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DE102016120134B4 - Isomerizing copolymerization of internally unsaturated fatty acid derivatives with alpha-olefins - Google Patents

Isomerizing copolymerization of internally unsaturated fatty acid derivatives with alpha-olefins Download PDF

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DE102016120134B4
DE102016120134B4 DE102016120134.0A DE102016120134A DE102016120134B4 DE 102016120134 B4 DE102016120134 B4 DE 102016120134B4 DE 102016120134 A DE102016120134 A DE 102016120134A DE 102016120134 B4 DE102016120134 B4 DE 102016120134B4
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André Fleckhaus
Gerd Klaassen
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Jürgen O. Metzger
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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Copolymers, mit folgendem Schritt:Einstellen von Reaktionsbedingungen in einem Reaktionsgemisch umfassend- zumindest ein α-Olefin ausgewählt aus Ethylen, Propylen, Isobuten, 1-Hexen, 1-Octen, 1-Decen, 1-Dodecen, 1-Tetradecen, 1-Hexadecen, 1-Octadecen und Styrol,- zumindest eine ungesättigte Verbindung der Formel (I)R-G(I) wobei jeweils unabhängig voneinanderR einen aliphatischen, innenständig einfach ungesättigten Rest bezeichnet undG eine Gruppe bezeichnet, die ausgewählt ist aus Carboxygruppe, Carboxylestergruppe, Glycerinestergruppe, Hydroxygruppe, Alkoxygruppe und Aryloxygruppe, wobei die Verbindung der Formel (I) ausgewählt ist aus (i) Alkylestern einfach-ungesättigter Fettsäuren mit 14 bis 24 Kohlenstoffatomen und (ii) Pflanzenölen,- zumindest einen Isomerisierungskatalysator zum Erzeugen eines Isomeren der ungesättigten Verbindung, das eine terminale Doppelbindung besitzt, ausgewählt aus [MeCN]2PdCl2und [(t-Bu3P)Pd(µ-Br)]2oder ein in situ daraus gebildetes Produkt, und- zumindest einen Polymerisationskatalysator für die Copolymerisation des α-Olefins mit dem Isomeren mit terminaler Doppelbindung, wobei der Polymerisationskatalysator eine Verbindung der Formel (II) istwobeiR1ausgewählt ist aus H, Alkyl, halogeniertem Alkyl und Acrylat, R2und R3jeweils unabhängig Aryl oder Alkyl bedeuten,M Metall bedeutet,L ausgewählt ist aus SbF6-, OTf-, BF4, CF3SO3-und BAr4undAr = Aryl bedeutet und wobei der Polymerisationskatalysator der Formel (II) in situ durch Austausch eines Halogenid- oder Cyanidliganden durch einen Liganden L erzeugt wird undM = Pd ist, so dass ein Copolymer des α-Olefins mit dem Isomeren mit terminaler Doppelbindung gebildet wird, wobei die Isomerisierung und die Copolymerisation in einer one-pot Reaktion stattfinden.Process for producing a copolymer, comprising the following step: setting reaction conditions in a reaction mixture comprising at least one α-olefin selected from ethylene, propylene, isobutene, 1-hexene, 1-octene, 1-decene, 1-dodecene, 1-tetradecene , 1-hexadecene, 1-octadecene and styrene, - at least one unsaturated compound of the formula (I) RG (I) where in each case, independently of one another, R denotes an aliphatic, internally monounsaturated radical and G denotes a group selected from carboxy group, carboxyl ester group, Glycerol ester group, hydroxyl group, alkoxy group and aryloxy group, the compound of the formula (I) being selected from (i) alkyl esters of monounsaturated fatty acids having 14 to 24 carbon atoms and (ii) vegetable oils, - at least one isomerization catalyst for producing an isomer of the unsaturated compound, which has a terminal double bond selected from [MeCN] 2PdCl2 and [(t-Bu3P) Pd (µ-Br)] 2 or an in situ thereof g e formed product, and at least one polymerization catalyst for the copolymerization of the α-olefin with the isomer with a terminal double bond, wherein the polymerization catalyst is a compound of the formula (II) where R1 is selected from H, alkyl, halogenated alkyl and acrylate, R2 and R3 each independently aryl or alkyl M is metal, L is selected from SbF6-, OTf-, BF4, CF3SO3- and BAr4undAr = aryl and where the polymerization catalyst of the formula (II) is generated in situ by replacing a halide or cyanide ligand with a ligand L andM = Pd, so that a copolymer of the α-olefin with the isomer with a terminal double bond is formed, the isomerization and the copolymerization taking place in a one-pot reaction.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Copolymers wie in Anspruch 1 definiert.The present invention relates to a method for producing a copolymer as defined in claim 1.

Zudem betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung einer Kombination aus einem Isomerisierungskatalysator und einem Polymerisationskatalysator zur Herstellung eines Copolymers wie in Anspruch 2 definiert.In addition, the present invention also relates to the use of a combination of an isomerization catalyst and a polymerization catalyst for the production of a copolymer as defined in claim 2.

Die Herstellung von Polymeren ist mengenmäßig mit ca. 300 Mio. Tonnen pro Jahr (2013) der zweitgrößte Bereich in der chemischen Industrie nach der Treibstoffproduktion (Verband der chemischen Industrie, Chemiewirtschaft in Zahlen 2015, Frankfurt, 2015). Hierbei werden derzeit größtenteils fossile Rohstoffe verwendet. Aufgrund von Klimaaspekten sowie der begrenzten Verfügbarkeit fossiler Rohstoffe existiert ein wachsendes Interesse an Polymeren aus nachwachsenden Rohstoffen (Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe, Schriftenreihe Nachwachsende Rohstoffe 34: Marktanalyse Nachwachsende Rohstoffe, Gülzow, 2014). Ungesättigte Fettsäurederivate aus Pflanzenölen sind hierbei interessante Ausgangsstoffe, da sie eine Doppelbindung enthalten, die prinzipiell polymerisiert werden kann. Neben der langen, unpolaren Alkylkette besitzen sie als zweites Strukturelement eine polare Carboxyl-Funktion, die durch einfache industriell durchführbare Transformationen zum Beispiel in eine Amid- oder Alkoholfunktion umgewandelt, aber auch durch Reaktion mit mehrfach funktionalisierten Linkern quervernetzt werden kann. Somit eignen sich ungesättigte Fettsäuren nicht nur zur Herstellung von Thermoplasten, es sollte vielmehr auch möglich sein, duromere Materialien zu erhalten.In terms of volume, the production of polymers is at around 300 million tons per year (2013), the second largest area in the chemical industry after fuel production (Association of the Chemical Industry, Chemical Industry in Figures 2015, Frankfurt, 2015). For the most part, fossil raw materials are currently used. Due to climate issues and the limited availability of fossil raw materials, there is a growing interest in polymers made from renewable raw materials (Agency for Renewable Raw Materials, Series Renewable Raw Materials 34: Market Analysis Renewable Raw Materials, Gülzow, 2014). Unsaturated fatty acid derivatives from vegetable oils are interesting starting materials because they contain a double bond that can in principle be polymerized. In addition to the long, non-polar alkyl chain, they have a polar carboxyl function as a second structural element, which can be converted into an amide or alcohol function through simple, industrially feasible transformations, for example, but can also be cross-linked through reaction with multiply functionalized linkers. Unsaturated fatty acids are therefore not only suitable for the production of thermoplastics, it should also be possible to obtain thermoset materials.

Die Herstellung unfunktionalisierter Polyolefine hat spätestens durch die Entdeckungen von Ziegler und Natta zur katalytischen Polymerisation von Ethylen und Propylen eine immense industrielle Bedeutung erlangt ( L. L. Böhm, Angew.Chem. 2003, 115, 5162-5183; K. Ziegler, Angew. Chem. 1955, 67, 541-547 und K. Ziegler, H. Breil, E. Holzkamp, H. Martin, DPB Nr. 973626, 1960 ). Sie verwendeten heterogene, auf Titan oder Zirkonium basierende, Katalysatoren zur Aktivierung der C=C-Bindung. Kaminsky et al. konnten dieses Konzept auf lösliche, homogene Katalysatoren erweitern und so nicht nur mechanistische Erkenntnisse über die Polymerisationsreaktion gewinnen, sondern auch industriell anwendbare Katalysatoren entwickeln, die neben herausragenden Aktivitäten auch eine steuerbare Kontrolle der Taktizität der erhaltenen Polymere ermöglichen ( H. Sinn, W. Kaminsky, H.-J. Vollmer, R. Woldt, Angew. Chem. 1980, 92, 396-399 und W. Kaminsky, K. Külper, H. H. Brintzinger, F. R. W. P. Wild, Angew. Chem. 1985, 97, 507-508 .). Ein entscheidender Nachteil dieser Systeme ist jedoch die geringe Toleranz der stark Lewis-sauren Metallzentren gegenüber funktionellen Gruppen.The manufacture of unfunctionalized polyolefins has achieved immense industrial importance at the latest through the discoveries of Ziegler and Natta for the catalytic polymerization of ethylene and propylene ( LL Böhm, Angew. Chem. 2003, 115, 5162-5183; K. Ziegler, Angew. Chem. 1955, 67, 541-547 and K. Ziegler, H. Breil, E. Holzkamp, H. Martin, DPB No. 973626, 1960 ). They used heterogeneous catalysts based on titanium or zirconium to activate the C = C bond. Kaminsky et al. were able to extend this concept to soluble, homogeneous catalysts and thus not only gain mechanistic knowledge about the polymerization reaction, but also develop industrially applicable catalysts which, in addition to outstanding activities, also enable a controllable control of the tacticity of the polymers obtained ( H. Sinn, W. Kaminsky, H.-J. Vollmer, R. Woldt, Angew. Chem. 1980, 92, 396-399 and W. Kaminsky, K. Külper, HH Brintzinger, FRWP Wild, Angew. Chem. 1985, 97, 507-508 .). A decisive disadvantage of these systems, however, is the low tolerance of the strongly Lewis acidic metal centers towards functional groups.

Auch auf Pflanzenölen basierende Monomere können schon heute polymerisiert werden. Durch Selbstmetathese (P. B. van Dam, M. C. Mittelmeijer, C. Boelhouven, J. C. S. Chem. Commun. 1972, 1221-1222), isomerisierende Alkoxycarbonylierung ( C. Jimenez-Rodriguez, G. R. Eastham, D. J. Cole-Hamilton, Inorg. Chem. Commun. 2005, 8, 878-881 ) oder Ozonolyse ( M. Naudet, J. Pasero, Fette, Seifen, Anstrichmittel 1960, 62, 1110-1112 ) ungesättigter Fettsäurederivate können ungesättigte und gesättigte α,ω-Diester erhalten werden, die mit Diolen zu Polyestern umgesetzt werden können (D. Quinzler, S. Mecking, Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 4306-4308). Durch Pyrolyse von Ricinolsäure ( F. C. Naughton, J. Am. Oil Chem. Soc. 1974, 51, 65-71) oder Ethenolyse ungesättigter Fettsäurederivate (R. H. A. Bosma, F. van den Aardweg, J. C. Mol, J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1981, 1132-1133 ) sind ω-ungesättigte Fettsäurederivate zugänglich, die mit Ethen copolymerisiert werden können ( S. Warwel, F. Brüse, C. Demes, M. Kunz, M. Rüsch gen. Klaas, Chemosphere 2001, 39-48 und P. Aaltonen, B. Löfgren, Eur. Polym. J. 1997, 33, 1187-1190 ).Monomers based on vegetable oils can already be polymerized today. By self-metathesis (PB van Dam, MC Mittelmeijer, C. Boelhouven, JCS Chem. Commun. 1972, 1221-1222), isomerizing alkoxycarbonylation ( C. Jimenez-Rodriguez, GR Eastham, DJ Cole-Hamilton, Inorg. Chem. Commun. 2005, 8, 878-881 ) or ozonolysis ( M. Naudet, J. Pasero, Fette, Seifen, Anstrichmittel 1960, 62, 1110-1112 ) Unsaturated fatty acid derivatives, unsaturated and saturated α, ω-diesters can be obtained, which can be reacted with diols to form polyesters (D. Quinzler, S. Mecking, Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 4306-4308). By pyrolysis of ricinoleic acid ( Naughton FC, J. Am. Oil Chem. Soc. 1974, 51, 65-71) or ethenolysis of unsaturated fatty acid derivatives (RHA Bosma, F. van den Aardweg, JC Mol, J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1981, 1132-1133 ) ω-unsaturated fatty acid derivatives are accessible, which can be copolymerized with ethene ( S. Warwel, F. Brüse, C. Demes, M. Kunz, M. Rüsch gen. Klaas, Chemosphere 2001, 39-48 and P. Aaltonen, B. Löfgren, Eur. Polym. J. 1997, 33, 1187-1190 ).

Polar modifizierte Polyolefine erhält man durch die Reaktion von (Poly-)Olefinen mit polaren Monomeren wie Acrylaten, Vinylestern oder Maleinaten. (S. Koltzenburg, M. Maskos, O. Nuyken: Polymere. Kap. 14.1.3.2., Springer Berlin 2014). Solche polar modifizierten Polyolefine erweitern das Anwendungsspektrum von reinen Polyolefinen erheblich. Sie werden u.a. als Klebstoff- und Siegelkomponenten, für schützende Wachsschichten, als Absorber und als Ionentauscher verwendet. Grundlage aller dieser Anwendungen sind durch die polare Modifikation erhöhte Adhäsionskräfte. Grundsätzlich sollte eine solche polare Modifikation auch durch natürliche Fettsäuren und ihre strukturellen Derivate erzielt werden können. Dies hätte zusätzlich den Vorteil, dass diese Fettsäuren im Gegensatz zu den o.a. polaren Monomeren biogener Herkunft und nicht toxisch sind. Es ist jedoch bislang nicht möglich, die innenständige C=C-Bindung natürlicher Fettsäuren ohne vorgelagerte, schwierige Reaktionsschritte (wie die Metathese) mit Olefinen zu copolymerisieren.Polar modified polyolefins are obtained by reacting (poly) olefins with polar monomers such as acrylates, vinyl esters or maleate. (S. Koltzenburg, M. Maskos, O. Nuyken: Polymers. Chap. 14.1.3.2., Springer Berlin 2014). Such polar modified polyolefins expand the range of applications of pure polyolefins considerably. They are used, among other things, as adhesive and sealing components, for protective wax layers, as absorbers and as ion exchangers. All of these applications are based on increased adhesive forces due to the polar modification. In principle, it should also be possible to achieve such a polar modification using natural fatty acids and their structural derivatives. This would have the additional advantage that, in contrast to the polar monomers mentioned above, these fatty acids are of biogenic origin and non-toxic. So far, however, it has not been possible to copolymerize the internal C = C bond of natural fatty acids without upstream, difficult reaction steps (such as metathesis) with olefins.

Ein entscheidender Nachteil der bisherigen Methoden zur Polymerisation fettbasierter Monomere liegt daher darin, dass die Ausgangsmaterialien in einem ersten Reaktionsschritt in (co-)polymerisierbare Monomere umgewandelt werden müssen. Hierbei müssen teilweise hochreine Edukte verwendet werden oder es fallen Koppelprodukte an, die zum Erreichen einer nachhaltigen Rohstoffnutzung in anderen Prozessen sinnvolle Anwendungen finden müssen. Eine direkte Polymerisation interner (innenständiger) Doppelbindungen, wie sie in natürlichen Fetten ausschließlich vorkommen, die dabei auch kompatibel ist mit Carboxyl-Gruppen, dem essentiellen Strukturmerkmal von Fetten, war bisher nicht möglich. Ebenso wenig war es bisher möglich, die Doppelbindung in ungesättigten Fettsäure-Derivaten durch eine Doppelbindungs-Isomerisierung quantitativ in die terminale Position zu bringen und auf diesem Wege terminal ungesättigte Fettsäure-Derivate ohne stöchiometrisch anfallende Koppelprodukte herzustellen. Was hingegen bereits möglich ist, ist eine ω-Funktionalisierung ungesättigter Fettsäure-Derivate, wie die bereits erwähnte isomerisierende Alkoxycarbonylierung ( C. Jimenez-Rodriguez, G. R. Eastham, D. J. Cole-Hamilton, Inorg. Chem. Commun. 2005, 8, 878-881 ) oder auch isomerisierende Hydroformulierungen ( A. Behr, D. Obst, A. Westfechtel, Eur. J. Lidip Sci. Technol. 2005, 107, 213-219 ) und Hydroborierungen ( K. Y. Ghebreyessus, R. J. Angelici, Organometallics 2006, 25, 3040-3044 ). Hierbei wird ein Katalysator an die Doppelbindung addiert, wandert die gesättigte Kohlenstoffkette entlang und kann dann selektiv, sobald er die terminale Position erreicht hat, die gewünschte Folgereaktion bewirken. Anders ist es bei der von Gooßen beschriebenen isomerisierenden Metathese ungesättigter FettsäureEster (D. M. Ohlmann, N. Tschauder, J.-P. Stockis, K. Gooßen, M. Dierker, L. J. Gooßen, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 13716-13729). Hier wird ein Isomerisierungs-Katalysator mit einem Metathese-Katalysator kombiniert, wobei ungesättigte Produkte mit verschiedenen Kettenlängen erhalten werden. Dies deutet darauf hin, dass der Isomerisierungs-Katalysator die Doppelbindung verschiebt und dabei auch von dieser abgespalten wird. In einer weiteren Reaktion, die gleichzeitig stattfindet, werden dann durch den Metathese-Katalysator Kreuz- und Homo-Kopplungsprodukte verschiedener Kettenlänge gebildet.A decisive disadvantage of the previous methods for polymerizing fat-based monomers is therefore that the starting materials have to be converted into (co) polymerizable monomers in a first reaction step. Here, in some cases, highly pure starting materials have to be used or by-products arise that have to find meaningful applications in other processes in order to achieve sustainable use of raw materials. A direct polymerization of internal (internal) double bonds, as they only occur in natural fats, which is also compatible with carboxyl groups, the essential structural feature of fats, has not been possible until now. It has also not been possible so far to bring the double bond in unsaturated fatty acid derivatives quantitatively into the terminal position by double bond isomerization and in this way to prepare terminally unsaturated fatty acid derivatives without stoichiometrically occurring by-products. What is already possible, however, is an ω-functionalization of unsaturated fatty acid derivatives, such as the isomerizing alkoxycarbonylation ( C. Jimenez-Rodriguez, GR Eastham, DJ Cole-Hamilton, Inorg. Chem. Commun. 2005, 8, 878-881 ) or isomerizing hydroformulations ( A. Behr, D. Obst, A. Westfechtel, Eur. J. Lidip Sci. Technol. 2005, 107, 213-219 ) and hydroborations ( KY Ghebreyessus, RJ Angelici, Organometallics 2006, 25, 3040-3044 ). A catalyst is added to the double bond, migrates along the saturated carbon chain and can then selectively bring about the desired subsequent reaction as soon as it has reached the terminal position. It is different with the isomerizing metathesis of unsaturated fatty acid esters described by Goossen (DM Ohlmann, N. Tschauder, J.-P. Stockis, K. Goossen, M. Dierker, LJ Goossen, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 13716-13729). Here an isomerization catalyst is combined with a metathesis catalyst, whereby unsaturated products with different chain lengths are obtained. This indicates that the isomerization catalyst shifts the double bond and is also split off from it in the process. In a further reaction that takes place at the same time, the metathesis catalyst then forms cross-coupling and homo-coupling products of different chain lengths.

Es war eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, nachwachsende Rohstoffe, wie natürliche Fettsäuren und deren Derivate, insbesondere Pflanzenöle und davon abgeleitete Verbindungen, einer effizienten Copolymerisation zugänglich zu machen und damit Materialien, Copolymere, bereitzustellen, die nachhaltig hergestellt und vielseitig eingesetzt werden können.It was an object of the present invention to make renewable raw materials such as natural fatty acids and their derivatives, in particular vegetable oils and compounds derived therefrom, accessible to efficient copolymerization and thus to provide materials, copolymers, which can be sustainably produced and used in a variety of ways.

Insbesondere war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Copolymerisation unter Verwendung von innenständig ungesättigten Verbindungen (insbesondere natürlichen Fettsäuren, deren Estern, insbesondere Triglyceriden wie etwa Pflanzenölen) und α-Olefinen bereitzustellen.In particular, it was an object of the present invention to provide a process for copolymerization using internally unsaturated compounds (in particular natural fatty acids, their esters, in particular triglycerides such as vegetable oils) and α-olefins.

Weiterhin war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Copolymerisation unter Verwendung innenständig ungesättigter Verbindungen (wie oben beschrieben) bereitzustellen, bei dem die Copolymerisation in einer one-pot Reaktion mit möglichst quantitativer Umsetzung der Ausgansmaterialien stattfindet.Furthermore, it was an object of the present invention to provide a process for copolymerization using internally unsaturated compounds (as described above) in which the copolymerization takes place in a one-pot reaction with the most quantitative conversion possible of the starting materials.

Ferner sollten bei dem Verfahren (wie oben beschrieben) Produkte (Copolymere) mit definierten Eigenschaften erhalten werden, die einen gezielten Einsatz sowie eine weitere Funktionalisierung erlauben.Furthermore, in the process (as described above) products (copolymers) with defined properties should be obtained which allow targeted use and further functionalization.

Die oben definierten Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Copolymers wie in Anspruch 1 definiert.The objects defined above are achieved by a method for producing a copolymer as defined in claim 1.

Durch die Kombination eines Isomerisierungskatalysator mit einem Polymerisationskatalysator ist es möglich, die Doppelbindung innenständig ungesättigter Verbindungen zu isomerisieren und in Gegenwart von α-Olefinen eine Copolymerisation zu erreichen. Hierbei sorgt der Isomerisierungskatalysator dafür, dass sich eine Mischung der verschiedenen Doppelbindungsisomere bildet. In dieser Mischung befindet sich ein Anteil terminaler Doppelbindungsisomere. Die terminale Doppelbindung solcher Isomere wird dann vom Polymerisationskatalysator mit einem α-Olefin copolymerisiert. Durch die Reaktion des terminalen Doppelbindungsisomers wird dieses verbraucht und somit dem Gleichgewicht, das durch den Isomerisierungskatalysator eingestellt wird, entzogen. Gemäß dem Prinzip von Le-Chatelier führt ein solcher, äußerer Zwang, der auf ein Gleichgewicht ausgeübt wird, dazu, dass sich das Gleichgewicht mit dem gleichen Verhältnis der verschiedenen Isomere neu einstellt bzw. einzustellen versucht. Somit wird das benötigte terminale Doppelbindungs-Isomer stetig nachgebildet, sobald es in der Polymerisationsreaktion verbraucht worden ist. Deshalb ist es möglich, z.B. native, ungesättigte Fettsäureester direkt einzusetzen und zu Copolymeren mit α-Olefinen zu gelangen. Die erhaltenen Copolymere sind statistische Copolymere, die einen hohen Grad an Verzweigung aufweisen. Je nach Wahl der Reaktionsbedingungen können unterschiedliche Polymere erhalten werden.By combining an isomerization catalyst with a polymerization catalyst, it is possible to isomerize the double bond of internally unsaturated compounds and to achieve copolymerization in the presence of α-olefins. The isomerization catalyst ensures that a mixture of the different double bond isomers is formed. This mixture contains a proportion of terminal double bond isomers. The terminal double bond of such isomers is then copolymerized with an α-olefin by the polymerization catalyst. The reaction of the terminal double bond isomer consumes it and thus removes it from the equilibrium established by the isomerization catalyst. According to the principle of Le Chatelier, such an external compulsion, which is exerted on an equilibrium, leads to the equilibrium being re-established or attempted with the same ratio of the different isomers. The required terminal double bond isomer is thus continuously reproduced as soon as it has been consumed in the polymerization reaction. It is therefore possible, for example, to use native, unsaturated fatty acid esters directly and to arrive at copolymers with α-olefins. The copolymers obtained are random copolymers which have a high degree of branching. Different polymers can be obtained depending on the choice of reaction conditions.

Überraschenderweise ist so eine direkte Umsetzung der innenständig ungesättigten Ausgangsverbindung zu einem Copolymer möglich. Zudem erfolgt die Copolymerisation unter vollständiger Integration der Verbindung der Formel (I) einschließlich ihrer polaren Gruppe G, wodurch polar modifizierte Polymerisationsprodukte erhalten werden, die einer weiteren Modifikation bzw. einer breiten Anwendung, beispielsweise als Klebstoff- und Siegelkomponenten, für schützende Wachsschichten, als Absorber und als Ionentauscher zugänglich sind. Es war insbesondere nicht zu erwarten, dass eine solche Umsetzung so erfolgreich sein würde, da im Gleichgewicht der Anteil des terminalen Doppelbindungsisomers sehr gering ist, und es deshalb gelingen musste, diesen kleinen Anteil aus dem Gleichgewicht heraus zu polymerisieren, so dass er nachgebildet wird. Erschwerend kommt hinzu, dass die polare Gruppe G der ungesättigten Verbindung der Formel (I) die Aktivität des Polymerisationskatalysators herabsetzt.Surprisingly, a direct conversion of the internally unsaturated starting compound into a copolymer is possible in this way. In addition, the copolymerization takes place with complete integration of the compound of the formula (I) including its polar group G, as a result of which polar modified polymerization products are obtained which can be further modified or widely used, for example as adhesive and sealing components, for protective wax layers, as absorbers and are accessible as ion exchangers. In particular, it was not to be expected that such a reaction would be so successful, since the proportion of the terminal double bond isomer is very low in equilibrium and it therefore had to be possible to polymerize this small proportion out of equilibrium so that it is reproduced. A further complicating factor is that the polar group G of the unsaturated compound of the formula (I) reduces the activity of the polymerization catalyst.

1 stellt schematisch die Copolymerisation von Ölsäuremethylester mit Ethen als Beispiel für das erfindungsgemäße Verfahren dar. Der Isomerisierungskatalysator (Kat. A) veranlasst die Bildung einer Mischung von Doppelbindungsisomeren umfassend terminale Doppelbindungsisomere. Die terminalen Doppelbindungsisomere werden in Gegenwart des Polymerisationskatalysators (Kat. B) mit dem Ethen copolymerisiert und damit der Isomerenmischung irreversibel entzogen. In Folge dessen werden terminale Doppelbindungsisomere nachgebildet. Das gebildete Copolymer kann verzweigte und unverzweigte Alkylreste und CH2-Ketten unterschiedlicher Länge aufweisen, was in der Darstellung durch die ganzzahligen Vielfachen m, n und den Rest Alk- angedeutet ist. 1 shows schematically the copolymerization of oleic acid methyl ester with ethene as an example of the process according to the invention. The isomerization catalyst (Cat. A) causes the formation of a mixture of double bond isomers comprising terminal double bond isomers. The terminal double bond isomers are copolymerized with the ethene in the presence of the polymerization catalyst (cat. B) and thus irreversibly removed from the isomer mixture. As a result, terminal double bond isomers are reproduced. The copolymer formed can have branched and unbranched alkyl radicals and CH 2 chains of different lengths, which is indicated in the illustration by the integer multiples m, n and the alk- radical.

Erfindungsgemäß findet die Isomerisierung und die Copolymerisation in einer one-pot-Reaktion statt.According to the invention, the isomerization and the copolymerization take place in a one-pot reaction.

Da der Isomerisierungskatalysator ein Gleichgewicht sämtlicher Doppelbindungsisomeren der ungesättigten Verbindung einzustellen versucht, ist es besonders vorteilhaft, wenn der Isomerenmischung die terminalen Doppelbindungsisomere kontinuierlich durch Polymerisation entzogen und dann entsprechend nachgebildet werden. Dadurch lässt sich eine weitgehende Umsetzung der eingesetzten ungesättigten Verbindung erreichen.Since the isomerization catalyst tries to establish an equilibrium of all the double bond isomers of the unsaturated compound, it is particularly advantageous if the terminal double bond isomers are continuously withdrawn from the isomer mixture by polymerization and then appropriately reproduced. As a result, the unsaturated compound used can be largely converted.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren ist der Isomerisierungskatalysator ein homogener oder heterogener Katalysator. Der Polymerisationskatalysator ist in dem erfindungsgemäßen Verfahren ein homogener oder heterogener Katalysator.In the process according to the invention, the isomerization catalyst is a homogeneous or heterogeneous catalyst. In the process according to the invention, the polymerization catalyst is a homogeneous or heterogeneous catalyst.

Erfindungsgemäß wird zumindest der Polymerisationskatalysator in situ gebildet.According to the invention, at least the polymerization catalyst is formed in situ.

Eine besonders aktive Form des Isomerisierungskatalysators und des Polymerisationskatalysators kann in situ gebildet werden, wenn die nötigen Ausgangsstoffe in dem Reaktionsgemisch vorgelegt werden. Beispiele hierfür sind weiter unten beschrieben.A particularly active form of the isomerization catalyst and the polymerization catalyst can be formed in situ if the necessary starting materials are initially introduced into the reaction mixture. Examples of this are described below.

Der Isomerisierungskatalysator ist in dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Katalysator zum Herstellen von verschiedenen Doppelbindungsisomeren des aliphatischen, innenständig einfach ungesättigten Restes R der Verbindung der Formel (I).In the process according to the invention, the isomerization catalyst is a catalyst for preparing various double bond isomers of the aliphatic, internally monounsaturated radical R of the compound of the formula (I).

Der Isomerisierungskatalysator ist bevorzugt dazu eingerichtet, eine innenständige Doppelbindung in dem aliphatischen Rest so zu isomerisieren, dass eine Mischung entsteht, in der terminale Doppelbindungsisomere des ungesättigten Rests zu einem bestimmten Anteil vorliegen und in einer (Co-)Polymerisationsreaktion umgesetzt werden können.The isomerization catalyst is preferably set up to isomerize an internal double bond in the aliphatic radical in such a way that a mixture is formed in which terminal double bond isomers of the unsaturated radical are present in a certain proportion and can be converted in a (co) polymerization reaction.

Im erfindungsgemäßen Verfahren umfasst der Isomerisierungskatalysator Pd.In the process according to the invention, the isomerization catalyst comprises Pd.

Erfindungsgemäß ist der Isomerisierungskatalysator eine Koordinationsverbindung von Pd.According to the invention, the isomerization catalyst is a coordination compound of Pd.

Übergangsmetallkomplexe eignen sich besonders gut als Katalysatoren für die Isomerisierung von Doppelbindungen in dem ungesättigten aliphatischen Rest R der Verbindung der Formel (I). Besonders geeignete Beispiele für Isomerisierungskatalysatoren werden im Folgenden beschrieben.Transition metal complexes are particularly suitable as catalysts for the isomerization of double bonds in the unsaturated aliphatic radical R of the compound of the formula (I). Particularly suitable examples of isomerization catalysts are described below.

Erfindungsgemäß ist der Isomerisierungskatalysator [MeCN]2PdCl2, [(t-Bu3P)Pd(µ-Br)]2, PdBr2 oder ein in situ daraus gebildetes Produkt; der Isomerisierungskatalysator kann in Kombination mit einem oder mehreren weiteren Isomerisierungskatalysatoren eingesetzt werden.According to the invention, the isomerization catalyst is [MeCN] 2 PdCl 2 , [(t-Bu 3 P) Pd (μ-Br)] 2 , PdBr 2 or a product formed therefrom in situ; the isomerization catalyst can be used in combination with one or more further isomerization catalysts.

[MeCN]2PdCl2 ist besonders stabil und wird daher bevorzugt eingesetzt.[MeCN] 2 PdCl 2 is particularly stable and is therefore used with preference.

Ein in situ gebildetes Produkt wie oben angegeben entsteht dabei insbesondere aus einem Halogenid-Komplex durch Austausch des Halogenids mit einem schwach koordinierenden Gegenion, wie z.B. SbF6 zu einem aktivierten Katalysatorkomplex und einem Halogenidsalz, z.B. AgCl. Für die Aktivierung des Dimers [(t-Bu3P)Pd(µ-Br)]2 in situ wird in Gooßen et al., Org. Lett. 2012, 14, 3716-3719 ein Mechanismus vorgeschlagen .A product formed in situ as indicated above arises in particular from a halide complex by exchanging the halide with a weakly coordinating counterion, such as SbF 6, to form an activated catalyst complex and a halide salt, eg AgCl. For the activation of the dimer [(t-Bu 3 P) Pd (μ-Br)] 2 in situ, Goossen et al., Org. Lett. 2012, 14, 3716-3719 proposed a mechanism.

Erfindungsgemäß ist der Polymerisationskatalysator eine Koordinationsverbindung von Pd.According to the invention, the polymerization catalyst is a coordination compound of Pd.

Geeignete Verbindungen für Polymerisationskatalysatoren werden im Folgenden beschrieben.Suitable compounds for polymerization catalysts are described below.

Erfindungsgemäß hat der Polymerisationskatalysator in seiner aktiven Form eine freie Koordinationsstelle, die aus einer kationischen Verbindung mit einem vorzugsweise schwach koordinierenden Gegenion als erstem Liganden, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus SbF6 -, OTf-, BF4 -, CF3SO3 - und BAr4 -, entsteht.According to the invention, the polymerization catalyst in its active form has a free coordination site which consists of a cationic compound with a preferably weakly coordinating counterion as the first ligand, preferably selected from the group consisting of SbF 6 - , OTf - , BF 4 - , CF 3 SO 3 - and BAr 4 - , arises.

Unter einem schwach koordinierenden Gegenion ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ein Anion zu verstehen, welches eine geringe Wechselwirkung mit dem Metallzentrum des Polymerisationskatalysators aufweist. Daher erfolgt eine Dissoziation besonders leicht, wodurch eine freie Koordinationsstelle am Metallzentrum entsteht, welche dann als Koordinationsstelle für die Monomere bei der Polymerisation dient. Ein schwach koordinierendes Gegenion kann auch ein Lösungsmittelmolekül sein.In connection with the present invention, a weakly coordinating counterion is to be understood as meaning an anion which has little interaction with the metal center of the polymerization catalyst. Dissociation therefore takes place particularly easily, as a result of which a free coordination site is created at the metal center, which then serves as a coordination site for the monomers during the polymerization. A weakly coordinating counterion can also be a solvent molecule.

Erfindungsgemäß wird daher der Polymerisationskatalysator in situ durch Reaktion eines Halogenidmetallkomplexes, insbesondere eines Chlorids, Iodids, Bromids oder Cyanids des Metallkomplexes mit einem Metallsalz des Gegenions hergestellt, bevorzugt durch Reaktion des Chlorometallkomplexes mit AgSbF6.According to the invention, the polymerization catalyst is therefore produced in situ by reacting a metal halide complex, in particular a chloride, iodide, bromide or cyanide of the metal complex with a metal salt of the counterion, preferably by reacting the chlorometal complex with AgSbF 6 .

Alternativ kann der aktive Polymerisationskatalysator aber auch vorab synthetisiert werden. Beispiele hierzu finden sich in Brookhart et al, J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 6414-6415 (BAF-Komplexe) und Brookhart et al., J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 267-268 (Acrylat-Komplexe).Alternatively, the active polymerization catalyst can also be synthesized beforehand. Examples of this can be found in Brookhart et al, J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 6414-6415 (BAF complexes) and Brookhart et al., J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 267-268 (Acrylate complexes).

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren wie oben beschrieben, wobei der Polymerisationskatalysator - neben dem Halogenid bzw. dem schwach koordinierenden Gegenion - einen zweiten Liganden trägt, der eine Insertion in die Metall-Ligand-Bindung erlaubt, nämlich einen Liganden ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, Alkyl, vorzugsweise Methyl, halogeniertem Alkyl und Acrylat.According to the invention, a process is as described above, wherein the polymerization catalyst - in addition to the halide or the weakly coordinating counterion - carries a second ligand which allows insertion into the metal-ligand bond, namely a ligand selected from the group consisting of H, Alkyl, preferably methyl, halogenated alkyl and acrylate.

Acrylat stellt einen zweizähnigen Chelatliganden dar und kann auch zugleich als erster Ligand fungieren.Acrylate is a bidentate chelate ligand and can also act as a first ligand at the same time.

Zudem sind Carbanionen als zweiter Ligand geeignet.In addition, carbanions are suitable as a second ligand.

Es wird derzeit angenommen, dass die Polymerisation vorzugsweise nach einem Koordinations-/Insertions-Mechanismus (Cossee-Arlman Mechanismus) erfolgt, bei dem ein intermediärer Koordinationskomplex mit dem Monomer und der wachsenden Polymerkette als Liganden gebildet wird, und es anschließend zu einer Insertion des Monomers zwischen Polymerkette und Metall innerhalb der Koordinationssphäre des Metallzentrums kommt.It is currently believed that the polymerization preferably occurs according to a coordination / insertion mechanism (Cossee-Arlman mechanism), in which an intermediate coordination complex is formed with the monomer and the growing polymer chain as ligands, and it then leads to an insertion of the monomer between polymer chain and metal comes within the coordination sphere of the metal center.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Polymerisationskatalysator durch einen weiteren Liganden stabilisiert. Die meisten Übergangsmetalle bilden Komplexe mit mehr als zwei Liganden. Im Falle von Pd sind dies insbesondere die stabilen, quadratisch planaren Komplexe mit d8-Konfiguration. Geeignete Liganden für diese Komplexe, die bevorzugte Polymerisierungskatalysatoren für das erfindungsgemäße Verfahren darstellen, werden im Folgenden beschrieben.In the process according to the invention, the polymerization catalyst is stabilized by a further ligand. Most transition metals form complexes with more than two ligands. In the case of Pd, these are in particular the stable, square-planar complexes with d 8 configuration. Suitable ligands for these complexes, which are preferred polymerization catalysts for the process according to the invention, are described below.

Erfindungsgemäß ist ein Polymerisierungskatalysator, wobei der weitere Ligand über ein Heteroatom, nämlich N an das Metallzentrum koordinieren.According to the invention is a polymerization catalyst, the further ligand coordinating via a heteroatom, namely N, to the metal center.

Erfindungsgemäß ist der weitere Ligand ein zweizähniger Ligand, nämlich ein Diimino-Ligand.According to the invention, the further ligand is a bidentate ligand, namely a diimino ligand.

Die Verwendung sterisch anspruchsvoller Liganden verhindert vorteilhafterweise den Austausch der wachsenden Polymerkette gegen neues Monomer, was zu einer Erhöhung des Polymerisationsgrades führt.The use of sterically demanding ligands advantageously prevents the exchange of the growing polymer chain for new monomer, which leads to an increase in the degree of polymerization.

Beispiele für den bzw. die weiteren Liganden sowie deren Synthese können Qing et al, Macromolecules 2009, 42, 7789-7796 entnommen werden.Examples of the other ligand or ligands and their synthesis can be found in Qing et al, Macromolecules 2009, 42, 7789-7796.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren ist der Polymerisationskatalysator eine Verbindung der Formel (II)

Figure DE102016120134B4_0003
wobei

R1
ausgewählt ist aus H, Alkyl, halogeniertem Alkyl und Acrylat,
R2 und R3
jeweils unabhängig Aryl oder Alkyl bedeuten,
M
Metall bedeutet,
L
ausgewählt ist aus SbF6 -, OTf-, BF4 -, CF3SO3 - und BAr4
und
Ar
Aryl bedeutet.
In the process according to the invention, the polymerization catalyst is a compound of the formula (II)
Figure DE102016120134B4_0003
in which
R1
is selected from H, alkyl, halogenated alkyl and acrylate,
R2 and R3
each independently represent aryl or alkyl,
M.
Metal means
L.
is selected from SbF 6 - , OTf - , BF 4 - , CF 3 SO 3 - and BAr 4
and
Ar
Means aryl.

Der Polymerisationskatalysator der Formel (II) wird in situ durch Austausch eines Halogenid- oder Cyanidliganden durch einen Liganden L erzeugt. Dabei ist M = Pd.The polymerization catalyst of the formula (II) is generated in situ by replacing a halide or cyanide ligand with a ligand L. Where M = Pd.

Insbesondere bevorzugt ist ein Verfahren wie oben beschrieben, wobei der Polymerisationskatalysator ein α-Diimino-Palladium-Komplex, vorzugsweise [(2,6-(i-Pr)2C6H3-N=C(Me)C(Me)=N-2,6-(i-Pr)2C6H3)Pd(CH3)]SbF6 ist.A process as described above is particularly preferred, the polymerization catalyst being an α-diimino-palladium complex, preferably [(2,6- (i-Pr) 2 C 6 H 3 -N = C (Me) C (Me) = N-2,6- (i-Pr) 2 C 6 H 3 ) Pd (CH 3 )] SbF 6 .

Da der Isomerisierungskatalysator und der Polymerisationskatalysator jeweils das gleiche Metall als Zentralatom des eingesetzten Übergangsmetallkomplexes aufweisen, kann vorteilhafterweise größtenteils vermieden werden, dass es zu unerwünschten Wechselwirkungen zwischen den beiden Katalysatoren kommt, die die Aktivität einschränken bzw. verhindern könnten.Since the isomerization catalyst and the polymerization catalyst each have the same metal as the central atom of the transition metal complex used, it is advantageously possible for the most part to avoid undesired interactions between the two catalysts which could restrict or prevent the activity.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können zwei, drei oder mehr verschiedene ungesättigte Verbindungen der Formel (I) und/oder zwei, drei oder mehr verschiedene α-Olefine im Reaktionsgemisch vorliegen; dies ist in manchen Fällen bevorzugt.In the process according to the invention, two, three or more different unsaturated compounds of the formula (I) and / or two, three or more different α-olefins can be present in the reaction mixture; this is preferred in some cases.

In diesem Fall entstehen bei der Polymerisation statistische Copolymere der im Reaktionsgemisch vorliegenden Ausgangsstoffe. Dabei können die Eigenschaften des Polymerisationsprodukts über die Zusammensetzung der Ausgangsmischung und die Reaktionsbedingungen gesteuert werden.In this case, the polymerization gives rise to random copolymers of the starting materials present in the reaction mixture. The properties of the polymerization product can be controlled via the composition of the starting mixture and the reaction conditions.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren ist bzw. sind die zwei, drei, mehrere oder sämtliche der ungesättigte(n) Verbindung(en) der Formel (I) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkylestern einfach-ungesättigter Fettsäuren mit 14 bis 24 Kohlenstoffatomen.In the process according to the invention, the two, three, more or all of the unsaturated compound (s) of the formula (I) is or are selected from the group consisting of alkyl esters of monounsaturated fatty acids having 14 to 24 carbon atoms.

Bevorzugte einfach ungesättigte Fettsäuren mit 14 bis 24 Kohlenstoffatomen sind natürliche Fettsäuren aus Pflanzenölen. Sie und ihre Derivate und Vorläufer, z.B. Triglyceride, können in wirtschaftlichem Maßstab aus nachwachsenden Rohstoffen bereitgestellt werden. Durch den Einsatz solcher Ausgangsmaterialien in einer direkten Copolymerisation mit α-Olefinen wird eine nachhaltige und effiziente Herstellung von vielseitig einsetzbaren Copolymeren erstmals ermöglicht. Insbesondere können solche Copolymere als Klebstoff- und Siegelkomponenten, für schützende Wachsschichten, als Absorber und als Ionentauscher verwendet werden.Preferred monounsaturated fatty acids with 14 to 24 carbon atoms are natural fatty acids from vegetable oils. They and their derivatives and precursors, e.g. triglycerides, can be made available on an economical scale from renewable raw materials. By using such starting materials in a direct copolymerization with α-olefins, a sustainable and efficient production of versatile copolymers is made possible for the first time. In particular, such copolymers can be used as adhesive and sealing components, for protective wax layers, as absorbers and as ion exchangers.

Ölsäure kommt zu einem großen Anteil in gängigen Pflanzenölen, wie Sonnenblumenöl, Sojaöl und Rapsöl vor und kann daher leicht in großem Maßstab erhalten und gegebenenfalls derivatisiert werden.Oleic acid occurs to a large extent in common vegetable oils such as sunflower oil, soybean oil and rapeseed oil and can therefore easily be obtained on a large scale and, if necessary, derivatized.

Ganz besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die, zwei, drei, mehrere oder sämtliche der ungesättigte(n) Verbindung(en) der Formel (I) Triglyceride, insbesondere Pflanzenöle sind, bevorzugt ausgewählt aus Sonnenblumenöl, Sojaöl, Rapsöl und Palmöl.A method according to the invention is very particularly preferred, where the, two, three, more or all of the unsaturated compound (s) of the formula (I) are triglycerides, in particular vegetable oils, preferably selected from sunflower oil, soybean oil, rapeseed oil and palm oil.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass Triglyceride direkt in dem erfindungsgemäßen Verfahren als Ausgangsstoffe eingesetzt werden können. Damit sind Pflanzenöle, insbesondere Sonnenblumenöl, Sojaöl, Rapsöl und Palmöl (Palmolein), ohne vorherige, separate Umsetzungsschritte direkt der Copolymerisation zugänglich. Dabei können zwei oder sogar alle drei der ungesättigten Fettsäurereste eines Triglycerids an einer Copolymerisationsreaktion beteiligt sein, wodurch es zu einer Verzweigung bzw. Vernetzung des Polymerisationsprodukts kommt.Surprisingly, it has been shown that triglycerides can be used directly as starting materials in the process according to the invention. This means that vegetable oils, in particular sunflower oil, soybean oil, rapeseed oil and palm oil (palm olein), are directly accessible to the copolymerization without prior, separate conversion steps. Two or even all three of the unsaturated fatty acid residues of a triglyceride can be involved in a copolymerization reaction, which leads to branching or crosslinking of the polymerization product.

Erfindungsgemäß ist das bzw. sind die α-Olefin(e) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethylen, Propylen, Isobuten, 1-Hexen, 1-Octen, 1-Decen, 1-Dodecen, 1-Tetradecen, 1-Hexadecen, 1-Octadecen und Styrol.According to the invention, the α-olefin (s) is or are selected from the group consisting of ethylene, propylene, isobutene, 1-hexene, 1-octene, 1-decene, 1-dodecene, 1-tetradecene, 1-hexadecene, 1 -Octadecene and styrene.

Dabei können insbesondere auch beliebige Mischungen aus zwei, drei, vier, fünf oder mehr α-Olefinen eingesetzt und die Eigenschaften des Polymerisationsprodukts entsprechend gesteuert werden.In particular, any mixtures of two, three, four, five or more α-olefins can also be used and the properties of the polymerization product can be controlled accordingly.

Offenbart hierein ist auch die Verwendung einer ungesättigten Verbindung der Formel (I) R-G (I) wobei jeweils unabhängig voneinander

R
einen aliphatischen, innenständig einfach ungesättigten Rest bezeichnet
und
G
eine Gruppe (polare Gruppe, siehe oben) bezeichnet, die ausgewählt ist aus Carboxygruppe, Carboxylestergruppe, Glycerinestergruppe, Hydroxygruppe, Alkoxygruppe und Aryloxygruppe,
zur Herstellung eines Copolymers mit einem α-Olefin, wobei die Verbindung der Formel (I) unter vollständiger Beibehaltung sämtlicher Kohlenstoffatome ihres aliphatischen Restes R sowie unter Beibehaltung ihrer Gruppe G in das Copolymer integriert wird.Disclosed herein is the use of an unsaturated compound of the formula (I) RG (I) each being independent of one another
R.
denotes an aliphatic, internally monounsaturated radical
and
G
denotes a group (polar group, see above) which is selected from carboxy group, carboxyl ester group, glycerol ester group, hydroxyl group, alkoxy group and aryloxy group,
for the preparation of a copolymer with an α-olefin, the compound of the formula (I) being integrated into the copolymer with complete retention of all carbon atoms of its aliphatic radical R and with retention of its group G.

Hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung des Copolymers sei auf die Ausführungen zum entsprechenden erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen, die hier entsprechend gelten.With regard to the process for producing the copolymer, reference is made to the statements on the corresponding process according to the invention, which apply here accordingly.

Besonders bevorzugt findet die Herstellung des Copoylmers in einer one-pot-Reaktion, d.h. ohne vorgelagerte, separate Umsetzungsschritte der Verbindung der Formel (I), statt. Die Verbindung der Formel (I) wird dabei unter vollständiger Beibehaltung sämtlicher Kohlenstoffatome ihres aliphatischen Restes R sowie unter Beibehaltung ihrer Gruppe G in das Copolymer integriert. Vorteilhafterweise kommt es daher kaum zur Bildung von Nebenprodukten.The copolymer is particularly preferably prepared in a one-pot reaction, i.e. without upstream, separate reaction steps for the compound of the formula (I). The compound of the formula (I) is integrated into the copolymer with complete retention of all carbon atoms of its aliphatic radical R and with retention of its group G. Advantageously, there is therefore hardly any formation of by-products.

Innenständig einfach ungesättigte Verbindungen der Formel (I) waren bislang dem direkten Einsatz in einer Copolymerisation mit α-Olefinen nicht zugänglich. Durch die vorliegende Erfindung ist es gelungen solche Verbindungen, insbesondere natürliche Fettsäuren und sogar Triglyceride wie Pflanzenöle der direkten Verwendung in einer Copolymerisation zugänglich zu machen. Damit können nachwachsende Rohstoffe erstmals in wirtschaftlicher Weise für die Produktion vielseitig einsetzbarer Polymere verwendet werden.Internally monounsaturated compounds of the formula (I) have hitherto not been amenable to direct use in a copolymerization with α-olefins. The present invention has made it possible to make such compounds, in particular natural fatty acids and even triglycerides such as vegetable oils, available for direct use in a copolymerization. This means that, for the first time, renewable raw materials can be used economically for the production of versatile polymers.

Hinsichtlich der Identität der der ungesättigten Verbindung der Formel (I) im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Verwendung gilt das oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Gesagte entsprechend.With regard to the identity of the unsaturated compound of the formula (I) in connection with the use according to the invention, what has been said above in connection with the process according to the invention applies accordingly.

Weiterhin offenbart hierin ist die Verwendung eines Isomerisierungskatalysators, vorzugsweise eines Isomerisierungskatalysators wie vorstehend definiert, zur Herstellung eines Copolymers einer Verbindung der Formel (I) R-G (I) wobei jeweils unabhängig voneinander

R
einen aliphatischen, innenständig einfach ungesättigten Rest bezeichnet
und
G
eine Gruppe (polare Gruppe, siehe oben) bezeichnet, die ausgewählt ist aus Carboxygruppe, Carboxylestergruppe, Hydroxygruppe, Glycerinestergruppe, Alkoxygruppe und Aryloxygruppe,
mit einem α-Olefin, wobei die Verbindung der Formel (I) unter vollständiger Beibehaltung sämtlicher Kohlenstoffatome ihres aliphatischen Restes R sowie unter Beibehaltung ihrer Gruppe G in das Copolymer integriert wird.Also disclosed herein is the use of an isomerization catalyst, preferably an isomerization catalyst as defined above, for the preparation of a copolymer of a compound of the formula (I) RG (I) each being independent of one another
R.
denotes an aliphatic, internally monounsaturated radical
and
G
denotes a group (polar group, see above) which is selected from carboxy group, carboxyl ester group, hydroxyl group, glycerol ester group, alkoxy group and aryloxy group,
with an α-olefin, the compound of the formula (I) being integrated into the copolymer with complete retention of all carbon atoms of its aliphatic radical R and with retention of its group G.

Die Verwendung eines Isomerisierungskatalysators erlaubt es, eine Mischung von Doppelbindungsisomeren der innenständig ungesättigten Verbindung der Formel (I) zu erhalten, der die terminalen Doppelbindungsisomere durch die Polymerisation kontinuierlich entzogen und entsprechend nachgebildet werden. Durch die erfindungsgemäße Verwendung können somit innenständig einfach ungesättigten Verbindungen der Formel (I), insbesondere natürliche Fettsäuren und sogar Triglyceride wie Pflanzenöle erstmals direkt mit α-Olefinen copolymerisiert werden.The use of an isomerization catalyst makes it possible to obtain a mixture of double bond isomers of the internally unsaturated compound of the formula (I) from which the terminal double bond isomers are continuously withdrawn by the polymerization and correspondingly reproduced. As a result of the use according to the invention, internally monounsaturated compounds of the formula (I), in particular natural fatty acids and even triglycerides such as vegetable oils, can be copolymerized directly with α-olefins for the first time.

Ferner offenbart ist auch die Verwendung eines Polymerisationskatalysators, vorzugsweise eines Polymerisationskatalysators wie vorstehend definiert, zur Herstellung eines Copolymers einer Verbindung der Formel (I) R-G (I) wobei jeweils unabhängig voneinander

R
einen aliphatischen, innenständig einfach ungesättigten Rest bezeichnet
und
G
eine Gruppe bezeichnet, die ausgewählt ist aus Carboxygruppe, Carboxylestergruppe, Hydroxygruppe, Glycerinestergruppe, Alkoxygruppe und Aryloxygruppe,
mit einem α-Olefin, wobei die Verbindung der Formel (I) unter vollständiger Beibehaltung sämtlicher Kohlenstoffatome ihres aliphatischen Restes R sowie unter Beibehaltung ihrer Gruppe G in das Copolymer integriert wird.The use of a polymerization catalyst, preferably a polymerization catalyst as defined above, for the preparation of a copolymer of a compound of the formula (I) is also disclosed RG (I) each being independent of one another
R.
denotes an aliphatic, internally monounsaturated radical
and
G
denotes a group selected from carboxy group, carboxyl ester group, hydroxyl group, glycerol ester group, alkoxy group and aryloxy group,
with an α-olefin, the compound of the formula (I) being integrated into the copolymer with complete retention of all carbon atoms of its aliphatic radical R and with retention of its group G.

Durch die Verwendung eines Polymerisationskatalysators bei der Herstellung eines Copolymers werden die terminalen Doppelbindungsisomere der einfach ungesättigten Verbindungen der Formel (I) copolymerisiert und damit kontinuierlich der Mischung aller Doppelbindungsisomere entzogen. Vorteilhafterweise wird dabei die einfach ungesättigte Verbindungen der Formel (I) unter vollständiger Beibehaltung sämtlicher Kohlenstoffatome ihres aliphatischen Restes R sowie unter Beibehaltung ihrer Gruppe G in das Copolymer integriert, so dass kaum Nebenprodukte gebildet werden.By using a polymerization catalyst in the preparation of a copolymer, the terminal double bond isomers of the monounsaturated compounds of the formula (I) are copolymerized and thus continuously removed from the mixture of all double bond isomers. The monounsaturated compounds of the formula (I) are advantageously integrated into the copolymer with complete retention of all carbon atoms of their aliphatic radical R and with retention of their group G, so that hardly any by-products are formed.

Schließlich betrifft die vorliegender Erfindung auch die Verwendung einer Kombination von einem Isomerisierungskatalysator und einem Polymerisationskatalysatorwie in Anspruch 2 definiert.Finally, the present invention also relates to the use of a combination of an isomerization catalyst and a polymerization catalyst as defined in claim 2.

Dabei findet die Herstellung des Copolymers in einer one-pot-Reaktion, d.h. ohne vorgelagerte, separate Umsetzungsschritte der Verbindung der Formel (I) statt. Die Kombination von einem Isomerisierungskatalysator und einem Polymerisationskatalysator erlaubt den vollständigen Einbau der Verbindung der Formel (I) in das Copolymer, d.h. unter vollständiger Beibehaltung sämtlicher Kohlenstoffatome ihres aliphatischen Restes R sowie unter Beibehaltung ihrer Gruppe G. Vorteilhafterweise kommt es daher kaum zur Bildung von Nebenprodukten und die effiziente Herstellung vielseitig einsetzbarer Polymere aus nachwachsenden Rohstoffen, wie Fettsäuren und deren Derivaten und Triglyceriden wie z.B. Pflanzenölen, als Ausgangsmaterial wird möglich. Die entstehenden, durch den Einbau des Restes G polar modifizierten Polymere eignen sich besonders für eine weitere Funktionalisierung oder den Einsatz als Klebstoff- und Siegelkomponenten, für schützende Wachsschichten, als Absorber und als Ionentauscher.The production of the copolymer takes place in a one-pot reaction, i.e. without upstream, separate conversion steps of the compound of the formula (I). The combination of an isomerization catalyst and a polymerization catalyst allows the complete incorporation of the compound of the formula (I) into the copolymer, ie with complete retention of all carbon atoms of its aliphatic radical R and with retention of its group G. Advantageously, there is therefore hardly any formation of by-products and the efficient production of versatile polymers from renewable raw materials such as fatty acids and their derivatives and triglycerides such as vegetable oils as a starting material becomes possible. The resulting polymers modified by the incorporation of the radical G polar are particularly suitable for further functionalization or use as adhesive and sealing components, for protective wax layers, as absorbers and as ion exchangers.

Je nach Wahl der Reaktionsbedingungen können unterschiedliche Polymere erhalten werden. Das effizienteste Katalysatorsystem ist die Kombination des Isomerisierungskatalysators [(tBu3P)Pd[µ-Br)]2 mit dem Polymerisationskatalysator (Ar-N=C(Me)C(Me)=N-Ar)Pd(CH3)SbF6 (Ar = 2,6-diisopropylphenyl), welcher in situ durch Reaktion des korrespondierenden Chloro-Komplexes mit AgSbF6 gebildet wird. Hierbei ist die Aktivität von (Ar-N=C(Me)C(Me)=N-Ar)Pd(CH3)SbF6 im Vergleich zu anderen Kombinationen am höchsten und es wird die größte Polymermenge erhalten. [(tBu3P)Pd[µ-Br)]2 ist jedoch, insbesondere in Lösung, sehr oxidationsempfindlich. Aus diesem Grund wird er in manchen Fällen vorteilhaft durch das deutlich stabilere [MeCN]2PdCl2 ersetzt werden. Reaktionen bei oder unter Raumtemperatur liefern die größte Polymerausbeute mit den höchsten Polymerisationsgraden. Eine Erhöhung der Temperatur führt jedoch, genauso wie die Verringerung der Lösungsmittelmenge bzw. der Verzicht auf dieses, zu Polymeren mit höherer Einbaurate des polaren Olefins.Different polymers can be obtained depending on the choice of reaction conditions. The most efficient catalyst system is the combination of the isomerization catalyst [(tBu 3 P) Pd [µ-Br)] 2 with the polymerization catalyst (Ar-N = C (Me) C (Me) = N-Ar) Pd (CH 3 ) SbF 6 (Ar = 2,6-diisopropylphenyl), which is formed in situ by reaction of the corresponding chloro complex with AgSbF 6 . Here, the activity of (Ar-N = C (Me) C (Me) = N-Ar) Pd (CH 3 ) SbF 6 is the highest compared to other combinations and the largest amount of polymer is obtained. However, [(tBu 3 P) Pd [µ-Br)] 2 is very sensitive to oxidation, especially in solution. For this reason, it will in some cases advantageously be replaced by the much more stable [MeCN] 2 PdCl 2 . Reactions at or below room temperature give the greatest polymer yield with the highest degrees of polymerization. However, increasing the temperature, like reducing the amount of solvent or doing without it, leads to polymers with a higher rate of incorporation of the polar olefin.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Beispiele näher erläutert, die jedoch nicht beschränkend zu verstehen sind.The present invention is explained in more detail below with the aid of some examples, which, however, are not to be understood as limiting.

FigurenlisteFigure list

  • 1 zeigt schematisch die Copolymerisation von Ölsäuremethylester mit Ethen als Beispiel für das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung eines Isomerisierungs-katalysator (Kat. A) und eines Polymerisationskatalysators (Kat. B). 1 shows schematically the copolymerization of oleic acid methyl ester with ethene as an example of the process according to the invention using an isomerization catalyst (Cat. A) and a polymerization catalyst (Cat. B).

Beispiel 1: Isomerisierende Copolymerisation unter Verwendung eines Pd(I) Komplexes als IsomerisierungskatalysatorExample 1: Isomerizing copolymerization using a Pd (I) complex as isomerization catalyst

Die Arbeiten werden unter Schutzgasatmosphäre (N2) durchgeführt. (Ar-N=C(Me)C(Me)=N-Ar)PdMeCI (4,5 mg, 0,008 mmol), AgSbF6 (14,1 mg, 0,041 mmol), [(tBu3P)Pd[µ-Br)]2 (12,8 mg, 0,016 mmol) und Ölsäuremethylester (489 mg, 1,65 mmol) werden in einem Hochdruckautoklav in 5 mL Dichlormethan gelöst, wobei die Silberhalogenide als weißer Feststoff ausfallen. Es wird Ethen aufgepresst und mehrmals entspannt, um den im Gasraum befindlichen Stickstoff zu verdrängen. Die Reaktion wird 19 Stunden bei Raumtemperatur unter konstantem Ethen-Druck von 2 bar gerührt. Zum Beenden der Reaktion wird die hochviskose Lösung mit Dichlormethan verdünnt, in Methanol / wässrige Salzsäure (30 mL; 90:10 v/v) gegeben und 2 Stunden gerührt, wobei das Polymer sofort ausfällt. Es wird dekantiert, und das Polymer wird mehrmals mit Methanol gewaschen, um Restmonomer zu entfernen. Das Polymer wird in Petrolether gelöst und filtriert. Nach Entfernen der Lösungsmittel am Rotationsverdampfer wird das Produkt 2 Stunden unter vermindertem Druck getrocknet. Zum Entfernen eventuell verbleibenden Restmonomers wird der Rückstand in Dichlormethan aufgenommen und mit Methanol ausgefällt. Dies wird wiederholt, bis kein Monomer mehr in der Probe vorhanden ist. Man erhält 2,16 g. Mittels analytischer GPC wird gezeigt, daß sich kein Restmonomer in der Probe befindet. Der Einbau des Comonomers wird durch FT-IR-Spektroskopie anhand der charakteristischen Bande der Ester-Gruppe bei 1754 cm-1 nachgewiesen. Durch Integration der Signale im 1H-NMR-Spektrum wurde eine Inkorporation des Comonomers von 0,07 mol% (= 0,7 Gew%) bestimmt.The work is carried out under a protective gas atmosphere (N 2 ). (Ar-N = C (Me) C (Me) = N-Ar) PdMeCl (4.5 mg, 0.008 mmol), AgSbF 6 (14.1 mg, 0.041 mmol), [(tBu 3 P) Pd [µ -Br)] 2 (12.8 mg, 0.016 mmol) and oleic acid methyl ester (489 mg, 1.65 mmol) are dissolved in 5 mL dichloromethane in a high pressure autoclave, the silver halides precipitating as a white solid. Ethene is injected and relaxed several times in order to displace the nitrogen in the gas space. The reaction is stirred for 19 hours at room temperature under a constant ethene pressure of 2 bar. To end the reaction, the highly viscous solution is diluted with dichloromethane, poured into methanol / aqueous hydrochloric acid (30 mL; 90:10 v / v) and stirred for 2 hours, the polymer precipitating immediately. It is decanted and the polymer is washed several times with methanol to remove residual monomer. The polymer is dissolved in petroleum ether and filtered. After the solvents have been removed on a rotary evaporator, the product is dried under reduced pressure for 2 hours. To remove any residual monomer that may remain, the residue is taken up in dichloromethane and precipitated with methanol. This is repeated until there is no more monomer in the sample. 2.16 g are obtained. Analytical GPC shows that there is no residual monomer in the sample. The incorporation of the comonomer is demonstrated by FT-IR spectroscopy on the basis of the characteristic band of the ester group at 1754 cm −1 . By integrating the signals in the 1 H-NMR spectrum, an incorporation of the comonomer of 0.07 mol% (= 0.7% by weight) was determined.

Beispiel 2: Isomerisierende Copolymerisation in Abwesenheit von LösungsmittelExample 2: Isomerizing copolymerization in the absence of solvent

Die Arbeiten werden unter Schutzgasatmosphäre (N2) durchgeführt. (Ar-N=C(Me)C(Me)=N-Ar)PdMeCI (5,0 mg, 0,009 mmol), AgSbF6 (15,0 mg, 0,04 mmol), [(tBu3P)Pd[µ-Br)]2 (7,2 mg, 0,009 mmol) und Ölsäuremethylester (1,19 g, 4,10 mmol) werden in einen Hochdruckautoklav gegeben, wobei die Silberhalogenide als weißer Feststoff ausfallen. Es wird Ethen aufgepresst und mehrmals entspannt, um den im Gasraum befindlichen Stickstoff zu verdrängen. Die Reaktion wird 18 Stunden bei 70 °C unter konstantem Ethen-Druck von 1 bar gerührt. Zum Beenden der Reaktion wird die hochviskose Lösung mit Dichlormethan verdünnt, in Methanol / wässrige Salzsäure (50 mL; 90:10 v/v) gegeben und 2 Stunden gerührt, wobei das Polymer sofort ausfällt. Es wird dekantiert, und das Polymer wird mehrmals mit Methanol gewaschen, um Restmonomer zu entfernen. Das Polymer wird in Petrolether gelöst und filtriert. Nach Entfernen der Lösungsmittel am Rotationsverdampfer wird das Produkt 2 Stunden unter vermindertem Druck getrocknet. Zum Entfernen eventuell verbleibenden Restmonomers wird der Rückstand in Dichlormethan aufgenommen und mit Methanol ausgefällt. Dies wird wiederholt, bis kein Monomer mehr in der Probe vorhanden ist. Man erhält 204 mg. Mittels analytischer GPC wird gezeigt, daß sich kein Restmonomer in der Probe befindet. Der Einbau des Comonomers wird durch FT-IR-Spektroskopie anhand der charakteristischen Bande der Ester-Gruppe bei 1754 cm-1 nachgewiesen. Durch Integration der Signale im 1H-NMR-Spektrum wurde eine Inkorporation des Comonomers von 0,4 mol% (= 4 Gew%) bestimmt.The work is carried out under a protective gas atmosphere (N 2 ). (Ar-N = C (Me) C (Me) = N-Ar) PdMeCl (5.0 mg, 0.009 mmol), AgSbF 6 (15.0 mg, 0.04 mmol), [(tBu 3 P) Pd [μ-Br)] 2 (7.2 mg, 0.009 mmol) and oleic acid methyl ester (1.19 g, 4.10 mmol) are placed in a high-pressure autoclave, the silver halides precipitating as a white solid. Ethene is injected and relaxed several times in order to displace the nitrogen in the gas space. The reaction is stirred for 18 hours at 70 ° C. under a constant ethene pressure of 1 bar. To end the reaction, the highly viscous solution is diluted with dichloromethane, poured into methanol / aqueous hydrochloric acid (50 mL; 90:10 v / v) and stirred for 2 hours, the polymer precipitating immediately. It is decanted and the polymer is washed several times with methanol to remove residual monomer. The polymer is dissolved in petroleum ether and filtered. After the solvents have been removed on a rotary evaporator, the product is dried under reduced pressure for 2 hours. To remove any residual monomer that may remain, the residue is taken up in dichloromethane and precipitated with methanol. This is repeated until there is no more monomer in the sample. 204 mg are obtained. Analytical GPC shows that there is no residual monomer in the sample. The incorporation of the comonomer is demonstrated by FT-IR spectroscopy on the basis of the characteristic band of the ester group at 1754 cm −1 . By integrating the signals in the 1 H-NMR spectrum, an incorporation of the comonomer of 0.4 mol% (= 4% by weight) was determined.

Beispiel 3: Isomerisierende Copolymerisation unter Verwendung eines luftstabilen Pd(II) Komplexes als IsomerisierungskatalysatorExample 3: Isomerizing copolymerization using an air-stable Pd (II) complex as isomerization catalyst

Die Arbeiten werden unter Schutzgasatmosphäre (N2) durchgeführt. (Ar-N=C(Me)C(Me)=N-Ar)PdMeCI (16,9 mg, 0,03 mmol), AgSbF6 (61,8 mg, 0,18 mmol), [MeCN]2PdCl2 (15,6 mg, 0,06 mmol) und Ölsäuremethylester (3,56 g, 12,0 mmol) werden in einen Hochdruckautoklav gegeben, wobei AgCl als weißer Feststoff ausfällt. Es wird Ethen aufgepresst und mehrmals entspannt, um den im Gasraum befindlichen Stickstoff zu verdrängen. Die Reaktion wird 18 Stunden bei 30 °C unter konstantem Ethen-Druck von 1 bar gerührt. Zum Beenden der Reaktion wird die hochviskose Lösung mit Dichlormethan verdünnt, in Methanol / wässrige Salzsäure (50 mL; 90:10 v/v) gegeben und 2 Stunden gerührt, wobei das Polymer sofort ausfällt. Es wird dekantiert, und das Polymer wird mehrmals mit Methanol gewaschen, um Restmonomer zu entfernen. Das Polymer wird in Petrolether gelöst und filtriert. Nach Entfernen der Lösungsmittel am Rotationsverdampfer wird das Produkt 16 Stunden unter vermindertem Druck getrocknet. Zum Entfernen eventuell verbleibenden Restmonomers wird der Rückstand in Dichlormethan aufgenommen und mit Methanol ausgefällt. Dies wird wiederholt, bis kein Monomer mehr in der Probe vorhanden ist. Man erhält 138 mg. Mittels analytischer GPC wird gezeigt, daß sich kein Restmonomer in der Probe befindet. Der Einbau des Comonomers wird durch FT-IR-Spektroskopie anhand der charakteristischen Bande der Ester-Gruppe bei 1746 cm-1 nachgewiesen. Durch Integration der Signale im 1H-NMR-Spektrum wurde eine Inkorporation des Comonomers von 0,4 mol% (= 4 Gew%) bestimmt.The work is carried out under a protective gas atmosphere (N 2 ). (Ar-N = C (Me) C (Me) = N-Ar) PdMeCl (16.9 mg, 0.03 mmol), AgSbF 6 (61.8 mg, 0.18 mmol), [MeCN] 2 PdCl 2 (15.6 mg, 0.06 mmol) and oleic acid methyl ester (3.56 g, 12.0 mmol) are placed in a high pressure autoclave, AgCl precipitating out as a white solid. Ethene is injected and relaxed several times in order to displace the nitrogen in the gas space. The reaction is stirred for 18 hours at 30 ° C. under a constant ethene pressure of 1 bar. To end the reaction, the highly viscous solution is diluted with dichloromethane, poured into methanol / aqueous hydrochloric acid (50 mL; 90:10 v / v) and stirred for 2 hours, the polymer precipitating immediately. It is decanted and the polymer is washed several times with methanol to remove residual monomer. The polymer is dissolved in petroleum ether and filtered. After removing the solvents on a rotary evaporator, the product is dried under reduced pressure for 16 hours. To remove any residual monomer that may remain, the residue is taken up in dichloromethane and precipitated with methanol. This is repeated until there is no more monomer in the sample. 138 mg are obtained. Analytical GPC shows that there is no residual monomer in the sample. The incorporation of the comonomer is demonstrated by FT-IR spectroscopy on the basis of the characteristic band of the ester group at 1746 cm −1 . By integrating the signals in the 1 H-NMR spectrum, an incorporation of the comonomer of 0.4 mol% (= 4% by weight) was determined.

Beispiel 4: Isomerisierende Copolymerisation von Triglyceriden in Abwesenheit von LösungsmittelnExample 4: Isomerizing copolymerization of triglycerides in the absence of solvents

Die Arbeiten werden unter Schutzgasatmosphäre (N2) durchgeführt. (Ar-N=C(Me)C(Me)=N-Ar)PdMeCI (8,0 mg, 0,014 mmol), AgSbF6 (19,6 mg, 0,057 mmol), [(tBu3P)Pd[µ-Br)]2 (11,1 mg, 0,0143 mmol) und Ölsäurereiches Sonnenblumenöl (1,691 g, 1,90 mmol) werden in einen Hochdruckautoklav gegeben, wobei die Silberhalogenide als weißer Feststoff ausfallen. Es wird Ethen aufgepresst und mehrmals entspannt, um den im Gasraum befindlichen Stickstoff zu verdrängen. Die Reaktion wird 19 Stunden bei 70 °C unter konstantem Ethen-Druck von 1 bar gerührt. Zum Beenden der Reaktion wird die hochviskose Lösung mit Dichlormethan verdünnt, Aceton (50 mL) zugegeben und 2 Stunden gerührt. Das Polymer wird durch Filtration durch Cellite® gesammelt, mehrfach mit Aceton gewaschen, um Restmonomer zu entfernen und mit Petrolether aus dem Filter gelöst. Nach Entfernen der Lösungsmittel am Rotationsverdampfer wird das Produkt 2 Stunden unter vermindertem Druck getrocknet. Zum Entfernen eventuell verbleibenden Restmonomers wird der Rückstand in Dichlormethan aufgenommen und mit Aceton ausgefällt. Dies wird wiederholt, bis kein Monomer mehr in der Probe vorhanden ist. Man erhält 90 mg. Mittels analytischer GPC wird gezeigt, daß sich kein Restmonomer in der Probe befindet. Der Einbau des Comonomers wird durch FT-IR-Spektroskopie anhand der charakteristischen Bande der Ester-Gruppe bei 1748 cm-1 nachgewiesen. Durch Integration der Signale im 1H-NMR-Spektrum wurde eine Inkorporation des Comonomers von 0,3 mol% (10 Gew%) bestimmt.The work is carried out under a protective gas atmosphere (N 2 ). (Ar-N = C (Me) C (Me) = N-Ar) PdMeCl (8.0 mg, 0.014 mmol), AgSbF 6 (19.6 mg, 0.057 mmol), [(tBu 3 P) Pd [µ -Br)] 2 (11.1 mg, 0.0143 mmol) and oleic acid-rich sunflower oil (1.691 g, 1.90 mmol) are placed in a high-pressure autoclave, the silver halides precipitating as a white solid. Ethene is injected and relaxed several times in order to displace the nitrogen in the gas space. The reaction is stirred for 19 hours at 70 ° C. under a constant ethene pressure of 1 bar. To end the reaction, the highly viscous solution is diluted with dichloromethane, acetone (50 mL) is added and the mixture is stirred for 2 hours. The polymer is collected by filtration through Celite®, washed several times with acetone to remove residual monomer and dissolved from the filter with petroleum ether. After the solvents have been removed on a rotary evaporator, the product is dried under reduced pressure for 2 hours. To remove any residual monomer that may remain, the residue is taken up in dichloromethane and precipitated with acetone. This is repeated until there is no more monomer in the sample. 90 mg are obtained. Analytical GPC shows that there is no residual monomer in the sample. The incorporation of the comonomer is demonstrated by FT-IR spectroscopy on the basis of the characteristic band of the ester group at 1748 cm −1 . By integrating the signals in the 1 H-NMR spectrum, an incorporation of the comonomer of 0.3 mol% (10% by weight) was determined.

Beispiel 5: Isomerisierende Copolymerisation von Triglyceriden unter Verwendung eines luftstabilen Pd(II) Komplexes als IsomerisierunqskatalysatorExample 5: Isomerizing copolymerization of triglycerides using an air-stable Pd (II) complex as isomerization catalyst

Die Arbeiten werden unter Schutzgasatmosphäre (N2) durchgeführt. (Ar-N=C(Me)C(Me)=N-Ar)PdMeCI (5,6 mg, 0,01 mmol), AgSbF6 (20,6 mg, 0,06 mmol), [MeCN]2PdCl2 (5,2 mg, 0,02 mmol) und Ölsäurereiches Sonnenblumenöl (3,56 g, 4,00 mmol) werden in einen Hochdruckautoklav in 1 mL Dichlormethan gelöst, wobei AgCl als weißer Feststoff ausfällt. Es wird Ethen aufgepresst und mehrmals entspannt, um den im Gasraum befindlichen Stickstoff zu verdrängen. Die Reaktion wird 17 Stunden bei 40 °C unter konstantem Ethen-Druck von 1 bar gerührt. Zum Beenden der Reaktion wird die hochviskose Lösung mit Dichlormethan verdünnt, Aceton (50 mL) zugegeben und 2 Stunden gerührt wobei das Polymer sofort ausfällt. Es wird dekantiert, und das Polymer wird mehrmals mit Aceton gewaschen, um Restmonomer zu entfernen. Das Polymer wird in Dichlormethan gelöst und filtriert. Nach Entfernen der Lösungsmittel am Rotationsverdampfer wird das Produkt 16 Stunden unter vermindertem Druck getrocknet. Zum Entfernen eventuell verbleibenden Restmonomers wird der Rückstand in Dichlormethan aufgenommen und mit Aceton ausgefällt. Dies wird wiederholt, bis kein Monomer mehr in der Probe vorhanden ist. Man erhält 323 mg. Mittels analytischer GPC wird gezeigt, daß sich kein Restmonomer in der Probe befindet. Der Einbau des Comonomers wird durch FT-IR-Spektroskopie anhand der charakteristischen Bande der Ester-Gruppe bei 1748 cm-1 nachgewiesen. Durch Integration der Signale im 1H-NMR-Spektrum wurde eine Inkorporation des Comonomers von 0,2 mol% (= 5 Gew%) bestimmt.The work is carried out under a protective gas atmosphere (N 2 ). (Ar-N = C (Me) C (Me) = N-Ar) PdMeCl (5.6 mg, 0.01 mmol), AgSbF 6 (20.6 mg, 0.06 mmol), [MeCN] 2 PdCl 2 (5.2 mg, 0.02 mmol) and oleic acid-rich sunflower oil (3.56 g, 4.00 mmol) are dissolved in 1 mL dichloromethane in a high-pressure autoclave, AgCl precipitating as a white solid. Ethene is injected and relaxed several times in order to displace the nitrogen in the gas space. The reaction is stirred for 17 hours at 40 ° C. under a constant ethene pressure of 1 bar. To end the reaction, the highly viscous solution is diluted with dichloromethane, acetone (50 mL) is added and the mixture is stirred for 2 hours, the polymer immediately precipitating out. It is decanted and the polymer is washed several times with acetone to remove residual monomer. The polymer is dissolved in dichloromethane and filtered. After removing the solvents on a rotary evaporator, the product is dried under reduced pressure for 16 hours. To remove any residual monomer that may remain, the residue is taken up in dichloromethane and precipitated with acetone. This is repeated until there is no more monomer in the sample. 323 mg are obtained. Analytical GPC shows that there is no residual monomer in the sample. The incorporation of the comonomer is demonstrated by FT-IR spectroscopy on the basis of the characteristic band of the ester group at 1748 cm −1 . By integrating the signals in the 1 H-NMR spectrum, an incorporation of the comonomer of 0.2 mol% (= 5% by weight) was determined.

Beispiel 6: Isomerisierende Copolymerisation von Ölsäuremethylester mit 1-HexenExample 6: Isomerizing copolymerization of oleic acid methyl ester with 1-hexene

Die Arbeiten werden unter Schutzgasatmosphäre (N2) durchgeführt. (Ar-N=C(Me)C(Me)=N-Ar)PdMeCI (5,6 mg, 0,01 mmol), AgOTf (15,4 mg, 0,06 mmol), [MeCN]2PdCl2 (5,2 mg, 0,02 mmol), 1-Hexen (339 mg, 4,03 mmol) und Ölsäuremethylester (437 mg, 1,47 mmol) werden bei 0 °C mit 20 mL DCM in einen Schlenk-Kolben gegeben, wobei AgCl als weißer Feststoff ausfällt. Die Reaktion wird 18 Stunden unter Auftauen auf Raumtemperatur gerührt. Zum Beenden der Reaktion wird die Lösung in Methanol / wässrige Salzsäure (30 mL; 90:10 v/v) gegeben und 2 Stunden gerührt, wobei das Polymer sofort ausfällt. Es wird dekantiert, und das Polymer wird mehrmals mit Methanol gewaschen, um Restmonomer zu entfernen. Das Polymer wird in Petrolether gelöst und filtriert. Nach Entfernen der Lösungsmittel am Rotationsverdampfer wird das Produkt 2 Stunden unter vermindertem Druck getrocknet. Zum Entfernen eventuell verbleibenden Restmonomers wird der Rückstand in Dichlormethan aufgenommen und mit Methanol ausgefällt. Dies wird wiederholt, bis kein Monomer mehr in der Probe vorhanden ist. Man erhält 53 mg. Mittels analytischer GPC wird gezeigt, daß sich kein Restmonomer in der Probe befindet. Der Einbau des Comonomers wird durch FT-IR-Spektroskopie anhand der charakteristischen Bande der Ester-Gruppe bei 1747 cm-1 nachgewiesen und daraus eine Inkorporation des Comonomers von 0,6 mol% (= 2 Gew%) abgeschätzt.The work is carried out under a protective gas atmosphere (N 2 ). (Ar-N = C (Me) C (Me) = N-Ar) PdMeCl (5.6 mg, 0.01 mmol), AgOTf (15.4 mg, 0.06 mmol), [MeCN] 2 PdCl 2 (5.2 mg, 0.02 mmol), 1-hexene (339 mg, 4.03 mmol) and oleic acid methyl ester (437 mg, 1.47 mmol) are placed in a Schlenk flask at 0 ° C. with 20 ml of DCM , whereby AgCl precipitates as a white solid. The reaction is stirred for 18 hours while thawing to room temperature. To end the reaction, the solution is added to methanol / aqueous hydrochloric acid (30 mL; 90:10 v / v) and stirred for 2 hours, the polymer immediately precipitating out. It is decanted and the polymer is washed several times with methanol to remove residual monomer. The polymer is dissolved in petroleum ether and filtered. After the solvents have been removed on a rotary evaporator, the product is dried under reduced pressure for 2 hours. To remove any residual monomer that may remain, the residue is taken up in dichloromethane and precipitated with methanol. This is repeated until there is no more monomer in the sample. 53 mg are obtained. Analytical GPC shows that there is no residual monomer in the sample. The incorporation of the comonomer is detected by FT-IR spectroscopy on the basis of the characteristic band of the ester group at 1747 cm −1 and an incorporation of the comonomer of 0.6 mol% (= 2% by weight) is estimated from this.

Beispiel 7: Isomerisierende Copolymerisation von Ölsäuremethylester mit 1-DecenExample 7: Isomerizing copolymerization of oleic acid methyl ester with 1-decene

Die Arbeiten werden unter Schutzgasatmosphäre (N2) durchgeführt. (Ar-N=C(Me)C(Me)=N-Ar)PdMeCI (5,6 mg, 0,01 mmol), AgSbF6 (20,6 mg, 0,06 mmol), [MeCN]2PdCl2 (5,2 mg, 0,02 mmol), 1-Decen (370 mg, 2,64 mmol) und Ölsäuremethylester (437 mg, 1,47 mmol) werden mit 10 mL DCM in einen Schlenk-Kolben gegeben, wobei AgCl als weißer Feststoff ausfällt. Die Reaktion wird 20 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Zum Beenden der Reaktion wird Methanol / wässrige Salzsäure (10 mL; 90:10 v/v) zum Reaktionsgemisch gegeben und 2 Stunden gerührt, wobei das Polymer sofort ausfällt. Es wird dekantiert, und das Polymer wird mehrmals mit Methanol gewaschen, um Restmonomer zu entfernen. Das Polymer wird in Dichlormethan gelöst und filtriert. Nach Entfernen der Lösungsmittel am Rotationsverdampfer wird das Produkt 2 Stunden unter vermindertem Druck getrocknet. Zum Entfernen eventuell verbleibenden Restmonomers wird der Rückstand in Tetrahydrofuran aufgenommen und mit Methanol ausgefällt. Dies wird wiederholt, bis kein Monomer mehr in der Probe vorhanden ist. Man erhält 46 mg. Mittels analytischer GPC wird gezeigt, daß sich kein Restmonomer in der Probe befindet. Der Einbau des Comonomers wird durch FT-IR-Spektroskopie anhand der charakteristischen Bande der Ester-Gruppe bei 1746 cm-1 nachgewiesen. Durch Integration der Signale im 1H-NMR-Spektrum wurde eine Inkorporation des Comonomers von 1,1 mol% (=̂ 2 Gew%) bestimmt.The work is carried out under a protective gas atmosphere (N 2 ). (Ar-N = C (Me) C (Me) = N-Ar) PdMeCl (5.6 mg, 0.01 mmol), AgSbF 6 (20.6 mg, 0.06 mmol), [MeCN] 2 PdCl 2 (5.2 mg, 0.02 mmol), 1-decene (370 mg, 2.64 mmol) and oleic acid methyl ester (437 mg, 1.47 mmol) are placed in a Schlenk flask with 10 mL DCM, whereby AgCl precipitates as a white solid. The reaction is stirred for 20 hours at room temperature. To end the reaction, methanol / aqueous hydrochloric acid (10 mL; 90:10 v / v) is added to the reaction mixture and stirred for 2 hours, the polymer immediately precipitating out. It is decanted and the polymer is washed several times with methanol to remove residual monomer. The polymer is dissolved in dichloromethane and filtered. After the solvents have been removed on a rotary evaporator, the product is dried under reduced pressure for 2 hours. To remove any residual monomer that may remain, the residue is taken up in tetrahydrofuran and precipitated with methanol. This is repeated until there is no more monomer in the sample. 46 mg are obtained. Analytical GPC shows that there is no residual monomer in the sample. The incorporation of the comonomer is demonstrated by FT-IR spectroscopy on the basis of the characteristic band of the ester group at 1746 cm −1 . By integrating the signals in the 1 H-NMR spectrum, an incorporation of the comonomer of 1.1 mol% (= ̂ 2% by weight) was determined.

Claims (2)

Verfahren zur Herstellung eines Copolymers, mit folgendem Schritt: Einstellen von Reaktionsbedingungen in einem Reaktionsgemisch umfassend - zumindest ein α-Olefin ausgewählt aus Ethylen, Propylen, Isobuten, 1-Hexen, 1-Octen, 1-Decen, 1-Dodecen, 1-Tetradecen, 1-Hexadecen, 1-Octadecen und Styrol, - zumindest eine ungesättigte Verbindung der Formel (I) R-G (I) wobei jeweils unabhängig voneinander R einen aliphatischen, innenständig einfach ungesättigten Rest bezeichnet und G eine Gruppe bezeichnet, die ausgewählt ist aus Carboxygruppe, Carboxylestergruppe, Glycerinestergruppe, Hydroxygruppe, Alkoxygruppe und Aryloxygruppe, wobei die Verbindung der Formel (I) ausgewählt ist aus (i) Alkylestern einfach-ungesättigter Fettsäuren mit 14 bis 24 Kohlenstoffatomen und (ii) Pflanzenölen, - zumindest einen Isomerisierungskatalysator zum Erzeugen eines Isomeren der ungesättigten Verbindung, das eine terminale Doppelbindung besitzt, ausgewählt aus [MeCN]2PdCl2 und [(t-Bu3P)Pd(µ-Br)]2 oder ein in situ daraus gebildetes Produkt, und - zumindest einen Polymerisationskatalysator für die Copolymerisation des α-Olefins mit dem Isomeren mit terminaler Doppelbindung, wobei der Polymerisationskatalysator eine Verbindung der Formel (II) ist
Figure DE102016120134B4_0004
Figure DE102016120134B4_0005
wobei R1 ausgewählt ist aus H, Alkyl, halogeniertem Alkyl und Acrylat, R2 und R3 jeweils unabhängig Aryl oder Alkyl bedeuten, M Metall bedeutet, L ausgewählt ist aus SbF6 -, OTf-, BF4, CF3SO3 - und BAr4 und Ar = Aryl bedeutet und wobei der Polymerisationskatalysator der Formel (II) in situ durch Austausch eines Halogenid- oder Cyanidliganden durch einen Liganden L erzeugt wird und M = Pd ist, so dass ein Copolymer des α-Olefins mit dem Isomeren mit terminaler Doppelbindung gebildet wird, wobei die Isomerisierung und die Copolymerisation in einer one-pot Reaktion stattfinden.
Process for producing a copolymer, having the following step: setting reaction conditions in a reaction mixture comprising - at least one α-olefin selected from ethylene, propylene, isobutene, 1-hexene, 1-octene, 1-decene, 1-dodecene, 1-tetradecene , 1-hexadecene, 1-octadecene and styrene, - at least one unsaturated compound of the formula (I) RG (I) where each independently R denotes an aliphatic, internally monounsaturated radical and G denotes a group which is selected from carboxy group, carboxyl ester group, glycerol ester group, hydroxyl group, alkoxy group and aryloxy group, the compound of formula (I) being selected from (i) alkyl esters of monounsaturated fatty acids with 14 to 24 carbon atoms and (ii) vegetable oils, - at least one isomerization catalyst for generating an isomer of the unsaturated compound which has a terminal double bond selected from [MeCN] 2 PdCl 2 and [(t-Bu 3 P) Pd (µ- Br)] 2 or a product formed therefrom in situ, and at least one polymerization catalyst for the copolymerization of the α-olefin with the isomer having a terminal double bond, the polymerization catalyst being a compound of the formula (II)
Figure DE102016120134B4_0004
Figure DE102016120134B4_0005
where R 1 is selected from H, alkyl, halogenated alkyl and acrylate, R 2 and R 3 are each independently aryl or alkyl, M is metal, L is selected from SbF 6 - , OTf - , BF 4 , CF 3 SO 3 - and BAr 4 and Ar = aryl and where the polymerization catalyst of the formula (II) is generated in situ by replacing a halide or cyanide ligand with a ligand L and M = Pd, so that a copolymer of the α-olefin with the isomer with Terminal double bond is formed, the isomerization and the copolymerization taking place in a one-pot reaction.
Verwendung einer Kombination von einem Isomerisierungskatalysator und einem Polymerisationskatalysator zur Herstellung eines Copolymers einer Verbindung der Formel (I) R-G (I) wobei jeweils unabhängig voneinander R einen aliphatischen, innenständig einfach ungesättigten Rest bezeichnet und G eine Gruppe bezeichnet, die ausgewählt ist aus Carboxygruppe, Carboxylestergruppe, Hydroxygruppe, Glycerinestergruppe, Alkoxygruppe und Aryloxygruppe, wobei die Verbindung der Formel (I) ausgewählt ist aus (i) Alkylestern einfach-ungesättigter Fettsäuren mit 14 bis 24 Kohlenstoffatomen und (ii) Pflanzenölen, mit einem α-Olefin ausgewählt aus Ethylen, Propylen, Isobuten, 1-Hexen, 1-Octen, 1-Decen, 1-Dodecen, 1-Tetradecen, 1-Hexadecen, 1-Octadecen und Styrol, wobei die Verbindung der Formel (I) unter vollständiger Beibehaltung sämtlicher Kohlenstoffatome ihres aliphatischen Restes R sowie unter Beibehaltung ihrer Gruppe G in das Copolymer integriert wird, wobei der Isomerisierungskatalysator [MeCN]2PdCl2 oder [(t-Bu3P)Pd(µ-Br)]2 oder ein in situ daraus gebildetes Produkt ist, wobei der Polymerisationskatalysator eine Verbindung der Formel (II) ist
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wobei R1 ausgewählt ist aus H, Alkyl, halogeniertem Alkyl und Acrylat, R2 und R3 jeweils unabhängig Aryl oder Alkyl bedeuten, M Metall bedeutet, L ausgewählt ist aus SbF6 -, OTf-, BF4, CF3SO3 - und BAr4 und Ar = Aryl bedeutet und wobei der Polymerisationskatalysator der Formel (II) in situ durch Austausch eines Halogenid- oder Cyanidliganden durch einen Liganden L erzeugt wird und M = Pd ist, und wobei die Isomerisierung und die Copolymerisation in einer one-pot Reaktion stattfinden.
Use of a combination of an isomerization catalyst and a polymerization catalyst for the preparation of a copolymer of a compound of the formula (I) RG (I) where in each case, independently of one another, R denotes an aliphatic, internally monounsaturated radical and G denotes a group selected from carboxy group, carboxyl ester group, hydroxyl group, glycerol ester group, alkoxy group and aryloxy group, the compound of the formula (I) being selected from (i) alkyl esters Monounsaturated fatty acids with 14 to 24 carbon atoms and (ii) vegetable oils, with an α-olefin selected from ethylene, propylene, isobutene, 1-hexene, 1-octene, 1-decene, 1-dodecene, 1-tetradecene, 1- Hexadecene, 1-octadecene and styrene, the compound of the formula (I) being integrated into the copolymer with complete retention of all carbon atoms of its aliphatic radical R and with retention of its group G, the isomerization catalyst [MeCN] 2 PdCl 2 or [(t -Bu 3 P) Pd (μ-Br)] 2 or a product formed therefrom in situ, the polymerization catalyst being a compound of the formula (II)
Figure DE102016120134B4_0006
where R 1 is selected from H, alkyl, halogenated alkyl and acrylate, R 2 and R 3 are each independently aryl or alkyl, M is metal, L is selected from SbF 6 - , OTf - , BF 4 , CF 3 SO 3 - and BAr 4 and Ar = aryl and where the polymerization catalyst of the formula (II) is generated in situ by replacing a halide or cyanide ligand with a ligand L and M = Pd, and where the isomerization and the copolymerization in a one-pot Reaction take place.
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