کوپلیمرشدن کوئوردیناسیونی مونومرهای قطبی با اولفین‌ها: بررسی مشکلات و راه حل‌ها

نوع مقاله : تالیفی

نویسندگان

1 عضو هیات علمی پژوهشکده مهندسی پژوهشگاه پلیمر وپتروشیمی ایران

2 مهندسی پلیمریزاسیون /پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران

3 عضو هیات علمی پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران

چکیده

کوپلیمرشدن کنترل­ شده مونومرهای قطبی با کاتالیزگرهای کوئوردیناسیونی از مهم­ترین چالش­ های دانشگاه و صنعت است. مونومرهای قطبی دارای دو حالت‌ کوئوردیناسیونی مختلف σ و π هستند. در صورتی که کمپلکس کوئوردیناسیونی σ تشکیل شود، مرکز فعال بسته (یا مسموم) می­ شود. برای جای­گذاری صحیح، ابتدا باید مونومر در حالت π به مرکز فلزی متصل شود. نحوه ورود کومونومر قطبی به زنجیر پلیمر در حال رشد از مهم­ترین عوامل اثرگذار بر رفتار کاتالیزگر است. در مواردی برهم­کنش گروه قطبی و مرکز فلزی به مسمومیت برگشت ­ناپذیر کاتالیزگر منجر می­ شود. در سایر موارد اگرچه وجود کومونومر قطبی سبب کاهش فعالیت کاتالیزگر می­ شود، اما موجب توقف پلیمرشدن نمی ­شود و فرایند با سرعت کم ادامه می ­یابد. یکی دیگر از مسائل مهم در کوپلیمرشدن کوئوردیناسیونی، درصد کم ورود کومونومر به زنجیر است. درواقع ممکن است مونومرهای قطبی نسبت به غیرقطبی تمایل کمتری برای شرکت در واکنش داشته باشند و بیشتر هوموپلیمر تشکیل شود. طی فرایند پلیمرشدن ممکن است مجموعه ­ای از واکنش­ های جانبی رخ دهد که به تولید محصولات خنثی از نظر کاتالیزی و کاهش فعالیت کاتالیزگر استفاده­ شده منجر شود. در این میان کومونومرهای قطبی می ­توانند با انجام واکنش­ های جانبی موجب غیرفعال­ شدن برگشت ­ناپذیر کاتالیزگر شوند. یکی دیگر از مشکلاتی که هنگام کوپلیمرشدن اولفین­ های غیرقطبی با مونومر قطبی باید مراقب آن بود، انجام پلیمرشدن به روشی غیر از روش کوئوردیناسیونی است که سبب تولید محصولات کاملا متفاوتی می ­شود. در این مقاله، چند راهبرد مهم به ­منظور غلبه بر مشکلات موجود در کوپلیمرشدن کوئوردیناسیونی بررسی شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Coordination Copolymerization of Polar Monomers with Olefins: Investigation of Problems and Solutions

نویسندگان [English]

  • Hassan Arabi 1
  • zahra Zahra Issaabadi 2
  • Majid Karimi 1
  • Roghieh Jamjah 3
1 Academic staff of engineering faculty of Iran Polymer and Petrochemical Institute
2 Department of Polymerization Engineering, Iran Polymer and Petrochemical Institute (IPPI), Tehran, Iran
3 Academic staff of engineering faculty of Iran Polymer and Petrochemical Institute
چکیده [English]

In some cases, the interaction between the polar group and the metal center leads to irreversible poisoning of the catalyst. In other cases, although the presence of a polar comonomer reduces the activity of the catalyst, it does not stop the polymerization and the process continues at a low speed. Also, one of the most critical issues in coordination copolymerization is the low percentage of comonomer insertion in the chain. Polar monomers may be less inclined to participate in the reaction than non-polar monomers. During the polymerization process, a series of side reactions may occur that lead to the production of neutral products and reduce the activity of the catalyst. Meanwhile, polar comonomer can cause irreversible deactivation of the catalyst by performing side reactions. Another problem that must be taken care of during the copolymerization of non-polar olefins with polar monomers is to perform polymerization in a way other than the coordination method, which will lead to the production of different products. In this article, in order to overcome the problems in coordination copolymerization, several important strategies have been reviewed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • coordination polymerization
  • copolymerization
  • olefin
  • polar monomer
  • catalyst poisoning
1.  Rorrer J.E., Beckham G.T., and Román-Leshkov Y., Conversion of Polyolefin Waste to Liquid Alkanes with Ru-Based 
Catalysts under Mild Conditions, JACS Au., 1, 8-12, 2020.
2.  Zhang Y. and Jian Z., Polar Additive Triggered Branching Switch and Block Polyolefin Topology in Living Ethylene   
Polymerization, Macromolecules, 54, 3191-3196, 2021.
3.  Dai S., Li S., Xu G., and Chen C., Direct Synthesis of Polar Functionalized Polyethylene Thermoplastic Elastomer,   
Macromolecules, 53, 2539-2546, 2020.
4.  You W., Ganley J.M., Ernst B.G., Peltier C.R., Ko H.-Y., DiStasio R.A. et al., Expeditious Synthesis of Aromatic-free 
Piperidinium-Functionalized Polyethylene as Alkaline Anion Exchange Membranes, Chem. Sci., 12, 3898-3910, 2021.
5. Dai S. and Chen C., A Self-Supporting Strategy for Gas-Phase and Slurry-Phase Ethylene Polymerization Using Late-Tran-sition-Metal Catalysts.,  Angew. Chem. Int. Ed.,  59, 14884-14890, 2020.
6.  Chai Y., Wang L., Liu D., Wang Z., Run M., and Cui D.,   Polar-Group Activated Isospecific Coordination Polymerization   
of Ortho-Methoxystyrene: Effects of Central Metals and   Ligands, Chem. Eur. J., 25, 2043-2050, 2019.
7.  Goetjen T.A., Liu J., Wu Y., Sui J., Zhang X., Hupp J.T. et al., Metal–organic Framework (MOF) Materials as Polymerization   Catalysts: A Review and Recent Advances, Chem. Commun., 56, 10409-10418, 2020.
8.  Cámpora J. and Brasse M., Challenges and Breakthroughs in Transition Metal Catalyzed Copolymerization of Polar and 
Non-polar Olefins, Springer, 199-261, 2011.
9.  Kumawat J. and Gupta V.K., Single to Multiple Site Behavior of Metallocenes through C–H Activation for Olefin Polym-
erization: A Mechanistic Insight from DFT, ACS Catal., 10, 1704-1715, 2019.
10. Parveen R., Cundari T.R., Younker J.M., Rodriguez G., and McCullough L., DFT and QSAR Studies of Ethylene Polym-
erization by Zirconocene Catalysts, ACS Catal., 9, 9339-9349, 2019.
11. Szabo M.J., Jordan R.F., Michalak A., Piers W.E., Weiss T., Yang S.-Y. et al., Polar Copolymerization by a Palladium−
Diimine-based Catalyst: Influence of the Catalyst Charge and Polar Substituent on Catalyst Poisoning and Polymerization 
Activity, Organometallics, 23, 5565-5572, 2004.
12. Liao Y., Zhang Y., Cui L., Mu H., and Jian Z., Pentiptyce-nyl Substituents in Insertion Polymerization with α-Diimine 
Nickel and Palladium Species,  Organometallics,  38, 2075-2083, 2019.
13. Kottisch V., O’Leary J., Michaudel Q., Stache E.E., Lambert T.H., and Fors B.P., Controlled Cationic Polymerization: Sin-
gle-Component Initiation Under Ambient Conditions, J. Am. Chem. Soc., 141, 10605-10609, 2019.
14. Kanai Y., Foro S., and Plenio H., Bispentiptycenyl–Diimine–Nickel Complexes for Ethene Polymerization and Copolymer-ization with Polar Monomers, Organometallics, 38, 544-551, 2019.
15. Mehmood A., Xu X., Kang X., and Luo Y., Origin of Differ-ent Chain-End Microstructures in Ethylene/Vinyl halide Co-
polymerization Catalysed by Phosphine–Sulfonate Palladium Complexes, New J. Chem., 44, 16941-16947, 2020.
16.  Nagel M. and Sen A., Intermediacy of Radicals in Rearrange-ment and Decomposition of Metal−Alkyl Species: Relevance to Metal-Mediated Polymerization of Polar Vinyl Monomers, Organometallics, 25, 4722-4724, 2006.
17.  Chen M. and Chen C., A Versatile Ligand Platform for Palla-dium-and Nickel-Catalyzed Ethylene Copolymerization with Polar Monomers,  Angew. Chemie Int. Ed.,  57, 3094-3098, 2018.
18. Avar S., Mortazavi S.M.M., Ahmadjo S., and Zohuri G.H., α-Diimine Nickel Catalyst for Copolymerization of Hexene 
and Acrylate Monomers Activated by Different Cocatalysts, Appl. Organomet. Chem., 32, 4238, 2018.
19. Chen G., Ma X.S., and Guan Z., Synthesis of Functional   Olefin Copolymers with Controllable Topologies Using a 
Chain-walking Catalyst, J. Am. Chem. Soc., 125, 6697-6704, 2003.
20.  Chen J., Gao Y., and Marks T.J., Early Transition Metal   Catalysis for Olefin–Polar Monomer Copolymerization,   
Angew. Chem. Int. Ed., 59, 14726-14735, 2020.
21. Popeney C.S., Levins C.M., and Guan Z., Systematic Inves-tigation of Ligand Substitution Effects in Cyclophane-based 
Nickel (II) and Palladium (II) Olefin Polymerization Catalysts, Organometallics, 30, 2432-2452, 2011.
22. Popeney C.S. and Guan Z., A Mechanistic Investigation on Copolymerization of Ethylene with Polar Monomers Using a Cyclophane-Based Pd (II) α-Diimine Catalyst, J. Am. Chem. Soc., 131, 12384-12393, 2009.
23. Mitchell N.E. and Long B.K., Recent Advances in Thermally Robust, Late Transition Metal-Catalyzed Olefin Polymeriza-
tion, Polym. Int., 68, 14-26, 2019.
24. Chen C., Designing Catalysts for Olefin Polymerization and Copolymerization: Beyond Electronic and Steric Tuning, Nat. Rev. Chem., 2, 6-14, 2018.
25. Liu F.-S., Hu H.-B., Xu Y., Gua L.-H., Zai S.-B., Song K.-M.   et al., Thermostable α-diimine Nickel (II) Catalyst for Ethylene  Polymerization: Effects of the Substituted Backbone   Structure on Catalytic Properties and Branching Structure of 
Polyethylene, Macromolecules, 42, 7789-7796, 2009.
26. Hu X., Wang C., and Jian Z., Comprehensive Studies of the Ligand Electronic Effect on Unsymmetrical α-Diimine Nickel (II) Promoted Ethylene (co) Polymerizations, Polym. Chem., 11, 4005-4012, 2020.
27. Gates D.P., Svejda S.A., Oñate E., Killian C.M., Johnson L.K., White P.S. et al., Synthesis of Branched Polyethylene Using 
(α-Diimine) Nickel(II) Catalysts: Influence of Temperature, Ethylene Pressure, and Ligand Structure on Polymer Proper-
ties, Macromolecules, 33, 2320-2334, 2000.