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本论文立足于过渡金属配合物乙烯催化剂的探索与合成,设计并成功制备了两大类过渡金属(铬和钯)配合物,经有机铝化合物活化后,这些配合物表现出乙烯齐聚或聚合催化活性。对配体上取代基的电子效应、位阻效应以及取代基的位置对催化活性以及所得聚合物性能的相互关系进行了阐述,系统地研究了各种聚合反应参数(如温度、Al/M摩尔比、时间等)对乙烯催化活性的影响。同时也对在合成配合物的过程中发现的多晶型现象进行了分析和讨论。本论文包括五个部分:
第一部分对烯烃聚合催化剂的发展历程进行了综述,介绍了几类重要的过渡金属催化剂的发展,重点介绍了铬和钯金属催化剂。讨论了催化剂结构和模型,催化性能和可能的催化反应机理。
第二部分合成了一系列吡啶双苯并咪唑的铬(Ⅲ)配合物,在系统地进行配合物分析和表征的基础上,对其中两个配合物进行了X-射线单晶结构分析,确证配合物中的铬原子与三个氮原子和三个氯原子配位,构成扭曲的八面体结构。当使用甲基铝氧烷(MAO)为助催化剂时,这些配合物表现很高的乙烯齐聚和聚合催化活性,其催化活性高达了2.37×107克乙烯·(摩尔铬)-1(小时)-1。其中齐聚物中线性α-烯烃的选择性大于90%,大部分催化体系中所得齐聚物遵从Schulz-Flory规则。其聚乙烯的测试研究表明,大多呈现多峰分布,核磁共振测试确认是线性端基不饱和的聚乙烯。当使用氯化二乙基铝(Et2AlCl)为助催化剂时,这些配合物表现出中等活性的乙烯聚合催化活性,平均分子量明显大于使用助催化剂MAO时所得到聚合物的分子量,是高度线形的聚乙烯。
第三部分合成了一系列含有吡啶单亚胺配体的铬(Ⅲ)配合物,在配合物常规结构分析基础上,对其中三个配合物进行了X-射线单晶结构分析,证实配合物中的铬原子与N,N,O三个原子和三个氯原子形成配位,构成扭曲的八面体,其中配体中酯基的氧原子也参加了配位。在EtAlCl2作用下,这些配合物对乙烯表现了中等的乙烯聚合催化活性,达到2.33×105克乙烯·(摩尔铬)-1(小时)-1。得到的聚合物大都呈现宽峰分布,分子量介于2.38-12万之间,熔点范围在131-134℃之间。反应条件(压力,Al/Cr,溶剂,温度)对它们的催化活性以及所得聚合物的性能影响较大。
第四部分合成了一系列含有吡啶单亚胺配体的钯(Ⅱ)配合物,通过X-射线衍射确证了它们的结构,钯原子是由两个氮原子和两个氯原子构成四配位的平面四边形结构。在MAO的作用下,它们对乙烯有中等程度的催化活性,得到的产物为丁烯和聚乙烯;对降冰片烯有很高的催化活性,获得加成聚合的聚降冰片烯。反应条件和配体的结构对配合物的催化行为有一定的影响。
第五部分配合物2-[1-(2,6-二异丙基苯亚胺)乙基]吡啶-溴化钯1在三氯甲烷里结晶为红色块状晶体,在甲醇里结晶为黄色针状晶体。我们对这种多晶型的现象进行结构测试表明,多晶型现象归结于两种晶体中溴原子与PdN2C2-金属芳香杂环不同的Br…π作用以及每个分子与别的分子间的不同的C-H…Br作用的数目。