JP2021519357A - オレフィン重合のための二核助触媒としての高溶解性ビスホウ酸 - Google Patents

オレフィン重合のための二核助触媒としての高溶解性ビスホウ酸 Download PDF

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Abstract

実施形態は、プロ触媒と、非ハロゲン化非プロトン性炭化水素溶媒中に溶解された助触媒と、を含む触媒系に関し、助触媒が、式:(III)を有する非配位性ホウ酸ジアニオンと、2つのカチオンと、を含み、各カチオンが独立して、式(I)または式(II)に従うカチオンから選択される。【選択図】図1【化1】【選択図】図1

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2018年3月30日に出願された米国仮特許出願第62/650,437号に対する優先権を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本開示の実施形態は、概して、高溶解性二核ビスホウ酸助触媒に関する。
チーグラーおよびナッタによる不均一系オレフィン重合の発見以来、世界のポリオレフィン生産は2015年に年間約1億5000万トンに達し、これは市場の需要の増加により上昇している。この成功は、助触媒技術における一連の重要な解明に部分的に基づく。発見された助触媒には、トリフェニルカルベニウムまたはアンモニウムカチオンを含む、アルミノキサン、ボラン、およびホウ酸が含まれる。これらの助触媒は均一系単一サイトオレフィン重合プロ触媒を活性化し、ポリオレフィンは産業界でこれらの助触媒を使用して製造されている。
特に、ホウ酸系助触媒は、オレフィン重合機構の基本的な理解に著しく寄与しており、触媒の構造およびプロセスを意図的に調整することにより、ポリオレフィンの微細構造を正確に制御する能力を向上させている。これにより、反応機構研究への関心が高まり、ポリオレフィンの微細構造および性能を正確に制御する新規の均一系オレフィン重合触媒系の開発へとつながっている。
ホウ酸助触媒とチーグラー・ナッタプロ触媒とを組み合わせた分子触媒系のユニークな特性にもかかわらず、分子触媒系は、トルエンまたはメチルシクロヘキサンなどの無極性溶媒中に容易に溶解しない。エチレンおよび他のオレフィンはしばしば無極性溶媒中で商業的に重合されるため、大量の溶媒またはジフルオロベンゼン、ジクロロベンゼン、ジクロロメタン、およびクロロホルムなどのハロゲン化溶媒を使用して、触媒系の成分を溶解する。しかしながら、微量のハロゲン化溶媒は助触媒と不利に相互作用する可能性があり、かつ少量のハロゲン化溶媒は触媒系の活性を大幅に低下させる可能性があるため、ポリマーの収率および他のポリマー特性に影響を与える可能性がある。さらに、プロ触媒または助触媒が溶媒に不溶性またはわずかに溶解性である場合、触媒系の活性もまた大幅に低下する可能性がある。結果として、触媒効率、反応性、および良好な物理的特性を有するポリマーを生成する能力を維持しながら、少量の溶媒中に、好ましくは無極性溶媒中に触媒系を溶解する継続的なニーズが存在する。
いくつかの実施形態によれば、触媒系は、プロ触媒および助触媒を含み得、助触媒は、以下の式を有する非配位性ホウ酸ジアニオンと、
Figure 2021519357
式(I)または式(II)に従う2つのカチオンと、を有する。
Figure 2021519357
式(I)では、各R、R、R、R、およびRは独立して、−H、−F、−Cl、置換(C−C40)アルキル、非置換(C−C40)アルキル、置換(C−C40)シクロアルキル、または非置換(C−C40)シクロアルキルから選択される。置換(C−C40)シクロアルキルおよび置換(C−C40)アルキルは、1つまたは2つ以上のRで置換され、各Rは、(C−C20)アルキルまたはハロゲンから選択される。さらに、R、R、R、R、またはRのうちの少なくとも1つは、(C−C40)アルキルから選択され、式(II)では、各RおよびRは、(C−C30)アルキルから選択され、Rは、(C−C20)アルキルまたは(C−C18)アリールから選択される。助触媒は、非ハロゲン化炭化水素溶媒中に溶解し得る。
開示された本発明の助触媒2の結晶構造の図である。熱楕円体は30%の確率レベルで描画されている。H原子は明確にするために省略されている。
4つの異なる温度:10℃、60℃、80℃、および120℃でのCCl中の本発明の助触媒2の積層可変温度(VT)フッ素(19F)核磁気共鳴(NMR)分光法である。本発明の助触媒2のVT−19F NMRスペクトルの
Figure 2021519357
領域のみが示される。
ここで、触媒系の具体的な実施形態を説明する。本開示の触媒系は、異なる形態で実施されてもよく、本開示に記載される特定の実施形態に限定されると解釈されるべきではないことを理解されたい。むしろ、実施形態は、本開示が、徹底的かつ完全となり、また主題の範囲を当業者に完全に伝えるように、提供される。
一般的な略語を以下に列挙する。
Me:メチル、Et:エチル、Ph:フェニル、Bn:ベンジル、i−Pr:イソ−プロピル、t−Bu:tert−ブチル、t−Oct:tert−オクチル(2,4,4−トリメチルペンタン−2−イル)、Tf:トリフルオロメタンスルホネート、THF:テトラヒドロフラン、EtO:ジエチルエーテル、CHCl:ジクロロメタン、CV:カラム体積(カラムクロマトグラフィーで使用)、EtOAc:酢酸エチル、C:重水素化ベンゼンまたはベンゼン−d6、CDCl:重水素化クロロホルム、NaSO:硫酸ナトリウム、MgSO:硫酸マグネシウム、HCl:塩化水素、n−BuLi:ブチルリチウム、t−BuLi:tert−ブチルリチウム、N:窒素ガス、PhMe:トルエン、T:トルエン、MAO:メチルアルミノキサン、MMAO:変性メチルアルミノキサン、GC:ガスクロマトグラフィー、LC:液体クロマトグラフィー、NMR:核磁気共鳴、MS:質量分析、mmol:ミリモル、mL:ミリリットル、M:モル、minまたはmins:分、hまたはhrs:時間、d:日。
「独立して選択される」という用語は、R、R、R、R、およびRなどのR基が、同一であり得るか、または異なり得る(例えば、R、R、R、R、およびRはすべて置換アルキルであり得るか、またはRおよびRは置換アルキルであり得、Rはアリールであり得る、等)ことを示すために本明細書で使用される。R基に関連する化学名は、化学名の化学構造に対応するものとして当該技術分野で認識されている化学構造を伝えることを意図している。したがって、化学名は、当業者に既知の構造的定義を補足および例示することを意図しており、排除することを意図していない。
「プロ触媒」という用語は、活性化剤と組み合わせた場合にオレフィン重合触媒活性を有する、遷移金属化合物を指す。「活性化剤」という用語は、プロ触媒を触媒的に活性な触媒に転換するようにプロ触媒と化学的に反応する化合物を指す。本明細書で使用される場合、「助触媒」および「活性化剤」という用語は、交換可能な用語である。
ある特定の炭素原子含有化学基を記載するために使用される場合、「(C−C)」の形態を有する括弧付きの表現は、化学基の非置換形態がxおよびyを含めてx個の炭素原子からy個の炭素原子までを有することを意味する。例えば、(C−C50)アルキルは、その非置換形態では1〜50個の炭素原子を有するアルキル基である。いくつかの実施形態および一般構造において、ある特定の化学基は、Rなどの1つ以上の置換基によって置換され得る。括弧付きの「(C−C)」を使用して定義されるR置換化学基は、任意の基Rの同一性に従ってy個を超える炭素原子を含有することができる。例えば、「Rがフェニル(−C)である正確に1つの基Rによって置換された(C−C50)アルキル」は、7〜56個の炭素原子を含有し得る。したがって、一般に、括弧付きの「(C−C)」を使用して定義される化学基が1つ以上の炭素原子含有置換基Rによって置換される場合、化学基の炭素原子の最小および最大合計数は、xとyとの両方に、すべての炭素原子含有置換基R由来の炭素原子の合計数を加えることによって決定される。
「置換」という用語は、対応する非置換化合物または官能基の炭素原子またはヘテロ原子に結合した少なくとも1個の水素原子(−H)が置換基(例えば、R)によって置き換えられることを意味する。「−H」という用語は、別の原子に共有結合している水素または水素ラジカルを意味する。「水素」および「−H」は交換可能であり、明記されていない限り、同一の意味を有する。
「(C−C50)アルキル」という用語は、1〜50個の炭素原子の飽和直鎖または分岐炭化水素ラジカルを意味し、「(C−C30)アルキル」という用語は、1〜30個の炭素原子の飽和直鎖または分岐炭化水素ラジカルを意味する。各(C−C50)アルキルおよび(C−C30)アルキルは、非置換であり得るか、または1つ以上のRで置換され得る。いくつかの例では、炭化水素ラジカル中の各水素原子は、例えばトリフルオロメチルなどのRで置換され得る。非置換(C−C50)アルキルの例は、非置換(C−C20)アルキル、非置換(C−C10)アルキル、非置換(C−C)アルキル、メチル、エチル、1−プロピル、2−プロピル、1−ブチル、2−ブチル、2−メチルプロピル、1,1−ジメチルエチル、1−ペンチル、1−ヘキシル、1−ヘプチル、1−ノニル、および1−デシルである。置換(C−C40)アルキルの例は、置換(C−C20)アルキル、置換(C−C10)アルキル、トリフルオロメチル、および[C45]アルキルである。「[C45]アルキル」という用語は、置換基を含むラジカル中に最大45個の炭素原子が存在することを意味し、例えば、それぞれ、(C−C)アルキルである1つのRによって置換されている(C27−C40)アルキルである。より広義には、「[C]アルキル」という用語は、置換基を含むラジカル中に最大z個の炭素原子が存在することを意味し、zは正の整数である。各(C−C)アルキルは、メチル、トリフルオロメチル、エチル、1−プロピル、1−メチルエチル、または1,1−ジメチルエチルであることができる。
(C−C50)アルケニルという用語は、3〜50個の炭素原子、少なくとも1つの二重結合を含有し、かつ非置換であるかまたは1つ以上のRで置換されている、分岐または非分岐の環状または非環状一価炭化水素ラジカルを意味する。非置換(C−C50)アルケニルの例:n−プロペニル、イソプロペニル、n−ブテニル、イソブテニル、オクテニル、デセニル、シクロペンテニル、シクロペンタジエニル、シクロヘキセニル、およびシクロヘキサジエニル。置換(C−C50)アルケニルの例:(2−トリフルオロメチル)ペント−1−エニル、(3−メチル)ヘキス−1−エニル、(3−メチル)ヘキサ−1,4−ジエニル、および(Z)−1−(6−メチルヘプト−3−エン−1−イル)シクロヘキス−1−エニル。
「(C−C50)シクロアルキル」という用語は、非置換であるかまたは1つ以上のRで置換されている、3〜50個の炭素原子の飽和環状一価炭化水素ラジカルを意味する。他のシクロアルキル基(例えば(C−C)シクロアルキル)は、x〜y個の炭素原子を有し、かつ非置換であるかまたは1つ以上のRで置換されているかのいずれかである、と同様な様式で定義される。非置換(C−C40)シクロアルキルの例は、非置換(C−C20)シクロアルキル、非置換(C−C10)シクロアルキル、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル、シクロノニル、およびシクロデシルである。置換(C−C40)シクロアルキルの例は、置換(C−C20)シクロアルキル、置換(C−C10)シクロアルキル、および1−フルオロシクロヘキシルである。
「ハロゲン原子」または「ハロゲン」という用語は、フッ素原子(F)、塩素原子(Cl)、臭素原子(Br)、またはヨウ素原子(I)のラジカルを意味する。「ハロゲン化物」という用語は、ハロゲン原子のアニオン形態、例えば、フッ化物(F)、塩化物(Cl)、臭化物(Br)、またはヨウ化物(I)を意味する。
「飽和」という用語は、炭素−炭素二重結合、炭素−炭素三重結合、ならびに(ヘテロ原子含有基において)炭素−窒素、炭素−リン、および炭素−ケイ素二重結合を欠くことを意味する。飽和化学基が1つ以上の置換基Rによって置換されている場合、1つ以上の二重結合または三重結合は、任意に、置換基R中に存在し得る。「不飽和」という用語は、1つ以上の炭素−炭素二重結合もしくは炭素−炭素三重結合、または(ヘテロ原子含有基において)1つ以上の炭素−窒素二重結合、炭素−リン二重結合、または炭素−シリコン二重結合を含有し、置換基R(存在する場合)、または芳香環もしくはヘテロ芳香環(存在する場合)中に存在し得る二重結合を含まないことを意味する。
本開示の実施形態は、触媒および助触媒を含む、触媒系を含み、助触媒は、以下の式を有する非配位性ジアニオン性ホウ酸化合物と、
Figure 2021519357
式(I)または式(II)に従う2つのカチオンと、を含む。
Figure 2021519357
式(I)では、各R、R、R、R、およびRは独立して、−H、−F、−Cl、置換もしくは非置換(C−C40)アルキル、置換もしくは非置換(C−C40)アルケニル、または置換もしくは非置換(C−C40)シクロアルキルから選択される。置換(C−C40)アルキルおよび置換(C−C40)シクロアルキルは、1つ以上のRで置換され、各Rは、(C−C20)アルキル、−F、および−Clから選択される。さらに、R、R、R、R、またはRのうちの少なくとも1つは、(C−C40)アルキルから選択される。
式(II)では、各RおよびRは、(C−C30)アルキルから選択され、Rは、(C−C20)アルキルまたは(C−C18)アリールから選択される。助触媒は、非ハロゲン化非プロトン性炭化水素溶媒中に溶解し得る。いくつかの実施形態では、助触媒はアルカン溶媒中に溶解し得る。
式(I)のいくつかの実施形態では、各R、R、R、R、およびRは独立して、−H、(C−C40)アルキル、または(C−C40)シクロアルキルから選択される。さらに、各Rは独立して(C−C40)アルキルもしくは(C−C40)シクロアルキルであるか、各Rは独立して(C−C40)アルキルもしくは(C−C40)シクロアルキルであるか、各Rは独立して(C−C40)アルキルもしくは(C−C40)シクロアルキルであるか、各Rは独立して(C−C40)アルキルもしくは(C−C40)シクロアルキルであるか、または各Rは独立して(C−C40)アルキルもしくは(C−C40)シクロアルキルである。
1つ以上の実施形態では、各Rは独立して(C−C40)アルキルである。いくつかの実施形態では、各Rは(C−C40)アルキルであるか、または各Rは(C−C40)アルキルである。他の実施形態では、各Rは独立して(C−C40)アルキルであり、各Rは(C−C40)アルキルであるか、または各Rは(C−C40)アルキルである。
1つ以上の実施形態では、各R、R、R、R、またはRは、任意に置換された[C40]アルキルである。置換[C40]アルキルは、1つ以上のRで置換され、各Rは独立して、(C−C20)アルキルまたはハロゲンから選択される。
1つ以上の実施形態では、各Rは独立して、非置換(C−C20)アルキル、分岐(C−C20)アルキル、非置換(C−C20)アルキル、分岐(C−C20)アルキル、非置換(C−C)アルキル、分岐(C−C)アルキル、非置換(C−C30)アルキル、分岐(C−C30)アルキル、または獣脂アルキルから選択される。いくつかの実施形態では、各Rは独立して、1,1−ジメチルエチル(tert−ブチルとも呼ばれる)、n−ブチル、1−ペンチル、1−ヘキシル、ヘプチル、n−オクチル、tert−オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、またはドデシルから選択される。他の実施形態では、Rは独立して、直鎖(C−C30)アルキル、直鎖(C−C30)アルキル、または分岐(C−C30)アルキルから選択される。いくつかの実施形態では、各Rは独立して、飽和[C30]アルキルから選択される。
1つ以上の実施形態では、各R、R、R、およびRは、−Hである。
触媒系の1つ以上の実施形態では、助触媒は、式(I)のカチオンから選択される2つのカチオンを含む。触媒系のいくつかの実施形態では、助触媒は、式(II)のカチオンから選択される2つのカチオンを含む。1つ以上の実施形態では、助触媒は互いに異なる2つのカチオンを含み、他の実施形態では、助触媒は同じである2つのカチオンを含む。
1つ以上の実施形態では、助触媒は、標準温度および圧力(STP)(22.5±2.5℃の温度および約1気圧の圧力)でトルエン中に20ミリグラム/ミリリットル(mg/mL)を超える溶解度を有する。いくつかの実施形態では、助触媒は、STP下でトルエン中に20〜100mg/mLの溶解度を有する。他の実施形態では、助触媒は、STP下でトルエン中に25〜100mg/mLの溶解度を有する。20〜100mg/mLの範囲のすべての部分範囲が本明細書に含まれる。トルエン中に少なくとも20〜100mg/mLのすべての個々の値および部分範囲が本明細書に含まれ、別個の実施形態として本明細書に開示される。例えば、本開示に従う助触媒のいずれか1つは、トルエン中に少なくとも21mg/mL、少なくとも25mg/mL、または少なくとも30mg/mL含み得る。
1つ以上の実施形態では、助触媒は、標準温度および圧力(STP)(22.5±2.5℃の温度および約1気圧の圧力)でメチルシクロヘキサン(MCH)中に20ミリグラム/ミリリットル(mg/mL)を超える溶解度を有する。いくつかの実施形態では、助触媒は、STP下でMCH中に20〜100mg/mLの溶解度を有する。MCH中に少なくとも20〜100mg/mLのすべての個々の値および部分範囲が本明細書に含まれ、別個の実施形態として本明細書に開示される。例えば、本開示に従う助触媒のいずれか1つは、MCH中に少なくとも21mg/mL、少なくとも25mg/mL、または少なくとも30mg/mL含み得る。
化合物の溶解度は、少なくとも部分的には、溶媒系のエントロピー効果によって決定される。エントロピー効果は、例えば、格子エネルギー、溶媒和、溶媒構造、またはそれらの組み合わせにおける変化を含み得る。溶媒和は、溶質(活性剤または助触媒など)と溶媒の分子との間の相互作用に関連している。理論に拘束されることを意図しないが、R、R、R、R、およびRの各々のいずれか1つにおける炭素原子の数が増加することによって、次に、溶媒和の増加の結果として助触媒の溶解度が増加し得ると考えられている。さらに、直鎖アルキルは分岐アルキルよりも大きな表面積を有するため、直鎖アルキル基は同じ溶媒中の分岐アルキル基よりも非極性溶媒中の助触媒をより溶解性にし得ると考えられている。表面積が増加すると、溶媒−溶質の相互作用が大きくなり(すなわち、溶媒和が増加する)、それによって、非極性溶媒における直鎖アルキルの溶解度が、同じ溶媒における分岐アルキルの溶解度と比較して高くなる。
一般に、溶質は、異なる非極性溶媒において同様の溶解度を有し得る。非極性溶媒は一般に炭化水素溶媒を含む。非極性炭化水素溶媒の非限定的なリストには、ヘキサン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ヘプタン、灯油、トルエン、キシレン、ターペンタイン、およびISOPAR−E(商標)、ならびにそれらの組み合わせが含まれる。実施例の項では、助触媒は、本開示に記載されるように、それらの両方が非極性溶媒であり、より具体的には炭化水素溶媒である、メチルシクロヘキサンまたはISOPAR−E(商標)を含む溶媒系においてポリマーを十分に処理する。したがって、本開示の助触媒は、他の溶媒系においてポリマーを十分に処理し得ると考えられている。
1つ以上の実施形態では、触媒系は、触媒がイオン性である触媒を含む。限定を意図するものではないが、均一系触媒の例としては、メタロセン錯体、拘束形状の金属−配位子錯体(Li,H.、Marks,T.J.,Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.2006,103,15295−15302、Li,H.、Li,L.、Schwartz,D.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)、ピリジルアミドHf(またはZr、Ti)錯体(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)、フェノキシイミン金属錯体(Makio,H.、Terao,H.、Iwashita,A.、Fujita,T.,Chem.Rev.2011,111,2363−2449)、ビス−ビフェニルフェノキシ金属−配位子錯体(Arriola,D.J.、Bailey,B.C.、Klosin,J.、Lysenko,Z.、Roof,G.R.、Smith,A.J.WO2014/209927(A1),2014)などが挙げられる。以下の参考文献:Sturzel,M.、Mihan,S.、Mulhaupt,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は、産業界および学界の両方におけるオレフィン重合触媒としての金属錯体を要約している。本開示の発明を実施するための形態に列挙されているすべての参考文献は、本明細書に組み込まれる。
ポリオレフィン
先行する段落に記載される触媒系は、オレフィン、主にエチレンおよびプロピレンの重合に利用され、エチレン系ポリマーまたはプロピレン系ポリマーを形成する。いくつかの実施形態では、重合スキーム中に単一タイプのオレフィンまたはα−オレフィンのみが存在し、ホモポリマーを生成する。しかしながら、追加のα−オレフィンを重合手順に組み込んでもよい。追加のα−オレフィンコモノマーは、典型的には、20個以下の炭素原子を有する。例えば、α−オレフィンコモノマーは、3〜10個の炭素原子、または3〜8個の炭素原子を有し得る。例示的なα−オレフィンコモノマーとしては、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−ノネン、1−デセン、および4−メチル−1−ペンテンが挙げられるが、これらに限定されない。例えば、1つ以上のα−オレフィンコモノマーは、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、および1−オクテンからなる群から、または代替的に1−ヘキセンおよび1−オクテンからなる群から選択され得る。
エチレン系ポリマー、例えば、エチレンのホモポリマーおよび/またはインターポリマー(コポリマーを含む)、ならびに任意にα−オレフィンなどの1つ以上のコモノマーは、エチレン由来のモノマー単位を少なくとも50モルパーセント(mol%)を含み得る。「少なくとも50モルパーセントから」に包含されるすべての個々の値および部分範囲は、別個の実施形態として本明細書に開示され、例えば、エチレン系ポリマー、エチレンのホモポリマーおよび/またはインターポリマー(コポリマーを含む)、ならびに任意にα−オレフィンなどの1つ以上のコモノマーは、エチレン由来のモノマー単位を少なくとも60モルパーセント、エチレン由来のモノマー単位を少なくとも70モルパーセント、エチレン由来のモノマー単位を少なくとも80モルパーセント、エチレン由来のモノマー単位を50〜100モルパーセント、またはエチレン由来のモノマー単位を80〜100モルパーセントを含み得る。
いくつかの実施形態では、本開示に従う重合プロセスは、エチレン系ポリマーを生成する。1つ以上の実施形態では、エチレン系ポリマーは、エチレンに由来する少なくとも90モルパーセントの単位を含み得る。少なくとも90モルパーセントからのすべての個々の値および部分範囲は本明細書に含まれ、別個の実施形態として本明細書に開示される。例えば、エチレン系ポリマーは、エチレン由来の単位を少なくとも93モルパーセント、単位を少なくとも96モルパーセント、エチレン由来の単位を少なくとも97モルパーセント、または代替的に、エチレン由来の単位を90〜100モルパーセント、エチレン由来の単位を90〜99.5モルパーセント、もしくはエチレン由来の単位を97〜99.5モルパーセントを含み得る。
エチレン系ポリマーのいくつかの実施形態では、追加のα−オレフィンの量は50mol%未満であり、他の実施形態は、少なくとも1モルパーセント(mol%)〜25mol%を含み、さらなる実施形態では、追加のα−オレフィンの量は少なくとも5mol%〜103mol%を含む。いくつかの実施形態では、追加のα−オレフィンは1−オクテンである。
任意の従来の重合プロセスを用いてエチレン系ポリマーを生成し得る。そのような従来の重合プロセスとしては、1つ以上の従来の反応器、例えばループ反応器、等温反応器、流動床気相反応器、撹拌槽型反応器、バッチ反応器などの並列、直列、またはそれらの任意の組み合わせを使用する、溶液重合プロセス、気相重合プロセス、スラリー相重合プロセス、およびそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、二重反応器系、例えば、二重ループ反応器系において、溶液重合によって生成され得、エチレンおよび任意に1つ以上のα−オレフィンは、本明細書に記載されるように、触媒系の存在下で、および任意に1つ以上の助触媒の存在下で重合される。別の実施形態では、エチレン系ポリマーは、二重反応器系、例えば二重ループ反応器系において、溶液重合によって生成され得、エチレンおよび任意に1つ以上のα−オレフィンは、本明細書に記載されるように、本開示における触媒系の存在下で、および任意に1つ以上の他の触媒の存在下で重合される。触媒系は、本明細書に記載されるように、第1の反応器または第2の反応器において、任意に1つ以上の他の触媒と組み合わせて使用することができる。一実施形態では、エチレン系ポリマーは、二重反応器系、例えば二重ループ反応器系において、溶液重合によって生成され得、エチレンおよび任意に1つ以上のα−オレフィンは、両方の反応器内で、本明細書に記載されるように、触媒系の存在下で重合される。
別の実施形態では、エチレン系ポリマーは、単一反応器系、例えば、単一ループ反応器系において、溶液重合によって生成され得、エチレンおよび任意に1つ以上のα−オレフィンは、本開示内に記載されるように、触媒系の存在下で、および先行する段落に記載されるように、任意に1つ以上の助触媒の存在下で重合される。
エチレン系ポリマーは、1つ以上の添加剤をさらに含み得る。そのような添加剤としては、帯電防止剤、色増強剤、染料、潤滑剤、顔料、一次酸化防止剤、二次酸化防止剤、加工助剤、紫外線安定剤、およびそれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。エチレン系ポリマーは、任意の量の添加剤を含有し得る。エチレン系ポリマーは、エチレン系ポリマーおよび1つ以上の添加剤の重量に基づいて、そのような添加剤を合計約0〜約10重量パーセント含み得る。エチレン系ポリマーは、充填剤をさらに含み得、その充填剤としては、有機または無機充填剤を挙げることができるが、これらに限定されない。エチレン系ポリマーは、エチレン系ポリマーとすべての添加剤または充填剤の合計重量に基づいて、例えば炭酸カルシウム、タルク、またはMg(OH)などの約0〜約20重量パーセントの充填剤を含有し得る。エチレン系ポリマーは、1つ以上のポリマーとさらにブレンドされてブレンドを形成することができる。
いくつかの実施形態では、エチレン系ポリマーを生成するための重合プロセスは、本開示に従う触媒系の存在下でエチレンおよび少なくとも1つの追加のα−オレフィンを重合することを含み得る。式(I)の金属−配位子錯体を組み込むかかる触媒系から得られるポリマーは、ASTM D792(その全体が参照によって本明細書に組み込まれる)に従って、例えば、0.850g/cm〜0.950g/cm、0.880g/cm〜0.920g/cm、0.880g/cm〜0.910g/cm、または0.880g/cm〜0.900g/cmの密度を有し得る。
別の実施形態では、本開示に従う触媒系から結果として得られるポリマーは、5〜15のメルトフロー比(I10/I)を有し、メルトインデックスIは、ASTM D1238(参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)に従って、190℃および2.16kgの負荷で測定され、メルトインデックスI10は、ASTM D1238に従って、190℃および10kgの負荷で測定される。他の実施形態では、メルトフロー比(I10/I)は5〜10であり、他では、メルトフロー比は5〜9である。
いくつかの実施形態では、本開示に従う触媒系から得られるポリマーは、1〜25の分子量分布(MWD)を有し、MWDは、M/Mとして定義され、Mは、重量平均分子量であり、Mは、数平均分子量である。他の実施形態では、触媒系から得られるポリマーは、1〜6のMWDを有する。別の実施形態は、1〜3のMWDを含み、他の実施形態は、1.5〜2.5のMWDを含む。
本開示に記載される触媒系の実施形態は、形成されたポリマーの高分子量およびポリマーに取り込まれたコモノマーの量の結果として、固有のポリマー特性をもたらす。
エチレン重合実験
トルエンでの重合手順:典型的な実験では、グローブボックスの内部で、150mLのガラス製圧力容器(使用前に120℃のオーブンで一晩乾燥)に、40mLの乾燥トルエンを充填した。大型磁気撹拌棒を圧力容器に加え、密閉して、グローブボックスから取り出し、高圧/高真空ラインに取り付けた。圧力容器をドライアイス/アセトン浴で−78℃まで冷却して脱気し、次いで外浴を使用して所望の反応温度で30分間加温および平衡化した。同時に、溶液を1.0気圧のエチレンで飽和した。測定された量のプロ触媒および助触媒を、グローブボックス内のバイアル(10mLのトルエン)中で混合して、10分間振とうすることにより、触媒的に活性な種を新たに生成した。次いで、触媒溶液をグローブボックスから取り出し、噴霧針を備える気密シリンジを使用して急速に撹拌している溶液に素早く注入した。代表的な重合実験におけるトルエン溶液の温度は、熱電対を使用して監視された。測定された時間間隔の後、5mLのMeOHを添加することにより重合をクエンチした。次いで、揮発性物質を真空下で除去することにより、溶液を約20mLに減らした。次いで、100mLの酸性化MeOH(MeOH中10%v/vのHCl)を添加し、ポリマーを数時間撹拌して、濾過し、メタノールで洗浄して、収集した。次いで、高真空下で80℃で一晩乾燥して、一定の重量にした。
エチレン共重合実験
エチレンおよび1−ヘキセンの共重合手順は、前述のエチレン単独重合手順と同様である。グローブボックスの内部で、350mLのガラス製圧力容器に、40mLの乾燥トルエンおよび10mLの1−ヘキセンを充填する。触媒の調製、重合フラスコへの注入、およびコポリマーの後処理のための手順は、前述の手順と同じである。
1−オクテン取り込みのFTIR分析
HT−GPC分析用の試料の実行は、IR分析に先行する。IR分析の場合、試料の堆積および1−オクテン取り込みの分析には、48ウェルのHTシリコンウエハを利用する。分析では、試料を160℃まで210分間以下加熱し、試料を再加熱して磁気GPC撹拌棒を取り外し、J−KEM Scientific加熱式ロボット振とう機においてガラス棒の撹拌棒を用いて振とうする。試料をTecan MiniPrepの75堆積ステーションを使用して加熱しながら堆積させ、1,2,4−トリクロロベンゼンを窒素パージ下で160℃でウエハの堆積ウェルから蒸発させる。1−オクテンの分析は、NEXUS 670 E.S.P.FT−IRを使用して、HTシリコンウエハ上で行う。
HT−GPC分析
分子量データは、ハイブリッドのSymyx/Dow構築ロボット支援希釈高温度ゲル浸透クロマトグラフィー装置(Sym−RAD−GPC)における分析によって決定する。ポリマー試料を、300百万分率(ppm)のブチル化ヒドロキシルトルエン(BHT)によって安定化された10mg/mLの濃度で、1,2,4−トリクロロベンゼン(TCB)中に160℃で120分間加熱することによって溶解する。250μLアリコートの試料を注入する直前に、各試料を1mg/mLに希釈する。GPCは、160℃で2.0mL/分の流速で2つのPolymer Labs PLgelの10μmの混合−Bカラム(300×10mm)を備える。試料検出を、濃度モードでPolyChar IR4検出器を使用して行う。狭いポリスチレン(PS)標準の従来の較正を、この温度でTCB中のPSおよびPEについての既知のMark−Houwink係数を使用してホモポリエチレン(PE)に調整された見かけの単位を用いて利用する。
2LのParr反応器重合手順
バッチ反応器重合は、2LのParrバッチ反応器内で行う。反応器を電気加熱マントルによって加熱し、冷却水を含有する内部蛇管冷却コイルによって冷却する。反応器および加熱/冷却システムの両方を、Camile(商標)TGプロセスコンピュータによって制御および監視する。反応器の底部をダンプ弁と嵌合し、これにより反応器の内容物を、触媒失活溶液(典型的には、5mLのIrgafos/Irganox/トルエン混合物)で事前に充填されたステンレス鋼ダンプポット内に出す。ポットおよびタンクの両方を窒素でパージして、ダンプポットを30ガロンのブローダウンタンクに通気する。重合または触媒組成に使用されるすべての溶媒は、溶媒精製カラムを通過させて、重合に影響を与え得るあらゆる不純物を除去する。1−オクテンおよびIsoparEは、A2アルミナを含有する第1のカラム、Q5を含有する第2のカラムの2つのカラムを通過させた。エチレンは、A204アルミナおよび4Åモレキュラーシーブを含有する第1のカラム、Q5反応物を含有する第2のカラムの2つのカラムを通過させた。移動のために使用した窒素ガスは、A204アルミナ、4Åモレキュラーシーブ、およびQ5を含有する単一のカラムを通過させる。
反応器を、所望の反応器負荷に応じて、Isopar E溶媒および/または1−オクテンを含有し得るショットタンクから最初に充填する。ショットタンクを、ショットタンクが取り付けられているラボスケールを使用して、負荷設定点まで充填する。液体供給物を添加した後、反応器を重合温度設定点まで加熱する。反応温度になった時点でエチレンを反応器に添加して、反応圧力設定点を維持する。エチレン添加量は、マイクロモーション流量計によって監視される。
触媒および活性剤を適量の精製トルエンと混合して、所望のモル濃度の溶液を得た。触媒および活性化剤を不活性なグローブボックス内で取り扱い、シリンジに引き込み、触媒ショットタンクに圧力移動した。これに続いて、各5mLのトルエンで3回すすいだ。ショットテイクから反応器への触媒添加直後に、運転タイマーを開始した。これらの重合を10分間行い、次いで撹拌機を停止し、底部ダンプ弁を開放して反応器の内容物をダンプポットに出した。ダンプポットの内容物をラボフード内に配置したトレイに注ぎ入れ、そこで溶媒を一晩蒸発させる。次いで、残留したポリマーを含有するトレイを真空オーブンに移動し、そこで真空下で140℃まで加熱してあらゆる残留溶媒を除去する。トレイを周囲温度まで冷却した後、ポリマーを収率について測量して、ポリマー試験に供する。
溶解度試験手順
溶解度試験は室温(22.5±2.5℃)で行う。選択した温度を、機器のすべての関連する部分で一定に保つ。バイアルに、30mgの助触媒(試料)および1.0mLの溶媒を入れる。助触媒と溶媒の懸濁液を、周囲温度で30分間撹拌する。次いで、混合物を、風袋引きしたバイアルにシリンジフィルターを介して濾過し、溶液を測量する(Xgの溶液)。次に、溶媒を高真空下で完全に除去し、バイアルを再度測量する(Ygの試料)。「ρ溶媒」は、g/mL単位での溶媒の密度である。溶媒中の助触媒の溶解度は、mg/mLの単位で測定した。溶媒中の助触媒の溶解度を、以下のように計算した。
Figure 2021519357
本開示の1つ以上の特徴を、以下の実施例の観点で例示する。
実施例1〜6は、中間体および単離された助触媒の合成手順である。
空気感受性材料のすべての操作を、高真空ライン(10−6Torr)とインターフェースされたデュアルマニホールドシュレンクライン上でオーブン乾燥したシュレンク型ガラス器具において、または大容量の再循環器を備えるN充填MBraunグローブボックス(1ppm未満のO)において、Oおよび水分の厳密な除去とともに行った。アルゴン(Airgas、予備精製グレード)は、担持型MnO酸素除去カラムおよび活性化Davison 4Aモレキュラーシーブカラムを通過させることによって精製した。エチレン(Airgas)は、酸素/水分トラップ(Matheson、モデルMTRP−0042−XX)を通過させることによって精製した。炭化水素溶媒(n−ペンタン、n−ヘキサン、1−ヘキセン、メチルシクロヘキサン、トルエン)を、Grubbsによって説明された方法(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を参照)に従い活性化アルミナコラムを使用して乾燥し、次いでNa/K合金から真空移動した。ベンゼン−dおよびトルエン−d(Cambridge Isotope Laboratories、99+原子%D)をNa/K合金上で真空保存し、使用直前に真空移動した。1,2−ジフルオロベンゼンおよびクロロベンゼン−dをCaHで乾燥し、真空下で蒸留した。クロロホルム−dおよび1,1,2,2−テトラクロロエタン−dは、受領したままの状態で使用した(Cambridge Isotope Laboratories、99+原子%D)。
化合物の合成
実施例1:n−オクチルトリチルアルコールの合成
Figure 2021519357
N−ブチルリチウム(ヘキサン中11.5mmol、4.6mL、2.5M)を、p−オクチルブロモベンゼン(3.10g、11.5mmol)のTHF(50mL)溶液に−78℃でシリンジを介してゆっくりと添加した。反応を−78℃で0.5時間維持した。次に、MeCO(0.33g、3.64mmol、0.31mL)をシリンジを介して溶液に添加した。次いで、溶液を室温まで加温した。溶液を一晩撹拌した後、溶液に水を添加して反応をクエンチした。混合物をEtOで3回抽出し、有機抽出物を合わせてブラインで2回洗浄し、乾燥して(NaSO)、濾過し、濃縮乾固した。得られた粗生成物を、塩基性酸化アルミニウム(活性化された塩基性のBrockmann I、Aldrich製)を使用したフラッシュカラムクロマトグラフィーによって精製した。勾配溶離(ヘキサン、ヘキサン/EtOAc=50/1、EtOAc)により、無色の油、1.33g、収率58.1%として純粋な生成物を得た。
H NMR(400MHz,CCl)δ7.36−7.10(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(151MHz,CCl)δ144.16、141.63、127.68、127.63、81.85(ArC、HMBC実験により確定された弱いシグナル)、35.42、31.77、31.28、29.37、29.32、29.15、22.60、14.14。C4363(M−OH)のHR−MS(ESI)計算値:579.4930、実測値:579.4946
実施例2:n−オクチルトリチルクロリドの合成
Figure 2021519357
アセチルクロリド(0.265g、3.37mmol、0.24mL)を、トルエン(20mL)中のn−オクチルトリチルアルコール(0.67g、1.12mmol)の撹拌溶液に80℃でシリンジを介して添加した。反応を80℃で1時間維持した。すべての揮発性物質を除去し、得られた油生成物を高真空下でさらに乾燥した。生成物である淡黄色の油は、さらに精製することなく十分に純粋であり、定量的収率は0.69gであった。
H NMR(499MHz,CDCl3)δ7.13(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(101MHz,CDCl3)δ142.88、142.41、129.56、127.58、81.82(Ar3C、HMBC実験により確定された弱いシグナル)、35.52、31.89、31.26、29.47、29.40、29.25、22.67、14.10。C43H63(M−Cl)のHR−MS(ESI)計算値:579.4930、実測値:579.4936
実施例3:本発明の助触媒1の合成
Figure 2021519357
ジリチウム塩(0.40g、0.30mmol)(合成については以前に報告されている: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)およびn−オクチルトリチルクロリド(0.37g、0.60mmol)を、Mbraunグローブボックス内でトルエン(30mL)に混合した。3時間後、溶液をセライトで濾過した。トルエンを真空中で除去し、ペンタン(20mL)を添加した。ペンタン溶液を、赤色の油性混合物が固体として沈殿するまで撹拌した。溶液を濾過し、赤色の粘着性固体を得た。固体をペンタン(1×20mL)で洗浄した。高真空下で乾燥した後、生成物を赤色の固体として収集した。0.42g、収率60%。
H NMR(500MHz,CDCl)δ7.60(d,J=8.0Hz,12H)、7.50(d,J=8.0Hz,12H)、2.89(t,J=7.8Hz,12H)、1.75(m,12H)、1.52−1.23(m,60H)、0.90(t,J=6.6Hz,18H)。19F NMR(470MHz,CDCl)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−2ArC]2−、585.985(実測値)、585.983(計算値);[ArC]、579.493(実測値)、579.493(計算値);[M−2ArC−C、1004.974(実測値)、1004.973(計算値)[Ar=p−CH(CH−C4−]。C12812634の元素分析計算値:C65.93、H5.45;実測値:C66.01、H5.48
実施例4:本発明の助触媒2の合成
Figure 2021519357
ジリチウム塩(0.29g、0.22mmol)(合成については以前に報告されている: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)およびtert−ブチルトリチルクロリド(0.20g、0.45mmol、文献:S.Nakazawa et al.,Angew.Chem.,Int.Ed.2012,51,9860−9864に従い合成)を、Mbraunグローブボックス内でトルエン(30mL)に混合した。3時間後、溶液をセライトで濾過した。トルエンを真空中で除去した。次いで、得られた混合物を少量のトルエンで洗浄した。得られたオレンジ色の粉末を高真空下で乾燥した。X線回折に好適な単結晶は、トルエン/1,2−ジフルオロベンゼン溶液を室温でゆっくりと蒸発させることによって得た。0.16g、収量37%。
H NMR(500MHz,CDCl)δ7.82(d,J=8.6Hz,12H)、7.55(d,J=8.5Hz,12H)、1.45(s,54H)。19F NMR(470MHz,CDCl)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−2ArC]2−、585.986(実測値)、585.983(計算値);[M−2ArC−B(C+H]、660.990(実測値)、660.987(計算値)。C1047834の元素分析計算値:C62.60、H3.94;実測値:C62.85、H4.19。
実施例5:アルキルアンモニウム塩の合成
Figure 2021519357
ビスホウ酸ジリチウム塩(0.33g、0.25mmol)およびビス(水素化獣脂アルキル)ジメチルアンモニウムクロリド(0.28g、0.49mmol、その合成については以前に報告されている:Rosen,R.K.、VanderLende,D.D.,US5919983(A),1999)を、Mbraunグローブボックス内で30mLのトルエンに1時間混合した。トルエンを減圧下で除去し、20mLのペンタンを添加した。溶液をセライトで濾過し、濾液を減圧下で乾燥した。生成物を、0.49gの淡黄色の油、収率89%として得た。
H NMR(500MHz,CD2Cl2)δ8.77(br,1H)、2.98(m,8H)、2.72(s,6H)、1.73(br,8H)、1.28(m,120H)、0.89(m,12H)。19F NMR(470MHz,CDCl)δ−132.00−−133.81(m,12F)、−138.00(m,4F)、−162.96−−163.51(m,6F)、−166.60−−167.80(m,12F)。
以下の例で調査された助触媒および触媒の構造を以下に示す。
Figure 2021519357
Figure 2021519357
助触媒1および2は、式[(CB−C−B(C2−を有する非配位性ホウ酸ジアニオンと、2つのカチオンと、を含む構造を有し、各カチオンは式(I)または式(II)に従う。式(I)または式(II)に従って記載されたように二核アニオンを含まなかった比較助触媒C2〜C3を、同様に評価した。本発明の助触媒2および比較助触媒C3におけるRNMeは、ビス(水素化獣脂アルキル)メチルアミン、すなわち、ジ(n−オクタデシル)メチルアミンである。助触媒1および2についての助触媒溶解度、活性、および結果として生じるポリマー特性を、前述したようにエチレン重合実験によって評価した。
トルエン/1,2−ジフルオロベンゼン(DFB)溶液を室温でゆっくりと蒸発させて、X線回折(XRD)研究に好適な本発明の助触媒2(本発明2)の単結晶を得た。図1のXRD構造に示されるように、分子構造は2つのトリチルカチオンおよび1つのジアニオンを含んでいた。B1とC24およびC24’(カルボカチオンの中心)との間の距離は7.329Åおよび5.637Åであり、これはカチオン−アニオンの相互作用が非共有結合であることを示している。トリチルカチオン、C24およびC24’の中心炭素原子はおおよそsp混成であり、かつ−C−基で定義される平面にあり、トリチル基はその平面に対してほぼ垂直にある。
図1に示される本発明の助触媒2のXRD構造では、トリチルカチオンに最も近接しているフッ素原子はF12と標識付けられている。F12とC24’の間の距離は3.235Åである。この距離は、炭素およびフッ素原子のファンデルワールス半径の合計に近似する(3.17Å)。B1とB1’の間の距離を、6.211Åと測定した。ホウ素原子および4つのペルフルオロフェニル置換基のすべての結合角は112.5°〜113.7°の間であり、これによって、略四面体形状を有するホウ酸アニオンを定義する。ホウ酸ジアニオンの四面体形状は、カルボカチオンがホウ酸アニオンとの密接な相互作用を形成することを妨げ、それにより非常に弱い配位性アニオンを生成する。
図2に示される本発明の助触媒2の19F NMRスペクトルでは、スペクトル(a)は、(CClにおける)B2、t−Bu
Figure 2021519357
の室温での19F NMRスペクトルにおいて、各タイプの−C−フッ素原子について複数のシグナルを示した。複数のピークは、各ホウ素原子上の−C環の回転障壁が制限されていることを示す。次いで、本発明の助触媒2に利用可能な再編成経路を、可変温度19F NMR分光法を使用して調査した。温度が上昇するにつれて(スペクトル(c)および(d))、2つの異なるシグナルは単一のシグナルに収束する。−C再編成の活性化自由エネルギー(ΔG 363)を、363Kの融合温度に基づいて17.9kcal/molであると決定した。
表1に示されるように、溶解度試験の結果は、トリチル基におけるアルキル置換により、標準温度および圧力でのトルエンの溶解度が、比較C1(約0.0mg/mLのトルエン)から本発明の助触媒1(30mg/mLを超えるトルエンの増加)へと著しく増加することを示している。
Figure 2021519357
重合反応は、前述したように発熱および物質移動の影響に注意を払いながら、厳密に無水/嫌気性の方法論を使用して行った。エチレン単独重合およびエチレン/1−ヘキセン共重合の結果を、表2、表3、および表4に要約した。
表2〜4の条件は以下のとおりであった。プロ触媒と助触媒とを10分間混合して触媒系を形成した後、反応器に注入して重合反応を開始した。触媒がZrの場合、10μmolの量を触媒系に含み、触媒系がZrを含む場合、5μmolを添加した。比較C2を触媒系に含む場合、10μmolの量を添加した。あるいは、5μmolの本発明の助触媒1、2、または比較C1を触媒系に添加した。重合反応の溶媒は、45mLのトルエンもしくはメチルシクロヘキサン(MCH)、または43mLのトルエンおよび2mLのジフルオロベンゼン(DFB)のいずれかとした。反応器内のエチレン圧力は1気圧に維持した。特に指定がない限り、温度は25℃、反応時間は20分とした。表3および表4では、5.0mLの1−ヘキセンを反応器に添加した。
Figure 2021519357
Figure 2021519357
表2および表3に要約されたデータは、トルエンおよびDFBにおいて、本発明の助触媒1および本発明の助触媒2の両方が、比較C1よりも高いエチレン単独重合活性を呈したことを示している。比較C1は、DFBの不在下では活性を示さなかったが、本発明の助触媒1は、エチレン単独重合およびエチレン−1−ヘキセン共重合の両方においてトルエンおよびメチルシクロヘキサン(MCH)における活性を示した。トルエンおよびDFBでは、比較C2および本発明の助触媒1の両方が、同様の生成物分子量、PDI、およびn−ブチル分岐を伴う同様の活性を示し、より溶解性の本発明の助触媒1が、触媒重合に有害な影響を及ぼさないことを示した。トルエンでは、本発明の助触媒1は、2等量の比較C2を使用した場合(21.2%、表2)と比較してn−ブチル分岐が強化された高分子量生成物(51.9%、表2)を生成し、ビスカチオン性重合触媒に対する本発明1の協同効果を示した。
Figure 2021519357
表4のデータは、本発明の助触媒3を含有する触媒系によって生成されたポリマーが、比較助触媒C3を含有する触媒系よりも高い分岐密度を呈することを示している。
Figure 2021519357
表5に要約された結果は、本発明の助触媒3が、炭化水素溶媒Isopar Eにおける高温高圧でのオレフィン重合のために、プロ触媒Aおよびプロ触媒Bの両方を活性化することを示している。
機器規格
すべての溶媒および試薬は商業的供給源から入手し、特に記載がない限り、受領したままの状態で使用する。無水トルエン、ヘキサン、テトラヒドロフラン、およびジエチルエーテルを、活性アルミナ、および場合によってはQ−5反応物質を通過させることによって精製する。窒素充填グローブボックス内で行われた実験に使用された溶媒を、活性化4Åモレキュラーシーブ上での保存によってさらに乾燥する。感湿反応用ガラス器具を、使用前に一晩オーブン内で乾燥する。NMRスペクトルを、Varian 400−MRおよびVNMRS−500分光計で記録する。LC−MS分析は、Waters 2424 ELS検出器、Waters 2998 PDA検出器、およびWaters 3100 ESI質量検出器と組み合わせたWaters e2695分離モジュールを使用して行う。LC−MS分離は、XBridge C18 3.5μm 2.1×50mmカラムで、5:95〜100:0のアセトニトリルおよび水勾配(イオン化剤として0.1%ギ酸を有する)を使用して行う。HRMS分析は、エレクトロスプレーイオン化を備えるAgilent 6230 TOF質量分析計と組み合わせたZorbax Eclipse Plus C18 1.8μm 2.1×50mmカラムを備えるAgilent 1290 Infinity LCを使用して行う。H NMRデータは、次のように報告する:化学シフト(多重度(br=幅広線、s=1重線、d=2重線、t=3重線、q=4重線、p=5重線、sex=6重線、sept=7重線、およびm=多重線)、積分値、および帰属)。基準物質として重水素化溶媒中の残留プロトンを使用して、H NMRデータの化学シフトをテトラメチルシラン内部より低磁場のppm(TMS、δスケール)で報告する。13C NMRデータは、Hデカップリングを用いて決定し、化学シフトは、基準として重水素化溶媒中の残留炭素を使用して、テトラメチルシラン(TMS、δスケール)からの低磁場(ppm)として報告する。

Claims (20)

  1. 触媒系であって、
    プロ触媒と、
    非ハロゲン化溶媒中に溶解された助触媒と、を含み、前記助触媒が、
    以下の式を有する非配位性ホウ酸ジアニオンと、
    Figure 2021519357
    2つのカチオンと、を含み、各カチオンが独立して、式(I)または式(II)に従うカチオンから選択され、
    Figure 2021519357
    式中、
    各R、R、R、R、およびRが独立して、−H、−F、−Cl、置換もしくは非置換(C−C40)アルキル、置換もしくは非置換(C−C40)アルケニル、または置換もしくは非置換(C−C40)シクロアルキルから選択され、前記置換(C−C40)アルキルおよび置換(C−C40)シクロアルキルが、1つ以上のRで置換され、各Rが、(C−C20)アルキルまたはハロゲンから選択されるが、
    ただし、R、R、R、R、またはRのうちの少なくとも1つが、置換もしくは非置換(C−C30)アルキル、または置換もしくは非置換(C−C40)シクロアルキルから選択されることを条件とし、
    各RおよびRが独立して、(C−C30)アルキルから選択され、Rが独立して、(C−C20)アルキルまたは(C−C18)アリールのいずれかから選択される、触媒系。
  2. 前記触媒がイオン性である、請求項1または2に記載の触媒系。
  3. 各Rが独立して、(C−C30)アルキルである、請求項1または2に記載の触媒系。
  4. 各Rが独立して、tert−ブチル、n−ブチル、tert−オクチル、またはn−オクチルである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の触媒系。
  5. 各R、R、R、およびRが、−Hである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の触媒系。
  6. 各Rが独立して、n−ブチル、tert−ブチル、1−ペンチル、1−ヘキシル、ヘプチル、n−オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、またはドデシルから選択される、請求項1〜5のいずれか一項に記載の触媒系。
  7. 各Rが独立して、直鎖(C−C30)アルキル、または直鎖もしくは分岐(C−C30)アルキルから選択される、請求項1〜6のいずれか一項に記載の触媒系。
  8. 前記2つのカチオンが、両方とも式(I)のカチオンから選択される、請求項1〜6のいずれか一項に記載の触媒系。
  9. 前記2つのカチオンが、両方とも式(II)のカチオンから選択される、請求項1〜6のいずれか一項に記載の触媒系。
  10. 前記2つのカチオンが異なる、請求項1〜6のいずれか一項に記載の触媒系。
  11. 各R、R、R、R、またはRが、任意に置換された[C40]アルキルである、請求項1に記載の触媒系。前記置換[C40]アルキルが、1つ以上のRで置換され、各Rが独立して、(C−C20)アルキルまたはハロゲンから選択される。
  12. 前記触媒活性剤が、25℃および1気圧の条件下で、トルエン中で20ミリグラム/ミリリットル(mg/mL)を超える溶解度を有する、請求項1に記載の触媒系。
  13. エチレン系ポリマーを生成するための重合プロセスであって、前記プロセスが、エチレンおよび任意に1つ以上のα−オレフィンを、触媒系の存在下で重合することを含み、前記触媒系が、非ハロゲン化非プロトン性炭化水素溶媒中に溶解されたプロ触媒および助触媒を含み、前記助触媒が、
    以下の式を有する非配位性ホウ酸ジアニオンと、
    Figure 2021519357
    2つのカチオンと、を含み、各カチオンが式(I)または式(II)に従い、
    Figure 2021519357
    式中、
    各R、R、R、R、およびRが独立して、−H、F、Cl、置換もしくは非置換(C−C40)アルキル、置換もしくは非置換(C−C40)アルケニル、または置換もしくは非置換(C−C40)シクロアルキルから選択され、前記置換(C−C40)アルキルおよび置換(C−C40)シクロアルキルが、1つ以上のRで置換され、各Rが、(C−C20)アルキルまたはハロゲンから選択されるが、
    ただし、R、R、R、R、またはRのうちの少なくとも1つが、置換もしくは非置換(C−C30)アルキル、または置換もしくは非置換(C−C40)シクロアルキルから選択されることを条件とし、各RおよびRが独立して、(C−C30)アルキルから選択され、Rが独立して、(C−C20)アルキルまたは(C−C18)アリールのいずれかから選択される、重合プロセス。
  14. 前記α−オレフィンが1−オクテンである、請求項13に記載のプロセス。
  15. 前記非ハロゲン化溶媒が、トルエンまたは脂肪族溶媒である、請求項13または14に記載のプロセス。
  16. 各Rが独立して、tert−ブチル、n−ブチル、tert−オクチル、またはn−オクチルである、請求項13〜15のいずれか一項に記載のプロセス。
  17. 各R、R、R、およびRが、−Hである、請求項13〜16のいずれか一項に記載のプロセス。
  18. 前記2つのカチオンが、両方とも式(I)のカチオンから選択される、請求項13〜17のいずれか一項に記載のプロセス。
  19. 前記2つのカチオンが、両方とも式(II)のカチオンから選択される、請求項13〜17のいずれか一項に記載のプロセス。
  20. 前記2つのカチオンが異なる、請求項13〜17のいずれか一項に記載のプロセス。
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