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为了研究分子内弱配位在烯烃聚合中的作用,本论文围绕Hemilabile特性合成了22个未见文献报道的新化合物,其中13个为有机金属络合物,包括5个茂环侧链含有噻吩基的茂钛络合物,2个含有呋喃基的茂钛络合物,4个含有环状烯烃的茂钛络合物,以及2个含氟苯基的茂钛络合物。这些络合物按照下述方法合成:6,6-二烷基富烯分别与噻吩锂盐、呋喃锂盐、环烯基锂盐、氟苯锂盐等进行加成反应,然后与Me3SiCl反应得到含三甲硅基的配体,这些配体和TiCl4反应得到目标产物。所得络合物通过1HNMR、IR、MS、EA、HRMS等对其进行表征,同时,对它们催化烯烃的聚合反应进行了研究。
1:茂环侧链含噻吩基的三氯茂钛络合物对乙烯三聚生成1-己烯具有很高的催化活性和选择性。最高选择性达到97%,最高催化活性高达698Kg/(molTi·h)。发现在噻吩邻位引入三甲硅基、叔丁基等大位阻基团,通过稳定三聚活性中心,显著提高催化剂的活性。增加连接Cp与噻吩之间的桥碳上取代基的空间位阻,能够增加噻吩硫原子与中心金属的分子内配位趋势,有利于乙烯三聚。
2:茂环侧链含呋喃基的三氯茂钛络合物对乙烯三聚的催化活性和选择性均低于含噻吩基的络合物。可能是由于氧原子与钛原子的配位较强,不易从金属中心解离,降低了催化循环的速度,从而降低了催化活性。
3:茂环侧链含氟苯基的三氯茂钛络合物也是催化乙烯三聚的高效催化剂。在苯环上引入氟原子,会减弱苯环和钛原子的配位,但是,通过在连接Cp的碳原子上引入五亚甲基大位阻取代基,可以增强分子内配位。这两种不同的影响结合在一起,可以使络合物F2成为高活性和选择性的乙烯三聚催化剂,它对1-己烯的活性和选择性分别可达1024Kg/(molTi·h)和99.3%。
4:茂环侧链含环状烯烃的三氯茂钛络合物对乙烯齐聚、聚合均没有活性,但可以催化苯乙烯聚合获得无规聚苯乙烯。催化活性和选择性低于CpTiCl3/MAO体系,这可能是由于双键和钛原子之间存在弱的作用,影响了苯乙烯单体的配位和插入,从而影响了催化剂的活性。
5:茂环侧链含链状烯烃的三氯茂钛络合物虽然对乙烯齐聚、聚合没有活性,但可以催化苯乙烯聚合。而且可以通过调控Cp及链烯之间的桥碳上的取代基,结合聚合条件,可使间规聚苯乙烯含量在0至99.9%之间调控,从而实现苯乙烯的定制,为该类型催化剂的设计提供了一种思路和方法。
在以上这些齐聚以及聚合催化剂中有一个共同的特点:增加连接Cp的桥碳上取代基的空间位阻,可以增强分子内配位的趋势。
在五个系列的络合物之中,发现茂环侧链含有噻吩、呋喃、氟苯的催化剂可以催化乙烯三聚,我们推测可能是由于这三种基团可以稳定三聚活性中心,同时这三种分子内配位方式可以使链增长反应和链终止反应在生成1-己烯时,达到适当的平衡。此外,过强或过弱的分子内配位均对催化乙烯三聚不利。