Мостиковые хиральные металлоцены и способ их получения (варианты)
Мостиковые хиральные металлоцены, получаемые по изобретению, применяют в качестве компонента катализаторов полимеризации олефинов. Металлоцены имеют формулу (I), где М1 предпочтительно означает титан, цирконий или гафний, R1 означает остаток причем M2 означает углерод или кремний, R4 и R5 одинаковы и означают водород или алкильную группу, p - 1 или 2, R2 означает водород или алкильную группу, и остатки R3 одинаковые и означают галоген или алкильную группу, образуют вместе с алюмоксаном в качестве катализатора катализаторную систему, подходящую для полимеризации олефинов. 2 с. и 4 з.п. ф-лы.
Изобретение касается, в первую очередь, новых мостиковых хиральных металлоценов, которые могут быть выгодно использованы для получения высокомолекулярного полиэтилена или полимеров высших -олефинов с заданной степенью тактичности.



с соединением формулы III
X-R1-X (III)
образуется соединение формулы IV

и при взаимодействии последнего с соединением формулы V

получают соединение формулы VI

причем R1 и R2 имеют указанные для формулы I значения, а X для нуклеофильно-замещающейся группы означает галоген или о-тозил и М означает щелочной металл, или
б) для получения соединений формулы I, где R1 остаток

осуществляют взаимодействие соединения формулы VII

с соединением формулы II с образованием соединения формулы VI, причем заместители имеют указанные для формулы I значения и полученный по а) и б) продукт реакции формулы VI вводят во взаимодействие с соединением формулы VIII

где X' означает галоген и М1 имеет указанное в формуле I значение, с получением целевого продукта реакции, который при необходимости превращают в его производное. Лигандная система формулы VI может быть превращена по известным методам (J. Organomet. Chem. 288 (1985) 63) в металлоцендихлориды и действием алкилирующих агентов, например литийалкилов, по известным в литературе методам (J. Amer. Chem. Soc. 95 (1973) 6263) к металлоценам общей формулы I по схеме, представленной ниже.


Вариант способа а):
Флуоренил-анион II (раскрыт ниже при описании варианта в)), который также может быть замещенным, взаимодействует в инертном растворителе (см. описание варианта б)) с избытком реагента формулы X-R1-X, чтобы получить предпочтительно монозамещение. Берут реагент X-R1-X, и к нему медленно добавляют флуоренил-анион, причем постоянно поддерживается избыток мостикового реагента. В качестве отщепляемых групп X предпочтительны атомы галогена. Затем монозамещенный продукт взаимодействует с инденил-анионом Y, который также может быть замещенным, в инертном растворителе (см. вариант б)) в мольрном соотношении 0,5 1 до 1 0,5, предпочтительнее -1 1. При этом можно брать предварительно монозамещенный продукт или инденил-компоненты и смешивать с другими компонентами, предпочтительнее инденил-компоненты медленно добавлять к монозамещенному продукту. Температура реакции лежит в интервале от -78 до +120oC, предпочтительно в интервале от -40 до +40oC. Инденил-анион получен депротонированием соответствующего индена или замещенного индена (получение см. в варианте б)) сильным основанием в вышеуказанных растворителях. Для этого пригодны бутиллитий, гидрид натрия, гидрид калия, амид натрия или элементарные натрий или калий. После гидролитической обработки реакционной смеси лигандную систему формулы VI можно изолировать и очистить, применяя экстракцию, перекристаллизацию или колоночную хроматографию. Вариант способа б) для соединений формулы I, где
R1 остаток

Замещенные индены, используемые в качестве исходных веществ в соответствии с нижеприведенной схемой реакции, или могут быть коммерческим продуктом, или их можно получить известными в литературе способами конденсацией пятичленного цикла с ароматикой. В замещенные бензофульвены их превращают по известным в литературе методам взаимодействием с кетонами нижеприведенной формулы и основаниями, такими как метилат натрия в этаноле (Bull. Soc. Chim. Fr. 11 (1973), 3092; Bull. Soc. Chim. Fr. 3 (1967)987; J. Org. Chem. 55 (1990) 247). Затем их вводят в реакцию с анионом флуорена, который может быть замещенным, в инертном растворителе при мольрном соотношении от 0,5 1 до 1 0,5, предпочтительно - 1 1. В качестве растворителей подходят алифатические или ароматические углеводороды или эфиры. Особенно предпочтительны тетрагидрофуран, диэтиловый эфир и толуол. Можно сначала взять бензофульвен или флуоренил-компоненты и затем добавить к ним другие компоненты, предпочтительно бензофульвен прикапывать к флуоренил-компоненту. Температура реакции лежит в интервале от -78 до +120oC, предпочтительно в интервале от -40 до +40oC. Время реакции составляет от 1 до 100 часов, предпочтительно от 8 до 24 часов. Флуоренил-анион получается депротонированием коммерчески приготовленного производного флуорена сильным основанием в вышеприведенных растворителях. Пригодными являются бутиллитий, гидрид натрия, гидрид калия, амид натрия и элементарные натрий и калий. Лигандные системы формулы VI после гидролитической обработки можно изолировать и очистить, применяя экстракцию, перекристаллизацию или колоночную хроматографию. Металлоцены формулы I пригодны в качестве компонентов катализатора для полимеризации олефинов. Данное изобретение, таким образом, касается также применения металлоценов в качестве компонента катализатора полимеризации олефинов. В качестве катализатора полимеризации олефинов предпочтительно применяется алюмоксан формулы (A)

для линейного типа и/или формулы (B)

для циклического типа, причем в формулах (A) и (B) остатки R могут быть одинаковыми или различными и означают C1-C6-алкилгруппу, C6-C18-арилгруппу или водород, и p целое число от 2 до 50, предпочтительно от 10 до 35. Остатки R предпочтительно одинаковы и означают метил, изобутил, фенил или бензил, особо предпочтителен метил. Если остатки R различны, то они содержат предпочтительно метил и водород или альтернативно метил и изобутил, причем водород или, соответственно, изобутил предпочтительно содержатся в количестве от 0,01 до 40% (число остатков R). Алюмоксан может быть получен различными методами по известным способам. Один из методов заключается в том, что соединение алюминий-углеводорода и/или соединение гидридалюминия-углеводорода взаимодействует с водой (газообразной, твердой, жидкой или связанной, например в виде кристаллической воды) в инертном растворителе. Для получения алюмоксана с различными алкильными группами R взаимодействию с водой подвергают соответственно требуемому составу два различных алюминийалкила

Раствор 10,2 г (60,2 ммоль) флуорена и 65 мл тетрагидрофурана смешивали при комнатной температуре с 24,1 мл (60,2 ммоль) 2,5 М раствора бутиллития в гексане. По окончании кипятили еще в течение 1 часа с обратным холодильником. 9,9 г (60,2 ммоль) бензофульвена (получение по Annalen 347 (1906) 257) растворили в 50 мл тетрафурана, и в течение 4 часов прикапывали его при комнатной температуре к красному раствору литий-флуорена. По окончании раствор в течение 16 часов перемешивали при комнатной температуре и еще 2 часа кипятили с обратным холодильником. Темно-коричневую смесь вылили в лед и экстрагировали метиленхлоридом. Объединенные органические фракции сушили сульфатом натрия и досуха упарили. Остаток хроматографировали на 550 г кизельгеля элюентом из гексана/метиленхлорида, причем содержание метиленхлорида в процессе хроматографирования постепенно повышали от 3 до 8%
Прежде всего элюировалось 6 г смеси, состоящей из флуорена и бензофульвена. В конце элюировалось 2,8 г (14%) соединения 1 (бесцветное вещество). Выход 14% (18% в расчете на прореагировавший эдукт)
1H-ЯМР-спектр (CDCl3): 7,0-8,1 (12, м, аром.-H), 6,0 (1, т, инд.-H), 4,75 (1, с, флу-H), 3,42 (2, д, инд-H2), 1,20 (6, с, CH3). Пример 2. Изопропилиден-(9-флуоренил)-1-иден (1)
Аналог примера 1, только раствор бензофульвена в течение 4 часов прикапывали к раствору литий-флуорена при кипячении. По окончании перемешивали при комнатной температуре в течение 17 часов и далее кипятили 4 часа с обратным холодильником. Обработка такая же, как в примере 1. Хроматографированием на колонке получено 3,2 г соединения 1 (бесцветный кристаллический порошок). Выход 17% (22% в расчете на прореагировавший эдукт). Пример 3. Изопропилиден-(9-флуоренил)-1-инден (1)
Аналог примера 1, только раствор бензофульвена прикапывали к раствору литий-флуорена в течение 20 минут при -78oC. Смесь в течение 17 часов нагревалась до комнатной температуры и 1 час перемешивалась при комнатной температуре. Обработка такая же, как и в примере 1. Колоночным хроматографированием выделено 9,8 г соединения I в форме белого кристаллического порошка. Выход 51%
Пример 4. [Изопропилиден-(9-флуоренил)-(1-инденил)]циркондихлорид (2)
3,2 г (9,9 ммоль) лигандной системы 1 суспендировали в 45 мл диэтилового эфира и смешали при комнатной температуре с 8,7 мл (21,8 ммоль) 2,5 М раствора бутиллития в гексане, причем суспензия сразу же растворилась и приобрела светло-желтую окраску. После перемешивания в течение 21 часа при комнатной температуре получившуюся оранжевую суспензию смешали с 8 мл гексана. Оранжеовоокрашенный осадок отсосали на стеклянном фильтре N 3, промыли гексаном и в течение 6 часов сушили в вакууме масляного насоса. Светло-красный порошок суспендировали в 30 мл толуола и при 0oC смешали с 2,3 г (9,9 ммоль) ZrCl4. После 30- минутного перемешивания при комнатной температуре образовавшийся осадок отфильтровали, промыли 10 мл толуола и высушили в вакууме масляного насоса. Получено 4,4 г комплекса 2 в виде красно-фиолетового порошка. Выход сырого продукта 92%
Для дальнейшей очистки соединения осадок при -30oC размешали с небольшим количеством тетрагидрофурана, чтобы растворить примеси. Выход чистого продукта 30%
Масс-спектр (прямой ввод, ЭИ (70 эВ), Cl (изобутан)): 480 М+ (корректный распад). 1H-ЯМР спектр (CDCl3): 6,7-8,1 (12, аром-Н), 6,50 (1, дд,

3,0 г (9,3 ммоль) лигандной системы 1 аналогично примеру 1 смешали в диэтиловом эфире с бутиллитием и обработали. Однако дилитиевую соль добавили к суспензии из 2,0 (8,4 ммоль) ZrCl4 в 40 мл толуола при -78oC. Смесь в течение 80 минут нагревалась до 0oC и еще 30 минут перемешивалась при 0oC. Красно-фиолетовый осадок отфильтровали, высушили в вакууме масляного насоса и при -40oC перемешали с 10 мл ТГФ, чтобы растворить примеси. Красно-фиолетовую суспензию отфильтровали на стеклянном фильтре N 3. После высушивания в вакууме масляного насоса получено 1,6 г комплекса 2 в виде красно-фиолетового порошка. Выход 40% (корректный 1H-ЯМР-спектр и масс-спектр). Пример 6. Диметилсилил-(9-флуоренил)-1-инден (3)
Раствор из 10 г (60,2 ммоль) флуорена в 100 мл тетрагидрофурана при комнатной температуре смешали с 24 мл (60,2 ммоль) 2,5 М раствора бутиллития в гексане и еще 30 минут кипятили с обратным холодильником. Красный раствор медленно прикапывали при комнатной температуре к 23,2 г (180 ммоль) диметилдихлорсилана, растворенного в 150 мл тетрагидрофурана. После 16-часового перемешивания при комнатной температуре растворитель удалили и оставшееся желтоватое масло освободили в вакууме масляного насоса от избытка диметилдихлорсилана. Желтоватое твердое вещество растворили в 100 мл тетрагидрофурана и при комнатной температуре медленно смешали с 60,2 ммоль литий-инденила, полученного из 7,6 г (60,2 моль) индена и 60 моль бутиллития в 100 мл тетрагидрофурана. После 16-часового перемешивания при комнатной температуре смесь вылили в лед, нейтрализовали и экстрагировали диэтиловым эфиром. Осадок, оставшийся после удаления растворителя, хроматографировали на кизельгеле 60. Прежде всего элюентом из гексана/этилацетата (10 1) элюировалась смесь, состоящая из индена и флуорена. Далее следовал продукт 3 и, наконец, соединение диметилсилил-бис-(9-флуорен). Для дальнейшей очистки смешанную фракцию еще раз хроматографировали элюентом, состоящим из гексана/диэтилового эфира (40 1). В общем получили 1,9 г чистого соединения 3 в виде белого порошка. Выход 10%
1H-ЯМР-спектр (CDCl3): 2 изомера с двойными связями (A B 2 1), 7,0-7,9 (аром-Н), 6,82 (м, инд-H, A), 6,20 (т, инд-H, B), 6,32 (дд, инд-H, A), 4,17 (с, флу-H, B), 4,05 (с, флу-H, A), 3,57 (и, инд-H, A), 3,40 (д, инд-Н, В), многочисленные сигналы CH3-группы в области 0-1 м.д. Пример 7. [Диметилсилил-(9-флуоренил)-(1-инденил)] циркондихлорид (4) 1,84 г (5,44 ммоль) лигандной системы 3 растворили в 20 мл диэтилового эфира и при комнатной температуре медленно смешали с 5,44 мл (13,6 моль) 2,5 М раствора бутиллития в гексане. После 4-часового перемешивания оранжево-желтую суспензию смешали с гексаном и отфильтровали на стеклянном фильтре N 3. Оранжево-желтый порошок промыли 10 мл гексана и долго сушили в вакууме масляного насоса. 1,16 г (5,0 моль) ZrCl4 суспендировали в 20 мл CH2Cl2 и при -78oC смешали с дилитиевой солью. Смесь в течение 2 часов нагревали до комнатной температуры и отфильтровали на стеклянном фильтре N 3. Твердое вещество промыли еще 5 мл CH2Cl2 и высушили в вакууме масляного насоса. Получено 1,2 г комплекса 4 в виде розово-окраженного порошка. Выход сырого продукта 46%
Для полной очистки комплекса сырой продукт перемешивали при 0oC с небольшим количеством тетрагидрофурана, причем примеси переходили в раствор. Выход чистого продукта 25%
Масс-спектр (прямой ввод, ЭИ (80 эВ)): 496 М+ (корректный распад, корректный изотопный образец). 1H-ЯМР-спектр (CDCl3) 6,9-8,1 (м, 12, аром-Н), 6,77 (дд, 1, b-инд-Н), 5,95 (д, 1, a-инд-Н, 1,55 (с.3, CH3), 1,27 (c, 3, CH3). Пример 8. [Диметилсилил-(9-флуоренил)-(1-инденил)]гафнийдихлорид (5)
1,50 г (4,43 моль) лигандной системы 3 растворили в 20 мл диэтилового эфира и аналогично примеру 7 ввели в реакцию с бутиллитием и обработали. По окончании аналогично примеру 7 при -78oC дилитиевую соль смешали с 1,42 г (4,43 ммоль) HfCl4 в метиленхлориде и обработали. В качестве сырого продукта получено 1,09 г комплекса 5 в виде красного порошка. Выход сырого продукта 42%
Для очистки порошок перемешивали при -10oC с небольшим количеством ТГФ. Выход чистого продукта 20%
Масс-спектр (прямой ввод, ЭИ (80 эВ)): 587 М+ (ср. 180Hf, корректный распад, корректный изотопный образец). 1H-ЯМР-спектр (CDCl3): 7,0-8,1 (м, 12, аром-Н), 6,61 (дд, 1, b-инд-Н), 5,89 (д, 1, a-инд, Н), 1,53 (с, 3, CH3), 1,25 (с, 3, CH3). Примеры полимеризации
Пример А. Сухой реактор объемом 16 дм3 промыли азотом и при 20oC наполнили 10 дм3 безароматической бензиновой фракции с интервалом кипения 100-120oC. Затем газовую камеру промывали от азота путем 5-кратного закачивания этилена до давления 2 бар и сброса давления. Затем добавили 30 см3 толуольного раствора метилалюмоксана (соответствующие 45 ммоль Al, молекулярная масса после криоскопического определения 750 г/моль). Реакционную смесь нагревали при перемешивании в течение 15 минут при 60oC, и добавлением этилена при скорости перемешивания 250 об./мин установили общее давление 5 бар. Параллельно с этим в 20 см3 толуольного раствора метилалюмоксана растворили 1,3 мг диметилсилил (9-флуоренил)-(1-инденил)циркондихлорида и на 15 минут оставили предактивироваться. Затем этот раствор добавили в реактор, полимеризационную систему выдерживали при температуре до 70oC при соответствующем охлаждении в течение 1 часа. Общее давление в течение этого времени держали путем соответствующей подпитки этиленом 5 бар. Получено 140 г полиэтилена. Коэффициент вязкости составлял 380 см3/г. Пример В. Сухой реактор объемом 16 дм3 промыли азотом и наполнили 10 дм 3 жидкого пропилена. Затем добавили 30 см3 толуольного раствора метилалюмоксана (соответствующие 45 ммоль Al, степень олигомеризации n 16), и реакционную смесь 15 минут перемешивали при 30oC. Параллельно с этим в 20 см3 толуольного раствора метилалюмоксана (30 моль Al) растворили 30,4 мг изопропилиден (9-флуоренил)-(1-инденил)циркондихлорида и оставили на 15 минут предактивироваться. Затем раствор добавили в реактор, путем подвода тепла температура полимеризации поднималась до 70oC (4oC/мин), и полимеризационная система при охлаждении выдерживалась 1 час при 70oC. Полимеризацию остановили добавлением 20 мл изопропанола. Избыток мономера слили. Получено 170 г высоковязкого, липкого масла.
Формула изобретения

где M' цирконий или гафний;
R' остаток формулы

где M2 углерод, кремний;
R4 и R5 одинаковые или различные низший алкил;
остатки R2 водород;
остатки R3 одинаковые или различные атом галогена. 2. Металлоцены формулы I по п. 1, отличающиеся тем, что в формуле I M1 цирконий или гафний; M2 углерод или кремний; R4 и R5 одинаковые C1-C4-алкилгруппа; R2 водород; остатки R3 одинаковые галоген. 3. Соединение формулы I по п. 1 или 2, отличающееся тем, что в формуле I M 1 цирконий; M2 углерод или кремний; R4 и R5 одинаковы метил или этил; p 1; R2 водород; остатки R3 - одинаковы хлор. 4. Металлоцены по п. 1 в качестве компонента катализатора полимеризации олефинов. 5. Способ получения мостиковых хиральных металлоценов общей формулы I

где M1 цирконий или гафний;
R1 остаток формулы

где M2 углерод, кремний;
R4 и R5 одинаковые или различные низший алкил;
остатки R2 водород;
остатки R3 одинаковые или различные атом галогена,
отличающийся тем, что осуществляют взаимодействие соединения формулы II

с соединением формулы III X R' X с образованием соединения формулы IV

которое вводят во взаимодействие с соединением формулы V

с образованием соединения формулы VI

где R1 и R2 имеют указанные для формулы I значения;
X нуклеофильная отщепляемая группа, например, атом галогена или о-тозил;
M щелочной металл,
затем полученный продукт реакции формулы VI вводят во взаимодействие с соединением формулы VIII
VIII M1R3,
где R3 атом галогена;
M1 имеет указанные для формулы I значения,
с образованием целевого продукта реакции. 6. Способ получения мостиковых хиральных металлоценов общей формулы I

где M1 цирконий или гафний;
R1 остаток формулы

где M2 углерод, кремний;
R4 и R5 одинаковые или различные низший алкил;
остатки R2 водород;
остатки R3 одинаковые или различные атом галогена,
отличающийся тем, что осуществляют взаимодействие соединения формулы VII

с соединением формулы II

с образованием соединения формулы VI

в которой заместители имеют указанные для формулы I значения, затем продукт реакции формулы VI вводят во взаимодействие с соединением формулы VIII

где X' атом галогена;
M1 имеет указанные для формулы I значения,
с образованием целевого продукта реакции.