ES2212736B1 - Complejos metalicos que contienen un ligante de 2,6-diacilpirina y utilizacion de los mismos en la polimerizacion de etileno. - Google Patents

Complejos metalicos que contienen un ligante de 2,6-diacilpirina y utilizacion de los mismos en la polimerizacion de etileno.

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Abstract

Complejo organometálico de fórmula (IAP)M(X)n que puede utilizarse para la formación de sistemas catalíticos, en la que M es un metal seleccionado de los metales de transición y los lanzánidos, en un estado de oxidación "s" positivo y distinto de cero; cada X representa de forma independiente un grupo de tipo aniónico que forma con el metal un enlace como si fuese al anión de un par iónico o que participa en un enlace covalente de tipo "sigma" indica el número de grupos X necesarios pra neutralizar la carga "+s" formal del metal M, e (IAP) representa un ligante neutro que consiste en una monoimina de 2,6-diacilpiridina. Dicho complejo se prepara por medio de métodos relativamente simples y puede ser utilizado, en combinación con co-catalizador adecuadado, tal como por ejemplo un aluminoxano, como catalizador en un procedimiento de (co)polimerización normal de alfa-olefinas, y particularmente etileno.

Description

Complejos metálicos que contienen un ligante de 2,6-diacilpiridina y utilización de los mismos en la polimerización de etileno.
La presente invención se refiere a un nuevo complejo metálico y a su utilización en la preparación de compuestos catalíticos capaces de polimerizar \alpha-olefinas.
Más particularmente, la presente invención se refiere a un complejo organometálico de un metal de transición o de un metal del grupo de lantánidos, un compuesto catalítico que lo incluye y por lo menos un activador organometálico, así como a un procedimiento para la (co)polimerización de \alpha-olefinas que se lleva a cabo en presencia del compuesto catalítico antes mencionado para una amplia gama de temperaturas y presiones.
Es un hecho bien conocido que el etileno o, en general, las \alpha-olefinas pueden polimerizarse o copolimerizarse mediante procedimientos de alta, mediana o baja presión, en los que se emplean unos catalizadores heterogéneos basados en algún metal de transición del grupo 4 a 6 de la tabla períodica de elementos (según aprobación de la IUPAC publicada, en 1989, por ``CRC Press Inc.'', y a la que nos referiremos en lo que sigue con la denominación ``tabla periódica'') y que se conocen generalmente como catalizadores del tipo Ziegler-Natta. Un grupo de catalizadores que se emplea más recientemente en la polimerización de las \alpha-olefinas es uno que se compone de un derivado oligomérico organo-oxigenado de aluminio (en concreto, de metilaluminoxano o MAO) y un compuesto de \eta^{5}-ciclopentadienilo (metaloceno) de un metal de transición que también se encuentra entre los grupos 4 a 6 de la tabla periódica de elementos y que preferentemente pertenece al grupo 4. Estos últimos catalizadores son muy solubles en disolventes de hidrocarbono y, por esta razón, suelen llamarse ``homogéneos'' a pesar de que a veces se utilizan de forma heterogénea al combinarlos con un soporte sólido inerte. Las características de los procedimientos de polimerización basados en este tipo de sistemas catalíticos pueden ser tan distintas de las de los procedimientos que utilizan los catalizadores heterogéneos del tipo Ziegler-Natta, que permiten incluso obtener unos polímeros olefínicos nuevos que, en algunos casos, es imposible obtenerlos utilizando los sistemas tradicionales. Entre los numerosos artículos que se han ido publicando sobre este tema, cabe mencionar, por ejemplo, los que se han publicado en ``Progress in Polymer Science'', vol. 20 (1995), páginas 309-367, y en ``Journal of Molecular Catalysis A: Chemical'', vol. 128 (1998), páginas 1-331, para ya una amplia gama de aplicaciones de las técnicas antes mencionadas y presentan numerosos resultados.
Con la intención de perfeccionar el estado de la técnica, se han propuesto recientemente unos nuevos procedimientos de catálisis que permiten la polimerización de \alpha-olefinas basadas en complejos de metales de transición ``pesados'', o sea, de los metales que se encuentran entre los grupos 8 a 10 de la tabla periódica.
Los procedimientos de oligomerización de olefinas en presencia de complejos de níquel son unos procedimientos que, de hecho, ya se conocen desde hace algún tiempo, pero son rarísimos los casos en los que se hayan podido obtener polímeros altamente olefínicos mediante la catálisis basada en este metal, tal como se describe, por ejemplo, en la patente europea 558,143.
Posteriormente, se describieron en la solicitud de patente internacional WO 96/23010 usos complejos de Pd(+2) o Ni(+2) y 1,4-N,N-1,4-difenilbutadieno (DAB), u otros ligantes que se derivan de los mismos y que tienen la siguiente estructura característica (I):
1
donde cada grupo Ar es un grupo fenilo opcionalmente sustituido con radicales de hidrocarbilo, los cuales, combinados con activadores típicos de complejos de metaloceno, tales como el MAO antes mencionado, o con activadores iónicos que se han desarrollado más recientemente a partir de boranos, son capaces de homopolimerizar etileno y proporcionar inesperadamente un producto ramificado, o de copolimerizar etileno con otras \alpha-olefinas, con dienos no conjugados y con compuestos orgánicos \alpha, \beta polares no saturados, tales como los acrilatos. A pesar de haber conseguido una mejora sustancial con respecto a las técnicas antes conocidas, los pesos moleculares que se obtienen así no son aún satisfactorios. No obstante, se ha observado que, con este grupo de catalizadores, el peso molecular del polietileno obtenido aumenta al aumentar el impedimento estérico de los sustituyentes en los dos grupos aromáticos que forman un enlace con un átomo de nitrógeno.
Se han propuesto también, según la solicitud de patente internacional I WO 98/27124, unos catalizadores de polimerización que se componen de unos complejos de hierro y cobalto y de algún agente gelificante tridentado nitrogenado (TRI) que se describe mediante la siguiente fórmula general (II):
2
en la que cada R-N se compone generalmente de un derivado de anilina del tipo siguiente:
3
donde los grupos R_{1} y R_{5} son grupos alcohilo con un impedimento estérico elevado, como, por ejemplo, el isopropilo, ter-butilo, etc., mientras que R_{1}, R_{3} y R_{4} pueden seleccionarse indistintamente de entre hidrógeno, alcohilo, alcohilo sustituido y arilos. Las dos estructuras siguientes permiten, por ejemplo, la preparación de unos complejos de cobalto o hierro apropiados para la polimerización de etileno:
4
5
donde R' = H o CH_{3}.
Estos ligantes pueden formar catalizadores que tienen también una cierta actividad de polimerización in situ, o sea, cuando se cargan en un reactor de polimerización en presencia de una sal de Fe o Co apropiada. Por ejemplo, se describe que al cargar, en presencia de etileno, un reactor con Co (acac)_{2} + (IV) + MAO (o MMAO), se observa la formación de polietileno, a pesar de que hay una pequeña actividad catalítica con respecto al cobalto.
El control del peso molecular del polímero obtenido con estos catalizadores depende críticamente del impedimento estérico de los grupos R_{1} y R_{5} en cada grupo fenilamino. Se obtienen mayores pesos moleculares con los sustituyentes que presentan un impedimento mayor. Sin embargo, si se comparan con los que se obtienen con los sistemas catalíticos tradicionales, se constata que los polímeros olefínicos que se obtienen considerando unas condiciones de producción comparables, presentan todavía unos pesos moleculares demasiado pequeños y polidispersos, de modo que no se llegan a satisfacer las propiedades mecánicas ni las requeridas para la fabricación de placas y láminas que son los elementos típicos que se suelen utilizarse en el mercado.
Otro ejemplo que cabe también mencionar, es un artículo publicado en ``Collect. Czech. Chem. Commun.'' (vol. 63, N°3, 1998, páginas 371.377) en el que se describen unos complejos de lantánidos haciendo referencia a un ligante acíclico de cadena abierta que se obtiene por condensación de 2 moléculas de 2,6-diacetilpiridina con una molécula de 1,3-fenilenodiamina, por lo que el ligante se caracteriza por la presencia de 2 funciones de imino junto con 2 funciones de acilo.
Contrariamente a la opinión actual de considerar que la presencia de dos grupos de fenilamina sustituidos por radicales con impedimento estérico elevado es un hecho negativo a la hora de utilizar los ligantes antes mencionados para obtener materiales poliméricos de \alpha-olefinas con un peso molecular satisfactorio, el autor de la presente solicitud ha encontrado que esta consideración es superflua en el caso de unos complejos que incluyen los ligantes de imina que se presentan y definen a continuación. Estos complejos pueden obtenerse también mediante unos procedimientos mucho más sencillos y rápidos que los complejos contemplados en la solicitud de patente internacional WO 98/27124 antes mencionada y, por consiguiente, son también mucho más económicos y fáciles de obtener.
El primer objetivo que persigue esta invención es pues el de describir el complejo de un metal M con estado de oxidación distinto a cero y que se ha seleccionado de entre los metales de transición y los lantánidos, así como un ligante neutro coordinado al metal M que consiste en una monoimina de 2,6-diacilpiridina (abreviatura IAP) cuya fórmula general es (V):
6
y en la que R' R'' representan, sin que haya relación alguna entre ambos, hidrógeno o un radical de hidrocarburo preferentemente alifático y que tiene entre 1 hasta 10 átomos de carbono o que también puede ser halogenado, en cuyo caso lo mejor es que sea metilo;
cada R_{i} (i = 1-8) representa, sin que haya alguna relación entre ellos, hidrógeno, un halógeno o un alcohilo C_{1}-C_{10}, o un aril C_{6}-C_{15} que opcionalmente puede ser de tipo halogenado, siempre y cuando por lo menos el grupo R_{1} o el grupo R_{5} es un radical de hidrocarburo, aunque lo mejor es que los dos grupos lo sean.
Este complejo, tal como se define en la presente invención, puede tener cualquier forma física, por lo que puede tener, por ejemplo, tanto el aspecto de un cuerpo sólido aislado, como presentarse disuelto en un solvente apropiado o unido a un material de soporte sólido, ya sea orgánico o inorgánico, que es preferentemente un material granulado o pulverulento. En general, este complejo puede describirse, teniendo en cuenta los términos arriba indicados, mediante la fórmula siguiente (VI):
(VI)(IAP)M(X)_{n}
en la que: (IAP) representa el ligante antes descrito mediante la fórmula (V),
M es un metal que, en el caso más general, se ha seleccionado del conjunto formado por los metales de transición, o sea, de entre los metales del grupo 3 hasta el grupo 12 de la tabla periódica, y por los lantánidos, que además se encuentra en un estado de oxidación ``s'' positivo y distinto de cero, generalmente entre 1 y 4, según cual sea el metal M considerado, aunque lo óptimo es que este estado coincida con uno de los estados de oxidación denominados ``metálicos'' que se especifican en la tabla periódica antes mencionada;
cada X representa de forma independiente un grupo de tipo aniónico que forma con e metal un enlace como si fuese el anión de un par iónico o que participa en un enlace covalente de tipo ``\sigma'', mientras que ``n'' indica el número de grupos X necesarios para neutralizar la carga de oxidación ``s'' del metal M y que es igual a ``s'' cuando todos los grupos X son monovalentes.
Tanto en la definición que se ha dado antes para el complejo descrito mediante la fórmula (VI), así como en la descripción que se presenta más adelante, se hace uso de las siguientes denominaciones con los significados que se especifican a continuación:
``metálico'', cuando se utiliza en relación con el estado de oxidación, se refiere a un estado de oxidación en el que el metal se comporta como un ión. Se diferencia de los estados de oxidación ``no metálicos'' de los metales de transición como, por ejemplo, del Cr (+6), V(+5) o Re(+8) que, como es bien sabido, no se encuentran en la naturaleza como iones con esta carga, sino que se encuentran generalmente ligados a átomos de O, S, F, o algún otro elemento muy electronegativo;
``(co)polimerización'', cuando se utiliza en relación con las \alpha-olefinas, se refieren tanto a la homopolimerización como a la copolimerización de etileno y/u otra \alpha-olefina que contienen más de dos átomos de carbono, produciéndose la homopolimerización entre moléculas del mismo tipo, mientras que en la copolimeración interviene también otro compuesto polimerizable no saturado con respecto al etileno;
``copolimero de'', cuando se utiliza en relación con una determinada \alpha-olefina, significa que dicho copolímero contiene, en moles, por lo menos un 20% de unidades monoméricas derivadas de dicha \alpha-olefina;
``polidentado'' o ``polivalente'', cuando se utiliza en relación con un grupo sustituyente, un ion, un ligante, o un radical orgánico, indica de que hay por lo menos dos funciones, interacciones, enlaces o valencias.
Los complejos descritos mediante la fórmula (VI) que se consideran preferenciales en el contexto de la presente invención, son aquellos en los que el metal M es uno seleccionado de entre los metales del grupo 4 hasta de la tabla periódica. Pero los resultados más notorios al (co)polimerizar las \alpha-olefinas se han obtenido en los casos en los que se ha considerado un metal del grupo 8 ó 9, y sobre todo cuando éste era cobalto, hierro, rutenio, rodio o iridio con un estado de oxidación de +2 ó +3. El cobalto y el hierro con el estado de oxidación +2 es especialmente apropiado.
El símbolo X en la fórmula (VI) representa un grupo (o ligante) de tipo iónico del complejo reivindicado. Es bien sabido que los metales de transición y los lantánidos rara vez forman algún compuesto o complejo que sea exclusivamente de tipo iónico, ya que, en la mayoría de los casos, el enlace entre metal y ligante es de tipo iónico-covalente o totalmente covalente. El símbolo X en la fórmula (VI) indica, por consiguiente, un ligante de tipo aniónico que se encuentra generalmente ligado al metal M a través de un enlace de tipo predominantemente covalente. El término (X)_{n} indica generalmente una combinación de enlaces de tipo aniónico, independientemente del número efectivo y del tipo de X que se encuentran en el compuesto descrito mediante la fórmula (VI). La definición de arriba incluye distintos ligantes X. Dentro del alcance de la presente invención se encuentran también los ligantes (X)_{n} polivalentes o polidentados como, por ejemplo, los grupos sulfato o ftalato en el caso de los oxalatos.
Como ejemplos de grupos de ligantes (X)_{n} de tipo aniónico, capaces de formar compuestos descritos mediante la fórmula (VI), se tienen los haluros y, en particular, los cloruros y bromuros, los sulfatos y sulfatos ácidos, grupos aliquil y dril sulfónicos, fosfatos y polifosfatos, grupos aiquil y aril fosfónicos, hídridos, grupos alquilo, lineales, cíciclos o ramificados, que tienen de 1 hasta 15 átomos de carbono tales como los metilo, etilo, butilo, isopropilo, isoamilo, octilo, decilo, bencilo, ciclopentilo, ciclohexilo, 4-metilciclohexilo, grupos alquilsililo que tienen de 1 hasta 20 átomos de carbono, tales como, por ejemplo, los trimetilsililo, trietilsililo o tributilsililo, grupos arilo que tienen de 6 hasta 15 átomos de carbono, tales como los fenilo o toluilo, grupos alcoxilo o tioalcoxilo que tienen de 1 hasta 10 átomos de carbono, tales como los metoxilo, etoxilo, iso- o secbutoxilo, etilsulfidos, grupos carboxilato o dicarboxilato, tales como los acetato, trifluoroacetato, propionato, butirato, pivalato, estearato, benzoato, oxalato, malonato, ftalato, y preferentemente los grupos carboxilato o dicarboxilato que tienen de 1 a 10 átomos de carbono, o también un grupo dialquilamida que tiene de 2 a 15 átomos de carbono, tal como la dietilamida, dibutilamida, o un grupo alquilsililamida, tal como la bis(trimetilsilil)amida o la etiltrimetilsililamida, grupos orgánicos divalentes, tales como el trimetileno o tetrametileno, o los grupos etilenodioxi.
También puede haber, si se prefiere, grupos o ligantes que difieren entre sí como, por ejemplo, un grupo cloruro y uno carboxilato o alcóxido. Los grupos X se seleccionan preferentemente, sobre todo en el caso de que se considere un procedimiento de polimerización en solución, de modo que el complejo descrito mediante la fórmula (VI) sea suficientemente soluble en los solventes que se vayan a utilizar en el procedimiento. En algunos casos, sin embargo, la solubilidad del complejo es una cuestión irrelevante como, por ejemplo, en el caso de los complejos unidos a un soporte sólido. Entonces el grupo de carácter aniónico (X) puede tener también una función aniónica que se encuentra unida químicamente al portador.
Para facilitar la producción y conservación de los complejos correspondientes, los grupos X que se suelen preferir son los grupos clorina, bromina, alcoxido y carboxilato (que tienen de 2 a 15 átomos de carbono).
Según lo expuesto arriba, el ligante polidentado que se identifica en la fórmula (VI) con la abreviatura ``IAP'' es una monoimina de 2,6-diacilpiridina descrita mediante la fórmula general (V). En esta fórmula, los distintos grupos R_{i} (i = 1,...,8) y R', R'' representan generalmente grupos hidrógeno, halógeno o hidrocarbono que tienen de 1 hasta 15 átomos de carbono. Los grupos sustituidos no quedan fuera del alcance de la presente invención, siempre y cuando tengan funciones que no puedan reaccionar químicamente (básicamente inertes como, por ejemplo, los halógenos) ni con los componentes de los sistemas catalizadores que incluyen los complejos antes mencionados de la fórmula (VI), ni en los procedimientos catalizados.
Así como los expertos en este campo pueden disponer de una amplia gama de posibles sustituyentes R, de cara a la presente invención es, sin embargo, importante que por lo menos uno de los grupos R_{1} y R_{5} sea un radical hidrocarbil y, preferentemente, un alquilo ramificado como, por ejemplo, un isopropil, s-butil, t-butil o bencil, o un arilo como un fenil o 4-metilfenil, para proporcionar al sustituyente de imina el impedimento estérico necesario que determina su configuración espacial. Estos radicales son preferentemente grupos hidrocarbono que tienen de 1 a 10 átomos de carbono, y pueden ser, por ejemplo, metilo, s-butilo, isopropilo, terbutilo, ciclohexilo, fenilo o benzilo. Una muy buena opción es que estos dos radicales sean ambos metilo o isopropilo, o que uno de ellos sea hidrógeno y el otro, por ejemplo, terbutilo. Otra muy buena opción es que los dos radicales sean grupos metilo o etilo, o que por lo menos uno de ellos sea un alquilo ramificado con 3 hasta 10 átomos de carbono.
Los radicales R_{2}, R_{3} y R_{4} del grupo imina descrito mediante la fórmula (V) son preferentemente, sin que haya alguna relación entre ellos, grupos alquilo alifáticos que tienen de 1 hasta 4 átomos de carbono, aunque lo óptimo es que todos ellos sean metilo o hidrógeno.
Los grupos R' y R'' son preferentemente unos grupos alquilo que tienen de 1 a 5 átomos de carbono, y lo mejor es que sean metilo.
En conformidad con un aspecto particular de la presente invención, los grupos adyacentes R_{1} pueden formar opcionalmente enlaces entre ellos de modo que forman una estructura cíclica unida al anillo aromático del grupo imina.
Los ligantes descritos mediante la fórmula (V) pueden prepararse utilizando, como precursor, una diacilpiridina con estructura apropiada, en la que los grupos sustituyentes preseleccionados coinciden con los grupos R', R'', R_{6}, R_{7} y R_{8} de la fórmula (V) del ligante considerado. Esta diacilpirida se somete a una reacción, preferentemente en una solución de algún líquido orgánico inerte, preferentemente algún hidrocarbono halogenado o hidrocarbono aromático, éter, éster, amida o alcohol con una anilina sustituida en las posiciones 1 a 5 del anillo correspondientes a los grupos R_{1}, R_{2}, R_{3}, R_{4} y R_{5} del compuesto descrito mediante la fórmula (V) que se vaya a obtener. Esta reacción se realiza en presencia de un ácido prótico, utilizando preferentemente un ácido carboxílico como catalizador de la reacción. La temperatura a la que se lleva a cabo la reacción puede encontrarse entre los 0 y 60°C, aunque lo mejor es que se sitúe entre los 20 y 40°C, mientras que la reacción se realiza considerando una relación molar entre reactivos de 1/1 aproximadamente. Se ha podido observar, no obstante, que se puede obtener también la monoimina deseada utilizando una relación molar anilina/diacilimina superior a 1/1 o que incluso llega hasta 2/1 o más, siempre que la temperatura de la reacción se encuentre entre los 0 y 40°C durante un periodo de hasta 5 horas de duración. Sin embargo, esto no ocurre si se utiliza anilina no sustituida. Pero generalmente, las condiciones más recomendadas para realizar la síntesis son las de unas relaciones molares anilina/diacilimina que se sitúan entre 1,05 y 1,30, unas temperaturas de reacción que se sitúan entre los 0 y 40°C, unas duraciones de la reacción entre 1 y 24 horas, aunque lo mejor es que sean de 1 a 8 horas, que además se utilice un solvente de alcohol (preferentemente metanol o etanol), y que la reacción se lleve a cabo en presencia de un ácido carboxílico, considerando una relación molar con respecto a la diacilpiridina de 0,1 hasta 0,5. A continuación, se procede a separar el compuesto descrito mediante la fórmula (V) y a purificarlo utilizando un procedimiento apropiado como uno de los que suelen emplearse en la química orgánica para este fin.
El compuesto descrito mediante la fórmula (V) es un compuesto intermedio a la hora de preparar el complejo metálico descrito mediante la fórmula (VI) en el que se encuentra coordinado al metal M.
En conformidad con la presente invención, el complejo de la fórmula (VI) puede prepararse mediante un procedimiento sencillo y conveniente, basado en el contacto y una reacción entre el ligante IAP descrito mediante la fórmula (V) y una sal del metal M seleccionado, reacción que se realiza preferentemente en presencia de un líquido inerte con el fin de facilitar la migración molecular. Por ejemplo, se puede empezar partiendo de un cloruro del metal M disuelto en un alcohol, tal como el butanol, o un éter polar como el tetrahidrofurano (THF), al que se le añade una cantidad estequiométrica del ligante preseleccionado. Se separa el complejo así obtenido empleando uno de los procedimientos bien conocidos para ello como, por ejemplo, el de inducir la cristalización o la precipitación con un no solvente y luego proceder a la separación filtrando o decantando. Debido a la elevada afinidad del compuesto de la fórmula (V) para formar un complejo con un metal de transición o un lantánido, el complejo deseado de la fórmula (VI) se forma rápidamente con un rendimiento cuantitativo importante, incluso en condiciones de temperatura poco exigentes. La reacción puede describirse esquemáticamente mediante la siguiente ecuación: M(X)_{n} + IAP -> (IAP)M(X)_{n} en la que los distintos símbolos empleados tienen el mismo significado que el que se les dio anteriormente en la fórmula (VI).
La sal M(X)_{n} puede ser cualquier sal apropiada del metal M o, si se prefiere, una mezcla de sales, también de distintos metales, en el caso de que se quiera obtener una mezcla de complejos de distintos metales, todos ellos descritos mediante la fórmula (VI). Los resultados más interesante se obtuvieron con sales de los metales del grupo 8 y 9 de la tabla periódica de elementos. Unas sales típicas apropiadas para este fin son las sales halógenas, sobre todo los cloruros y bromuros, alcoholatos, carboxilatos, acetilacetonatos, malonatos, así como otras sales orgánicas análogas. Las sales inorgánicas, sin embargo, tales como los carbonatos y bicarbonatos, etc., son también apropiadas para este fin, siempre y cuando sean capaces, según los conocimientos actuales en la química inorgánica, de reaccionar, en el entorno considerado, con el compuesto IAP para formar un complejo coordinado. Todas las sales en las que M y X son los que se han especificado más arriba, ya sea en la forma general o en la preferida, en relación con el complejo descrito mediante la fórmula (VI), son unas sales especialmente apropiadas para los propósitos de la presente invención.
Estos complejos descritos mediante la fórmula (VI) pueden, sin embargo, obtenerse también modificando un complejo distinto del que ya se dispone y que también viene descrito mediante la fórmula (VI). Esto se consigue, por ejemplo, cambiando un ligante de tipo aniónico por otro. Un procedimiento que es especialmente interesante para la presente invención, es el que permite preparar complejos descritos mediante la fórmula (VI), en los que por lo menos un X y preferiblemente dos X son grupos alquilo que tienen de 1 a 10, o preferentemente de 1 a 5 átomos de carbono, partiendo de los correspondientes complejos descritos mediante la fórmula (VI), en los que X es, por ejemplo, cloruro, alcoxido, amida o carboxilato, y realizando una alquilación utilizando un compuesto apropiado para este fin como, por ejemplo, un alquilmagnesio, un magnesio-alquilhaluro, un alquilaluminio o un aluminio-alquilhaluro.
Este procedimiento de preparación, así como el anterior, puede utilizarse también en algunos casos in situ, o sea directamente en el entorno destinado para el procedimiento de polimerización en el que el complejo de la fórmula (VI) es un componente del sistema catalítico. Esta posibilidad constituye también otra ventaja de la presente invención, tal como se muestra detalladamente más abajo.
Otra finalidad de la presente invención es la de describir un sistema catalítico para la (co)polimerización de \alpha-olefinas que se compone de por lo menos los dos componentes siguientes, tal como se describen a continuación, o bien formando una combinación entre sí:
(A)
un complejo metálico descrito mediante la fórmula (VI) en el que el metal M del complejo se ha seleccionado de entre los metales de transición y los lantánidos, preferentemente de entre los metales de los grupos 8 y 9 de la tabla periódica de elementos y, en particular, del conjunto formado por Fe, Co, Ru, Ir y Rh;
(B)
un cocatalizador que se compone de por lo menos un compuesto orgánico de un elemento M' distinto al carbono que se ha seleccionado de entre los elementos del grupo 2, 12, 13 ó 14 de la tabla periódica. En particular, este elemento M' se selecciona, conforme a la presente invención, del grupo formado por boro, aluminio, cinc, magnesio, galio y estaño que, particularizando aún más, del grupo formado por boro y aluminio.
En la forma más recomendada para llevar a la práctica la presente invención, el componente (B) es un derivado organo-oxigenado de aluminio, galio o estaño. Este puede considerarse como un compuesto orgánico de M', en el que M' se encuentra enlazado a por lo menos un átomo de oxígeno y a por lo menos un grupo orgánico compuesto de un grupo alquilo que tiene de 1 a 6 átomos de carbono, siendo éste preferentemente un grupo metilo.
En conformidad con este aspecto de la invención, el componente (B) es preferentemente un aluminoxano. Como es sabido, los aluminoxanos son unos compuestos que incluyen enlaces del tipo Al-O-Al con una relación O/Al variable, que se obtienen al someter a una reacción bien controlada un aluminio-alquilo o un aluminio-alquilhaluro con agua u otro compuesto que contiene unas cantidades predeterminadas de agua disponible como se da, por ejemplo, en la reacción de aluminio trimetilo con sulfato hexahidrato de aluminio, sulfato pentahidrato de cobre o sulfato pentahidrato de hierro. Los aluminoxanos que se utilizan preferentemente para producir el catalizador de polimerización de la presente invención son unos compuestos oligoméricos o poliméricos, que pueden ser cíclicos y/o lineales, y que se caracterizan por presentar unas unidades repetitivas que se describen mediante la siguiente fórmula:
\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
 \+ R _{9} \cr  \+ |\cr 
--( \hskip-2mm\hbox{} \+
Al--O)--\cr}
en la que R_{9} es un grupo alquilo C_{1}-C_{6}, siendo éste preferentemente un grupo metilo.
Cada molécula de aluminoxano contiene preferentemente entre 4 a 70 unidades repetitivas que no tienen que ser necesariamente idénticas y pueden incluir distintos grupos R_{9}.
Estos aliminoxanos y, en particular, los metilaluminoxanos son unos compuestos que pueden obtenerse mediante procedimientos químicos organometálicos bien conocidos como, por ejemplo, añadiendo aluminio trimetilo a una suspensión de sulfatohidrato de aluminio en hexano.
Cuando se utilizan para producir un catalizador de polimerización conforme a la presente invención, los aluminoxanos se ponen en contacto con un complejo de la fórmula (VI) considerando unas proporciones tales que la razón atómica del Al al metal de transición M toma un valor que se encuentra en 10 y 10.000 y, preferentemente, uno que se encuentra entre 100 y 5.000. La secuencia con la que el componente (A) y el aluminoxano (B) se ponen en contacto no es especialmente crítica.
Además de los aluminoxanos recomendados, la definición del componente (B) conforme a la presente invención contempla también los galoxanos (la fórmula anterior incluye ahora galio en lugar aluminio), así como los estanoxanos, cuyo uso como cocatalizadores para la polimerización de olefinas en presencia de metaloceno ya es conocida, por ejemplo, a través de las patentes US 5,128,295 y US 5,258,475.
En conformidad con otro aspecto preferencial de la presente invención, este catalizador puede obtenerse también poniendo el componente (A) que integra por lo menos un complejo descrito mediante la fórmula (VI), en contacto con el componente (B) que integra por menos un compuesto o una mezcla de compuestos organometálicos de M', en concreto, de boro, que son capaces de reaccionar con el complejo descrito mediante la fórmula (VI) al extraer de este último un grupo X con enlace a para formar, por un lado, por lo menos un componente neutro y, por otro lado, un compuesto iónico que se compone de un catión que incluye el metal M coordinado al ligante IAP y un anión orgánico no coordinado que incluye el metal M', en concreto, boro, cuya carga negativa se encuentra de forma no localizada en una estructura multicéntrica.
Los componentes (B) que resultan apropiados como sistemas ionizantes del tipo arriba descrito, se escogen preferentemente de entre los compuestos orgánicos y voluminosos de aluminio y, en particular, de boro, como, por ejemplo, los que se pueden describir mediante las siguientes fórmulas generales: [(R_{c}) _{W}H_{4-W}]\bullet[B(R_{D})_{4}|^{-}; \;\; B(R_{D})_{3}; \;\; `Ph_{3}C]^{+}\bullet[B(R_{D})_{4}|^{-};\belowdisplayskip=.5\baselineskip [(R_{c})_{3}PH]^{+} \bullet[B(R_{D})_{4}|^{-}; \;\; [Li]^{-}\bullet[B(R_{D})_{4}|^{-}; \;\; [Li]^{+} \bullet [A|(R_{D})_{4}|^{-}; donde ``w'' es un número entero que puede tomar un valor cualquiera entre 0 y 3, los grupos R_{c} representan, sin que haya alguna relación entre ellos, un radical alquilo o arilo que tiene 1 hasta 10 átomos de carbono, mientras que los grupos R_{D} representan, sin que haya alguna relación entre ellos, un radical arilo parcialmente o, preferentemente, totalmente fluorinado y que tiene 6 hasta 20 átomos de carbono.
Estos compuestos se utilizan generalmente en unas cantidades tales que la razón del átomo M' (en particular, de boro) del componente (B) al átomo M del complejo descrito mediante la fórmula (VI) toma un valor entre 0,1 y 15 y, preferentemente, entre 0,5 y 10, aunque lo óptimo es que ésta tome un valor entre 1 y 6.
El componente (B) puede componerse de un único compuesto, normalmente iónico, o, en el caso concreto de que ningún X del compuesto de la fórmula (VI) sea un alquilo, puede componerse de una combinación de este compuesto con un agente alquilante como el MAO o, preferentemente, con un aluminio trialquilo que tiene 1 a 8 átomos de carbono en cada residuo alquilo como, por ejemplo, AlMe_{3}, AlEt_{3}, Al(i-Bu)_{3}, o también un alquilaluminio o un aluminio-alquilhaluro, de acuerdo con lo que se ha especificado antes.
En conformidad con este aspecto de la presente invención, la formación de los sistemas catalíticos de tipo iónico suele llevarse preferentemente a cabo en un medio líquido inerte, siendo éste preferentemente un hidrocarbono. La selección de los componentes (A) y (B) que preferentemente se encuentran combinados, así como el procedimiento utilizado puede variar en función de las estructuras moleculares y del resultado deseado de forma análoga a lo que se ha descrito en relación con los complejos de metales de transición con ligantes de imina en la bibliografía especializada como, por ejemplo, en el artículo de L.K. Johnson et al. publicado en ``Journal of the American Chemical Society'', vol. 117 (1995), páginas 6414-6415, y el de G. Van Koten y K. Vrieze publicado en ``Advances in Organometallic Chemistry'', vol.21, página 151.
En la lista que se presenta a continuación, se esquematizan cualitativamente algunos ejemplos de estos procedimientos a los que, sin embargo, no se limita el alcance general de la presente invención:
(m1)
por contacto de un complejo descrito mediante la fórmula general (VI), en la que por lo menos un ligante X es hidrógeno o un radical alquilo, con un compuesto iónico que se caracteriza por tener un catión capaz de reaccionar con uno de los sustituyentes mencionados y formar así un compuesto neutro, cuyo anión es voluminoso, no coordinado y capaz de deslocalizar la carga negativa;
(m2)
por medio de la reacción de un complejo descrito mediante la fórmula (VI) anterior con un agente alquilante, preferentemente un aluminio trialquilo, considerando una relación molar entre 10/1 y 300/1, seguida de una reacción con un ácido de Lewis fuerte como, por ejemplo, tris(pentafluoro-fenil)boro, que se utiliza en una cantidad más o menos estequiométrica o ligeramente en exceso con respecto al metal M;
(m3)
por contacto y reacción de un complejo descrito mediante la fórmula (VI) anterior con un aluminio trialquilo o aluminio alquilhaluro, considerando una relación molar entre 10/1 y 1000/1 y, preferentemente, entre 100/1 y 500/1, mientras que el aluminio alquilhaluro viene representado por la fórmula AIR' "_{m}Z_{3-m}, donde R'" es un grupo alquilo C_{1}-C_{8} lineal o ramificado, o una mezcla de ambos, Z es un halógeno, preferentemente clorina o bromina y ``m'' es un número decimal que puede tomar un valor cualquiera entre 1 y 3. Al producto así obtenido se añade luego por lo menos un compuesto iónico del tipo antes descrito, en una cantidad tal que la razón de B o Al en el compuesto iónico al átomo M del complejo descrito mediante la fórmula (V) se encuentra entre 0,1 y 15 y, preferentemente, entre 1 y 6.
Algunos ejemplos de compuestos iónicos ionizantes o de sistemas reactivos de varias componentes que son capaces de producir un sistema iónico catalizador por medio de una reacción con un complejo descrito mediante la fórmula (VI) conforme a la presente invención, se describen, aunque se haga referencia a la formación de complejos iónicos metalocenos, en las siguientes publicaciones cuyos contenidos se han incorporado aquí como referencias:
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W. Beck et al., Chemical Reviews, Vol. 88 (1988), páginas 1405-1421;
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S. H. Stares, Chemical Reviews, Vol. 93 (1993), páginas 927-942;
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Solicitudes de patente europeas publicadas con N°: EP-A 277.003, EP-A 495.375, EP-A 520.732, EP-A 427.697, EP-A 421.659, EP-A 418.044;
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Solicitudes de patente internacionales publicadas con N°: WO 92/00333, WO 92/05208.
Se ha encontrado que el comportamiento y la reactividad de estos sistemas activadores iónicos con respecto a los complejos descritos mediante la fórmula (VI) son básicamente análogos a los observados en los casos en los que se utilizaron complejos metaloceno de Ti y Zr como catalizadores en la polimerización de olefinas. Se deduce pues, que las características específicas del sistema catalítico conforme a la presente invención se deben básicamente a la presencia del complejo descrito mediante la fórmula (VI) o a los productos que derivan del mismo durante la formación del sistema catalítico activado.
Dentro del alcance de la presente invención se encuentran también todos aquellos sistemas catalíticos que integran, de forma mezclada entre sí, dos o más de dos complejos de la fórmula (VI). La utilización de los catalizadores de la presente invención que se basan en complejos mezclados que presentan diferentes actividades catalíticas, resulta muy apropiada para la polimerización siempre que se deseen obtener poliolefinas con una distribución de pesos moleculares más ancha.
En conformidad con otro aspecto de la presente invención, se tiene que para producir componentes sólidos que formen catalizadores aptos para la polimerización de olefinas, los complejos antes mencionados pueden presentarse también unidos a un soporte sólido inerte que se compone preferentemente de óxidos de Si y/o Al, como, por ejemplo, el silicio, la alumina o los silicoaluminatos. Para realizar la unión de estos catalizadores al soporte, se pueden utilizar las técnicas bien conocidas para este fin que suelen basarse en la puesta en contacto, en un medio líquido inerte apropiado, del portador, que puede haberse activado opcionalmente aumentando la temperatura por encima de los 200°C, con uno de los componentes o con los dos componentes (A) y (B) del sistema catalítico de la presente invención. Para los fines previstos por la presente invención, no es necesario que los dos componentes queden unidos a un soporte, ya que es también posible que únicamente el complejo descrito mediante la fórmula (VI), o que el compuesto orgánico de B, Al, Ga o Sn antes definido se encuentren en la superficie del portador. En este último caso, el componente que no se encuentra en la superficie se pone seguidamente en contacto con el componente unido al soporte, en el momento que se forma el catalizador activo para la polimerización.
Dentro del alcance de la presente invención, se encuentran también los complejos, así como los sistemas catalíticos basados en éstos, que se han unido a un soporte sólido por medio de una funcionalización del soporte y la formación de un enlace covalente entre el sólido y el complejo incluido en la fórmula (VI) anterior.
Conforme a la presente invención, se pueden añadir opcionalmente al sistema catalítico uno o varios aditivos o componentes distintos, así como también los dos componentes (A) y (B), con el fin de adaptarlo a los requisitos específicos de un caso concreto. Todos los sistemas catalíticos que se obtengan pues de este modo deben considerarse, por lo tanto, como incluidos en el alcance de la presente invención. Los aditivos o componentes que pueden incluirse en la preparación y/o formulación del catalizador de la presente invención son solventes inertes como, por ejemplo, hidrocarbonos alifáticos y/o aromáticos, éteres alifáticos y aromáticos, determinados aditivos con bajo poder coordinante (bases de Lewis) como, por ejemplo, de olefinas no polimerizables o de éteres con impedimento estérico o electrónico, agentes halogenantes como los haluros de silicona, hidrocarbonos halogenados, preferentemente, clorinados, y otros similares.
Los componentes (A) y (B) forman el catalizador de la presente invención al establecerse un contacto entre ellos, preferentemente, a una temperatura entre los 20 y 60°C y durante un periodo de tiempo que varía entre 10 segundos y 10 horas y preferentemente entre 30 segundos y 5 horas.
Tal como ya se ha señalado más arriba, el sistema catalítico de la presente invención es apropiado, en el sentido más amplio, para realizar cualquier procedimiento de (co)polimerización de \alpha-olefinas, procedimientos que, a su vez, son también objeto de la presente invención. Debido a la actividad específica y la larga duración de los sistemas catalíticos empleados, estos procedimientos pueden realizarse con resultados satisfactorios considerando cualquier combinación de las condiciones que se suelen utilizar generalmente en la polimerización de las \alpha-olefinas.
Los sistemas catalíticos conformes a la presente invención pueden utilizarse con excelentes resultados en prácticamente todos los procedimientos de (co)polimerización de \alpha-olefinas conocidos, tanto si son continuos como discontinuos, tanto si se realizan en una como en varias etapas. Estos procedimientos pueden ser, por ejemplo, procedimientos a baja (0.1-1.0 MPa), mediana (1.0-10 MPa) o alta (10-150 MPa) presión, que se realizan a unas temperaturas que se encuentran entre los 20 y 250°C, en los que se incluye opcionalmente la presencia de un diluyente inerte, en los que por lo menos una olefina se pone en contacto con el sistema catalítico, y en los que se puede utilizar hidrógeno como un regulador del peso molecular.
Estos procedimientos de polimerización pueden llevarse a cabo en solución o en suspensión, empleando un diluyente líquido inerte que consiste generalmente en un hidrocarbono alifático o cicloalifático o aromático que tiene 3 a 8 átomos de carbono, pero que puede consistir también en un monómero, como, por ejemplo, en el procedimiento de polimerización de etileno y propileno en propileno líquido. Las \alpha-olefinas a polimerizar pueden tener de 2 a 20 átomos de carbono. La cantidad de catalizador que se introduce en la mezcla de polimerización se escoge preferentemente de forma que la concentración del metal de transición M se encuentra entre los 10^{-4} y 10^{-8} mol/litro.
Como alternativa, se tiene también la posibilidad de realizar la polimerización en fase gaseosa, por ejemplo, en un reactor de lecho fluidizado, generalmente a unas presiones entre 0,5 y 5 MPa y unas temperaturas entre 50 y 150°C.
En conformidad con un aspecto particular de esta invención, el sistema catalítico para la (co)polimerización de \alpha-olefinas se prepara por separado (preforma) por contacto de las componentes (A) y (B) y, a continuación, se introduce en el entorno de la polimerización. Se puede cargar en primer lugar el sistema catalítico en el reactor de polimerización y, a continuación, cargar la mezcla reactiva que contiene la olefina o la mezcla de olefinas a polimerizar, pero también se puede cargar el sistema catalítico preformado en un reactor que ya contiene la mezcla reactiva, como, también, cargar simultáneamente el reactor con la mezcla reactiva y el sistema catalítico.
En otro aspecto contemplado por la presente invención, el catalizador se forma in situ, por ejemplo, al introducir por separado los componentes (A) y (B) en un reactor de polimerización que contiene los monómeros olefínicos preseleccionados y otros posibles comonómeros no olefínicos. El uso de este último procedimiento para formar el sistema catalítico debería estudiarse cuidadosamente por los especialistas con el fin de asegurar que la presencia simultánea de algunos componentes reactivos no implique el que se obtengan unos resultados distintos a los esperados.
La técnica de preparación in situ es, por ejemplo, apropiada cuando en componente (A) es un complejo preformado descrito mediante la fórmula (VI) y el componente (B) es un compuesto organo-oxigenado de un metal del grupo 13, en concreto, un aluminoxano. Teniendo en cuenta la rapidez y facilidad con la que se prepara el sistema catalítico, otra técnica in situ que también resulta apropiada es la de mezclar en el mismo entorno de la reacción, ya sea simultáneamente o, lo que es preferible, en etapas sucesivas, el ligante IAP descrito mediante la fórmula (V) con una sal apropiada del metal M(X)n y el aluminoxano, considerando las cantidades relativas antes especificadas. Se ha demostrado que el contacto y la reacción entre un ligante IAP, una sal del metal M y un aluminio-alquilo u otro agente alquilante, tras la cual se añade un compuesto ionizante no coordinante con el fin de preparar in situ un sistema catalítico iónico conforme a la presente invención, aplicando uno de los procedimientos generales antes definidos en ``m_{2}'' y ``m_{3}'', resulta, en algunos casos, menos favorable en cuanto a la actividad catalítica. En estos casos es preferible preformar el complejo descrito mediante la fórmula (VI) para utilizarlo posteriormente en una preparación in situ opcional en la que se somete a una reacción con un aluminio alquilo (u otro agente alquilante) y un compuesto ionizante.
Los catalizadores conformes a la presente invención pueden utilizarse con resultados excelentes tanto en la polimerización de etileno para obtener polietileno lineal, como en la copolimerización de etileno y propileno o alguna otra \alpha-olefina superior que tiene preferentemente 4 a 10 átomos de carbono, para obtener unos copolímeros que presentan diferentes características, en función de las condiciones de polimerización específicas consideradas y de la cantidad y estructura de la \alpha-olefina utilizada. Se pueden obtener, por ejemplo, polietilenos lineales con una densidad entre 0,880 y 0,940 y pesos moleculares entre 10.000 y 2.000.000. Las \alpha-olefinas que se utilizan preferentemente como comonómeros de etileno en la producción de polietileno lineal de baja o mediana densidad (conocido con las denominaciones abreviadas ULDPE, VLDPE y LLDPE, según cual sea la densidad) son 1-buteno, 1-hexano y 1-octano.
Los catalizadores de la presente invención resultan también muy útiles cuando se utilizan en los procedimientos de copolimerización de etileno y propileno para obtener unos copolímeros elastoméricos saturados que pueden vulcanizarse mediante peróxidos y que son muy resistentes al envejecimiento y a la degradación, o en la terpolimerización de etileno, propileno y un dieno no conjugado que tiene de 5 a 20 átomos de carbono, para obtener goma vulcanizable del tipo EPDM. En el caso de estos últimos procedimientos, se ha encontrado que los catalizadores de la presente invención permiten obtener, en condiciones de polimerización normales, unos polímeros con un contenido especialmente alto de dienos y un peso molecular medio muy elevado.
En conformidad con un aspecto particular de la presente invención, el procedimiento de (co)polimerización de arriba es también apropiado para la copolimerización de \alpha-olefinas y, en particular, de etileno con monómeros polimerizables no saturados y que no son de hidrocarbono como, por ejemplo, los ésteres de ácido acrílico y metacrílico.
Los catalizadores de la presente invención pueden utilizarse también en procedimientos de homopolimerización y copolimerización de \alpha-olefinas que tienen por lo menos 3 átomos de carbono para obtener con un rendimiento excelente, aplicando las técnicas bien conocidas, polímeros atácticos, isotácticos o sindiotácticos, en función del tipo de complejo de la fórmula (VI) y del tipo de monómero empleados. Las \alpha-olefinas apropiadas para este caso son aquellas que tienen entre 3 y 20 átomos de carbono y que, opcionalmente, incluyen también halógenos o núcleos aromáticos. Ejemplos de estas \alpha-olefinas son el propileno, 1-buteno, 1-hexano, 4-metil-1-penteno, 1-deceno y el estireno.
Los siguientes ejemplos describen con más detalle la presente invención. Sin embargo, cabe señalar que estos ejemplos se incluyen meramente con fines ilustrativos y no representan en ningún caso una limitación del alcance global de propia invención.
Ejemplos
Las técnicas analíticas y los métodos de caracterización usados en los siguientes ejemplos se indican y describen a continuación.
Los espectros ^{1}H-NMR se registraron mediante un espectrómetro de resonancia magnética nuclear modelo Bruker MSL-300, empleando CDCl_{3} como disolvente de cada muestra.
La medición de los pesos moleculares de los polímeros olefínicos se efectuó por cromatografía de gel (GPC). El análisis de las muestras se realizó en 1,2,4-triclorobenceno (estabilizado con Santonox) a 135°C con un cromatógrafo WATERS 150-CV, empleando como detector un refractómetro diferencial Waters.
La separación cromatográfica se obtuvo con un juego de columnas de \mu-Styragel HT (Waters), tres de ellas con tamaño de poro de 10^{3}, 10^{4}, 10^{5} \ring{A} respectivamente y dos con tamaño de poro de 10^{6} \ring{A}, estableciendo para el eluyente una velocidad de flujo de 1 ml/min.
Los datos fueron obtenidos y procesados mediante el programa Máxima 820, versión 3.30 (de Millipore); el cálculo del peso molecular medio numérico (M_{n}) y ponderar (M_{W}) se llevó a cabo por calibración universal, seleccionando patrones de poliestireno de pesos moleculares comprendidos en el intervalo 6.500.000-2.000.
La determinación por rayos X de la estructura de los nuevos complejos según la presente invención se efectuó en un difractómetro Siemens AED.
En las preparaciones descritas en los ejemplos se utilizaron los siguientes reactivos comerciales:
2,6-diacetilpiridina FLUKA
2,6-diisopropil-anilina ALDRICH
2-terc-butil-anilina ALDRICH
mesitilanilina ALDRICH
metil-litio (MeLi) 1 M en dietil-éter ALDRICH
butil-litio (BuLi) 2,5 M en hexano ALDRICH
metilalumoxano (MAO) (Eurecene 5100 10 T, al 10% en peso de Al en tolueno) WITCO
Los reactivos y/o disolventes empleados y no indicados arriba son los que se suelen usarse tanto en el laboratorio como a escala industrial y pueden encontrarse en todos los agentes comerciales especializados en el sector.
\newpage
Ejemplo 1
(Comparativo)
Preparación de 2,6-diacetilpiridino-bis(fenilimina)
7
En un matraz de vidrio se introducen 2,10 ml de anilina (0,023 moles), 5 ml de metanol y 0,25 ml de ácido fórmico. Se forma una solución límpida, a la que se añaden gota a gota a la temperatura ambiente 1,93 g de 2,6-diacetilpiridina (0,012 moles) disueltos en 20 ml de metanol. Tras 1 hora aproximada de reacción se recupera por filtración un sólido microcristalino de color amarillo, que se lava con metanol frío y se seca al vacío a temperatura ambiente.
Se obtiene 1,81 g de un producto que resulta ser el deseado, en base a la siguiente caracterización:
Análisis elemental
Elementos % C % H % N
Calculado para C_{21}H_{19}N_{3} (PM = 313,4) 80,5 6,11 13,4
Experimental 80,9 6,13 13,6
Espectro IR: la banda del grupo carbonilo de la 2,6-diacetilpiridina centrada en 1.700 cm^{-1} está ausente, mientras que la banda de 1.632 cm^{-1} atribuida a la vibración \nu_{C=N} se halla presente.
Ejemplo 2 Preparación de 1-{6-[(2,6-diisopropilfenil)-etanoimidoíl]-2-piridinil}-1-etanona (VII), con una relación anilina/piri-dina \cong 2
8
Se adopta el mismo procedimiento que en el anterior ejemplo 1, con la única diferencia de emplear 4,34 ml de 2,6-diisopropil-anilina (0,023 moles) en lugar de 2,10 ml de anilina.
Al final se obtienen 2,53 de un sólido ligeramente amarillo (p.f. = 186-187°C), que corresponde al producto deseado (VII), en base a la siguiente caracterización:
\newpage
Análisis elemental
Elementos % C % H % N
Calculado para C_{21}H_{26}N_{2}O (PM = 322) 78,2 8,13 8,69
Experimental 77,8 8,24 8,51
Espectro IR: se encuentran dos bandas de igual intensidad, centradas en 1.699,5 cm^{-1} y 1.647,6 cm^{-1}, atribuidas a \nu_{C=O} y \nu_{C=N} respectivamente.
H^{1}NMR (desplazamiento \delta del TMS): 1,16 (d, 12H); 2,27 (s, 3H); 2,73 (m, 2H); 2,80 (s, 3H); 7,17 (m, 3H); 7,95 (t, 1H); 8,15 (d, 1H); 8,57 (d, 1H).
Ejemplo 3 Preparación de 1-{6-[(2,6-diisopropilfenil)-etanoimidoíl]-2-piridinil}-1-etanona (VII), con una relación anilina/piri-dina\cong1
Se adopta el mismo procedimiento que en el ejemplo 2, pero usando 2,70 ml (0,014 moles) de 2,6-diisopropil-anilina. Al final, el producto se recristaliza a partir de una mezcla 1/1 vol./vol. de THF/etanol. De este modo se obtienen 2,4 g de un sólido ligeramente amarillo, que tiene las mismas características que el obtenido en el anterior ejemplo 2.
Ejemplo 4 Preparación de 1-{6-[(2-t-butilfenil)etanoimidoíl]-2-piridinil}-1-etanona (VIII)
9
Se usa el mismo procedimiento que en el ejemplo 1, pero empleando 3,43 g de 2-terc-butil-anilina (0,023 moles) en vez de 2,10 ml de anilina.
Se obtienen 2,83 de un sólido ligeramente amarillo (p.f. = 166-167°C), que corresponde al producto deseado, en base a la siguiente caracterización:
Análisis elemental
Elementos % C % H % N
Calculado para C_{19}H_{22}N_{2}O (PM = 294,40) 77,5 7,53 9,52
Experimental 78,0 7,60 9,65
Espectro IR: se encuentran dos bandas de igual intensidad, centradas en 1.694,5 cm^{-1} y 1.644,5 cm^{-1}, atribuidas a \nu_{C=O} y \nu_{C=N} respectivamente.
H^{1}NMR (desplazamiento \delta del TMS): 1,39 (s, 9H); 2,41 (s, 3H); 2,80 (s, 3H); 6,54 (dd, 1H); 7,24 (m, 2H); 7,43 (dd, 1H); 7,95 (t, 1H); 8,13 (d, 1H); 8,50 (d, 1H).
Ejemplo 5 Preparación de 1-{6-[(2,4,6-trimetilfenil)etanoimidoíl]-2-piridinil}-1-etanona (IX)
10
En un matraz de 50 ml que contiene 9 ml de metanol se disuelven 0,937 g de 2,6-diacetilpiridina (5,70 mmoles). Luego se añaden 0,80 ml de mesitilanilina (5,70 mmoles) y dos gotas de ácido fórmico, dejando reaccionar la mezcla a la temperatura ambiente. Tras 16 horas, el sólido cristalino que se ha ido formando se filtra y se lava con metanol.
Se obtiene 1,2 de un sólido ligeramente amarillo (p.f. = 117°C), que resulta corresponder al producto deseado (IX), en base a las siguientes caracterizaciones:
Análisis elemental
Elementos % C % H % N
Calculado para C_{18}H_{20}N_{2}O (PM = 280) 77,25 7,2 10,0
Experimental 77,1 7,2 9,9
Espectro IR: se encuentran dos bandas de igual intensidad, centradas en 1.698 cm^{-1} y 1.636,8 cm^{-1}, atribuidas a \nu_{C=O} y \nu_{C=N} respectivamente.
H^{1}NMR (desplazamiento \delta del TMS): 2,0 (s, 6H); 2,23 (s, 3H); 2,30 (s, 3H); 2,79 (s, 3H); 6,90 (s, 2H); 7,93 (t, 1H); 8,12 (d, 1H); 8,56 (d, 1H).
Ejemplo 6 Síntesis del complejo {1-{6-[(2,6-diisopropilfenil)etanoimidoíl]-2-piridinil}-1-etanona}-cobalto dicloruro (estructura esquematizada en (X))
11
En un matraz de 50 ml se introducen 5 ml de n-butanol, 0,16 g de 2,6-acetilmono(2,6-diisopropilanilina)piridina (0,5 mmoles), preparada como se describe en el anterior ejemplo 2, y 0,24 g de CoCl_{2}\cdot6H_{2}O (1,0 mmol). La mezcla se calienta a temperatura de reflujo durante 10 minutos. Al enfriar precipita un sólido verde, que se filtra y se lava con n-butanol. Se obtienen 0,28 g del complejo deseado.
\newpage
Análisis elemental
Elementos % C % H % N
Calculado para C_{21}H_{26}N_{2}OCl_{2}Co (PM = 452,3) 55,76 5,76 6,19
Experimental 55,9 5,85 6,16
Ejemplo 7 Síntesis del complejo {1-{6-[(2,4,6-trimetilfenil)etanoimidoíl]-2-piridinil}-1-etanona}-cobalto dicloruro (estructura esquematizada en (XI))
12
En un matraz de 50 ml se introducen 0,35 g de CoCl_{2}\cdot6H_{2}O (1,4 mmoles) disueltos en 30 ml de n-butanol. Se añaden 0,48 g de 1-{6-[(2,4,6-trimetilfenil)etano-imidoíl]-2-piridinil}-1-etanona (1,7 mmoles). En reposo a temperatura ambiente precipitan cristales verdes, que se separan por filtración y se lavan primero con n-butanol y luego con etil-éter. Al final se obtienen 0,40 g del sólido cristalino correspondiente al complejo deseado.
Análisis elemental
Elementos % C % H % N
Calculado para C_{18}H_{20}N_{2}OCl_{2}Co (PM = 409,9) 52,69 4,87 6,83
Experimental 52,6 5,20 6,60
Ejemplo 8 Síntesis del complejo {1-{6-[(2,6-diisopropilfenil)etanoimidoíl]-2-piridinil}-1-etanona}-hierro dicloruro (estructura esquematizada en (XII))
13
En un tubo de ensayo de vidrio provisto de un agitador magnético se introducen, en corriente de argón, 25 ml de THF anhidro, 0,58 g de FeCl_{2} anhidro y 1,47 g de 2,6-acetilmono(2,6-diisopropilanilina)piridina (4,5 mmoles), preparada como se describe en el anterior ejemplo 2.
La mezcla se deja reaccionar 24 horas a la temperatura ambiente. El disolvente se elimina al vacío y se obtiene un sólido azul cristalino, que resulta ser el complejo deseado.
\newpage
Análisis elemental
Elementos % C % H % N
Calculado para C_{21}H_{26}N_{2}OCl_{2}Fe (PM = 449) 56,14 5,79 6,24
Experimental 55,7 5,77 6,09
Ejemplo 9
(Comparativo)
Polimerización de etileno
0,05 mmoles del complejo [2,6-diacetilpiridino-bis(2,6-diisopropilfenilimina)]cobalto dicloruro (preparado como se describe en el ejemplo 7 de la solicitud de patente internacional WO 98/27124, arriba mencionada) disueltos en 150 ml de tolueno anhidro, seguido de 2,5 ml de MAO (solución 1,57 M en tolueno, relación Al/Co = 80), se introducen (tras efectuar la operación vacío-nitrógeno, al menos tres veces, durante un periodo de dos horas y en condiciones de vacío estático) en un autoclave de vidrio Buchi de 300 ml de volumen, provisto de un agitador de hélice, válvula de entrada de gas, camisa con termopar y válvula para cargar las soluciones que contienen los componentes del sistema catalítico. A partir de ahí se inicia la agitación y el autoclave se presuriza a 0,7 MPa con etileno, manteniendo la presión constante durante todo el ensayo. En 30 minutos, la temperatura sube de los 25°C iniciales hasta 54°C. En esta fase se despresuriza el autoclave y se para la polimerización añadiendo 20 ml de metanol. El polímero se recupera precipitándolo en unos 600 ml de metanol acidificado con HCl, se filtra y se seca bajo vacío a 50°C durante unas 8 horas.
Al final se obtienen 16,5 g de polietileno (actividad 330 g_{PE}/mmol_{Co}), con las siguientes características medidas por GPC: M_{n} = 3.580, M_{W} = 11.453, M_{W}/M_{n} = 3,2.
Ejemplo 10
(Comparativo)
Se adopta el mismo procedimiento y se emplean los mismos reactivos que en el anterior ejemplo 9, con la única diferencia de cargar 0,025 mmoles del complejo [2,6-diacetilpiridino-bis(2,6-diisopropilfenilimina)]cobalto dicloruro y 0,8 ml de solución de MAO (Al/Co = 50). Durante la polimerización, la temperatura sube tras 30 minutos, desde los 29°C iniciales hasta 50°C.
Al final se obtienen 13,2 g de polietileno (actividad 528 g_{PE}/mmol_{Co}), con las siguientes características medidas por GPC: M_{n} = 4.317, M_{W} = 13.019, M_{W}/M_{n} = 3,01.
Ejemplo 11 Polimerización de etileno
Se adopta el mismo procedimiento que en el ejemplo 9, con la única diferencia de cargar 0,049 mmoles del complejo {1-{6-[(2,6-diisopropilfenil)etanoimidoíl]-2-piridinil}-1-etanona}-cobalto dicloruro (obtenido según el anterior ejemplo 6) y 2,5 ml de una solución de MAO (Al/Co = 80). La temperatura sube tras 30 minutos, desde los 25°C iniciales hasta 42°C.
Al final se obtienen 10 g de polietileno (actividad 150 g_{PE}/mmol_{Co}), con las siguientes características medidas por GPC: M_{n} = 1.683, M_{W} = 12.673, M_{W}/M_{n} = 7,5.
Ejemplo 12
Se adopta el mismo procedimiento que en el ejemplo 9, con la única diferencia de cargar 0,025 mmoles del complejo {1-{6-[(2,6-diisopropilfenil)etanoimidoíl]-2-piridinil}-1-etanona}-cobalto dicloruro (obtenido según el anterior ejemplo 6) y 0,8 ml de una solución de MAO (Al/Co = 50). Durante la polimerización, la temperatura sube tras 30 minutos, desde los 23°C iniciales hasta 34°C.
Se obtienen 5,5 g de polietileno (actividad 220 g_{PE}/mmol_{Co}), con las siguientes características medidas por GPC: M_{n} = 1.862, M_{W} = 15.033, M_{W}/M_{n} = 8,1.
Al comparar respectivamente los ejemplo 11 y 12 arriba descritos con los ejemplos comparativos 9 y 10, que representan el caso más pertinente del estado técnico constituido por la solicitud de patente internacional WO 98/27124, resulta evidente que el método de la presente invención, basado en el uso de complejos de mono-imina de la fórmula (VI) para polimerizar etileno, permite la producción de polímeros con pesos moleculares similares y una actividad de polimerización que, aun siendo menor, todavía es del mismo orden de magnitud. Considerando que la preparación de los complejos de mono-imina de la fórmula (VI) es mucho más rápida y simple que la preparación de los correspondientes complejos de bis-imina, puede apreciarse que el procedimiento de polimerización según la presente invención no sólo es original e inesperado, sino también ventajoso en el marco de una evaluación global de los diversos elementos que lo forman. En efecto, si por un lado los complejos de la fórmula (VI) poseen una actividad menor, pero en cualquier caso importante, ello queda compensado por una mayor disponibilidad y comodidad de los mismos, y a fin de cuentas el procedimiento resulta en conjunto más conveniente.
Ejemplo 13
Se adopta el mismo procedimiento que en el ejemplo 9, con la única diferencia de cargar 0,025 mmoles del complejo {1-{6-[(2,6-diisopropilfenil)etanoimidoíl]-2-piridinil}-1-etanona}-hierro dicloruro (preparado según el anterior ejemplo 8) y 1,6 ml de una solución de MAO (Al/Fe = 100). La temperatura sube tras 30 minutos, desde los 23°C iniciales hasta 30°C. Al final se obtienen 5,2 g de polietileno (actividad 208 g_{PE}/mmol_{Co}).
Ejemplo 14
Se adopta el mismo procedimiento que en el ejemplo 9, con la única diferencia de, en vez de cargar el complejo de cobalto preformado, se introducen 0,05 mmoles de la sal Co(acetil-acetonato)2 y 0,075 mmoles del ligando [2,6-diace-tilpiridinomono(2,6-di-i-propilanilinoimina)] para promover la formación in situ del complejo activo. Luego se carga 1,24 ml de una solución de MAO (Al/Co = 80) con la función de activador. La temperatura sube tras 30 minutos, desde los 24°C iniciales hasta 30°C. Al final se obtienen 2,6 g de polietileno (actividad 52 g_{PE}/mmol_{Co}), con las siguientes características medidas por GPC: M_{n}, = 1.964, M_{W} = 16.495, M_{W}/M_{n} = 8,4.

Claims (17)

1. Complejo de un metal M, seleccionado entre los metales de transición y los lantánidos, con la siguiente fórmula (VI):
(VI)(IAP)M(X)_{n}
donde: M es un metal escogido entre los de transición, p.ej. metales de los grupos 3 al 12 de la tabla periódica, y los lantánidos, que se halla en un estado de oxidación ``s'' positivo y distinto de cero;
cada X, independientemente, es un grupo de naturaleza aniónica unido al metal como el anión de un par iónico o mediante un enlace covalente de tipo ``\sigma'';
``n'' expresa el número suficiente de gruesos X para neutralizar la carga formal ``+s'' del metal M, y es igual a ``s'' si todos los grupos X son monovalentes; y
(IAP) representa un ligando orgánico neutro;
caracterizado porque dicho ligando (IAP) está basado en una mono-imina de 2,6-diacilpiridina de fórmula general (V):
14
donde: R' y R'' pueden ser, independientemente, hidrógeno o un radical hidrocarburo, preferentemente alifático, de 1 a 10 átomos de carbono, opcionalmente halogenado, más preferentemente metilo;
cada R_{i} (i = 1-8) es, independientemente, hidrógeno, halógeno o alquilo C_{1}-C_{10}, o arilo C_{6}-C_{15}, opcionalmente halogenado, con la condición de por lo menos uno de los grupos R_{1} o R_{5}, preferentemente ambos, sea un radical hidrocarburo.
2. Complejo de fórmula (VI) según la reivindicación 1, en el que dicho estado de oxidación ``s'' de dicho metal M está entre 1 y 4.
3. Complejo de fórmula (VI) según una de las reivindicaciones anteriores 1 ó 2, en el que dicho metal M está escogido entre metales de los grupos 8 y 9 de la tabla periódica, preferentemente entre Fe, Co, Ru, Rh e Ir con estado de oxidación ``s'' =+2.
4. Complejo de fórmula (VI) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho ligando (IAP) de fórmula (V), R_{1} y R_{5} son ambos metilo o etilo, o al menos uno de ellos es un grupo alquilo ramificado de 3 a 10 átomos de carbono.
5. Complejo de fórmula (VI) según la reivindicación 4, en el que dichos grupos R_{1} y R_{5} son ambos isopropilo, s-butilo, t-butilo, ciclohexilo o bencilo.
6. Complejo de fórmula (VI) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho ligando (X)_{n} de naturaleza aniónica está escogido entre los halogenuros, especialmente cloruro y bromuro, los sulfatos y sulfatos ácidos, los grupos alquil- y aril-sulfónicos, los fosfatos y polifosfatos, los grupos alquil- y aril-fosfónicos, los hidruros, los grupos alquilo lineales, cíclicos o ramificados de 1 hasta 15 átomos de carbono, los grupos alquilsililo de 1 hasta 20 átomos de carbono, los grupos arilo de 6 hasta 15 átomos de carbono, los grupos alcoxilo o tioalcoxilo de 1 hasta 10 átomos de carbono, los grupos carboxilato o dicarboxilato de 1 hasta 10 átomos de carbono, un grupo dialquilamida o alquilsililamida de 2 hasta 15 átomos de carbono.
7. Sistema catalítico para la (co)polimerización de \alpha-olefinas, que comprende por lo menos los dos componentes siguientes, ya sea como tales o combinados entre sí:
(A)
un complejo de fórmula (VI) de un metal M escogido entre los metales de transición y los lantánidos, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 6;
(B)
un co-catalizador formado por al menos un compuesto orgánico de un elemento M' distinto del carbono y escogido entre los elementos de los grupos 2, 12, 13 ó 14 de la tabla periódica.
8. Sistema catalítico según la reivindicación 7, en el que dicho elemento M' del co-catalizador (B) se escoge entre el boro, aluminio, cinc, magnesio galio y estaño, más particularmente boro y aluminio.
9. Sistema catalítico según las reivindicaciones 7 u 8 en el que dicho co-catalizador (B) es un aluminoxano polimérico lineal o cíclico.
10. Sistema catalítico según la reivindicación 9 anterior, en el que la relación atómica entre el aluminio del aluminoxano que forma el co-catalizador (B) y el metal M del complejo de formula (VI) que forma el componente (A) varia de 100 hasta 5000.
11. Sistema catalítico según las reivindicaciones anteriores 7 u 8, en el que dicho co-catalizador (B) consta de, al menos, un compuesto o una mezcla de compuestos organometálicos de boro capaces de reaccionar con el complejo de fórmula (VI) extrayendo de éste un ligando X unido con enlace \sigma, tal como se ha definido anteriormente, para formar por un lado, por lo menos un compuesto neutro y por otro lado, un compuesto iónico consistente en un catión que lleva el metal M coordinado al ligando (IAP) y un anión no coordinante que lleva el metal M', cuya carga negativa, está deslocalizada en una estructura multicéntrica.
12. Sistema catalítico según la previa reivindicación 11, en el que la relación atómica entre el átomo de boro del componente (B) y el átomo M del complejo de fórmula (VI) varía de 0,5 a 10.
13. Sistema catalítico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 11 y 12, en que dicho ligando X en el compuesto de fórmula (VI) es diferente de alquilo y dicho co-catalizador (B) comprende, además de dicho compuesto iónico del metal M', un agente alquilante formado por un alquil-aluminio o haluro de alquil-aluminio de 1 a 8 átomos de carbono en cada resto alquilo.
14. Procedimiento para (co)polimerizar \alpha-olefinas, en continuo o por lotes, en una o varias etapas, a presión baja (0,1-1,0 MPa), media (1,0-10 MPa) o alta (10-150), a temperaturas de 20° hasta 250°C, opcionalmente en presencia de un diluyente inerte, caracterizado porque al menos una \alpha-olefina se pone en contacto bajo dichas condiciones con un sistema catalítico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 7 a 13.
15. Procedimiento de (co)polimerización según la reivindicación 14, efectuado en presencia de un liquido inerte consistente en un hidrocarburo alifático, cicloalifático o aromático de 3 a 8 átomos de carbono, en el que dicha \alpha-olefina comprende de 2 a 20 átomos de carbono y dicho metal M del compuesto de fórmula (VI) en dicho sistema catalítico tiene una concentración que varía de 10^8 hasta 10^4 moles/litro.
16. Procedimiento de (co)polimerización según cualquiera de las reivindicaciones previas 14 ó 15, en el que dicha \alpha-olefina es etileno o una mezcla de etileno con otro monómero insaturado polimerizable distinto.
17. Procedimiento de (co)polimerización según cualquiera de las reivindicaciones previas 14 a 16, en el que dicho sistema catalítico incluye un co-catalizado (B) que es un aluminoxano polimérico lineal o cíclico.
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