Untersuchung kooperativer Effekte bimetallischer Komplexe in der Polymersynthese

Das steigende Interesse der Nutzung bimetallischer Verbindungen in der ROP als auch in der ROCOP ist auf die hohe Synthesevielfalt, den Nachweis synergetischer Effekte, als auch die Eröffnung neuer Synthesemöglichkeiten bekannter Polymeren zurückzuführen. Heteroleptische Komplexe, die aus einem Liganden, mindestens je einem Metallzentrum und Initiator bestehen, bilden klassische Katalysatoren für RO(CO)P Prozesse, die eine kontrollierte Synthese definierter Polymere ermöglichen. β-Diketiminat- und β-Ketoiminat-substituierte Metallkomplexe haben sich für diesen Zweck als sehr effizient erwiesen, da ihre sterischen und elektronischen Eigenschaften und damit ihre katalytische Aktivität und Selektivität leicht modifiziert werden können. Dennoch ist die Verwendung solcher Ligandsysteme zur Synthese bimetallischer Komplexe und ihrer Nutzung in der RO(CO)P limitiert.

Zunächst wurden unter Verwendung von Ketodiiminat-Liganden neue bimetallische Komplexe synthetisiert und anschließend in ROP und ROCOP Prozessen untersucht, um ein tieferes Verständnis der Polymerisationsprozesse zu erhalten. Mit der Verwendung der neuen homobimetallischen Katalysatoren konnten kooperative Effekte innerhalb der Verbindungen gegenüber der ROP von Lactid und ɛ-Caprolacton nachgewiesen werden. Im Gegensatz zu strukturell ähnlichen Verbindungen wurden in der ROP von Lactid und ɛ-Caprolacton zyklische Polymere erhalten, die mit Hilfe von NMR, IR, MALDI-ToF-MS und GPC identifiziert wurden. Eine detaillierte mechanistische Aufklärung des Polymerisationsmechanismus erfolgte anhand der erhaltenen analytischen Daten und dem direkten Vergleich strukturähnlicher Verbindungen. Im Vergleich zu bislang bekannten, monometallischen Verbindungen, wurde durch Verwendung von Ketodiiminat-Komplexen eine deutlich höhere Aktivität unter milderen Reaktionsbedingungen festgestellt. Dagegen waren Ketodiiminat-Komplexe in ROCOP-Prozessen katalytisch inaktiv.

Klassische Katalysatoren für die ROCOP von Epoxiden mit Anhydriden oder CO2 sind heterobimetallische Komplexe, die der drei folgenden Klassen zugeordnet werden: 1) dimer; 2) ligandenverbrückt; 3) dinuklear. Metallsilylenen, die eine direkte Metall-Silizium-Bindung aufweisen, sind eine potenzielle neue Klasse heterobimetallischer Katalysatoren für ROCOP Prozesse. Eine hohe katalytische Aktivität der Silylene wurde in der ROP von Cyclohexenoxid nachgewiesen, jedoch wurde eine starke Abnahme der katalytischen Wirksamkeit bei Erhöhung der Monomer-Konzentration festgestellt. Kooperative Effekte zwischen den beiden Metallzentren in Hinblick auf die ROP von Cyclohexenoxid wurde ebenso experimentell belegt. Weiterhin führte die ROCOP von Cyclohexenoxid und Phthalsäureanhydrid nicht zu den erwartenden Co-Polyester sondern zu Polyethern, die einen geringen Polyester-Anteil aufwiesen. Die erhaltenden analytischen Daten sowie die kinetischen Studien deuten auf einen unkontrollierten Polymerisationsmechanismus hin. Eine katalytische Aktivität in der ROCOP von Cyclohexenoxid und CO2 wurde nicht nachgewiesen.

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