JP6758289B2 - 触媒 - Google Patents

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Description

本発明は、触媒に関する。より具体的には、本発明は、特定のメタロセン触媒、およびポリオレフィン重合反応におけるこのような触媒の使用に関する。さらにより具体的には、本発明は、対称性(symmetrical)メタロセン触媒、およびエチレン重合反応におけるこのような触媒の使用に関する。
エチレン(および一般にα−オレフィン)は、ある特定の遷移金属触媒の存在下で、低圧または中圧において容易に重合され得ることが周知である。これらの触媒は、一般にチーグラー−ナッタタイプの触媒として公知である。
エチレン(および一般にα−オレフィン)の重合を触媒する、これらのチーグラー−ナッタタイプの触媒のある特定群は、アルミノキサン活性化因子およびメタロセン遷移金属触媒を含む。メタロセンは、2つのη−シクロペンタジエニルタイプの配位子の間に結合した金属を含む。一般に、η−シクロペンタジエニルタイプの配位子は、η−シクロペンタジエニル、η−インデニルおよびη−フルオレニルから選択される。
また、これらのη−シクロペンタジエニルタイプの配位子は、無数の方式で修飾され得ることが周知である。ある特定の修飾は、2つのシクロペンタジエニル環の間に連結基(linking group)を導入して、ansa−メタロセンを形成することを含む。
当技術分野では、遷移金属の数々のansa−メタロセンが公知である。しかし、ポリオレフィン重合反応に使用するための改善されたansa−メタロセン触媒が、依然必要である。特に、高い重合活性/効率を有する新しいメタロセン触媒が、依然必要である。
また、特定の特徴を有するポリエチレンを生成することができる触媒が必要である。例えば、ポリマー鎖長の分散度が相対的に狭い直鎖高密度ポリエチレン(LHDPE)を生成することができる触媒が望ましい。さらに、コモノマーが良好に組み込まれ、ポリマー特性の良好な分子間均一性を有するポリエチレンコポリマーを生成することができる触媒が必要である。
国際公開第2011/051705号は、エチレン基を介して連結している2つのη−インデニル配位子に基づくansa−メタロセン触媒を開示しており、これは、メチルアルミノキサン(MAO)担持シリカ上に担持されており、エチレン重合で使用される。
改善された重合活性を有するメタロセン触媒が、依然必要である。さらに、産業がこのような材料に高い価値を置くことに起因して、多分散性を損なわずにα−オレフィンを高分子量に重合することができるメタロセン触媒が、やはり必要である。またさらに、このような触媒を容易に合成できることが望ましい。
本発明は、前述のことを念頭に置いて考案された。
本発明の第1の態様によれば、固体メチルアルミノキサン担持材および本明細書に定義の式(I)の化合物を含む組成物が提供される。
本発明の第2の態様によれば、ポリエチレンホモポリマーまたはポリエチレンを含むコポリマーの重合のための重合触媒としての、本明細書で定義された組成物の使用が提供される。
本発明の第3の態様によれば、本明細書で定義された組成物の存在下でオレフィンモノマーを反応させることを含む、ポリエチレンホモポリマーまたはポリエチレンコポリマーを形成する方法が提供される。
[定義]
本明細書で使用される用語「アルキル」は、典型的に1、2、3、4、5または6個の炭素原子を有する、直鎖または分岐鎖のアルキル部分への言及を含む。この用語「アルキル」は、メチル、エチル、プロピル(n−プロピルまたはイソプロピル)、ブチル(n−ブチル、sec−ブチルまたはtert−ブチル)、ペンチル、ヘキシルなどの基への言及を含む。特に、アルキルは、1、2、3、4または5個の炭素原子を有することができる。
本明細書で使用される用語「アルケニル」は、典型的に2、3、4、5または6個の炭素原子を有する、直鎖または分岐鎖のルケニル部分への言及を含む。この用語「アルケニル」は、1、2または3個の炭素−炭素二重結合(C=C)を含有するアルケニル部分への言及を含む。この用語「アルケニル」は、エテニル(ビニル)、プロペニル(アリル)、ブテニル、ペンテニルおよびヘキセニルなどの基、ならびにそれらのシスおよびトランス異性体の両方への言及を含む。
本明細書で使用される用語「アルキニル」は、典型的に2、3、4、5または6個の炭素原子を有する、直鎖または分岐鎖のアルキニル部分への言及を含む。この用語「アルキニル」は、1、2または3個の炭素−炭素三重結合(C≡C)を含有するアルキニル部分への言及を含む。この用語「アルキニル」は、エチニル、プロピニル、ブチニル、ペンチニルおよびヘキシニルなどの基への言及を含む。
本明細書で使用される用語「アルコキシ」は、−O−アルキルへの言及を含み、ここでアルキルは、直鎖または分岐鎖であり、1、2、3、4、5または6個の炭素原子を含む。あるクラスの実施形態では、アルコキシは、1、2、3または4個の炭素原子を有する。この用語「アルコキシ」は、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ、ブトキシ、tert−ブトキシ、ペントキシ、ヘキソキシなどの基への言及を含む。
本明細書で使用される用語「アリール」は、6、7、8、9または10個の環炭素原子を含む芳香族環系への言及を含む。アリールは、しばしばフェニルであるが、少なくとも1個が芳香族である2個以上の環を有する多環式環系であってもよい。この用語「アリール」は、フェニル、ナフチルなどの基への言及を含む。
本明細書で使用される用語「ハロゲン」または「ハロ」は、F、Cl、BrまたはIへの言及を含む。特に、ハロゲンは、BrまたはClであってよいが、Clの方が一般的である。
本明細書に係る部分で使用される用語「置換されている」は、前記部分における水素原子の1つまたは複数、特に5個まで、さらには特に1、2または3個が、対応する数の記載の置換基によって互いに独立に置き換えられていることを意味する。本明細書で使用される用語「任意選択により置換されている」は、置換または非置換を意味する。
当然のことながら、置換基は、化学的に可能な位置にのみ存在し、当業者は、ある特定の置換が可能かどうかを不適切な労力(inappropriate effort)なしに(実験的または理論的に)決定できることを理解されよう。例えば、遊離水素を含むアミノまたはヒドロキシ基は、不飽和(例えばオレフィン)結合によって炭素原子に結合する場合、不安定になるおそれがある。さらに当然のことながら、本明細書に記載の置換基は、当業者に認識される通り、それら自体が任意の置換基によって置換されていてもよく、適切な置換に対する前述の制限を受ける場合があることを理解されよう。
[触媒組成物]
本明細書で先に論じた通り、本発明は、固体メチルアルミノキサン担持材および以下に示される式(I)の化合物を含む組成物を提供する
[式中、
、R、RおよびRは、それぞれ独立に、(C1〜3)アルキルであり、
Qは、存在しないか、または1、2もしくは3個の架橋炭素原子を含む架橋基(bridging group)であり、ヒドロキシル、(C1〜6)アルキル、(C2〜6)アルケニル、(C2〜6)アルキニル、(C1〜6)アルコキシ、Si[(C1〜4)アルキル]、アリール、および−C(O)NRから選択される1つまたは複数の基で任意選択により置換されており、
Xは、ジルコニウム、チタンまたはハフニウムから選択され、
各Y基は、ハロ、水素化物、ホスホン酸、スルホン酸もしくはホウ酸アニオン、または(C1〜6)アルキル、(C2〜6)アルケニル、(C2〜6)アルキニル、(C1〜6)アルコキシ、アリールもしくはアリールオキシ基((C1〜6)アルキル、ハロ、ニトロ、アミノ、フェニル、(C1〜6)アルコキシ、Si[(C1〜4)アルキル]または−C(O)NRから選択される1つまたは複数の基で任意選択により置換されている)から独立に選択され、
ここでRおよびRは、独立に、(C1〜4)アルキルである]。
先に提示の構造式(I)は、置換基を明確に示すことを企図されていることを理解されよう。基の空間配置のより代表的な例示を、以下の代替表示で示す。
本発明の一部を形成する化合物は、mesoまたはrac異性体(以下に示される)として存在することができ、本発明は、このような異性体形態の両方を含むことも理解されよう。当業者は、式(I)の化合物の異性体混合物を、触媒作用適用に使用することができ、または異性体を分離し、個々に使用できる(例えば分別結晶化などの当技術分野で周知の技術を使用して)ことを理解されよう。
本発明の組成物は、α−オレフィンの重合に使用される現在のメタロセン化合物及び組成物と比較して、優れた触媒性能を呈する。特に、本発明の固体MAO組成物は、類似のシリカ担持メチルアルミノキサン(SSMAO)(その他ではMAO活性化シリカとして公知)および層状二重水酸化物担持メチルアルミノキサン(LDHMAO)(その他ではMAO活性化層状二重水酸化物として公知)触媒組成物と比較すると、α−オレフィンの単独重合および共重合において、著しく高い触媒活性を呈する。さらに、本発明の組成物の存在下でα−オレフィン重合によって生成されたポリエチレンコポリマーは、良好な分子間均一性を伴って、コモノマーがポリエチレンに良好に組み込まれることが実証されている。
固体メチルアルミノキサン(MAO)(しばしばポリメチルアルミノキサンと呼ばれる)は、炭化水素溶媒に不溶性であり、したがって、不均一系の担持体系として作用するように、他のメチルアルミノキサン(MAO)とは区別される。任意の適切な固体MAO担持体を使用することができる。
一実施形態では、固体MAO担持体は、トルエンおよびヘキサンに不溶性である。
別の実施形態では、固体MAO担持体は、微粒子形態である。適切には、固体MAO担持体の粒子は、球形または実質的に球形の形状である。
特に適切な一実施形態では、固体MAO担持体は、米国特許出願第2013/0059990号に記載されている通り、日本の東ソー・ファインケム(株)から得ることができる。
一実施形態では、固体MAO担持体は、以下のプロトコルに従って調製される。
固体MAO担持体の特性は、その合成中に使用される処理変数の1つまたは複数を変えることによって調節され得る。例えば、先に概説したプロトコルでは、固体MAO担持体の特性は、Al:O比を変えることによって、AlMeの量を固定し、安息香酸の量を変えることによって調節され得る。例示的なAl:O比は、1:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1および1.6:1である。適切には、Al:O比は、1.2:1または1.3:1である。あるいは、固体MAO担持体の特性は、安息香酸の量を固定し、AlMeの量を変えることによって調節され得る。
別の実施形態では、固体MAO担持体は、以下のプロトコルに従って調製される。
先のプロトコルでは、ステップ1および2は、一定に維持され得るが、ステップ2は変えられる。ステップ2の温度は、70〜100℃(例えば70℃、80℃、90℃または100℃)であり得る。ステップ2の時間は、12〜28時間(例えば12、20または28時間)であり得る。
式(I)の化合物は、1つまたは複数のイオン性または共有結合性の相互作用によって、固体MAO担持体上に固定され得る。
一実施形態では、組成物は、1種または複数の適切な活性化因子をさらに含む。適切な活性化因子は、当技術分野で周知であり、それには、有機アルミニウム化合物(例えばアルキルアルミニウム化合物)が含まれる。特に適切な活性化因子には、アルミノキサン(例えばメチルアルミノキサン(MAO))、トリイソブチルアルミニウム(TIBA)、ジエチルアルミニウム(DEAC)およびトリエチルアルミニウム(TEA)が含まれる。
別の実施形態では、固体MAO担持体は、M(C(式中、Mは、アルミニウムまたはホウ素である)、またはM’R(式中、M’は、ジルコニウムまたはマグネシウムであり、Rは、(C1〜10)アルキル(例えばメチルまたはオクチル)である)から選択される追加の化合物を含む。
一実施形態では、
、R、RおよびRは、それぞれ独立に、(C1〜3)アルキルであり、
Qは、存在しないか、または1、2もしくは3個の架橋炭素原子を含む架橋基であり、ヒドロキシル、(C1〜6)アルキル、(C2〜6)アルケニル、(C2〜6)アルキニル、(C1〜6)アルコキシ、Si[(C1〜4)アルキル]、アリール、および−C(O)NRから選択される1つまたは複数の基で任意選択により置換されており、
Xは、ジルコニウム、チタンまたはハフニウムから選択され、
各Y基は、ハロ、水素化物、ホスホン酸、スルホン酸もしくはホウ酸アニオン、または(C1〜6)アルキル、(C2〜6)アルケニル、(C2〜6)アルキニル、(C1〜6)アルコキシ、アリールもしくはアリールオキシ基(ハロ、ニトロ、アミノ、フェニル、(C1〜6)アルコキシ、Si[(C1〜4)アルキル]または−C(O)NRで任意選択により置換されている)から独立に選択され、
ここでRおよびRは、独立に、(C1〜4)アルキルである。
一実施形態では、R、R、RおよびRは、それぞれ独立に、(C1〜2)アルキルである。適切には、R、R、RおよびRは、すべてメチルである。
別の実施形態では、Qは、存在しないか、または式−[C(R)(R)−C(R)(R)]−(式中、R、R、RおよびRは、水素、ヒドロキシル、(C1〜6)アルキル、(C2〜6)アルケニル、(C2〜6)アルキニル、(C1〜6)アルコキシおよびアリールから独立に選択される)を有する架橋基である。
別の実施形態では、Qは、存在しないか、または式−[C(R)(R)−C(R)(R)]−(式中、R、R、RおよびRは、水素、ヒドロキシル、(C1〜4)アルキル、(C2〜4)アルケニル、(C2〜4)アルキニル、(C1〜4)アルコキシおよびフェニルから独立に選択される)を有する架橋基である。
適切には、Qは、存在しないか、または式−[C(R)(R)−C(R)(R)]−(式中、R、R、RおよびRは、水素、ヒドロキシル、(C1〜4)アルキル、(C2〜4)アルケニル、(C2〜4)アルキニルおよびフェニルから独立に選択される)を有する架橋基である。
特定の一実施形態では、Qは、式−CHCH−を有する架橋基である。
特定の一実施形態では、Qは、存在しない。
別の実施形態では、各Y基は、ハロ、水素化物、または(C1〜6)アルキル、(C2〜6)アルケニル、(C2〜6)アルキニル、(C1〜6)アルコキシ、アリールもしくはアリールオキシ基((C1〜6)アルキル、ハロ、ニトロ、アミノ、フェニル、(C1〜6)アルコキシ、Si[(C1〜4)アルキル]または−C(O)NRから選択される1つまたは複数の基で任意選択により置換されている)から独立に選択され、
ここでRおよびRは、独立に、(C1〜4)アルキルである。
別の実施形態では、各Yは、ハロ、−CHC(CHまたは(C1〜2)アルキル基(ハロ、フェニル、またはSi[(C1〜4)アルキル]で任意選択により置換されている)から独立に選択される。適切には、各Yは、ハロである。
別の実施形態では、各Yは、ハロ、−CHC(CHまたは(C1〜2)アルキル基(ハロまたはフェニルで任意選択により置換されている)から独立に選択される。
別の実施形態では、各Yは、Cl、−CHC(CHまたはCHから独立に選択される。
別の実施形態では、各Yは、ClまたはCHから独立に選択される。
別の実施形態では、Xは、ジルコニウムまたはハフニウムである。適切には、Xは、ジルコニウムである。
別の実施形態では、式(I)の化合物は、以下に示される式(II)を有する
[式中、
、R、R、R、QおよびYは、それぞれ独立に、本明細書の先の段落のいずれかに定義されている通りである]。
別の実施形態では、化合物は、式中、
、R、RおよびRが、それぞれ独立に、(C1〜2)アルキルであり、
Qが、存在しないか、または式−[C(R)(R)−C(R)(R)]−(式中、R、R、RおよびRは、水素、ヒドロキシル、(C1〜4)アルキル、(C2〜4)アルケニル、(C2〜4)アルキニルおよびフェニルから独立に選択される)を有する架橋基であり、
各Yが、ハロ、−CHC(CHまたは(C1〜2)アルキル基(ハロまたはフェニルで任意選択により置換されている)から独立に選択される、
式(II)を有する。
別の実施形態では、化合物は、式中、
、R、RおよびRが、それぞれ独立に、(C1〜2)アルキルであり、
Qが、式−CHCH−を有する架橋基であり、
各Yが、ハロ、−CHC(CHまたは(C1〜2)アルキル基(ハロまたはフェニルで任意選択により置換されている)から独立に選択される、
式(II)を有する。あるいは、各Yは、Cl、−CHC(CHまたはCHから独立に選択される。
別の実施形態では、式(I)の化合物は、以下に示される式(III)を有する
[式中、
、R、R、R、XおよびYは、それぞれ独立に、本明細書の先の段落のいずれかに定義されている通りである]。
別の実施形態では、化合物は、式中、
、R、RおよびRが、それぞれ独立に、(C1〜2)アルキルであり、
Xが、ジルコニウムまたはハフニウムであり、
各Yが、ハロ、−CHC(CHまたは(C1〜2)アルキル基(ハロまたはフェニルで任意選択により置換されている)から独立に選択される、
式(III)を有する。
別の実施形態では、化合物は、式中、
、R、RおよびRが、それぞれ独立に、(C1〜2)アルキルであり、
Xが、ジルコニウムであり、
各Yが、ハロ、−CHC(CHまたは(C1〜2)アルキル基(ハロまたはフェニルで任意選択により置換されている)から独立に選択される、
式(III)を有する。あるいは、各Yは、Cl、−CHC(CHまたはCHから独立に選択される。
別の実施形態では、式(I)の化合物は、以下に示される式(IV)を有する
[式中、
、R、R、R、XおよびQは、それぞれ独立に、本明細書の先の段落のいずれかに定義されている通りである]。
別の実施形態では、化合物は、式中、
、R、RおよびRが、それぞれ独立に、(C1〜2)アルキルであり、
Xが、ジルコニウムまたはハフニウムであり、
Qが、存在しないか、または式−[C(R)(R)−C(R)(R)]−(式中、R、R、RおよびRは、水素、ヒドロキシル、(C1〜4)アルキル、(C2〜4)アルケニル、(C2〜4)アルキニルおよびフェニルから独立に選択される)を有する架橋基である、
式(IV)を有する。
別の実施形態では、化合物は、式中、
、R、RおよびRが、それぞれ独立に、(C1〜2)アルキルであり、
Xが、ジルコニウムであり、
Qが、存在しないか、または式−CHCH−を有する架橋基である、
式(IV)を有する。
別の実施形態では、式(I)の化合物は、以下に示される式(V)を有する
[式中、
Y、XおよびQは、それぞれ独立に、本明細書の先の段落のいずれかに定義されている通りである]。
別の実施形態では、化合物は、式中、
各Yが、ハロ、−CHC(CHまたは(C1〜2)アルキル基(ハロまたはフェニルで任意選択により置換されている)から独立に選択され、
Xが、ジルコニウムまたはハフニウムであり、
Qが、存在しないか、または式−[C(R)(R)−C(R)(R)]−(式中、R、R、RおよびRは、水素、ヒドロキシル、(C1〜4)アルキル、(C2〜4)アルケニル、(C2〜4)アルキニルおよびフェニルから独立に選択される)を有する架橋基である、
式(V)を有する。
あるいは、各Yは、Cl、−CHC(CHまたはCHから独立に選択される。
別の実施形態では、化合物は、式中、
各Yが、ClまたはCHから独立に選択され、
Xが、ジルコニウムであり、
Qが、存在しないか、または式−CHCH−を有する架橋基である、
式(V)を有する。
別の実施形態では、式(I)の化合物は、以下に示される式(VI)を有する
[式中、
YおよびXは、それぞれ独立に、本明細書の先の段落のいずれかに定義されている通りである]。
別の実施形態では、化合物は、式中、
各Yが、ハロまたは(C1〜2)アルキル基(ハロまたはフェニルで任意選択により置換されている)から独立に選択され、
Xが、ジルコニウムまたはハフニウムである、
式(VI)を有する。
あるいは、各Yは、Cl、−CHC(CHまたはCHから独立に選択される。
別の実施形態では、化合物は、式中、
各Yが、ClまたはCHから独立に選択され、
Xが、ジルコニウムである、
式(VI)を有する。
別の実施形態では、化合物は、式中、
各Yが、Cl、−CHC(CHまたはCHから独立に選択され、
Xが、ジルコニウムである、
式(VI)を有する。
別の実施形態では、式(I)の化合物は、以下の構造のいずれかを有する。
別の実施形態では、式(I)の化合物は、以下の構造のいずれかを有する。
別の実施形態では、式(I)の化合物は、以下の構造を有する。
別の態様では、本発明は、本明細書で先に定義の式(I)の化合物を提供する。
[合成]
本発明の一部を形成する化合物は、当技術分野で公知の任意の適切な方法によって合成することができる。本発明の一部を形成する化合物を調製する方法の特定例は、添付の実施例に記載されている。
適切には、本発明の化合物は、
(i)式Aの化合物
(式中、R、R、R、RおよびQは、それぞれ本明細書で定義の通りであり、Mは、Li、NaまたはKである)を、式Bの化合物
X(Y’)

(式中、Xは、本明細書で先に定義の通りであり、Y’は、ハロ(特にクロロまたはブロモ)である)と、式(Ia)の化合物を形成するのに適した溶媒の存在下で反応させ、
任意選択によりその後、
(ii)先の式Iaの化合物を、以下に示される式(Ib)の化合物を形成するのに適した溶媒の存在下で、MY’’(式中、Mは、先に定義の通りであり、Y’’は、ハロ以外の本明細書で定義のY基である)と反応させることによって調製される。
適切には、Mは、先に定義の方法のステップ(i)においてLiである。
適切には、式Bの化合物は、溶媒和物として提供される。特に、式Bの化合物は、X(Y’).THF(式中、pは、整数(例えば2)である)として提供され得る。
先に定義の方法のステップ(i)に適した任意の溶媒を使用することができる。特に適切な溶媒は、トルエンまたはTHFである。
Yがハロ以外である式(I)の化合物が必要である場合、先の式(Ia)の化合物を、ステップ(ii)に定義の方式でさらに反応させて、式(Ib)の化合物を提供することができる。
先に定義の方法のステップ(ii)に適した任意の溶媒を使用することができる。適切な溶媒は、例えば、ジエチルエーテル、トルエン、THF、ジクロロメタン、クロロホルム、ヘキサン、DMF、ベンゼン等であり得る。
先の式Aの化合物を調製できる方法は、当技術分野で周知である。例えば、二ナトリウムエチレン−ビス−ヘキサメチルインデニル配位子の合成方法は、J.Organomet.Chem.,694,(2009),1059−1068に記載されている。ジ−リチウムエチレン−ビス−ヘキサメチルインデニル配位子の合成方法は、添付の実施例に記載されている。このような方法は、本発明の範囲に含まれる他の配位子を調製するために使用され得ることを、当業者は理解されよう。
Qが−CH−CH−である式Aの化合物は、一般に、
(i)式Dの化合物
(式中、Mは、リチウム、ナトリウム、またはカリウムであり、RおよびRは、本明細書で先に定義の通りである)を、過剰のBrCHCHBrと反応させて、以下に示される式Eの化合物を形成し
(式中、RおよびRは、本明細書で先に定義の通りである)、
(ii)式Eの化合物を、以下に示されている式Fの化合物と反応させることによって調製することができる
(式中、RおよびRは、本明細書で先に定義の通りであり、Mは、リチウム、ナトリウムまたはカリウムである)。
式DおよびFの化合物は、当技術分野で周知の技術によって容易に合成することができる。
先の方法のステップ(i)に適した任意の溶媒を使用することができる。特に適切な溶媒は、THFである。
同様に、先の方法のステップ(ii)に適した任意の溶媒を使用することができる。適切な溶媒は、例えば、トルエン、THF、DMF等であり得る。
当業者は、このような合成に適した反応条件(例えば温度、圧力、反応時間、撹拌等)を選択することができよう。
[適用]
既に示されている通り、本発明の組成物は、ポリエチレンの単独重合および共重合反応において、触媒として極めて有効である。
本明細書で先に論じられている通り、本発明の組成物は、α−オレフィンの重合で使用されている現在のメタロセン化合物と比較して、優れた触媒性能を呈する。特に、本発明の固体MAO組成物は、類似のシリカ担持メチルアルミノキサン(SSMAO)および層状二重水酸化物担持メチルアルミノキサン(LDHMAO)触媒組成物と比較して、α−オレフィンの単独重合および共重合において、著しく高い触媒活性を呈する。さらに、本発明の組成物の存在下でα−オレフィン重合によって生成されたポリエチレンコポリマーは、良好な分子間均一性を伴って、コモノマーがポリエチレンに良好に組み込まれることが実証されている。
したがって、本明細書で既に論じた通り、本発明はまた、重合触媒、特にポリエチレン重合触媒としての、本明細書に定義の組成物の使用を提供する。
一実施形態では、ポリエチレンは、重合化エテンモノマーから作成されたホモポリマーである。
別の実施形態では、ポリエチレンは、1〜10wt%(モノマーの総重量に対する)の(C4〜8)α−オレフィンを含む重合化エテンモノマーから作成されたコポリマーである。適切には、(C4〜8)α−オレフィンは、1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテン、またはそれらの混合物である。
本明細書で既に論じた通り、本発明はまた、本明細書に定義の組成物の存在下で、オレフィンモノマーを反応させることを含む、ポリオレフィン(例えばポリエチレン)を形成する方法を提供する。
別の実施形態では、オレフィンモノマーは、エテンモノマーである。
別の実施形態では、オレフィンモノマーは、1〜10wt%(モノマーの総重量に対する)の(C4〜8)α−オレフィンを含むエテンモノマーである。適切には、(C4〜8)α−オレフィンは、1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテン、またはそれらの混合物である。
別の実施形態では、ポリオレフィンを形成する方法は、25〜100℃の温度で実施される。適切には、ポリオレフィンを形成する方法は、70〜80℃の温度で実施される。
別の実施形態では、ポリオレフィンを形成する方法は、40〜70℃の温度で実施される。適切には、ポリオレフィンを形成する方法は、45〜65℃の温度で実施される。あるいは、ポリオレフィンを形成する方法は、75〜85℃の温度で実施される。
オレフィン重合分野の技術者は、このような重合反応に適した反応条件(例えば圧力、反応時間、溶媒等)を選択することができよう。当業者はまた、特定の特性を有するポリオレフィンを生成するために、処理パラメーター(process parameters)を操作することができよう。
特定の一実施形態では、ポリオレフィンは、ポリエチレンである。
ここで本発明の実施例を、単に参照し例示する目的で、添付の図を参照しながら記載する。
明確にするためにH原子を省略したrac−EBIZrClおよび50%で描写された熱楕円体の4つのX線結晶図である。 明確にするためにH原子およびトルエンを省略したmeso−EBIZrClおよび50%で描写された熱楕円体の代替のX線結晶図である。2番目の図は、トルエン分子の位置を示している。 東ソー・ファインケムの固体MAO上に担持されたrac−[(EBI)ZrCl]、meso−[(EBI)ZrCl]、meso−[(EBI)ZrBz]および[(IndZrCl]メタロセンのエチレン重合活性を示す図である。重合条件:2バールのエチレン、30分、ヘキサン50ml、触媒10mg、TIBA150mg、固体MAO上に300:1のAl:Zr担持負荷。 東ソー・ファインケムの固体MAO上に担持された[rac−(EBI)ZrCl]メタロセンの、様々な温度に伴うエチレン重合活性を示す図である。重合条件:2バールのエチレン、30分、ヘキサン50ml、触媒10mg、TIBA150mg、東ソー・ファインケムの固体MAO上に200:1のAl:Zr担持負荷。 東ソー・ファインケムの固体MAO上に担持されたrac−[(EBI)ZrCl]、meso−[(EBI)ZrCl]、meso−[(EBI)ZrBz]および[(IndZrCl]メタロセンを使用する重合反応によって生成されたポリエチレンの分子量を比較する図である。重合条件:2バールのエチレン、30分、ヘキサン50ml、触媒10mg、TIBA150mg、固体MAO上に300:1のAl:Zr担持負荷。 東ソー・ファインケムの固体MAO上に担持された[rac−(EBI)ZrCl]メタロセンを使用する様々な温度における重合反応によって生成されたポリエチレンの分子量の変動を示す図である。重合条件:2バールのエチレン、30分、ヘキサン50ml、触媒10mg、TIBA150mg、東ソー・ファインケムの固体MAO上に200:1のAl:Zr担持負荷。 東ソー・ファインケムの固体MAO上に担持されたrac−[(EBI)ZrCl]、meso−[(EBI)ZrCl]、meso−[(EBI)ZrBz]および[(IndZrCl]メタロセンを使用する重合反応によって生成されたポリエチレンの多分散指数を比較する図である。重合条件:2バールのエチレン、30分、ヘキサン50ml、触媒10mg、TIBA150mg、固体MAO上に300:1のAl:Zr担持負荷。 東ソー・ファインケムの固体MAO上に担持された[rac−(EBI)ZrCl]メタロセンを使用する様々な温度における重合反応によって生成されたポリエチレンの多分散性の変動を示す図である。重合条件:2バールのエチレン、30分、ヘキサン50ml、触媒10mg、TIBA150mg、東ソー・ファインケムの固体MAO上に200:1のAl:Zr担持負荷。 明確にするためにH原子を省略したrac−EBIZrBzおよび50%で描写された熱楕円体のX線結晶図である。 明確にするためにH原子を省略したrac−IndZrClおよび50%で描写された熱楕円体のX線結晶図である。 明確にするためにH原子を省略したmeso−IndZrClおよび50%で描写された熱楕円体のX線結晶図である。 明確にするためにH原子を省略したmeso−(EBIZr(CHC(CH)Cl)および50%で描写された熱楕円体のX線結晶図である。 明確にするためにH原子を省略したmeso−IndZrBzおよび50%で描写された熱楕円体のX線結晶図である。 SSMAO(200:1、菱形)および固体MAO(300:1、四角)上に担持されたrac−EBIZrClのエチレン重合活性の、温度への依存性を示す図である。TIBA共触媒、2バールのエチレン、触媒10mg、ヘキサン50ml、1時間(SSMAO)、30分(固体MAO)。 固体MAO上に担持されたrac−EBIZrClおよびmeso−EBIZrCl(200:1のrac−EBIZrCl、四角、300:1のmeso−EBIZrCl、菱形)のエチレン重合活性の、温度への依存性を示す図である。TIBA共触媒、2バールのエチレン、触媒10mg、ヘキサン50ml、1時間(rac−EBIZrCl)、30分(meso−EBIZrCl)。 固体MAO(300:1)上に担持されたmeso−EBIZrCl(四角)、meso−(EBI)ZrBz(菱形)およびmeso−(EBI)ZrNpCl(丸形)のエチレン重合活性の、温度への依存性を示す図である。TIBA共触媒、2バールのエチレン、触媒10mg、ヘキサン50ml、30分。 meso−(EBI)ZrBz(四角)およびmeso−(EBI)ZrNpCl(菱形)のMの、温度への依存性を示す図である。PDIを括弧内に示す。固体MAO(300:1の負荷)上に担持、TIBA共触媒、2バールのエチレン、触媒10mg、ヘキサン50ml、30分。 rac−(四角)、meso−(菱形)および混合−Ind ZrCl(丸形)のエチレン重合活性の、温度への依存性を示す図である。固体MAO(300:1)上に担持、TIBA共触媒、2バールのエチレン、触媒10mg、ヘキサン50ml、30分。 rac−Ind ZrCl(四角)およびrac−Ind ZrBz(菱形)のエチレン重合活性の、温度への依存性を示す図である。固体MAO(300:1)上に担持、TIBA共触媒、2バールのエチレン、触媒10mg、ヘキサン50ml、30分。
[命名法]
本明細書で使用される命名法は、関連する構造式を考慮して当業者によって容易に理解されよう。全体を通して使用される様々な略語を、以下に説明する。
EBは、エチレン架橋を意味する
は、η−2,3,4,5,6,7−ヘキサメチル−インデン−1−イル(CMe)を意味する
Indは、η−2,3,4,5,6,7−ヘキサメチル−1H−インデン−1−イル(CMeH)を意味する
Indは、η−1,2,3,4,5,6,7−ヘプタメチル−インデン−1−イル(CMeH)を意味する
Meは、メチルを意味する
Bzは、ベンジルを意味する
Phは、フェニルを意味する
Npは、ネオペンチル(CHC(CH)を意味する
[一般的方法]
すべての有機金属操作を、別段記載されない限り、標準シュレンクライン技術またはMBraun UNIlabグローブボックスを使用してN雰囲気下で実施した。すべての有機反応は、別段記載されない限り、空気下で行われた。使用する溶媒を、ナトリウム−ベンゾフェノンジケチル(diketyl)(THF)上で還流させるか、またはMBraun SPS−800溶媒系を使用して活性化アルミナ(ヘキサン、EtO、トルエン、CHCl)を通過させることによって乾燥させた。溶媒を、乾燥ガラスアンプルで保存し、Nガス流をその液体に通過させることによって十分に脱気し、使用前に標準ナトリウム−ベンゾフェノン−THF溶液で試験した。酸素または湿気感受性材料のNMR分光法のための重水素化溶媒を、以下の通り処理した。Cを、凍結脱気し(freeze−pump−thaw degassed)、Kミラー(mirror)で乾燥させ、d−ピリジンおよびCDClを、水素化カルシウム上で還流させることによって乾燥させ、トラップツートラップ(trap−to−trap)蒸留によって精製し、CDClを、3Å分子ふるい上で乾燥させた。
Hおよび13C NMR分光法を、別段記載されない限りVarian 300MHz分光計を使用して実施し、300Kで記録した。Hおよび13C NMRスペクトルを、残留プロチオ(protio)溶媒ピークによってリファレンスした。酸素または湿気感受性試料を、グローブボックス中、不活性雰囲気下で、乾燥させ脱気した溶媒を使用して調製し、Youngタイプの同心二方活栓(stopcock)を取り付けたWilmad 5mm 505−PS−7管に密封した。
質量スペクトルは、Bruker FT−ICR−MS Apex III分光計を使用して得た。
単結晶X線回折では、各場合、典型的な結晶を、ペルフルオロポリエーテル油を用いる油滴技術を使用して、ガラス繊維上に載せ、Oxford Cryosystems Cryostreamを使用して、N流中150Kまで急速冷却した。回折データを、Enraf−Nonius KappaCCD回折計(黒鉛で単色化したMoKα放射線、λ=0.71073Å)を使用して測定した。一連のωスキャンを、一般に実施して、各場合で、最大分解値0.77Åまでの十分なデータを得た。データ収集およびセル精密化を、DENZO−SMNを使用して行った。強度データを、SCALEPACK(DENZO−SMN内)を使用し、同一のLaueに等価な反射の複数スキャンに基づいて処理し、マルチスキャン法によって吸収効果を補正した。構造解は、チャージフリッピング(charge flipping)を用いて、CRYSTALSソフトウェアスイート内のプログラムSuperflipを使用して行った。4,5一般に、すべての非水素原子の座標および異方性変位パラメーターを、障害の存在に起因して不可能である場合を除いて、自由に精密化した。
[対称性前駆配位子(pro−ligand)の合成]
(エチレン−ビス−ヘキサメチルインデニル、EBILi・THF0.38、1の調製)
Li(0.13g、1.86×10−2mol)およびナフタレン(2.56g、2.00×10−2mol)を、THF中で撹拌すると、3時間後に緑色の溶液が形成されたが、まだLiを含有していたので、さらに15時間撹拌した。C1620(3.69g、1.74×10−2mol)をTHFに溶解すると、鮮黄色の溶液が生じ、それを、濃緑色C10Li混合物に−78℃で添加した。反応混合物を−78℃で30分間撹拌し、次に撹拌しながら室温に温めた。2時間後に沈殿物が形成され、さらに3時間後、溶媒を、黄色から緑色の混合物から真空下で除去した。残留物をEtOで洗浄し、乾燥させて、オフホワイト色の粉末を得た。収量:3.78g、93%。NMR分光法による分析によって、この固体が式EBILi・THF0.38を有することが示された。H NMR (d−ピリジン): δ 2.42, 2.45, 2.62, 2.89, 2.91 3.06 (全てs, 6H, Me), 3.78 (s, 4H, C). 13C NMR (d−ピリジン): δ 13.8, 16.3, 17.3, 17.4, 18.7, 19.2 (Me), 36.4 (C), 97.8, 105.6, 119.1, 119.4, 123.5, 123.6, 124.8, 126.8, 128.8 (環C).
(二ナトリウムエチレン−ビス−ヘキサメチルインデニル(EBINa)の調製)
(i)2,3,4,5,6,7−ヘキサメチル−1−メチレン−インデン、C1620の合成
BrCN(2.89g、2.72×10−3mol)を、Nフラッシュの下で、文献の手順によって調製した、−78℃のIndLi(6.00g、2.72×10−3mol)のEtO中スラリーに添加した。反応混合物を、−78℃で2時間撹拌し、次に室温に温めるとオフホワイト色の沈殿物が溶解して、黄色の溶液が得られた。Nの動圧下で15時間撹拌して、生成されたHCNを放出させた後、揮発物を真空下で除去した。残留物のNMR分析によって、所望の生成物が、中間体種IndBrで汚染されていることが時折示された。EtNを添加し、さらに撹拌することによって、フルベン化合物C1620に変換した。30℃のペンタンで抽出し、得られた溶液をシリカに通過させ、溶媒を真空下で除去すると、2,3,4,5,6,7−ヘキサメチル−1−メチレン−インデン、C1620が鮮黄色の固体として得られた。収量:4.10g、71%。
特徴付けデータ:
H NMR (C) δ (ppm): 1.91, 2.08 (共にs, 3H, Me), 2.11 (s, 6H, Me), 2.30, 2.36 (共にs, 3H, Me), 5.56, 5.84 (共にs, 1H, CH2).
H NMR (CDCl) δ (ppm): 2.00, 2.23, 2.26, 2.28 (全てs, 3H, Me), 2,45 (bs, 6H, Me), 5.51, 5.88 (共にs, 1H, CH2).
13C NMR (C) δ (ppm): 9.56, 15.53, 15.91, 16.03, 16.43, 16.64 (Me), 28.84 (CH), 126.35, 129.45, 131.49, 131.61, 132.61, 132.22, 134.90, 137.18, 140.37, 150.48 (環C).
HRMS (EI): 計算値: 212.1565 実測値: 212.1567.
(ii)EBINaの合成
Na(0.17g、7.56×10−3mol)を、ナフタレン(1.04g、8.11×10−3mol)と共にTHF中で15時間撹拌すると、C10Naの濃緑色の溶液が得られた。−78℃に冷却した後、2,3,4,5,6,7−ヘキサメチル−1−メチレン−インデン(1.50g、7.06×10−3mol)のTHF溶液を添加した。混合物を−78℃で2時間撹拌し、次に室温に温めた。溶媒を真空下で除去すると、淡褐色の固体が得られ、それをEtOで洗浄し、濾過すると、淡褐色の自然発火性粉末が得られた。収量:1.26g、76%。
特徴付けデータ:
H NMR (d−ピリジン) δ (ppm): 2.49 (s, 12H, Me), 2.55, 2.71, 2.72, 3.13 (全てs, 6H, Me), 3.94 (s, 4H, C2H4).
13C NMR (d−ピリジン) δ (ppm): 13.59, 16.41, 17.33, 17.46, 18.60, 19.05 (Me), 35.06 (C), 97.01, 104.27, 117.68, 118.07, 123.12, 123.17, 123.77, 125.20, 125.79 (環C).
先の反応の反応機序を、以下のスキーム2に示す。
(エチレン−ビス−ヘキサメチルインデニルジルコニウムクロリド(EBIZrCl)の調製)
EBILi・THF0.38(0.350g、7.51×10−4mol)を、トルエンでスラリー化し、−78℃に冷却した。この橙色から赤色のスラリーに、ZrCl・THF(0.284g、7.51×10−4mol)のトルエン中白色スラリーを添加した。急激な変化は観測されず、反応混合物を、撹拌しながら室温に温めた。さらに15時間撹拌した後、赤色から褐色の反応混合物を濾過すると、赤色から橙色の溶液が得られた。残留物をCHClで抽出し、抽出物を合わせた。溶媒を真空下で除去すると、赤色から橙色の固体が得られ、それを−78℃のヘキサンで洗浄した。得られた残留物を、室温のヘキサンで抽出して、赤色から橙色の固体および黄色から橙色の溶液を得た。この固体をNMR分析すると、この固体は、およそ1:0.8のrac/mesoミックスであることが示された。溶媒を、黄色から橙色の溶液から真空下で除去すると、橙色の固体が得られた。この固体をNMR分析すると、この固体は、主にmeso−EBIZrClから構成されており、rac−異性体を含む不純物が、わずかな割合で存在することが示された。
rac/mesoミックスを抽出し、CHClで濾過すると、ヘキサンと層状になった赤色の溶液が得られた。黄色の上清をカニューレでデカントすると、橙色の固体が残り、NMR分析によって純粋なrac−EBIZrClであることが示された。上清を真空下で減量して、よりmesoが濃縮された異性体の混合物である橙色の固体を得、60℃のヘキサンで洗浄すると、純粋なrac異性体が残った。橙色から黄色の溶液を、再び減量して、異性体の固体ミックスを得、それを60℃のヘキサンで抽出し、−80℃に冷却すると、rac−EBIZrClの最終的な収穫物が沈殿した。X線回折に適したrac−EBIZrClの結晶は、EtOで試料のCDCl溶液を層状化することによって、薄橙色の板状物質として成長した。
大部分がmesoである抽出物を、60℃のヘキサンでさらに抽出し、濾過し、最小体積まで減量し、−35℃にゆっくり冷却した。X線回折に適した純粋なmeso−EBIZrClの橙色の針状物質を収集し、−78℃のヘキサンで洗浄した。
収量:0.060g、0.028g、合計20%。
特徴付けデータ:
HRMS (EI): 計算値: 584.1554 実測値: 584.1567.
rac−EBIZrCl
H NMR (C) δ (ppm): 1.78, 2.11, 2.22, 2.43, 2.46, 2.56 (全てs, 6H, Me), 3.22−3.40, 3.70−3.88 (m, 4H, C).
H NMR (CDCl) δ (ppm): 1.84, 2.23, 2.29, 2.33, 2.40, 2.79 (全てs, 6H, Me), 3.65−3.81, 4.02−4.18 (m, 4H, C).
H NMR (CDCl) δ (ppm): 1.84, 2.24, 2.29, 2.31, 2.37, 2.80 (全てs, 6H, Me), 4.03−4.22, 3.63−3.82 (m, 4H, C).
13C NMR (CDCl) δ (ppm): 11.96, 15.91, 16.58, 16.91, 17.71, 17.95 (Me), 32.94 (C), 115.97, 118.84, 123.56, 125.21, 126.40, 128.84, 129.46, 130.65, 134.59 (環C).
分析: C3240ZrClの計算値: C, 65.50; H, 6.87. 実測値: C, 65.44; H, 6.79.
meso−EBIZrCl
H NMR (C) δ (ppm): 1.85, 1.99, 2.01, 2.39, 2.51, 2.52 (全てs, 6H, Me), 3.20−3.34 3.74−3.88 (m, 4H, C).
H NMR (CDCl) δ (ppm): 2.12, 2.13, 2.16, 2.32, 2.45, 2.60 (全てs, 6H, Me), 3.63−3.80, 4.07−4.24 (m, 4H, C).
H NMR (CDCl) δ (ppm): 2.13 (s, 12H, Me), 2.17, 2.29, 2.43, 2.61 (全てs, 6H, Me), 3.64−3.82, 4.08−4.26 (m, 4H, C).
13C NMR (C) δ (ppm): 13.27, 15.71, 16.51, 16.87, 17.59, 17.71 (Me), 31.39 (C), 106.72, 113.97, 121.50, 126.97, 127.29, 129.03, 130.68, 132.98, 134.05 (環C).
13C NMR (CDCl) δ (ppm): 13.45, 15.41, 16.45, 16.82, 17.40, 17.43 (Me), 31.34 (C), 104.09, 114.17, 121.62, 126.25, 126.75, 129.52, 130.21, 133.03, 134.29 (環C).
[rac−EBIZrClの構造的分析]
前述の通り、X線回折に適したrac−EBIZrClの単結晶は、EtOでCDCl中試料を層状化することによって、薄橙色の板状物質として成長した。化合物は、単斜晶空間群C2/cで晶出し、その4つの代替図は、図1に示されている。化合物は、二回転結晶上(crystallographic twofold axis of rotation)に位置し、したがって両方のインデニル環は、等価であり、関連する結合の長さおよび角度は、以下の表1に示されている。
[meso−EBIZrClの構造的分析]
前述の通り、meso−EBIZrClのX線質の結晶を、濃縮ヘキサン溶液を−35℃にゆっくり冷却することによって、橙色の針状物質として得た。化合物は、三斜晶空間群
で晶出し、ここで、非対称性単位1つ当たり、1つのEBI部分と1つのトルエン分子が存在する。代替図は、図2に示されており、関連する結合の距離および角度は、表2に示されている。
(エチレン−ビス−ヘキサメチルインデニルベンジルジルコニウム(EBIZr(CH)の調製)
meso−(EBI)ZrCl2(685μmol)400mgを、KBz(1.72mmol)223mgおよびベンゼン30mlと共にシュレンク管に添加した。混合物を窒素中で48時間撹拌し、真空中で減量した。生成物を、ヘキサン中で黄色の固体として抽出した。収量:205mg。
meso−(EBI)ZrBzを、単結晶X線結晶学によって特徴付けた。適切な単結晶が、ヘキサンから成長し、P2/nで晶出することが見出された。固体状態の分子構造は、図9に図示されている。
meso−(EBI)ZrBzを、以下の通りH NMR分光法および質量分析によってさらに特徴付けた。H NMR (400 MHz, C): δ −0.70 (s, 2H, PhCH), 1.83 (s, 2H, PhCH), 1.85 (s, 6H, Cp−Me), 2.01 (s, 6H, Ar−Me), 2.04 (s, 12H, Ar−Me), 2.41 (s, 6H, Ar−Me), 2.50 (s, 6H, Ar−Me), 3.07 (m, 3.02−3.13, 2H, CH), 3.67 (m, 3.62−3.73, 2H, CH), 6.39 (d, J = 7.5 Hz, 2H, o−Ph), 6.58 (d, J = 7.5 Hz, 2H, o−Ph), 6.80 (t, J = 7.2 Hz, 1H, p−Ph), 6.95 (t, J = 7.3 Hz, 1H, p−Ph), 7.04 (t, J = 7.6 Hz, 2H, m−Ph), 7.16 (t, J = 7.6 Hz, 2H, m−Ph).
MS(EI):実測値726.2760、計算値726.3198。635、544および91に示される主なフラグメンテーションピークは、それぞれEBIZrBz、EBIZrおよびBzに対応する。
((Ind ZrCl)の調製)
IndLi(19.4mmol)4gを、ZrCl(9.71mmol)2.23gおよびベンゼン100mlと共にシュレンク管に添加した。混合物を窒素中で72時間撹拌し、濾過した。生成物を、rac−およびmeso−異性体の混合物として、橙色の固体として収集した。収量:205mg。
両方の異性体、rac−およびmeso−IndZrClを、X線結晶学によって特徴付けた。各場合、結晶が、ヘキサンから成長し、それぞれP2/cおよびP2/nで晶出することが見出された。固体状態の分子構造は、図10および11に図示されている。
さらに、両方の異性体を、以下の通りHおよび13C NMR分光法、ならびに元素分析によって特徴付けた。
rac−Ind ZrCl
H NMR (400 MHz, CDCl): δ 1.60 (s, 6H, Cp−Me), 2.25 (s, 6H, Ar−Me), 2.26 (s, 6H, Ar−Me), 2.43 (s, 6H, Ar−Me), 2.54 (s, 6H, Ar−Me), 2.60 (s, 6H, Cp−Me), 6.26 (s, 1H, Cp−H).
H NMR (400 MHz, C): δ 1.55 (s, 6H, Cp−Me), 2.08 (s, 6H, Ar−Me), 2.15 (s、 6H, Ar−Me), 2.39 (s, 6H, Ar−Me), 2.49 (s, 6H, Ar−Me), 2.57 (s, 6H, Cp−Me), 6.12 (s, 1H, Cp−H).
CHN分析(%). 予想値: C 64.50, H 6.86. 実測値: C 64.35, 6.74.
meso−Ind ZrCl
H NMR (400 MHz, CDCl): δ 2.13 (s, 6H, Cp−Me), 2.18 (s, 6H, Ar−Me), 2.19 (s, 6H, Ar−Me), 2.23 (s, 6H, Ar−Me), 2.51 (s, 6H, Cp−Me), 2.52 (s, 6H, Ar−Me), 5.83 (s, 1H, Cp−H).
H NMR (400 MHz, C): δ 2.00 (s, 6H, Cp−Me), 2.02 (s, 6H, Ar−Me), 2.05 (s, 6H, Ar−Me), 2.06 (s, 6H, Ar−Me), 2.54 (s, 6H, Ar−Me), 2.55 (s, 6H, Cp−Me), 5.60 (s, 1H, Cp−H).
CHN分析(%). 予想値: C 64.50, H 6.86. 実測値: C 64.37, 6.81.
(エチレン−ビス−ヘキサメチルインデニルネオペンチルクロリドジルコニウム(EBIZr(CHC(CH)Cl)の調製)
meso−(EBI)ZrCl2(343μmol)200mgを、LiNp(343μmol)26.8mgおよびベンゼン30mlと共にシュレンク管に添加した。混合物を窒素中で48時間撹拌し、真空中で減量した。生成物を、ヘキサン中で黄色の固体として抽出した。収量:34mg。
meso−(EBIZr(CHC(CH)Cl)を、単結晶X線結晶学によって特徴付けた。適切な単結晶が、ヘキサンから成長し、
で晶出することが見出された。固体状態の分子構造は、図12に図示されている。
meso−(EBI)ZrBzを、以下の通りHおよび13C NMR分光法によってさらに特徴付けた。
H NMR (400 MHz, C): δ −2.23 (s, 2H, CH Bu), 0.74 (s, 9H, CMe), 1.92 (s, 6H, Cp−Me), 2.07 (s, 6H, Ar−Me), 2.14 (s, 6H, Ar−Me), 2.44 (s, 6H, Ar−Me), 2.47 (s, 6H, Ar−Me), 2.53 (s, 6H, Ar−Me), 3.16 (m, 3.10−3.25, 2H, CH), 3.63 (m, 3.56−3.69, 2H, CH).
13C {H} NMR (400 MHz, C): δ 14.06 (Ar−Me), 16.30 (Ar−Me), 16.77 (Ar−Me), 16.86 (Ar−Me), 17.71 (Ar−Me), 18.81 (Ar−Me), 30.86 (CH), 34.95 (CMe), 77.24 (CH Bu) 111.79 (Cp), 116.90 (Cp), 125.22 (Ar), 127.53 (Ar), 127.95 (Ar), 129.50 (Cp), 130.27 (Ar), 132.47 (Ar), 133.72 (Ar).
(rac−Ind ZrBzの調製)
Ind ZrCl(0.717mmol)400mgを、KBz(1.79mmol)233mgおよびベンゼン30mlと共にシュレンクに添加した。混合物を窒素中で24時間撹拌し、真空中で乾燥させ、生成物を、ヘキサン中でmeso−異性体として、黄色の固体として抽出した。収量:83mg。
rac−Ind ZrBzを、単結晶X線回折によって特徴付けた。適切な結晶が、トルエンから成長し、P2/nで晶出することが見出された。固体状態の分子構造は、図13に示されている。
[担持触媒系の合成]
(固体MAO/(EBI)ZrCl触媒系の合成(実施例1))
トルエン(40ml)を、東ソーによって供給された固体MAO(東ソーのロット番号TY130408)(331mg)および(EBI)ZrCl(14.3mg)を含有するシュレンク管に室温で添加した。スラリーを60℃に加熱し、時折回旋しながら1時間静置すると、その間に溶液は無色に変わり、固体は紫色に変色した。次に、得られた懸濁液を静置して室温に冷却し、トルエン溶液を注意深く濾過し、真空中で除去して、固体MAO/EBIZrCl触媒を、薄紫色の自由流動性の粉末として得た。収量:313mg。
(SSMAO/[(EBI)ZrCl触媒系の合成(比較例))
トルエン(40ml)を、MAO活性化シリカ(SSMAO)(528mg)および(EBI)ZrCl(5.8mg)を含有するシュレンク管に室温で添加した。スラリーを60℃に加熱し、時折回旋しながら1時間静置すると、その間に溶液は無色に変わり、固体は紫色に変色した。次に、得られた懸濁液を静置して室温に冷却し、トルエン溶液を注意深く濾過し、真空中で除去して、SSMAO/EBIZrCl触媒を、薄紫色の自由流動性の粉末として得た。収量:471mg。
[エチレン重合の研究]
(エチレンの単独重合)
固体MAO/[Zr−複合体]触媒(Zr−複合体=rac−[(EBI)ZrCl]、meso−[(EBI)ZrCl]およびmeso−[(EBI)ZrBz]を、アルミニウムベースのスカベンジャーであるトリ(イソブチル)アルミニウム(TIBA)の存在下で、スラリー条件下でそれらのエチレン重合活性について試験した。反応を、200mLのアンプル中、2バールのエチレンの下、ヘキサン50mLに触媒10mgを懸濁させて実施した。反応は、油浴中で加熱することによって温度を制御して、30分間行われた。得られたポリエチレンを、乾燥焼結ガラスフリットを介して真空下ですぐに濾過した。次に、ポリエチレン生成物をペンタン(2×25ml)で洗浄し、次に少なくとも1時間、フリット上で乾燥させた。試験を、個々の一組の重合条件ごとに、少なくとも2回行った。
図3は、東ソー・ファインケムの固体MAO上に担持されたrac−[(EBI)ZrCl]、meso−[(EBI)ZrCl]およびmeso−[(EBI)ZrBz]メタロセンのエチレン重合活性を示している。参照のために、図3は、エチレン架橋が存在しない、東ソー・ファインケムの固体MAO上に担持された[(IndZrCl2]の重合活性も示している。重合条件:2バールのエチレン、30分、ヘキサン50ml、触媒10mg、TIBA150mg、固体MAO上に300:1のAl:Zr担持負荷。
図4は、東ソー・ファインケムの固体MAO上に担持された[rac−(EBI)ZrCl]メタロセンの、様々な温度に伴うエチレン重合活性を示している。重合条件:2バールのエチレン、30分、ヘキサン50ml、触媒10mg、TIBA150mg、東ソー・ファインケムの固体MAO(東ソーのロット番号TY130408)上に200:1のAl:Zr担持負荷。データは、固体MAO/[(EBI)ZrCl]触媒系が、幅広い温度(特に30〜70℃)にわたって高い重合活性を呈することを示している。
以下の表3は、東ソー・ファインケムの固体MAO(実施例1)および従来のMAO活性化シリカ担持体(比較例)上に担持された場合の、様々な温度における[rac−(EBI)ZrCl]のエチレン重合活性の比較を示している。重合条件:ジルコノセン触媒=rac−(EBI)ZrCl、2バールのエチレン、30分、ヘキサン50ml、触媒10mg、TIBA150mg、MAO活性化シリカでは300:1のAl:Zr、東ソーの固体MAOでは200:1。
先の表3に提示のデータを考慮すると、本発明の組成物は、類似のシリカ担持メタロセンよりもエチレン重合活性が著しく高いことが明らかである。
図5は、東ソー・ファインケムの固体MAO上に担持されたrac−[(EBI)ZrCl]、meso−[(EBI)ZrCl]およびmeso−[(EBI)ZrBz]メタロセンを使用する重合反応によって生成されたポリエチレンの分子量の比較を示している。図5は、エチレン架橋が存在しない、東ソー・ファインケムの固体MAO上に担持された[(IndZrCl2]のデータも示している。データは、本発明の組成物を使用する重合反応によって生成されたポリエチレンが、高分子量を有することを示している。高分子量のポリエチレンは、産業において高い価値がある。重合条件:2バールのエチレン、30分、ヘキサン50ml、触媒10mg、TIBA150mg、固体MAO上に300:1のAl:Zr担持負荷。
図6は、東ソー・ファインケムの固体MAO(東ソーのロット番号TY130408)上に担持された[rac−(EBI)ZrCl]メタロセンを使用する様々な温度における重合反応によって生成されたポリエチレンの分子量の変動を示している。データは、固体MAO/[(EBI)ZrCl]触媒系を使用する重合反応によって生成されたポリエチレンが、幅広い反応温度(30〜90℃)にわたって高分子量を呈することを示している。重合条件:2バールのエチレン、30分、ヘキサン50ml、触媒10mg、TIBA150mg、東ソー・ファインケムの固体MAO上に200:1のAl:Zr担持負荷。
図7は、東ソー・ファインケムの固体MAO上に担持されたrac−[(EBI)ZrCl]、meso−[(EBI)ZrCl]およびmeso−[(EBI)ZrBz]メタロセンを使用する重合反応によって生成されたポリエチレンの多分散指数の比較を示している。図7は、エチレン架橋が存在しない、東ソー・ファインケムの固体MAO上に担持された[(IndZrCl2]のデータも示している。データは、本発明の組成物を使用する重合反応によって生成されたポリエチレンが、低い多分散指数を有することを示しており、このことは、ポリマー分子の中でも均一性の度合いが高いことを意味している。低い多分散性のポリエチレンは、産業において高い価値がある。重合条件:2バールのエチレン、30分、ヘキサン50ml、触媒10mg、TIBA150mg、固体MAO上に300:1のAl:Zr担持負荷。
図8は、東ソー・ファインケムの固体MAO上に担持された[rac−(EBI)ZrCl]メタロセンを使用する様々な温度における重合反応によって生成されたポリエチレンの多分散性の変動を示している。データは、固体MAO/[(EBI)ZrCl]触媒系を使用する重合反応によって生成されたポリエチレンが、幅広い反応温度(40〜90℃)にわたって非常に低い多分散指数を呈することを示している。重合条件:2バールのエチレン、30分、ヘキサン50ml、触媒10mg、TIBA150mg、東ソー・ファインケムの固体MAO上(東ソーのロット番号TY130408)に200:1のAl:Zr担持負荷。
図14は、SSMAOおよび固体MAO上のrac−EBIZrClの活性データを示しており、固体MAO担持触媒が、SSMAO上に担持された複合体よりも非常に優れており、すべての温度における活性が2倍以上であることを実証している。
図15および表4は、触媒が固体MAO上に担持された場合、rac−EBIZrClが、meso−EBIZrClよりも急速であり、その差異が、80℃では3.5であり、50℃では4であることを示している。おそらく興味深いことには、meso−EBIZrClは、70℃で最適な活性を示す一方(2,246kgPE/molZr/時/バール)、rac−EBIZrClのピークは、わずか50℃である(5,365kgPE/molZr/時/バール)。
図16および表5は、meso−(EBI)ZrBzおよびmeso−(EBI)ZrNpClの両方が、meso−EBIZrClの2,246kgPE/molZr/時/バールよりも高い最適な活性を示す(それぞれ5,179および2,436kgPE/molZr/時/バール)ことを示している。塩化ネオペンチルは、ジクロリド同族体よりもごくわずかに優れているが、商業的にあまり適していないより低い温度では、ベンジルのピーク性能は、その他のものよりも2倍高い。
図18および表6は、純粋なrac−、純粋なmeso−およびその2種の50:50ミックスとしてのジクロリド化合物の活性を比較する。最も驚くべきことには、Ind ZrClの異性体混合物は、単一異性体のいずれかだけよりも高い活性を生じた(70℃で1,152kgPE/molZr/時/バール)。この現象の原因を確定することは困難であるが、2つの触媒部位間のいくらかの協同効果が、動作のチェーンシャトリング(chain−shuttling)プロセスと共に働くはずであると思われる。
本発明の具体的な実施形態を、参照および例示目的で本明細書に記載してきたが、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲から逸脱せずに、様々な改変が当業者に明らかとなろう。
参考文献
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4 P. W. Betteridge, J. R. Carruthers, R. I. Cooper, K. Prout, D. J. Watkin, J. Appl. Cryst. 36 (2003) 1487
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Claims (16)

  1. 固体メチルアルミノキサン担持材および以下に示される式(I)の化合物を含み、固体メチルアルミノキサン担持材はトルエン及びヘキサンに不溶性である、組成物
    [式中、
    、R、RおよびRは、それぞれ独立に、(C1〜3)アルキルであり、
    Qは、式−[C(R)(R)−C(R)(R)]−(式中、R、R、RおよびRは、水素、ヒドロキシル、(C1〜4)アルキル、(C2〜4)アルケニル、(C2〜4)アルキニルおよびフェニルから独立に選択される)を有する架橋基であり、
    Xは、ジルコニウム、チタンまたはハフニウムから選択され、
    各Y基は、独立に、
    (i)ハロ、水素化物、ホスホン酸、スルホン酸もしくはホウ酸アニオン、または(C1〜6)アルキル、(C2〜6)アルケニル、(C2〜6)アルキニル、(C1〜6)アルコキシ、アリールもしくはアリールオキシ基から選択され、各アリールまたはアリールオキシ基は、(C1〜6)アルキル、ハロ、ニトロ、アミノ、フェニル、(C1〜6)アルコキシ、Si[(C1〜4)アルキル]または−C(O)NRから独立に選択される1、2、または3つの基で任意選択的に置換さ
    ここでRおよびRは、独立に、(C1〜4)アルキルである;または
    (ii)ハロ、−CH C(CH または(C1〜2)アルキル基から選択され、各(C1〜2)アルキル基は、ハロ、フェニルまたはSi[(C1〜4)アルキル] から独立に選択される1、2、または3つの基で任意選択的に置換されている]。
  2. 、R、RおよびRが、それぞれ独立に、(C1〜2)アルキルである、請求項1に記載の組成物。
  3. 、R、RおよびRが、すべてメチルである、請求項1または2に記載の組成物。
  4. Qが、式−CHCH−を有する架橋基である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の組成物。
  5. 各Yが、ハロ、CHC(CHまたは(C1〜2)アルキル基から独立に選択され、各(C1〜2)アルキル基は、ハロまたはフェニルから独立に選択される1、2、または3つの基で任意選択的に置換されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の組成物。
  6. 各Yが、Cl、CHC(CHまたは−CHから独立に選択される、請求項1〜5のいずれか1項に記載の組成物。
  7. Xが、ジルコニウムまたはハフニウムである、請求項1〜6のいずれか1項に記載の組成物。
  8. 前記式(I)の化合物が、以下に示される式(III)を有する、請求項1〜7のいずれか1項に記載の組成物
    [式中、
    、R、R、R、XおよびYは、それぞれ独立に、前記請求項のいずれかに定義されている通りである]。
  9. 前記式(I)の化合物が、以下に示される構造を有する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の組成物。
  10. 少なくとも1種の活性化因子をさらに含み、前記活性化因子が、アルキルアルミニウム化合物である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の組成物。
  11. 前記活性化因子が、メチルアルミノキサン(MAO)、トリイソブチルアルミニウム(TIBA)、ジエチルアルミニウム(DEAC)またはトリエチルアルミニウム(TEA)である、請求項10に記載の組成物。
  12. ポリエチレンホモポリマーまたはポリエチレンを含むコポリマーの重合のための重合触媒としての、請求項1〜11のいずれか1項に記載の組成物の使用。
  13. 前記コポリマーが、1〜10wt%の(C4〜8)α−オレフィンを含む、請求項12に記載の使用。
  14. 請求項1から11のいずれか1項に記載の組成物の存在下でオレフィンモノマーを反応させることを含む、ポリエチレンホモポリマーまたはポリエチレンコポリマーを形成する方法。
  15. 25〜100℃の温度で実施される、請求項14に記載の方法。
  16. 70〜80℃の温度で実施される、請求項14または15に記載の方法。
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