RU2805057C1 - Рутениевый катализатор и применение его в реакции метатезиса - Google Patents
Рутениевый катализатор и применение его в реакции метатезиса Download PDFInfo
- Publication number
- RU2805057C1 RU2805057C1 RU2022129062A RU2022129062A RU2805057C1 RU 2805057 C1 RU2805057 C1 RU 2805057C1 RU 2022129062 A RU2022129062 A RU 2022129062A RU 2022129062 A RU2022129062 A RU 2022129062A RU 2805057 C1 RU2805057 C1 RU 2805057C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- catalyst
- ruthenium
- polymerization
- monomer
- imidazolidinylidene
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к рутеневым катализаторам метатезисной полимеризации циклических олефинов. Предложены катализатор метатезиса, который представляет собой [1,3-бис-(2,4,6-триметилфенил)-2-имидазолидинилиден] дихлоро (2-(N,N-диметиламинометил)-4-метоксибензилиден) рутений, и способ метатезисной полимеризации с раскрытием цикла циклических олефинов с использованием заявленного катализатора при мольном соотношении катализатор : мономер от 1:60000 до 1:350000. Технический результат – улучшение растворимости и расширение круга применяемых в метатезисной полимеризации мономеров. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 8 пр.
Description
Предшествующий уровень техники
Метатезисная полимеризация с раскрытием цикла – это один из наиболее широко применяемых видов реакций метатезиса.
Для метатезисной полимеризации с раскрытием цикла применяются катализаторы Граббса II-го (1) (WO 0071554) и III-го (2) (WO 03011455) поколений.
Особый интерес представляют катализаторы типа Ховейды-Граббса (US 2002107138), в которых используются отличные от предыдущих катализаторов нуклеофильные лиганды для улучшения термической устойчивости и обеспечиваемой каталитической активности в реакциях метатезиса замещенных олефинов. Однако недостатками катализаторов типа Ховейды-Граббса являются низкая каталитическая активность и устойчивость к высоким температурам, а также данные катализаторы являются более дорогостоящими.
В заявке на патент US 2013296511 описываются катализаторы метатезиса, представляющие собой рутениевые комплексы следующих структур (3) и (4).
Катализатор структуры (3) обладает продолжительным индуктивным периодом в процессе метатезисной полимеризации, что позволяет проводить контролируемую полимеризацию дициклопентадиена. При использовании этого катализатора полимеризация начинается через 25 минут при температуре 30 °C и мольном соотношении мономер:катализатор 30000:1. Недостатком такого катализатора является необходимость использования больших количеств катализатора по отношению к мономеру для достижения высокой степени полимеризации.
В случае применения катализатора (4) процесс метатезисной полимеризации дициклопентадиена начинается через 4 минуты при 30 °C и мольном соотношении мономер:катализатор 30000:1. Недостатком этого катализатора является короткий индукционный период, что затрудняет контроль за началом протеканием процесса полимеризации. К недостаткам прототипа также относится необходимость использования больших количеств дорогостоящего катализатора по отношению к мономеру, что приводит к увеличению стоимости конечного продукта.
Схожие структуры катализаторов метатезиса с упомянутыми выше катализаторами описаны в международной заявке WO 2011079439 (5, 6).
В данной заявке описывается синтез представленных комплексов с использованием катализатора Граббса II-го поколения. Недостатком способа получения катализаторов по заявке WO 2011079439 является низкий выход продукта, который составляет от 9 до 32 %. Это обусловлено использованием хлорида меди и хлористого метилена, который не позволяет вести синтез при температуре выше 40 °С. Кроме того, при использовании данных катализаторов в реакции метатезиса требуется большой расход катализатора (мольное соотношение катализатор:мономер = 1/1000), что также приводит к увеличению стоимости конечных материалов.
Также близкими по свойствам и структуре к заявленному катализатору является ряд структур, опубликованных в следующих заявках и патентах US 2013296511 (7), RU 2374269 (7), RU 2409420 (8), RU 2436801 (7, 8).
Синтез катализатора, отвечающего структуре (7), также имеет недостатки, а именно низкий выход целевого продукта (78 %). В патентах RU 2409420 и RU 2436801 описан синтез катализаторов с использованием катализатора Граббса I-го поколения, где описан многостадийный процесс и, как следствие, продукт получается с невысоким выходом 60 и 74 % соответственно. В патенте RU 2374269 описан синтез катализатора (7). Синтез катализатора проводится в одну стадию, с использованием катализатора Граббса II-го поколения. Выход катализатора, полученного по описанному способу, составляет 83 %. Недостатками катализаторов структуры (7) и (8) является низкая растворимость в растворителях и мономерах, а также низкая устойчивость катализатора в мономере.
Наиболее близким катализатором является структура (9), описанная в патенте RU 2578593.
Недостатком способа получения катализатора (9) является использование в синтезе N-хелатирующего лиганда, 2-(N,N-диметиламинометил)-4,5-диметоксистирола вещества 6,7-диметокси-1,2,3,4-тетрагидроизохинолина (хелиамин), который Постановлением Правительства РФ от 9 сентября 2013 г. № 788 “О внесении изменений в некоторые акты Правительства Российской Федерации в связи с совершенствованием контроля за оборотом наркотических средств” внесен в список наркотических средств, психотропных веществ и их прекурсоров и запрещен к обороту на территории Российской Федерации. Относительным недостатком катализатора (9) является большая молекулярная масса комплекса и поэтому меньшее содержание активного рутения на массу катализатора, что приводит к повышенной расходной норме по сравнению с предлагаемой формулой катализатора более чем на 4%.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание нового эффективного катализатора для проведения контролируемой метатезисной полимеризации с раскрытием цикла, способа его получения, а также способа полимеризации норборнена и его производных.
В соответствии с поставленной задачей объектом изобретения является катализатор метатезисной полимеризации с раскрытием цикла, а именно [1,3-бис-(2,4,6-триметилфенил)-2-имидазолидинилиден]дихлоро(2-(N,N-диметиламинометил)-5-метоксибензилиден) рутений, который имеет следующую структурную формулу:
Введение одной алкоксильной группы в N-хелатирующий лиганд рутениевого комплекса приводит к тому, что заявленный катализатор проявляет хорошую растворимость в мономерах и неполярных растворителях. Из-за электронодонорного эффекта, оказываемого на ароматический цикл бензилиденового фрагмента катализатора, координационная связь N-Ru становится более прочной и катализатор приобретает большую термическую устойчивость, толерантность к функциональным группам мономеров, а также к примесям, содержащимся в мономерах, меньшую чувствительность к кислороду и влаге воздуха и, как следствие, высокую стабильность при хранении. Заявленный катализатор проявляют активность в процессе метатезисной полимеризации с раскрытием цикла циклооктена, циклооктадиена, дициклопентадиена, норборнена и их производных при более низкой расходной норме (при мольном соотношении мономер:катализатор от 60000:1 до 350000:1), за счет увеличения содержания активного компонента в структуре катализатора.
Еще одним объектом изобретения является способ получения полимеров из циклических олефинов методом метатезисной полимеризации с раскрытием цикла, заключающийся в том, что полимеризацию проводят в присутствии предложенного катализатора, позволяющего контролировать индукционный период процесса полимеризации, при мольном соотношении мономер:катализатор от 60000:1 до 350000:1.
В качестве циклических олефинов выбирают циклооктен, циклооктадиен, дициклопентадиен, норборнен и их производные. В качестве производных норборнена выбирают, например, смеси экзо- и эндо-диметиловых эфиров гепт[2.2.1]-ен-2,3-дикарбоновых кислот.
Достигаемый технический результат выражается в улучшении растворимости и устойчивости катализатора в мономерах и растворителях, тем самым расширяя круг применяемых мономеров, а также в снижении расхода катализатора и возможности осуществлять контроль времени начала процесса полимеризации.
Описание изобретения
Пример 1
Получение [1,3-бис-(2,4,6-триметилфенил)-2-имидазолидинилиден] дихлоро (2-(N,N-диметиаминометил)-5-метоксибензилиден) рутения.
Синтез предпочтительно вести в атмосфере азота. В круглодонной колбе объемом 250 мл, снабженной магнитной мешалкой, растворяют 3,133 г (5,0 ммоль) катализатора Ховейды-Граббса II-го поколения ([1,3-бис-(2,4,6-триметилфенил)-2-имидазолидинилиден]дихлоро(2-изопропоксифенилметилен) рутения) в 100 мл сухого толуола. Затем в раствор добавляют 1,051 г (5,5 ммоль) 2-(N,N-диметиламинометил)-5-метоксистирола. Реакционную массу перемешивают при температуре 75°C в течение 2 ч, контроль протекания реакции ведут методом тонкослойной хроматографии. После завершения реакции из реакционной массы при пониженном давлении и температуре не выше 75°C отгоняют толуол. Получившийся темно-зеленый остаток суспендируют в 50 мл пентана и фильтруют. Продукт на фильтре еще раз промывают пентаном (40 мл) и дважды сухим метанолом по 30 мл. Продукт сушат в вакуумном сушильном шкафу при температуре 40-50°C. Получают 3,254 г катализатора темно-зеленого цвета. Выход составляет 95%, чистота продукта по данным ЯМР 1Н спектроскопии составляет 97%. ЯМР ЯМР 1Н (CDCl3, 400 МГц), м.д.: 18,74 (1Н, c); 7,07 (4Н, c); 6,53 (1Н, c); 6,32 (2Н, д.д.); 4,10 (6Н, ш.с.); 3,79 (3Н, с); 2,61 (6Н, ш.с); 2,40 (12Н, с); 1,89 (6Н, ш.c).
Пример 2
Полимеризация дициклопентадиена с использованием [1,3-бис-(2,4,6-триметилфенил)-2-имидазолидинилиден]дихлоро(2-(N,N-диметиламинометил)-5-метоксибензилиден) рутения.
8,28 мг (0,0126 ммоль) [1,3-бис-(2,4,6-триметилфенил)-2-имидазолидинилиден] дихлоро(2-(N,N-диметиламинометил)-5-метоксибензилиден) рутения (Mr=656 г/моль) растворяют в 100,0 г (757,6 ммоль) ДЦПД 97,0% (мольное соотношение катализатор:мономер составляет 1:60000) при 25 °С. Смесь заливают в алюминиевую форму и нагревают при 60°С в течение 15 минут, затем температуру поднимают до 160°С и выдерживают еще 15 минут. Получают твердый прозрачный полимер без запаха. Тg (стеклования) составляет 148 °С.
Пример 3
Полимеризация дициклопентадиена с использованием [1,3-бис-(2,4,6-триметилфенил)-2-имидазолидинилиден]дихлоро(2-(N,N-диметиламинометил)-4-метоксибензилиден) рутения.
2,49 мг (0,0038 ммоль) [1,3-бис-(2,4,6-триметилфенил)-2-имидазолидинилиден] дихлоро(2-(N,N-диметиламинометил)-5-метоксибензилиден) рутения растворяют в 100,0 г (757,6 ммоль) ДЦПД 97,0% (мольное соотношение катализатор:мономер составляет 1:200000) при 25°С. Смесь заливают в алюминиевую форму и нагревают при 60°С в течение 15 минут, затем температуру поднимают до 160°С и выдерживают еще 15 минут. Получают твердый прозрачный полимер без запаха. Тg (стеклования) составляет 142°С.
Пример 4
Полимеризация дициклопентадиена с использованием [1,3-бис-(2,4,6-триметилфенил)-2-имидазолидинилиден]дихлоро(2-(N,N-диметиламинометил)-5-метоксибензилиден) рутения.
1,44 мг (0,0022 ммоль) [1,3-бис-(2,4,6-триметилфенил)-2-имидазолидинилиден] дихлоро(2-(N,N-диметиламинометил)-5-метоксибензилиден) рутения растворяют в 100,0 г (757,6 ммоль) ДЦПД 97,0% (мольное соотношение катализатор:мономер составляет 1:350000) при 25°С. Смесь заливают в алюминиевую форму и нагревают при 60°С в течение 15 минут, затем температуру поднимают до 160°С и выдерживают еще 15 минут. Получают прозрачный полимер. Тg (стеклования) составляет 109°С.
Пример 5
Полимеризация производных норборнена: смеси экзо- и эндо-диметиловых эфиров гепт[2.2.1]-ен-2,3-дикарбоновых кислот (соотношение эфиров экзо:эндо = 40:60) с использованием [1,3-бис-(2,4,6-триметилфенил)-2-имидазолидинилиден]дихлоро(2-(N,N-диметиламинометил)-5-метоксибензилиден) рутения.
4,46 мг (0,0068 ммоль) [1,3-бис-(2,4,6-триметилфенил)-2-имидазолидинилиден] дихлоро(2-(N,N-диметиламинометил)-5-метоксибензилиден) рутения растворяют в 100,0 г (476,2 ммоль) смеси экзо- и эндо-диметиловых эфиров гепт[2.2.1]-ен-2,3-дикарбоновых кислот (Mr=210 г/моль) (мольное соотношение катализатор:мономер составляет 1:70000) при 25°С. Раствор мономерной смеси заливают в алюминиевую форму и нагревают при 60°С в течение 15 минут, затем температуру поднимают до 120°С и выдерживают еще 15 минут. Получают твердый прозрачный полимер без запаха. Тg (стеклования) составляет 120°С.
Пример 6
Полимеризация производных норборнена: смеси экзо- и эндо-диметиловых эфиров гепт[2.2.1]-ен-2,3-дикарбоновых кислот (соотношение эфиров экзо:эндо = 40:60) с использованием [1,3-бис-(2,4,6-триметилфенил)-2-имидазолидинилиден]дихлоро(2-(N,N-диметиламинометил)-5-метоксибензилиден) рутения.
2,62 мг (0,0040 ммоль) [1,3-бис-(2,4,6-триметилфенил)-2-имидазолидинилиден]дихлоро(2-(N,N-диметиламинометил)-5-метоксибензилиден) рутения растворяют в 100,0 г (476,2 ммоль) смеси экзо- и эндо-диметиловых эфиров гепт[2.2.1]-ен-2,3-дикарбоновых кислот (Mr=210 г/моль) (мольное соотношение катализатор:мономер составляет 1:120000) при 25°С. Раствор мономерной смеси заливают в алюминиевую форму и нагревают при 60°С в течение 15 минут, затем температуру поднимают до 120°С и выдерживают еще 15 минут. Получают твердый прозрачный полимер без запаха. Тg (стеклования) составляет 98 °С.
Пример 7
Устойчивость [1,3-бис-(2,4,6-триметилфенил)-2-имидазолидинилиден] дихлоро (2-(N,N-диметиламинометил)-5-метоксибензилиден) рутения в дициклопентадиене.
7,22 мг (0,011 ммоль) [1,3-бис-(2,4,6-триметилфенил)-2-имидазолидинилиден] дихлоро (2-(N,N-диметиламинометил)-5-метоксибензилиден) рутения растворяют в 100,0 г ДЦПД (мольное соотношение катализатор:мономер составляет 1:70000) при 20°С. Полученный раствор выдерживают при 20°С 6 часов. Затем раствор мономера с катализатором заливают в алюминиевую форму и нагревают при 60°С в течение 15 минут, затем температуру поднимают до 160 °С и выдерживают еще 15 минут. Получают твердый прозрачный образец полимера без запаха. Тg (стеклования) составляет 144°С.
Пример 8
Устойчивость [1,3-бис-(2,4,6-триметилфенил)-2-имидазолидинилиден] дихлоро (2-(N,N-диметиламинометил)-5-метоксибензилиден) рутения в дициклопентадиене.
7,22 мг (0,011 ммоль) [1,3-бис-(2,4,6-триметилфенил)-2-имидазолидинилиден] дихлоро (2-(N,N-диметиламинометил)-5-метоксибензилиден) рутения растворяют в 100,0 г ДЦПД (мольное соотношение катализатор:мономер составляет 1:70000) при 20°С. Полученный раствор выдерживают при 20°С 10 часов. Затем раствор мономера с катализатором заливают в алюминиевую форму и нагревают при 60°С в течение 15 минут, затем температуру поднимают до 160°С и выдерживают еще 15 минут. Получают твердый прозрачный образец полимера без запаха. Тg (стеклования) составляет 143°С.
Claims (4)
1. Рутениевый катализатор метатезисной полимеризации с раскрытием цикла, представляющий собой [1,3-бис-(2,4,6-триметилфенил)-2-имидазолидинилиден] дихлоро(2-(N,N-диметиламинометил)-5-метоксибензилиден) рутений формулы:
2. Способ метатезисной полимеризации с раскрытием цикла циклических олефинов, характеризующийся тем, что полимеризацию проводят с использованием катализатора по п. 1 при мольном соотношении катализатор : мономер от 1:60000 до 1:350000.
3. Способ по п. 2, в котором в качестве циклических олефинов выбирают дициклопентадиен, норборнен, производные норборнена и дициклопентадиена, циклооктадиен, циклооктен.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2805057C1 true RU2805057C1 (ru) | 2023-10-11 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2374269C2 (ru) * | 2008-01-09 | 2009-11-27 | ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "СИБУР Холдинг" | Рутениевый катализатор полимеризации дициклопентадиена и способ его получения (варианты) |
| RU2375379C1 (ru) * | 2008-05-22 | 2009-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенный центр исследований и разработок" | Катализатор метатезисной полимеризации дициклопентадиена, способ его получения (варианты) и способ его полимеризации |
| RU2578593C1 (ru) * | 2014-12-29 | 2016-03-27 | Роман Витальевич Аширов | Рутениевый катализатор, способ его получения и применение в реакции метатезиса |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2374269C2 (ru) * | 2008-01-09 | 2009-11-27 | ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "СИБУР Холдинг" | Рутениевый катализатор полимеризации дициклопентадиена и способ его получения (варианты) |
| RU2375379C1 (ru) * | 2008-05-22 | 2009-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенный центр исследований и разработок" | Катализатор метатезисной полимеризации дициклопентадиена, способ его получения (варианты) и способ его полимеризации |
| RU2578593C1 (ru) * | 2014-12-29 | 2016-03-27 | Роман Витальевич Аширов | Рутениевый катализатор, способ его получения и применение в реакции метатезиса |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1200503B1 (en) | Process for the polymerisation of cycloolefins and polymerisable cycloolefins | |
| KR100497024B1 (ko) | 고복분해 활성 루테늄 및 오스뮴 금속 카르벤 착화합물 | |
| JP4271942B2 (ja) | シクロオレフィンの選択的開環クロス−メタセシス | |
| EP3107655B1 (en) | Catalysts and methods for ring opening metathesis polymerization | |
| Sauvage et al. | Homobimetallic Ruthenium–N‐Heterocyclic Carbene Complexes: Synthesis, Characterization, and Catalytic Applications | |
| CN1373756A (zh) | 咪唑烷基金属卡宾易位催化剂 | |
| Haigh et al. | Nature of the propagating species in ring-opening metathesis polymerizations of oxygen-containing monomers using well-defined ruthenium initiators | |
| CN107987107B (zh) | 钌卡宾催化剂及其催化的降冰片烯开环易位聚合反应 | |
| Yang et al. | Ring-opening metathesis polymerization of cis-5-norbornene-endo-2, 3-dicarboxylic anhydride derivatives using the grubbs third generation catalyst | |
| ES2937742T3 (es) | Síntesis y caracterización de catalizadores de metátesis | |
| CN109651598B (zh) | 一种钌金属复合催化剂及其应用 | |
| RU2805057C1 (ru) | Рутениевый катализатор и применение его в реакции метатезиса | |
| Ke et al. | Selective ring-opening metathesis polymerization (ROMP) of cyclobutenes. Unsymmetrical ladderphane containing polycyclobutene and polynorbornene strands | |
| RU2375379C1 (ru) | Катализатор метатезисной полимеризации дициклопентадиена, способ его получения (варианты) и способ его полимеризации | |
| JP2015527306A (ja) | ルテニウムインデニリデン錯体を調製するための方法 | |
| RU2374269C2 (ru) | Рутениевый катализатор полимеризации дициклопентадиена и способ его получения (варианты) | |
| CA2752821A1 (en) | Thermally switchable ruthenium initiators | |
| WO2003027079A1 (fr) | Complexes de ruthenium, leur procede de preparation, et procedes de production de polymeres a anneau ouvert de cycloolefines et de produits d'hydrogenation associes, au moyen desdits complexes en tant que catalyseurs | |
| RU2377257C1 (ru) | Способ получения катализатора метатезисной полимеризации дициклопентадиена | |
| RU2578593C1 (ru) | Рутениевый катализатор, способ его получения и применение в реакции метатезиса | |
| JP4096487B2 (ja) | 開環メタセシス重合体水素化物の製造方法 | |
| RU2669562C1 (ru) | Способ получения аддитивного полимера на основе дициклопентадиена (варианты) | |
| RU2583790C1 (ru) | Катализатор метатезисной полимеризации дициклопентадиена, содержащий тиобензилиденовый фрагмент и способ его получения | |
| RU2560151C1 (ru) | Рутениевый катализатор метатезисной полимеризации дициклопентадиена в форме катионного комплекса и способ его получения | |
| RU2545179C1 (ru) | Катализатор метатезисной полимеризации дициклопентадиена в форме рутениевого комплекса и способ его получения |