4H,Ph-H),6.88(d,J=8Hz,2H,Ph-H),6.84-6.77(m,7H,Ph-H),6.71(d,J=8Hz,2H,Ph-H),6.65(d,J=8Hz,2H,Ph-H),6.56(s,1H,Ph-H),5.31(s,1H,CH),5.29(s,1H,CH),3.79(s,6H,2×OCH3),3.77(s,3H,OCH3),3.71(s,3H,OCH3),2.82-2.71(m,2H,-CH),2.20(s,3H,CH3),1.95(s,3H,CH3),1.67(s,3H,CH3),1.19(d,J=8Hz,6H,2×CH3),1.15(d,J=8Hz,6H,2×CH3).13C NMR(100MHz,CDCl3,TMS):δ168.6(C=N),166.9(C=N),157.8,157.7,155.2,155.0,146.5,146.3,138.7,137.1,137.0,136.1,135.8,135.4,133.4,130.6,130.2,129.1,128.5,124.8,123.5,123.0,122.1,122.0,113.5,113.3,55.2,54.7,50.6,28.3,23.2,22.9,18.0,17.1,16.6.
L4:(Ar=2,6-Et2-4-MeC6H2)黄色固体,1H NMR(400MHz,CDCl3,TMS):δ8.40(d,J=8Hz,1H,Py-H),8.32(d,J=8Hz,1H,Py-H),7.85(t,J=8Hz,1H,Py-H),6.95(d,J=8Hz,6H,Ph-H),6.86(d,J=8Hz,2H,Ph-H),6.81-6.75(m,7H,Ph-H),6.69(d,J=8Hz,2H,Ph-H),6.63(d,J=8Hz,2H,Ph-H),6.54(s,1H,Ph-H),5.29(s,1H,CH),5.27(s,1H,CH),3.77(s,6H,2×OCH3),3.74(s,3H,OCH3),3.69(s,3H,OCH3),2.42-2.23(m,4H,CH2),2.34(s,3H,CH3),2.16(s,3H,CH3),1.92(s,3H,CH3),1.63(s,3H,CH3),1.14(t,J=8.0Hz 3H,CH3),1.09(t,J=8.0Hz 3H,CH3).13C NMR(100MHz,CDCl3,TMS):δ168.6(C=N),167.1(C=N),157.8,157.7,155.2,146.4,145.3,138.7,137.1,136.7,136.1,135.4,133.4,132.4,131.1,130.6,130.2,129.1,128.5,126.7,124.9,122.0,113.5,113.3,55.2,54.7,50.6,24.6,24.5,21.0,17.8,16.7,16.6,13.9,13.8.
(2)铁配合物的制备
在氮气保护下的Schlenk瓶中,加入制备好的不对称亚胺配体化合物L1(0.30mmol)和适量二氯甲烷,待完全溶解后,低温搅拌下,分批加入FeCl2﹒4H2O(0.30mmol)乙醇溶液,加完后缓慢恢复室温,搅拌下室温反应12小时,反应结束后浓缩,洗涤,抽滤,重结晶,减压下干燥,制得不对称亚胺铁配合物F1。
铁配合物F2(R1=Et,R2=H),F3(R1=iPr,R2=H)和F4(R1=Et,R2=Me)的制备条件同铁配合物F1的制备条件。
铁配合物F1(R1=Me,R2=H),F2(R1=Et,R2=H),F3(R1=iPr,R2=H)和F4(R1=Et,R2=Me)的产率和表征的数据如下:
F1:蓝色固体粉末,FT-IR(cm-1):2833(w),1608(νC=N,m),1583(νC=N,w),1508(s),1464(m),1442(w),1371(w),1299(m),1247(s),1224(w),1176(m),1108(w),1031(w),835(m),812(w),772(w),668(m).Anal.calcd for C54H53Cl2FeN3O4(934.78):C,69.38;H,5.72;N,4.50.Found:C,69.13;H,5.76;N,4.52%.
F2:蓝色固体粉末,FT-IR(cm-1):2958(w),2834(w),1609(νC=N,m),1584(νC=N,w),1508(s),1462(m),1451(w),1369(w),1301(m),1248(s),1210(m),1175(m),1109(w),1032(m),835(w),808(w),773(m),726(m),668(w).Anal.calcd for C56H57Cl2FeN3O4(962.83):C,69.86;H,5.97;N,4.36.Found:C,69.53;H,5.98;N,4.25%.
F3:蓝色固体粉末,FT-IR(cm-1):2960(w),2930(w),2873(w),2835(w),1609(νC=N,m),1582(νC=N,w),1508(s),1463(m),1444(w),1370(w),1300(m),1247(s),1177(m),1109(w),1032(m),833(w),811(w),771(m),724(m),668(w).Anal.calcd for C58H61Cl2FeN3O4(990.89):C,70.30;H,6.21;N,4.24.Found:C,70.15;H,6.15;N,4.20%.
F4:蓝色固体粉末,FT-IR(cm-1):2959(w),2843(w),1610(νC=N,m),1586(νC=N,w),1509(s),1462(m),1371(w),1301(m),1250(s),1213(m),1176(m),1108(w),837(w),810(m),778(m),758(w),670(m).Anal.calcd for C57H59Cl2FeN3O4(975.32):C,70.08;H,6.09;N,4.30.Found:C,69.97;H,6.07;N,4.31%.
实施例2
利用配合物F1与MMAO助催化剂加压下的乙烯聚合反应:
在乙烯环境下,将20mL甲苯、30mL的催化剂F1(1.5μmol)的甲苯溶液、1.6mL的助催化剂MMAO(1.93mol/L正庚烷溶液)、50mL甲苯依次加入到250mL不锈钢高压釜中。此时Al/Fe=2000:1。机械搅拌开始,保持400转/分,当聚合温度达到60℃时,往反应釜中充入乙烯,聚合反应开始。在60℃下保持10atm的乙烯压力,搅拌30min。用5%盐酸和乙醇溶液淬灭反应,得到聚合物沉淀,用乙醇洗数次,真空烘干至恒重,称重。
聚合活性:2.19×107g PE mol(Fe)-1h-1,聚合物Tm=132.6℃。(Tm为聚合物的熔融温度,通过DSC测试所得),聚合物分子量Mw=7.05×105g·mol-1,PDI=23.5(Mw为聚合物的质均分子量,通过升温GPC测试所得)。
实施例3
利用配合物F1与MMAO助催化剂加压下的乙烯聚合反应:
在乙烯环境下,将20mL甲苯、30mL的催化剂F1(1.5μmol)的甲苯溶液、1.6mL的助催化剂MMAO(1.93mol/L正庚烷溶液)、50mL甲苯依次加入到250mL不锈钢高压釜中。此时Al/Fe=2000:1。机械搅拌开始,保持400转/分,当聚合温度达到60℃时,往反应釜中充入乙烯,聚合反应开始。在60℃下保持10atm的乙烯压力,搅拌60min。用5%盐酸和乙醇溶液淬灭反应,得到聚合物沉淀,用乙醇洗数次,真空烘干至恒重,称重。聚合活性:1.22×107g PE mol(Fe)-1h-1,聚合物Tm=131.7℃,Mw=9.12×105g·mol-1,PDI=55.2。
实施例4
利用配合物F2与MMAO助催化剂加压下的乙烯聚合反应:
在乙烯环境下,将20mL甲苯、30mL的催化剂F2(1.5μmol)的甲苯溶液、1.6mL的助催化剂MMAO(1.93mol/L正庚烷溶液)、50mL甲苯依次加入到250mL不锈钢高压釜中。此时Al/Fe=2000:1。机械搅拌开始,保持400转/分,当聚合温度达到60℃时,往反应釜中充入乙烯,聚合反应开始。在60℃下保持10atm的乙烯压力,搅拌30min。用5%盐酸和乙醇溶液淬灭反应,得到聚合物沉淀,用乙醇洗数次,真空烘干至恒重,称重。聚合活性:1.47×107g PE mol(Fe)-1h-1,聚合物Tm=129.6℃,Mw=1.68×105g·mol-1,PDI=8.5。
实施例5
利用配合物F3与MMAO助催化剂加压下的乙烯聚合反应:
在乙烯环境下,将20mL甲苯、30mL的催化剂F3(1.5μmol)的甲苯溶液、1.6mL的助催化剂MMAO(1.93mol/L正庚烷溶液)、50mL甲苯依次加入到250mL不锈钢高压釜中。此时Al/Fe=2000:1。机械搅拌开始,保持400转/分,当聚合温度达到60℃时,往反应釜中充入乙烯,聚合反应开始。在60℃下保持10atm的乙烯压力,搅拌30min。用5%盐酸和乙醇溶液淬灭反应,得到聚合物沉淀,用乙醇洗数次,真空烘干至恒重,称重。聚合活性:1.35×107g PE mol(Fe)-1h-1,聚合物Tm=132.0℃,Mw=9.25×105g·mol-1,PDI=42.0。
实施例6
利用配合物F4与MMAO助催化剂加压下的乙烯聚合反应:
在乙烯环境下,将20mL甲苯、30mL的催化剂F4(1.5μmol)的甲苯溶液、1.6mL的助催化剂MMAO(1.93mol/L正庚烷溶液)、50mL甲苯依次加入到250mL不锈钢高压釜中。此时Al/Fe=2000:1。机械搅拌开始,保持400转/分,当聚合温度达到60℃时,往反应釜中充入乙烯,聚合反应开始。在60℃下保持10atm的乙烯压力,搅拌30min。用5%盐酸和乙醇溶液淬灭反应,得到聚合物沉淀,用乙醇洗数次,真空烘干至恒重,称重。聚合活性:1.40×107g PE mol(Fe)-1h-1,聚合物Tm=131.4℃,Mw=6.54×105g·mol-1,PDI=28.1。
以上,对本发明的实施方式进行了说明。但是,本发明不限于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
2.如权利要求1所述的一种不对称亚胺铁配合物,其特征在于,所述的R1、R2各自独立地选自氢、甲基、乙基、异丙基和甲氧基中的一种。
3.如权利要求1或2所述的一种不对称亚胺铁配合物的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)配体的制备:将催化量的对甲基苯磺酸溶于甲醇中,搅拌下分批加入到等摩尔量的2,6-二乙酰基吡啶和2,4-二(4,4′-二甲氧基二苯甲基)-6-甲基苯胺的甲苯溶液中,加热至回流,持续反应10-12小时;将所得溶液浓缩,然后通过柱色谱法纯化,得到单边吡啶中间产物M;将单边吡啶中间产物M溶于甲苯中分批加入到带有R1和R2取代基的苯胺化合物的甲苯溶液中,其摩尔比为1:1-2,缓慢加入催化量的对甲基苯磺酸,再次加热回流14-18小时,反应完全后,浓缩,洗涤,抽滤,结晶,制得不对称吡啶亚胺配体化合物L;
(2)铁配合物的制备:在氮气保护下,加入一定量制备好的不对称亚胺配体化合物L和二氯甲烷,低温搅拌下,分批加入FeCl2﹒4H2O乙醇溶液,不对称亚胺配体化合物L与FeCl2﹒4H2O的摩尔比例为1:1,加完后缓慢恢复室温,室温下搅拌反应10-15小时,反应结束后浓缩,洗涤,抽滤,重结晶,减压下干燥,制得不对称亚胺铁配合物F。
4.如权利要求3所述的一种不对称亚胺铁配合物的制备方法,其特征在于,所述不对称亚胺配体化合物L与FeCl2﹒4H2O的摩尔比为1:1。
5.如权利要求1或2所述的一种不对称亚胺铁配合物作为催化剂在乙烯聚合中的应用。
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CN102464677A (zh) * | 2010-11-17 | 2012-05-23 | 中国科学院化学研究所 | 一类不对称吡啶二亚胺铁或钴配合物催化剂及其制备方法与应用 |
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