Теоретическое исследование катализируемой неодимовой системой Циглера–Натта полимеризации 1,3-бутадиена

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

С использованием современных методов квантовой химии теоретически обоснована высокая цис-стереоспецифичность полимеризации 1,3-бутадиена, катализируемой системой Циглера–Натта на основе неодима. Для моделирования использовался наиболее цис-стереоспецифичный активный центр каталитической системы. На основе анализа полной свободной энергии Гиббса показано, что координация 1,3-бутадиена в транс-форме на 11 кДж/моль выгоднее, чем в цис-форме. Моделирование позволило установить тот факт, что энергия активации присоединения цис-1,3-бутадиена к терминальному π-аллильному активному центру на 10–15 кДж/моль ниже энергии активации присоединения транс-1,3-бутадиена. Это обстоятельство приводит к выводу, что 1,4-цис-стереоспецифичность неодимовой каталитической системы обусловлена не первичной координацией 1,3-бутадиена в его цис-конфигурации, а его более низкой энергией присоединения к активному центру. Проведено также теоретическое обоснование экспериментально установленных фактов влияния концентрации галогена на каталитическую активность неодимовой металлокомплексной системы. С использованием модельных активных центров, различающихся содержанием хлорид-ионов, получены результаты, объясняющие рост цис-стереоспецифичности и активности полимеризационной системы с ростом содержания хлорид-ионов. Установлены причины снижения концентрации активных центров относительно введенного Nd(III) при избытке хлорид-ионов и протекания анти-син-изомеризации как источника образования транс-1,4-структур в цис-1,4-полибутадиене.

About the authors

A. N. Masliy

Kazan National Research Technological University

420015 Kazan, K. Marks Street, 68

I. G. Akhmetov

Nizhnekamsk Chemical Engineering Institute (branch) of the Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education 'Kazan National Research Technological University'

423578 Nizhnekamsk, Builders Avenue, 47

A. M. Kuznetsov

Kazan National Research Technological University

420015 Kazan, K. Marks Street, 68

I. M. Davletbaeva

Kazan National Research Technological University

Email: davletbaeva09@mail.ru
420015 Kazan, K. Marks Street, 68

References

  1. Ziegler K., Holzkamp E., Breil H., Martin H. // Angew. Chem. Int. Ed. 1955. V. 67. № 19–20. P. 541.
  2. Natta G., Corradini P. // Makromol. Chem., Macromol. Chem. Phys. 1955. V. 16. № 1. P. 77.
  3. Ziegler K., Holzkamp E., Breil H., Martin H. // Angew. Chem. 1956. V. 68. P. 721.
  4. Natta V.G. // Makromol. Chem. 1955. V. 16. № 1. P. 213.
  5. Natta C. // J. Polym. Sci. 1960. V. 48. № 150. P. 219.
  6. Natta G., Porri L., Carbonaro A., Stoppa G. // Makromol. Chem., Macromol. Chem. Phys. 1964. V. 77. № 1. P. 114.
  7. Natta G., Porri L., Carbonaro A. // Makromol. Chem., Macromol. Chem. Phys. 1964. V. 77. № 1. P. 126.
  8. Tinyakova E.N., Dolgoplosk B.A., Zhuravleva T.G., Kovalevskaya R.N., Kuren’Gina T.N. // J. Polym. Sci. 1961. V. 52. № 157. P. 159.
  9. Cooper W., Vaughan G. // Prog. Polym. Sci. 1967. V. 1. P. 91.
  10. Saltman W.M. // The Stereo Rubbers. N.Y.: Wiley-Interscience. 1977. P. 1.
  11. Hsieh H.L., Yeh H.C. // Rubber Chem. Technol. 1985. V. 58. № 1. P. 117.
  12. Marina N.G., Monakov Y.B., Sabirov Z.M., Tolstikov G.A. // Polymer Sci. USSR. 1991. V. 33. № 3. P. 387.
  13. Friebe L., Nuyken O., Obrecht W. // Neodymium-Based Ziegler/Natta Catalysts–Fundamental Chemistry. 2006. P. 1.
  14. Fischbach A., Anwander R. // Neodymium Based Ziegler Catalysts Fundamental Chemistry / Ed by O. Nuyken Berlin; Heidelberg: Springer, 2006. V. 204. P. 155.
  15. Zhang Z., Cui D., Wang B., Liu B., Yang Y. // Molecular Catalysis of Rare-Earth Elements. Structure and Bonding. Berlin, Heidelberg: Springer. 2010. V. 137. P. 49.
  16. Wang F., Liu H., Hu Y., Zhang X. // Sci. China Technol. Sci. 2018. V. 61. № 9. P. 1286.
  17. Fan C., Bai C., Cai H., Dai Q., Zhang X., Wang F. // J. Polym. Sci., Polym. Chem. 2010. V. 48. № 21. P. 4768.
  18. Manuiko G.V., Salakhov I.I., Aminova G.A., Akhmetov I.G., Dyakonov G.S., Bronskaya V.V., Demidova E.V. // Theor. Found. Chem. Eng. 2010. V. 44. № 2. P. 139.
  19. Wang F., Zhang C.Y., Hu Y.M., Jia X.Y., Bai C.X., Zhang X.Q. // Polymer. 2012. V. 53. № 26. P. 6027.
  20. Wang F., Liu H., Zheng W., Guo J., Zhang C., Zhao L., Zhang X. // Polymer. 2013. V. 54. № 25. P. 6716.
  21. Georges S., Touré A.O., Visseaux M., Zinck P. // Macromolecules. 2014. V. 47. № 14. P. 4538.
  22. Zheng W., Yan N., Zhu Y., Zhao W., Zhang C., Zhang H., Zhang X. // Polym. Chem. 2015. V. 6. № 33. P. 6088.
  23. Tanaka R., Yuuya K., Sato H., Eberhardt P., Nakayama Y., Shiono T. // Polym.Chem. 2016. V. 7. № 6. P. 1239.
  24. Díaz de León Gómez R.E., Enríquez-Medrano F.J., Maldonado Textle H., Mendoza Carrizales R., Reyes Acosta K., Lopez Gonzalez H.R., Lugo Uribe L.E. // Can. J. Chem. Eng. 2016. V. 94. № 5. P. 823.
  25. Dai Q., Zhang X., Hu Y., He J., Shi C., Li Y., Bai C. // Macromolecules. 2017. V. 50. № 20. P. 7887.
  26. Luo Y., Gao Z., Chen J. // J. Organomet. Chem. 2017. V. 846. P. 18.
  27. Hollfelder C.O., Jende L.N., Diether D., Zelger T., Stauder R., Maichle-Mössmer C., Anwander R. // Catalysts. 2018. V. 8. № 2. P. 61.
  28. Göttker-Schnetmann I., Kenyon P., Mecking S. // Angew. Chem. 2019. V. 131. № 49. P. 17941.
  29. González-Zapata J.L., Enríquez-Medrano F.J., González H.R.L., Revilla-Vázquez J., Carrizales R.M., Georgouvel Á.C.D., León Gómez R.E.D. // RSC Adv. 2020. V. 10. № 72. P. 44096.
  30. Zheng W., Yang Q., Dong J., Wang F., Luo F., Liu H., Zhang X. // Mater. Today Commun. 2021. V. 27. P. 102453.
  31. Wang H., Cue J.M.O., Calubaquib E.L., Kularatne R.N., Taslimy S., Miller J.T., Stefan M.C. // Polym. Chem. 2021. V. 12. № 47. P. 6790.
  32. Cavalcante de Sá M.C., Córdova A.M.T., Díaz de León Gómez R.E., Pinto J.C. // Macromol. React. Eng. 2021. V. 15. № 5. P. 2100005.
  33. Córdova T., Enríquez-Medrano F.J., Cartagena E.M., Villanueva A.B., Valencia L., Álvarez E.N.C., Díaz-de-León R. // Polymers. 2022. V. 14. № 14. P. 2907.
  34. Tereshchenko K.A., Ulitin N.V., Bedrina P.S., Shiyan D.A., Lifanov A.D., Madzhidov T.I., Volfson S.I. // Ind. Eng. Chem. Res. 2022. V. 61. № 43. P. 15961.
  35. Iovu H., Hubca G., Simionescu E., Badea E.G., Dimonie M. // Angew. Makromol. Chem. 1997. V. 249. № 1. P. 59.
  36. Srinivāça Rao G.S., Upadhyay V.K., Jain R.C. // J. Appl. Polym. Sci. 1999. V. 71. № 4. P. 595.
  37. Ren C., Li G., Dong W., Jiang L., Zhang X., Wang F. // Polymer. 2007. V. 48. № 9. P. 2470.
  38. Hu Y., Zhang C., Liu X., Gao K., Cao Y., Zhang C., Zhang X. // J. Appl. Polym. Sci. 2014. V. 131. № 8. P. 40153.
  39. Kularatne R.N., Yang A., Nguyen H.Q., McCandless G.T., Stefan M.C. // Macromol. Rapid Commun. 2017. V. 38. № 19. P. 1700427.
  40. Oehme A., Gebauer U., Gehrke K., Beyer P., Hartmann B., Lechner M.D. // Macromol. Chem. Phys. 1994. V. 195. № 12. P. 3773.
  41. Boisson C., Barbotin F., Spitz R. // Macromol. Chem. Phys. 1999. V. 200. № 5. P. 1163.
  42. Friebe L., Nuyken O., Windisch H., Obrecht W. // Macromol. Chem. Phys. 2002. V. 203. № 8. P. 1055.
  43. Salakhov I.I., Akhmetov I.G., Kozlov V.G. // Polymer Sci. Ser. B. 2011. V. 53. № 7. P. 385.
  44. Монаков Ю.Б., Сабиров З.М., Марина Н.Г. // Высокомолек. соед. А. 1996. Т. 38. № 3. С. 407–417.
  45. Sigaeva N.N., Usmanov T.S., Budtov V.P., Spivak S.I., Monakov Y.B. // Polymer Science B. 2000. V. 42. № 1–2. P. 1.
  46. Sabirov Z.M., Urazbaev V.N., Efimov V.P., Mullagaliev I.R., Monakov Y.B. // Dokl. Phys. Chem. 2000. V. 372. № 4–6. P. 89.
  47. Monakov Y.B., Sabirov Z.M. // Int. J. Polym. Mater. 2001. V. 50. № 1. P. 57.
  48. Sigaeva N.N., Usmanov T.S., Budtov V.P., Spivak S.I., Monakov Y.B. // Int. J. Polym. Mater. 2001. V. 49. № 4. P. 475.
  49. Monakov B.Y., Sigaeva N.N. // Polymer Science C. 2001. V. 43. № 1. P. 61.
  50. Monakov Y.B., Sabirov Z.M., Duvakina N.V., Glukhov E.A., Ponomareva O.A., Spirikhin L.V. // Polymer Science A. 2001. V. 43. № 2. P. 91.
  51. Sigaeva N.N., Usmanov T.S., Budtov V.P., Monakov Y.B. // Russ. J. Appl. Chem. 2001. V. 74. № 7. P. 1141.
  52. Monakov Y.B., Sabirov Z.M., Urazbaev V.N., Efimov V.P. // Kinet. Catal. 2001. V. 42. № 3. P. 310.
  53. Monakov Y.B., Sabirov Z.M., Urazbaev V.N., Efimov V.P. // Polymer Science A. 2002. V. 44. № 3. P. 228.
  54. Sigaeva N.N., Usmanov T.S., Budtov V.P., Spivak S.I., Zaikov G.E., Monakov Y.B. // J. Appl. Polym. Sci. 2003. V. 87. № 3. P. 358.
  55. Urazbaev V.N., Efimov V.P., Sabirov Z.M., Monakov Y.B. // J. Appl. Polym. Sci. 2003. V. 89. № 3. P. 601.
  56. Tobisch S. // Acc. Chem. Res. 2002. V. 35. № 2. P. 96.
  57. Tobisch S. // Macromolecules. 2003. V. 36. № 16. P. 6235.
  58. Tobisch S. // Can. J. Chem. 2009. V. 87. № 10. P. 1392.
  59. Lin F., Wang M., Pan Y., Tang T., Cui D., Liu B. // Macromolecules. 2017. V. 50. № 3. P. 849.
  60. Bahri-Laleh N., Hanifpour A., Mirmohammadi S.A., Poater A., Nekoomanesh-Haghighi M., Talarico G., Cavallo L. // Prog. Polym. Sci. 2018. V. 84. P. 89.
  61. Guo Z.A., Xian J.Y., Rong L.R., Qin H., Jie Z. // Monatsh. Chem. 2019. V. 150. P. 1355.
  62. Nsiri H., Belaid I., Larini P., Thuilliez J., Boisson C., Perrin L. // ACS Catal. 2016. V. 6. № 2. P. 1028.
  63. Romano E., Budzelaar P.H., De Rosa C., Talarico G. // J. Phys. Chem. A. 2022. V. 126. № 36. P. 6203.
  64. Akhmetov I.G., Kozlov V.G., Salakhov I.I., Sakhabutdinov A.G., D‘yakonov G.S. // Int. Polym. Sci. Technol. 2010. V. 37. P. 1–5.
  65. Akhmetov I.G. // Dr. Chem. Sci. Diss. 2013. 379 p.
  66. Neese F. // WIREs Comput. Mol. Sci. 2012. V. 2. № 1. P. 73.
  67. Neese F. // WIREs Comput. Mol. Sci. 2017. V. 8. № 1. P. e1327.
  68. Becke A. // J. Chem. Phys. 1993. V. 98. P. 5648.
  69. Lee C., Yang W., Parr R.G. // Phys. Rev. B. 1988. V. 37. № 2. P. 785.
  70. Weigend F., Ahlrichs R. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2005. V. 7. № 18. P. 3297.
  71. Stoychev G.L., Auer A.A., Neese F. // J. Chem. Theory Comput. 2017. V. 13. № 2. P. 554.
  72. Dolg M., Stoll H., Preuss H. // J. Chem. Phys. 1989. V. 90. № 3. P. 1730.
  73. Grimme S., Antony J., Ehrlich S., Krieg H. // J. Chem. Phys. 2010. V. 132. № 15. P. 154104.
  74. Barone V., Cossi M. // J. Phys. Chem. A. 1998. V. 102. № 11. P. 1995.
  75. Cammi R., Mennucci B., Tomasi J. // J. Phys. Chem. A. 2000. V. 104. № 23. P. 5631–5637.
  76. Dapprich S., Komáromi I., Byun K.S., Morokuma K., Frisch M.J. // J. Mol. Struct. THEOCHEM. 1999. V. 461. P. 1.
  77. Grimme S., Bannwarth C., Shushkov P. // J. Chem. Theory Comput. 2017. V. 13. № 5. P. 1989.
  78. Bannwarth C., Ehlert S., Grimme S. // J. Chem. Theory Comput. 2019. V. 15. № 3. P. 1652.
  79. Ehlert S., Stahn M., Spicher S., Grimme S. // J. Chem. Theory Comput. 2021. V. 17. № 7. P. 4250.
  80. Anno T. // J. Chem. Phys. 1958. V. 28. № 5. P. 944.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences