CN1388140A - 一种镍配合物降冰片烯聚合催化体系及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种氮－氧镍配合物降冰片烯聚合催化体系,该催化体系由主催化剂[(取代水杨醛－取代苯胺西佛碱)(1－萘基)(三苯基膦)]镍(II)配合物和助催化剂甲基铝氧烷(MAO)组成。本发明工艺简单,原料易得,成本低,催化活性高(最高达1.03×109克聚降冰片烯每摩尔催化剂每小时每大气压(1.03×109gPNB/(molNi·h·atm)),且通过改变反应条件,催化剂的活性(1×104－1.03×109gPNB/(molNi·h·atm))以及所得聚降冰片烯产率(20%－100%),分子量(1×105－3.7×106)和分子量分布(1.3－23)在很大范围内可调。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于降冰片烯及其衍生物聚合的催化体系，具体地说涉及一种用于降冰片烯及其衍生物聚合的[(取代水杨醛-取代苯胺西佛碱)(1-萘基)(三苯基膦)]镍(II)配合物催化体系。
本发明还涉及上述催化体系的制备方法。
本发明还涉及上述催化体系在降冰片烯及其衍生物聚合中的应用。
背景技术
双环[2.2.1]庚-2-烯俗称为降冰片烯。降冰片烯及其衍生物可以通过下示的三种方式进行聚合：
不同聚合方式得到不同结构和性质的聚合物。第一种聚合方式称为开环易位聚合(ROMP)，是研究最多的一种降冰片烯聚合方式，工业上的聚降冰片烯Norsorex工艺就是ROMP在实际生产中的应用。关于降冰片烯的第二种聚合方式即阳离子或自由基聚合方式(cationic or radical)，人们了解的不多，所得产品也仅仅是降冰片烯的2，7联接齐聚物。在第三种聚合方式中，产品中仍然保留了降冰片烯的双环结构，仅仅是打开了π-π双键，类似于传统的烯烃聚合方式，因此被称为烯类聚合(Vinylpolymerization)，有时这种环烯烃的烯类聚合也被称为“加成聚合”(addition polymerization)。
与第一种ROMP聚合方式和第二种阳离子或自由基聚合方式(cationicor radical)所得产品不同，烯类聚合方式所得聚合物不再含有双键，且可以得到较高分子量的聚合物。均相烯类聚合可以得到功能独特的聚合物材料，而且对许多溶剂呈现惰性。所得聚合物不仅具有优异的机械加工性能，且具有较高的玻璃化转变温度，具有良好的耐热性和好的光学透明度，具有很强的抗紫外辐射能力(可以作为防护材料)，高拉伸断裂值和低张力(制备高透明薄膜)；聚降冰片烯的低介电常数，使得其可以用作微电子器件中的界面电介质，从而实现界面之间的相互高效联接；此外，该类聚降冰片烯材料具有很好的粘性，可以牢固地粘在各种薄膜和底物上。总之，降冰片烯聚合物广泛用于制作电容器(comdenser)或绝热器(insulator)以及液晶显示器的表面涂层或保护层。
石油化工业每年生产出大量的降冰片烯副产品，但是，由于我国没有好的催化剂将其转化成降冰片烯聚合物，而使大部分的降冰片烯资源白白浪费。同时，我国需要高价进口液晶显示器的表面保护层等降冰片烯聚合物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于降冰片烯及其衍生物聚合的[(取代水杨醛-取代苯胺西佛碱)(1-萘基)(三苯基膦)]镍(II)配合物催化体系；
本发明的另一目的在于提供一种制备上述催化体系的方法；
本发明的又一目的在于提供一种上述催化体系在降冰片烯及其衍生物聚合中的应用。
为实现上述目的，本发明提供的催化体系，包括主催化剂和助催化剂，所述的主催化剂为[(取代水杨醛-取代苯胺西佛碱)(1-萘基)(三苯基膦)]镍(II)配合物，其结构如下式所示：
其中，R1为甲基、乙基、丙基、异丙基、氟原子、氯原子、溴原子或碘原子；R2为甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、异丁基、异丙氧基、甲氧基、乙氧基、硝基、亚硝基、氟原子、氯原子、溴原子或碘原子。
所述的助催化剂为甲基铝氧烷(MAO)。
本发明提供的制备上述催化体系的方法，其主要步骤包括：
(A)N，O双齿取代水杨醛-取代苯胺西佛碱配体的制备：
将等摩尔的取代水杨醛与取代苯胺溶解在10-50ml无水乙醇中，搅拌回流1-10小时，最好为3-8小时，静置冷却至室温，得黄色西佛碱产品，用乙醇重结晶或硅胶柱层析分离，产率85％-100％。
步骤A中所述取代-水杨醛为水杨醛、3-叔丁基-2-羟基苯甲醛、4-叔丁基-2-羟基苯甲醛、3，5-二叔丁基-2-羟基苯甲醛、3-异丁基-2-羟基苯甲醛、3-萘基-2-羟基苯甲醛、3-蒽基-2-羟基苯甲醛、3，5-二异丁基-2-羟基苯甲醛、3-正丁基-2-羟基苯甲醛、3，5-二正丁基-2-羟基苯甲醛、4-正丁基-2-羟基苯甲醛、5-正丁基-2-羟基苯甲醛、4-硝基-2-羟基苯甲醛、4-亚硝基-2-羟基苯甲醛、5-硝基-2-羟基苯甲醛、5-亚硝基-2-羟基苯甲醛、6-硝基-2-羟基苯甲醛、6-亚硝基-2-羟基苯甲醛、3-甲氧基-2-羟基苯甲醛、4-甲氧基-2-羟基苯甲醛、5-甲氧基-2-羟基苯甲醛、6-甲氧基-2-羟基苯甲醛、3，5-二碘-2-羟基苯甲醛、4-碘-2-羟基苯甲醛、5-碘-2-羟基苯甲醛、3，5-二氯-2-羟基苯甲醛、3-氯-2-羟基苯甲醛、5-氯-2-羟基苯甲醛、4-氯-2-羟基苯甲醛、3，5-二溴-2-羟基苯甲醛、4-氟-2-羟基苯甲醛、5-氟-2-羟基苯甲醛、3-氟-2-羟基苯甲醛、6-氟-2-羟基苯甲醛、3，5-二氟-2-羟基苯甲醛、4-溴-2-羟基苯甲醛、3-甲基-2-羟基苯甲醛、4-甲基-2-羟基苯甲醛、5-甲基-2-羟基苯甲醛、6-甲基-2-羟基苯甲醛、3，5-二甲基-2-羟基苯甲醛、3-异丙基-2-羟基苯甲醛、3，5-二异丙氧基-2-羟基苯甲醛、4-异丙基-2-羟基苯甲醛、3，5-二异丙基-2-羟基苯甲醛、3-乙基-2-羟基苯甲醛、3，5-二乙基-2-羟基苯甲醛、3，5-二乙氧基-2-羟基苯甲醛。其中优选3-叔丁基-2-羟基苯甲醛、3-萘基-2-羟基苯甲醛、3，5-二叔丁基-2-羟基苯甲醛、3-异丁基-2-羟基苯甲醛、3-蒽基-2-羟基苯甲醛、3，5-二异丁基-2-羟基苯甲醛、3-正丁基-2-羟基苯甲醛、3，5-二正丁基-2-羟基苯甲醛、3，5-二碘-2-羟基苯甲醛、3，5-二溴-2-羟基苯甲醛、3，5-二氯-2-羟基苯甲醛、3，5-二氟-2-羟基苯甲醛、3-异丙基-2-羟基苯甲醛、3-异丙基-2-羟基苯甲醛、3，5-二异丙氧基-2-羟基苯甲醛、3-乙基-2-羟基苯甲醛、3-乙氧基-2-羟基苯甲醛、3，5-二乙基-2-羟基苯甲醛、3，5-二乙氧基-2-羟基苯甲醛。
取代苯胺为2，6-二异丙基苯胺、2，6-二丙基苯胺、2，6-二乙基苯胺、2，6-二甲基苯胺、2，4，6-三甲基苯胺、2，3-二甲基苯胺、3，5-二甲基苯胺、2，4-二甲基苯胺、3，4-二甲基苯胺、2，5-二甲基苯胺、2，6-二溴-4-甲基苯胺、4-溴-2，6-二甲基苯胺、4-氯-2，6-二溴苯胺、2，6-二叔丁基苯胺、2，6-二正丁基苯胺、2，6-二碘苯胺、2，6-二氯苯胺、2，6-二溴苯胺、2-异丙基苯胺、2-氟苯胺、2，3，4，5-五氟苯胺、2，3，6-三氟苯胺、2，4，6-三氟苯胺、2，4，5-三氟苯胺、2，3，4-三氟苯胺、3，4-二氟苯胺、2，6-二氟苯胺、2，4-二氟苯胺、2，5-二氟苯胺、2-溴-4，6-二氟苯胺、2-溴-6-氯-4-氟苯胺、2，4，5-三氯苯胺。其中优选2，6-二异丙基苯胺、2，6-二丙基苯胺、2，6-二乙基苯胺、2，6-二甲基苯胺、2，4，6-三甲基苯胺、2，6-二溴-4-甲基苯胺、4-溴-2，6-二甲基苯胺、4-氯-2，6-二溴苯胺、2，6-二叔丁基苯胺、2，6-二正丁基苯胺、2，6-二碘苯胺、2，6-二氯苯胺、2，6-二溴苯胺、2-异丙基苯胺、2，3，4，5-五氟苯胺、2，3，6-三氟苯胺、2，4，6-三氟苯胺、2，6-二氟苯胺、2-溴-4，6-二氟苯胺、2-溴-6-氯-4-氟苯胺。
(B)主催化剂的制备：
将反式-[氯(1-萘基)(双(三苯基膦))]镍(trans-chloro(1-naphthyl)bis(triphenylphosphane)nickel(II))按每1mmol溶解于5-50ml二氯甲烷中的比例，制成溶液1；
将步骤(A)所得黄色西佛碱产品按1mmol溶解于2-50ml无水四氢呋喃(THF)中，搅拌下加入等摩尔量的氢化钠(NaH)，在无水条件下反应30-120分钟后，制成溶液2；
搅拌下，按N，O双齿配体与反式-[氯(1-萘基)(双(三苯基膦))]镍(trans-chloro(1-naphthyl)bis(triphenylphosphane)nickel(II))的摩尔比1∶0.8-1将溶液1滴入溶液2中，反应5分钟-5小时，过滤，得到产物。
本发明提供的催化体系在降冰片烯或其衍生物聚合中的应用，氮气环境下，将主催化剂溶于有机溶剂中，其比例为1μmol∶2-30ml，再加入降冰片烯，降冰片烯与主催化剂的摩尔比2000-100000，-30-120℃反应，优选-15-100℃，加入助催化剂，助催化剂/主催化剂摩尔比为50-5000，反应5秒钟-500分钟后加入2-15mL异丁醇终止反应，再加入50-500ml的5‰的盐酸乙醇使聚合物沉淀完全。
所述的降冰片烯衍生物为双环[2.2.1]庚-2-烯(norbomene)、癸酸(双环[2.2.1]庚-5-烯-2-甲)酯(bicyclo[2，2，1]hept-5-ene-2-ylmethyldecanoate)、双环[2.2.1]庚-5-烯-2-羧酸甲酯(bicyclo[2，2，1]hept-5-ene-2-carboxylic acid methyl ester)、双环[2.2.1]庚-5-烯-2-甲醇(bicyclo[2，2，1]hept-5-ene-2-methanol)、双环[2.2.1]庚-5-烯-2-羧酸乙酯(bicyclo[2，2，1]hept-5-ene-2-carboxylic acid ethyl ester)、双环[2.2.1]庚-5-烯-2-羧酸正丁酯(bicyclo[2，2，1]hept-5-ene-2-carboxylic acid n-butylester)、双环[2.2.1]庚-5-烯-2-羧酸异丁酯(bicyclo[2，2，1]hept-5-ene-2-carboxylic acid iso-butyl ester)、双环[2.2.1]庚-5-烯-2-羧酸(bicyclo[2，2，1]hept-5-ene-2-carboxylic acid)、5-亚乙基-双环[2.2.1]庚-2-烯(bicyclo[2，2，1]hept-2-ene-5-ethylene)、双环[2.2.1]庚-5-烯-2，3-二酸酐(carbic anhydride)、双环[2.2.1]庚-5-烯-2，3-二羧酸二甲酯(bicyclo[2，2，1]hept-5-ene-2，3-dicarboxylic acid dimethyl ester)、双环[2.2.1]庚-5-烯-2，3-二羧酸二乙酯(bicyclo[2，2，1]hept-5-ene-2，3-dicarboxylic aciddiethyl ester)、双环[2.2.1]庚-5-烯-2，3-二羧酸二正丁酯(bicyclo[2，2，1]hept-5-ene-2，3-dicarboxylic acid di-n-butyl ester)或双环[2.2.1]庚-5-烯-2，3-二羧酸二异丁酯(bicyclo[2，2，1]hept-5-ene-2，3-dicarboxylic acid di-isobutyl ester)。
所述的有机溶剂为甲苯、氯苯、1，2-二氯苯、正己烷、1，2-二氯乙烷或1，2，4-三氯苯。
本发明催化体系具有以下特征：
1、本发明所用催化剂制备简单，原料易得，且稳定性好。
2、本发明催化体系实现了对降冰片烯及其衍生物的烯类聚合(加成聚合)，所得到的聚合物可通过调整MAO/催化剂的不同比例，或通过改变反应溶剂的体积，或通过改变反应温度或溶剂以达到调整聚合物的分子量和分子量分布，调节聚合物形态与性能的目的，从而得到满足不同需求与用途的降冰片烯及其衍生物的聚合物。
3、本发明催化剂体系催化活性高，活性在1×103-1.03×109gPNB/(molNi·h·atm)。
具体实施方式
实施例一：
1.N，O双齿水杨醛亚胺配体的制备：在250毫升(mL)圆底烧瓶中，将3毫摩尔(mmol)的2-羟基-3，5-二碘苯甲醛与3毫摩尔(mmol)的2，6-二异丙基苯胺溶解在50毫升无水乙醇中，搅拌回流4.5小时后，静置冷却至室温，得黄色西佛碱产品，硅胶柱层析分离，产率87％。元素分析实测值：C，42.81；H，3.95；I，47.61；N，2.62；O，3.01％；C19H21I2NO的理论值：C，42.80；H，3.97；I，47.60；N，2.63；O，3.00％；1H NMR(CDCl3)：1.16-1.19(d，12H)，2.95-3.02(m，2H)，6.92-7.88(m，5H)，8.51(s，1H)，13.56(s，1H)；13CNMR(CDCl3)：23.6(2C)，24.8(4C)，86.5(1C)，92.0(1C)，121.3(1C)，124.2(2C)，126.3(1C)，138.5(1C)，141.8(2C)，148.5(1C)，150.2(1C)，163.5(1C)，165.6(1C).
2.催化剂的制备：
将2毫摩尔上述所得黄色西佛碱产品溶解于20ml无水四氢呋喃(THF)中，搅拌下加入2毫摩尔的氢化钠(NaH)，在无水条件下反应40分钟后，搅拌下，滴加入40ml溶解有反式-[氯(1-萘基)(双(三苯基膦))]镍(trans-chloro(1-naphthyl)bis(triphenylphosphane)nickel(II))(2毫摩尔)的二氯甲烷溶液，反应8小时后，过滤，得到产物。元素分析实测值：C，57.59；H，4.31；I，25.91；N，1.41；Ni，5.99；O，1.62；P，3.15％；C47H42I2NNiOP的理论值：C，57.58；H，4.32；I，25.89；N，1.43；Ni，5.99；O，1.63；P，3.16％。其结构经X-射线衍射确定，单晶结构如下：
3.降冰片烯聚合：将带有搅拌磁子的干燥的250毫升Schlenk瓶，依次进行抽真空，充氮气置换三次，使反应体系在氮气环境中，加入5μmol步骤2所制备的催化剂，30毫升甲苯，再加入4.708克降冰片烯(降冰片烯单体与催化剂摩尔比为10000)，于25℃时搅拌5分钟后，加入3.6毫升助催化剂MAO(MAO/催化剂摩尔比为1000)，于25℃时反应30分钟后，加入5ml异丁醇终止聚合，再加入100毫升5‰的盐酸乙醇(体积比)，于室温下搅拌10小时，然后静置2小时后过滤，所得聚合物于80℃真空干燥40小时，得聚合物2.7966克，转化率59.40％，催化剂活性为1.2×106gPNB/(molNi·h·atm)。聚合物重均分子量(Mw)为4.2×105，数均分子量(Mn)为2.3×105，Mw/Mn为1.83。
实施例二：
1、催化剂的制备：制备方法同实施例一。
2、降冰片烯聚合：将带有搅拌磁子的干燥的250毫升Schlenk瓶，依次进行抽真空，充氮气置换三次，使反应体系在氮气环境中，加入5μmol步骤1所制备的催化剂，30毫升甲苯，再加入4.708克降冰片烯(降冰片烯单体与催化剂摩尔比为10000)，于25℃时搅拌5分钟后，加入4.3毫升助催化剂MAO(MAO/催化剂摩尔比为1200)，于25℃时反应30分钟后，加入5ml异丁醇终止聚合，再加入100毫升5‰的盐酸乙醇(体积比)，于室温下搅拌10小时，然后静置2小时后过滤，所得聚合物于80℃真空干燥40小时，得聚合物3.0150克，转化率64.04％，催化剂活性为1.3×106gPNB/(molNi·h·atm)。聚合物重均分子量(Mw)为6.4×105，数均分子量(Mn)为5.3×104，分子量分布为12.1。
实施例三：
1、催化剂的制备：制备方法同实施例一。
2、降冰片烯聚合：将带有搅拌磁子的干燥的250毫升Schlenk瓶，依次进行抽真空，充氮气置换三次，使反应体系在氮气环境中，加入5微摩尔(μmol)步骤1所制备的催化剂，20毫升甲苯，再加入4.708克降冰片烯(降冰片烯单体与催化剂摩尔比为10000)，于25℃时搅拌5分钟后，加入3.6毫升助催化剂MAO(MAO/催化剂摩尔比为1000)，于25℃时反应30分钟后，加入5ml异丁醇终止聚合，再加入100毫升5‰的盐酸乙醇(体积比)，于室温下搅拌10小时，然后静置2小时后过滤，所得聚合物于80℃真空干燥40小时，得聚合物3.6753克，转化率78.06％，催化剂活性为1.47×106gPNB/(molNi·h·atm)。聚合物重均分子量(Mw)为7.9×105，数均分子量(Mn)为3.5×l05，分子量分布为2.3。
实施例四：
1、催化剂的制备：制备方法同实施例一。
2、降冰片烯聚合：将带有搅拌磁子的干燥的250毫升Schlenk瓶，依次进行抽真空，充氮气置换三次，使反应体系在氮气环境中，加入5微摩尔(μmol)步骤1所制备的催化剂，20毫升甲苯，再加入2.354克降冰片烯(降冰片烯单体与催化剂摩尔比为5000)，于25℃时搅拌5分钟后，加入3.6毫升助催化剂MAO(MAO/催化剂摩尔比为1000)，于25℃时反应30分钟后，加入5ml异丁醇终止聚合，再加入100毫升5‰的盐酸乙醇(体积比)，于室温下搅拌10小时，然后静置2小时后过滤，所得聚合物于80℃真空干燥40小时，得聚合物1.6780克，转化率71.28％，催化剂活性为6.72×105gPNB/(molNi·h·atm)。聚合物重均分子量(Mw)为2.1×106，数均分子量(Mn)为2.5×105，分子量分布为8.4。
实施例五：
1、催化剂的制备：制备方法同实施例一。
2、降冰片烯聚合：将带有搅拌磁子的干燥的250毫升Schlenk瓶，依次进行抽真空，充氮气置换三次，使反应体系在氮气环境中，加入5微摩尔(μmol)步骤1所制备的催化剂，20毫升甲苯，再加入2.354克降冰片烯(降冰片烯单体与催化剂摩尔比为5000)，于25℃时搅拌5分钟后，加入1.8毫升助催化剂MAO(MAO/催化剂摩尔比为500)，于25℃时反应30分钟后，加入5ml异丁醇终止聚合，再加入100毫升5‰的盐酸乙醇(体积比)，于室温下搅拌10小时，然后静置2小时后过滤，所得聚合物于80℃真空干燥40小时，得聚合物0.8978克，转化率38.14％，催化剂活性为3.6×105gPNB/(molNi·h·atm)。聚合物重均分子量(Mw)为2.4×105，数均分子量(Mn)为1.1×105，分子量分布为2.2。
实施例六：
1、催化剂的制备：制备方法同实施例一。
2、降冰片烯聚合：将带有搅拌磁子的干燥的250毫升Schlenk瓶，依次进行抽真空，充氮气置换三次，使反应体系在氮气环境中，加入5微摩尔(μmol)步骤1所制备的催化剂，20毫升甲苯，再加入2.354克降冰片烯(降冰片烯单体与催化剂摩尔比为5000)，于25℃时搅拌5分钟后，加入5.4毫升助催化剂MAO(MAO/催化剂摩尔比为1500)，于25℃时反应30分钟后，加入5ml异丁醇终止聚合，再加入100毫升5‰的盐酸乙醇(体积比)，于室温下搅拌10小时，然后静置2小时后过滤，所得聚合物于80℃真空干燥40小时，得聚合物1.6179克，转化率68.73％，催化剂活性为6.5×105gPNB/(molNi·h·atm)。聚合物重均分子量(Mw)为4.7×105，数均分子量(Mn)为2.6×105，分子量分布为1.8。实施例七：
1、催化剂的制备：制备方法同实施例一。
2、降冰片烯聚合：将带有搅拌磁子的干燥的250毫升Schlenk瓶，依次进行抽真空，充氮气置换三次，使反应体系在氮气环境中，加入5微摩尔(μmol)步骤1所制备的催化剂，20毫升甲苯，再加入2.354克降冰片烯(降冰片烯单体与催化剂摩尔比为5000)，于25℃时搅拌5分钟后，加入7.2毫升助催化剂MAO(MAO/催化剂摩尔比为2000)，于25℃时反应30分钟后，加入5ml异丁醇终止聚合，再加入100毫升5‰的盐酸乙醇(体积比)，于室温下搅拌10小时，然后静置2小时后过滤，所得聚合物于80℃真空干燥40小时，得聚合物1.9040克，转化率80.88％，催化剂活性为7.6×105gPNB/(molNi·h·atm)。聚合物重均分子量(Mw)为1.6×106，数均分子量(Mn)为9.8×105，分子量分布为1.6。
实施例八：
1、催化剂的制备：制备方法同实施例一。
2、降冰片烯聚合：将带有搅拌磁子的干燥的250毫升Schlenk瓶，依次进行抽真空，充氮气置换三次，使反应体系在氮气环境中，加入5微摩尔(μmol)步骤1所制备的催化剂，20毫升甲苯，再加入2.354克降冰片烯(降冰片烯单体与催化剂摩尔比为5000)，于25℃时搅拌5分钟后，加入9.0毫升助催化剂MAO(MAO/催化剂摩尔比为2500)，于25℃时反应30分钟后，加入5ml异丁醇终止聚合，再加入100毫升5‰的盐酸乙醇(体积比)，于室温下搅拌10小时，然后静置2小时后过滤，所得聚合物于80℃真空干燥40小时，得聚合物1.9010克，转化率80.76％，催化剂活性为7.6×105gPNB/(molNi·h·atm)。聚合物重均分子量(Mw)为7.9×105，数均分子量(Mn)为3.1×105，分子量分布为2.55。
实施例九：
1、催化剂的制备：制备方法同实施例一。
2、降冰片烯聚合：将带有搅拌磁子的干燥的250毫升Schlenk瓶，依次进行抽真空，充氮气置换三次，使反应体系在氮气环境中，加入5微摩尔(μmol)步骤1所制备的催化剂，20毫升甲苯，再加入2.354克降冰片烯(降冰片烯单体与催化剂摩尔比为5000)，于25℃时搅拌5分钟后，加入1 0.7毫升助催化剂MAO(MAO/催化剂摩尔比为3000)，于25℃时反应30分钟后，加入5ml异丁醇终止聚合，再加入100毫升5‰的盐酸乙醇(体积比)，于室温下搅拌10小时，然后静置2小时后过滤，所得聚合物于80℃真空干燥40小时，得聚合物2.1825克，转化率92.71％，催化剂活性为8.7×105gPNB/(molNi·h·atm)。聚合物重均分子量(Mw)为6.8×105，数均分子量(Mn)为4.1×105，分子量分布为1.66。
实施例十：
1、N，O双齿水杨醛亚胺配体的制备：在250毫升(mL)圆底烧瓶中，将3毫摩尔(mmol)的3-叔丁基-2-羟基苯甲醛与3毫摩尔(mmol)的2，6-二异丙基苯胺溶解在50毫升无水乙醇中，搅拌回流4.5小时后，静置冷却至室温，得黄色西佛碱产品，硅胶柱层析分离，产率90％。
2、催化剂的制备：
将2毫摩尔上述所得黄色西佛碱产品溶解于20ml无水四氢呋喃(THF)中，搅拌下加入2毫摩尔的氢化钠(NaH)，在无水条件下反应40分钟后，搅拌下，滴加入40ml溶解有反式-[氯(1-萘基)(双(三苯基膦))]镍(trans-chloro(1-naphthyl)bis(triphenylphosphane)nickel(II))(2毫摩尔)的二氯甲烷溶液，反应8小时后，过滤，得到产物，产率71％。
3、降冰片烯聚合：将带有搅拌磁子的干燥的250毫升Schlenk瓶，依次进行抽真空，充氮气置换三次，使反应体系在氮气环境中，加入5微摩尔(μmol)步骤1所制备的催化剂，20毫升甲苯，再加入9.416克降冰片烯(降冰片烯单体与催化剂摩尔比为20000)，于25℃时搅拌5分钟后，加入7.2毫升助催化剂MAO(MAO/催化剂摩尔比为2000)，于25℃时反应30秒钟后，加入5ml异丁醇终止聚合，再加入100毫升5‰的盐酸乙醇(体积比)，于室温下搅拌10小时，然后静置2小时后过滤，所得聚合物于80℃真空干燥40小时，得聚合物5.342克，转化率56.73％，催化剂活性为1.28×108gPNB/(molNi·h·atm)。聚合物重均分子量(Mw)为8.2×105，数均分子量(Mn)为3.1×105，分子量分布为2.65。实施例十一：
1、催化剂的制备：制备方法同实施例十。
2、降冰片烯聚合：将带有搅拌磁子的干燥的250毫升Schlenk瓶，依次进行抽真空，充氮气置换三次，使反应体系在氮气环境中，加入5微摩尔(μmol)步骤1所制备的催化剂，20毫升1，2-二氯乙烷，再加入4.708克降冰片烯(降冰片烯单体与催化剂摩尔比为10000)，于25℃时搅拌5分钟后，加入7.2毫升助催化剂MAO(MAO/催化剂摩尔比为2000)，于25℃时反应1分钟后，加入5ml异丁醇终止聚合，再加入100毫升5‰的盐酸乙醇(体积比)，于室温下搅拌10小时，然后静置2小时后过滤，所得聚合物于80℃真空干燥40小时，得聚合物2.854克，转化率60.62％，催化剂活性为1.7×107gPNB/(molNi·h·atm)。聚合物重均分子量(Mw)为1.2×106，数均分子量(Mn)为3.7×105，分子量分布为3.24。
实施例十二：
1、催化剂的制备：制备方法同实施例十。
2、降冰片烯聚合：将带有搅拌磁子的干燥的250毫升Schlenk瓶，依次进行抽真空，充氮气置换三次，使反应体系在氮气环境中，加入5微摩尔(μmol)步骤1所制备的催化剂，25毫升氯苯，再加入9.416克降冰片烯(降冰片烯单体与催化剂摩尔比为20000)，于25℃时搅拌5分钟后，加入7.2毫升助催化剂MAO(MAO/催化剂摩尔比为2000)，于25℃时反应40秒钟后，加入5ml异丁醇终止聚合，再加入100毫升5‰的盐酸乙醇(体积比)，于室温下搅拌10小时，然后静置2小时后过滤，所得聚合物于80℃真空干燥40小时，得聚合物5.641克，转化率59.91％，催化剂活性为1.02×108gPNB/(molNi·h·atm)。聚合物重均分子量(Mw)为1.5×106，数均分子量(Mn)为4.8×105，分子量分布为3.13。
实施例十三：
1、催化剂的制备：制备方法同实施例十。
2、降冰片烯聚合：将带有搅拌磁子的干燥的250毫升Schlenk瓶，依次进行抽真空，充氮气置换三次，使反应体系在氮气环境中，加入5微摩尔(μmol)步骤1所制备的催化剂，20毫升正己烷，再加入2.354克降冰片烯(降冰片烯单体与催化剂摩尔比为5000)，于25℃时搅拌5分钟后，加入7.2毫升助催化剂MAO(MAO/催化剂摩尔比为2000)，于25℃时反应30分钟后，加入5ml异丁醇终止聚合，再加入100毫升5‰的盐酸乙醇(体积比)，于室温下搅拌10小时，然后静置2小时后过滤，所得聚合物于80℃真空干燥40小时，得聚合物1.3621克，转化率57.86％，催化剂活性为5.45×105gPNB/(molNi·h·atm)。聚合物重均分子量(Mw)为3.1×106，数均分子量(Mn)为5.7×105，分子量分布为5.44。
实施例十四：
1、催化剂的制备：制备方法同实施例十。
2、降冰片烯聚合：将带有搅拌磁子的干燥的250毫升Schlenk瓶，依次进行抽真空，充氮气置换三次，使反应体系在氮气环境中，加入5μmol步骤1所制备的催化剂，20毫升1，2-二氯苯，再加入18.832克降冰片烯(降冰片烯单体与催化剂摩尔比为40000)，于25℃时搅拌5分钟后，加入4.3毫升助催化剂MAO(MAO/催化剂摩尔比为1200)，于25℃时反应10秒钟后，加入5ml异丁醇终止聚合，再加入200毫升5‰的盐酸乙醇(体积比)，于室温下搅拌10小时，然后静置2小时后过滤，所得聚合物于80℃真空干燥40小时，得聚合物14.326克，转化率76.07％，催化剂活性为1.03×109gPNB/(molNi·h·atm)。聚合物重均分子量(Mw)为6.5×105，数均分子量(Mn)为1.2×105，分子量分布为5.42。
实施例十五：
1、催化剂的制备：制备方法同实施例十。
2、降冰片烯聚合：将带有搅拌磁子的干燥的250毫升Schlenk瓶，依次进行抽真空，充氮气置换三次，使反应体系在氮气环境中，加入5μmol步骤1所制备的催化剂，20毫升氯苯，再加入5.957克双环[2.2.1]庚-5-烯-2，3-二羧酸二乙酯(bicyclo[2，2，1]hept-5-ene-2，3-dicarboxylic aciddiethyl ester)(双环[2.2.1]庚-5-烯-2，3-二羧酸二乙酯单体与催化剂摩尔比为5000)，于25℃时搅拌5分钟后，加入7.2毫升助催化剂MAO(MAO/催化剂摩尔比为2000)，于25℃时反应30分钟后，加入5ml异丁醇终止聚合，再加入200毫升5‰的盐酸乙醇(体积比)，于室温下搅拌10小时，然后静置2小时后过滤，所得聚合物于80℃真空干燥40小时，得聚合物3.0215克，转化率50.72％，催化剂活性为1.2×106gPNB/(molNi·h·atm)。聚合物重均分子量(Mw)为2.3×106，数均分子量(Mn)为8.54×105，分子量分布为2.69。
实施例十六：
1、N，O双齿水杨醛亚胺配体的制备：在250毫升(mL)圆底烧瓶中，将3毫摩尔(mmol)的3-萘基-2-羟基苯甲醛与3毫摩尔(mmol)的2，6-二异丙基苯胺溶解在50毫升无水乙醇中，搅拌回流4.5小时后，静置冷却至室温，得黄色西佛碱产品，硅胶柱层析分离，产率67％。
2、催化剂的制备：
将2毫摩尔上述所得黄色西佛碱产品溶解于20ml无水四氢呋喃(THF)中，搅拌下加入2毫摩尔的氢化钠(NaH)，在无水条件下反应40分钟后，搅拌下，滴加入40ml溶解有反式-[氯(1-萘基)(双(三苯基膦))]镍(trans-chloro(1-naphthyl)bis(triphenylphosphane)nickel(II))(2毫摩尔)的二氯甲烷溶液，反应8小时后，过滤，得到产物，产率71％。
2、降冰片烯聚合：将带有搅拌磁子的干燥的250毫升Schlenk瓶，依次进行抽真空，充氮气置换三次，使反应体系在氮气环境中，加入5μmol步骤1所制备的催化剂，20毫升氯苯，再加入5.2558克双环[2.2.1]庚-5-烯-2，3-二羧酸二甲酯(bicyclo[2，2，1]hept-5-ene-2，3-dicarboxylic aciddimethyl ester)(双环[2.2.1]庚-5-烯-2，3-二羧酸二甲酯单体与催化剂摩尔比为5000)，于25℃时搅拌5分钟后，加入7.2毫升助催化剂MAO(MAO/催化剂摩尔比为2000)，于25℃时反应30分钟后，加入5ml异丁醇终止聚合，再加入200毫升5‰的盐酸乙醇(体积比)，于室温下搅拌10小时，然后静置2小时后过滤，所得聚合物于80℃真空干燥40小时，得聚合物2.5472克，转化率48.46％，催化剂活性为1.02×106gPNB/(molNi·h·atm)。聚合物重均分子量(Mw)为3.3×106，数均分子量(Mn)为7.21×105，分子量分布为4.58。
实施例十七：
1、催化剂的制备：制备方法同实施例十六。
2、降冰片烯聚合：将带有搅拌磁子的干燥的250毫升Schlenk瓶，依次进行抽真空，充氮气置换三次，使反应体系在氮气环境中，加入5μmol步骤1所制备的催化剂，20毫升1，2-二氯苯，再加入8.31克双环[2.2.1]庚-5-烯-2-羧酸乙酯(bicyclo[2，2，1]hept-5-ene-2-carboxylic acid ethylester)(双环[2.2.1]庚-5-烯-2-羧酸乙酯单体与催化剂摩尔比为10000)，于25℃时搅拌5分钟后，加入7.2毫升助催化剂MAO(MAO/催化剂摩尔比为2000)，于25℃时反应30分钟后，加入5ml异丁醇终止聚合，再加入200毫升5‰的盐酸乙醇(体积比)，于室温下搅拌10小时，然后静置2小时后过滤，所得聚合物于80℃真空干燥40小时，得聚合物4.5387克，转化率54.62％，催化剂活性为1.82×106gPNB/(molNi·h·atm)。聚合物重均分子量(Mw)为3.21×105，数均分子量(Mn)为1.2×105，分子量分布为2.68。
实施例十八：
1、催化剂的制备：制备方法同实施例十六。
2、降冰片烯聚合：将带有搅拌磁子的干燥的250毫升Schlenk瓶，依次进行抽真空，充氮气置换三次，使反应体系在氮气环境中，加入5μmol步骤1所制备的催化剂，20毫升氯苯，再加入6.209克双环[2.2.1]庚-5-烯-2-甲醇(bicyclo[2，2，1]hept-5-ene-2-methanol)(双环[2.2.1]庚-5-烯-2-甲醇单体与催化剂摩尔比为10000)，于25℃时搅拌5分钟后，加入7.2毫升助催化剂MAO(MAO/催化剂摩尔比为2000)，于25℃时反应30分钟后，加入5ml异丁醇终止聚合，再加入200毫升5‰的盐酸乙醇(体积比)，于室温下搅拌10小时，然后静置2小时后过滤，所得聚合物于80℃真空干燥40小时，得聚合物3.1569克，转化率50.84％，催化剂活性为1.3×106gPNB/(molNi·h·atm)。聚合物重均分子量(Mw)为1.8×106，数均分子量(Mn)为3.6×105，分子量分布为5.0。实施例十九：
1、催化剂的制备：制备方法同实施例十六。
2、降冰片烯聚合：将带有搅拌磁子的干燥的250毫升Schlenk瓶，依次进行抽真空，充氮气置换三次，使反应体系在氮气环境中，加入5μmol步骤1所制备的催化剂，20毫升氯苯，再加入15.219克双环[2.2.1]庚-5-烯-2-羧酸甲酯(bicyclo[2，2，1]hept-5-ene-2-carboxylic acid methyl ester)(双环[2.2.1]庚-5-烯-2-羧酸甲酯单体与催化剂摩尔比为20000)，于25℃时搅拌5分钟后，加入7.2毫升助催化剂MAO(MAO/催化剂摩尔比为2000)，于25℃时反应30分钟后，加入5ml异丁醇终止聚合，再加入200毫升5‰的盐酸乙醇(体积比)，于室温下搅拌10小时，然后静置2小时后过滤，所得聚合物于80℃真空干燥40小时，得聚合物8.3151克，转化率54.64％，催化剂活性为3.33×106gPNB/(molNi·h·atm)。聚合物重均分子量(Mw)为3.01×106，数均分子量(Mn)为7.95×105，分子量分布为3.79。
实施例二十：
1、催化剂的制备：制备方法同实施例十六。
2、降冰片烯聚合：将带有搅拌磁子的干燥的250毫升Schlenk瓶，依次进行抽真空，充氮气置换三次，使反应体系在氮气环境中，加入5μmol步骤1所制备的催化剂，20毫升1，2-二氯苯，再加入18.832克降冰片烯(降冰片烯单体与催化剂摩尔比为40000)，于25℃时搅拌5分钟后，加入7.2毫升助催化剂MAO(MAO/催化剂摩尔比为2000)，于25℃时反应20秒钟后，加入5ml异丁醇终止聚合，再加入200毫升5‰的盐酸乙醇(体积比)，于室温下搅拌10小时，然后静置2小时后过滤，所得聚合物于80℃真空干燥40小时，得聚合物9.3214克，转化率46.22％，催化剂活性为3.36×108gPNB/(molNi·h·atm)。聚合物重均分子量(Mw)为3.21×106，数均分子量(Mn)为5.26×105，分子量分布为6.1。
Claims (10)
1、一种氮-氧镍配合物降冰片烯聚合催化体系，包括主催化剂和助催化剂，其特征在于，所述的主催化剂为[(取代水杨醛-取代苯胺西佛碱)(1-萘基)(三苯基膦)]镍(II)配合物，其结构如下式所示：
其中，R1为甲基、乙基、丙基、异丙基、氟原子、氯原子、溴原子或碘原子；R2为甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、异丁基、异丙氧基、甲氧基、乙氧基、硝基、亚硝基、氟原子、氯原子、溴原子或碘原子。
所述的助催化剂为甲基铝氧烷。
2、一种制备权利要求1所述催化体系的方法，其主要步骤包括：
(A)N，O双齿取代水杨醛-取代苯胺西佛碱配体的制备：
将等摩尔的取代水杨醛与取代苯胺溶解在10-100ml无水乙醇中，搅拌回流1-10小时后，静置冷却至室温，得黄色西佛碱产品，用乙醇重结晶或硅胶柱层析分离；
(B)主催化剂的制备：
将反式-[氯(1-萘基)(双(三苯基膦))]镍按每1mmol溶解于5-50ml二氯甲烷中的比例，制成溶液1；
将步骤(A)所得黄色西佛碱产品按1mmol溶解于2-50ml无水四氢呋喃中，搅拌下加入等量的氢化钠(NaH)，在无水条件下反应30-120分钟后，制成溶液2；
搅拌下，按N，O双齿配体与反式-[氯(1-萘基)(双(三苯基膦))]镍的摩尔比1∶0.8-1将溶液1滴入溶液2中，反应5分钟-5小时，过滤，得到产物。
3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤A中所述取代-水杨醛为水杨醛、3-叔丁基-2-羟基苯甲醛、4-叔丁基-2-羟基苯甲醛、3，5-二叔丁基-2-羟基苯甲醛、3-异丁基-2-羟基苯甲醛、3-萘基-2-羟基苯甲醛、3-蒽基-2-羟基苯甲醛、3，5-二异丁基-2-羟基苯甲醛、3-正丁基-2-羟基苯甲醛、3，5-二正丁基-2-羟基苯甲醛、4-正丁基-2-羟基苯甲醛、5-正丁基-2-羟基苯甲醛、4-硝基-2-羟基苯甲醛、4-亚硝基-2-羟基苯甲醛、5-硝基-2-羟基苯甲醛、5-亚硝基-2-羟基苯甲醛、6-硝基-2-羟基苯甲醛、6-亚硝基-2-羟基苯甲醛、3-甲氧基-2-羟基苯甲醛、4-甲氧基-2-羟基苯甲醛、5-甲氧基-2-羟基苯甲醛、6-甲氧基-2-羟基苯甲醛、3，5-二碘-2-羟基苯甲醛、4-碘-2-羟基苯甲醛、5-碘-2-羟基苯甲醛、3，5-二氯-2-羟基苯甲醛、3-氯-2-羟基苯甲醛、5-氯-2-羟基苯甲醛、4-氯-2-羟基苯甲醛、3，5-二溴-2-羟基苯甲醛、4-氟-2-羟基苯甲醛、5-氟-2-羟基苯甲醛、3-氟-2-羟基苯甲醛、6-氟-2-羟基苯甲醛、3，5-二氟-2-羟基苯甲醛、4-溴-2-羟基苯甲醛、3-甲基-2-羟基苯甲醛、4-甲基-2-羟基苯甲醛、5-甲基-2-羟基苯甲醛、6-甲基-2-羟基苯甲醛、3，5-二甲基-2-羟基苯甲醛、3-异丙基-2-羟基苯甲醛、3，5-二异丙氧基-2-羟基苯甲醛、4-异丙基-2-羟基苯甲醛、3，5-二异丙基-2-羟基苯甲醛、3-乙基-2-羟基苯甲醛、3，5-二乙基-2-羟基苯甲醛或3，5-二乙氧基-2-羟基苯甲醛；
取代苯胺为2，6-二异丙基苯胺、2，6-二丙基苯胺、2，6-二乙基苯胺、2，6-二甲基苯胺、2，4，6-三甲基苯胺、2，3-二甲基苯胺、3，5-二甲基苯胺、2，4-二甲基苯胺、3，4-二甲基苯胺、2，5-二甲基苯胺、2，6-二溴-4-甲基苯胺、4-溴-2，6-二甲基苯胺、4-氯-2，6-二溴苯胺、2，6-二叔丁基苯胺、2，6-二正丁基苯胺、2，6-二碘苯胺、2，6-二氯苯胺、2，6-二溴苯胺、2-异丙基苯胺、2-氟苯胺、2，3，4，5-五氟苯胺、2，3，6-三氟苯胺、2，4，6-三氟苯胺、2，4，5-三氟苯胺、2，3，4-三氟苯胺、3，4-二氟苯胺、2，6-二氟苯胺、2，4-二氟苯胺、2，5-二氟苯胺、2-溴-4，6-二氟苯胺、2-溴-6-氯-4-氟苯胺或2，4，5-三氯苯胺。
4、如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述取代-水杨醛为3-叔丁基-2-羟基苯甲醛、3-萘基-2-羟基苯甲醛、3，5-二叔丁基-2-羟基苯甲醛、3-异丁基-2-羟基苯甲醛、3-蒽基-2-羟基苯甲醛、3，5-二异丁基-2-羟基苯甲醛、3-正丁基-2-羟基苯甲醛、3，5-二正丁基-2-羟基苯甲醛、3，5-二碘-2-羟基苯甲醛、3，5-二溴-2-羟基苯甲醛、3，5-二氯-2-羟基苯甲醛、3，5-二氟-2-羟基苯甲醛、3-异丙基-2-羟基苯甲醛、3-异丙基-2-羟基苯甲醛、3，5-二异丙氧基-2-羟基苯甲醛、3-乙基-2-羟基苯甲醛、3-乙氧基-2-羟基苯甲醛、3，5-二乙基-2-羟基苯甲醛、3，5-二乙氧基-2-羟基苯甲醛；
所述取代苯胺为2，6-二异丙基苯胺、2，6-二丙基苯胺、2，6-二乙基苯胺、2，6-二甲基苯胺、2，4，6-三甲基苯胺、2，6-二溴-4-甲基苯胺、4-溴-2，6-二甲基苯胺、4-氯-2，6-二溴苯胺、2，6-二叔丁基苯胺、2，6-二正丁基苯胺、2，6-二碘苯胺、2，6-二氯苯胺、2，6-二溴苯胺、2-异丙基苯胺、2，3，4，5-五氟苯胺、2，3，6-三氟苯胺、2，4，6-三氟苯胺、2，6-二氟苯胺、2-溴-4，6-二氟苯胺或2-溴-6-氯-4-氟苯胺。
5、如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤A中所述搅拌回流3-8小时。
6、如权利要求1所述的催化体系在降冰片烯聚合中的应用，其特征在于，氮气环境下，将主催化剂溶于有机溶剂中，其比例为1μmol∶2-30ml，再加入降冰片烯，降冰片烯与主催化剂的摩尔比2000-100000，-30-120℃反应，加入助催化剂，助催化剂/主催化剂摩尔比为50-5000，反应5秒钟-500分钟后加入2-15mL异丁醇终止反应，再加入50-500ml的5‰的盐酸乙醇使聚合物沉淀完全。
7、如权利要求6所述的应用，其特征在于，所述有机溶剂为甲苯、氯苯、1，2-二氯苯、正己烷、1，2-二氯乙烷或1，2，4-三氯苯。
8、如权利要求6所述的应用，其特征在于，所述反应温度为-15-100℃。
9、如权利要求6所述的应用，其特征在于，所述降冰片烯为降冰片烯衍生物。
10、如权利要求6或9所述的应用，其特征在于，所述衍生物为双环[2.2.1]庚-2-烯、癸酸(双环[2.2.1]庚-5-烯-2-甲)酯、双环[2.2.1]庚-5-烯-2-羧酸甲酯、双环[2.2.1]庚-5-烯-2-甲醇、双环[2.2.1]庚-5-烯-2-羧酸乙酯、双环[2.2.1]庚-5-烯-2-羧酸正丁酯、双环[2.2.1]庚-5-烯-2-羧酸异丁酯、双环[2.2.1]庚-5-烯-2-羧酸、5-亚乙基-双环[2.2.1]庚-2-烯、5-降冰片烯-2，3-二酸酐(双环[2.2.1]庚-5-烯-2，3-二酸酐)、5-降冰片烯-2，3-二羧酸二甲酯(双环[2.2.1]庚-5-烯-2，3-二羧酸二甲酯)、5-降冰片烯-2，3-二羧酸二乙酯(双环[2.2.1]庚-5-烯-2，3-二羧酸二乙酯)、5-降冰片烯-2，3-二羧酸二正丁酯(双环[2.2.1]庚-5-烯-2，3-二羧酸二正丁酯)、5-降冰片烯-2，3-二羧酸二异丁酯(双环[2.2.1]庚-5-烯-2，3-二羧酸二异丁酯)。
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2002
- 2002-07-19 CN CN 02126509 patent/CN1200017C/zh not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1303115C (zh) * | 2004-04-01 | 2007-03-07 | 营口市向阳催化剂有限责任公司 | 用于降冰片烯及其衍生物聚合的氮－氧镍配合物催化体系及制法和应用 |
| CN102174129A (zh) * | 2011-01-14 | 2011-09-07 | 中国科学院上海有机化学研究所 | 一种镍系烯烃聚合催化剂、制备方法和用途 |
| CN102174129B (zh) * | 2011-01-14 | 2014-04-09 | 中国科学院上海有机化学研究所 | 一种镍系烯烃聚合催化剂、制备方法和用途 |
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| CN1200017C (zh) | 2005-05-04 |
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