Комплексные соединения металлов с тридентатным лигандом как катализаторы полимеризации
Описываются комплексные соединения металлов с тридентатным лигандом общей формулы 1, в которой М - атом олова или цинка, А и В - независимо - углеродная цепочка, содержащая 2 - 4 атомов углерода, L1 - L3 независимо группа формулы -E15(R15)-, в которой E15 - атом азота, R15 - атом водорода, алкильный радикал, радикал формулы RR'R''E14-, в которой E14 - углерод или кремний и R, R', R'' независимо - атом водорода или алкильный радикал. Также описывается способ получения соединений формулы 1, способ получения статистических сополимеров или блоксополимеров или полимеров с использованием в качестве катализатора полимеризации и инициатора цепи соединения формулы 1 и полимеры или сополимеры, полученные в результате осуществления этого способа. 4 с. и 3 з.п.ф-лы, 2 ил., 2 табл.
Изобретение касается новых соединений, содержащих элемент 11, 12 или 14 группы и тридентантный лиганд, способа их получения у. их использования, в частности, в качестве катализатора полимеризации.
Было показано, что каждый тип катализаторов, используемых для полимеризации или сополимеризации, дает соответственно различные полимеры или сополимеры вследствие реакций переэтерефикации, которые приводят к инверсиям стереогенных центров (Jedlinski et аll., Macromolecules, (1990) 191, 2287; Munson et. coll., Macromolecules, (1996) 29, 8844; Montaudo et coll., Macromolecules, (1990) 29, 6461). Следовательно, проблема состояла в том, чтобы найти новые каталитические системы для получения новых полимеров или сополимеров и, более конкретно, блоксополимеров. Использование каталитических систем, позволяющих получать блоксополимеры, дает возможность регулирования образования полимерной цепи из мономеров с целью получения специфических сополимеров, обладающих подходящими свойствами. Это является особенно интересным для биосовместимых сополимеров, биоразложение которых оказывается под влиянием такого образования полимерной цепи. Итак, предметом изобретения являются соединения общей формулы 1
- [(Me3SiNCH2CH2)2NMe]Sn;
- [(Me3SiNCH2CH2)2NMe]Zn. Предметом изобретения является также способ получения соединений общей формулы 1, такой, как определенная выше, отличающийся тем, что соединения формулы I
(L1-A-L3-B-L2)2-, 2Y+, (I)
в которой L1, А, L3, В и L2 имеют значения, указанные выше, и Y обозначает металлоорганическую группу, металл или атом водорода, вводят в реакцию с соединением формулы (II)
MZ1Z2, (II)
в которой М имеет значение, указанное выше, и Z1 и Z2 обозначают независимо отщепляемую группу, с получением продукта формулы 1, такой, как определена выше. Соединение формулы I равным образом может быть записано в следующей неионной форме: Y-L1-A-L3-B-L2-Y (I'). Когда Y обозначает атом водорода, соединения формулы I находятся обычно в форме I'. Реакция соединения общей формулы I с соединением общей формулы II с получением соединения общей формулы 1 может быть осуществлена в инертной атмосфере, такой как атмосфера фреона или аргона, в апротонном растворителе при температуре от -90 до +50oС. Соединения 1, полученные таким образом, очищают обычными способами очистки. В качестве апротонного растворителя можно использовать ароматические углеводороды, такие как бензол, толуол; алифатические углеводороды, такие как пентан, гептан, гексан, циклогексан; простые эфиры, такие как диэтиловый эфир, диоксан, тетрагидрофуран, этил-трет-бутиловый эфир; хлорированные растворители, такие как дихлорметан или хлороформ. В соединениях I Y обозначает металлоорганическую группу, металл или атом водорода. Металлоорганическая группа может представлять собой соединение формулы R'''M1 или R'''3М2, в которой R''' обозначает алкил, циклоалкил, арил, алкоксигруппу, циклоалкоксигруппу или арилоксигруппу, определенные выше, M1 обозначает атом цинка или ртути, и M2 обозначает атом олова или свинца; предпочтительно металлоорганическую группу выбирают среди групп ZnMe, SnМе3, SnВu3 или РbМе3. Металл может представлять собой щелочной металл, выбираемый среди лития, натрия или калия, или щелочноземельный металл, такой как магний. В соединениях II Z1 и Z2 обозначают независимо отщепляемую группу, такую как атом водорода, алкил, циклоалкил, алкоксигруппу, арил или арилоксигруппу, определенные выше, или также метансульфонилоксигруппу, бензолсульфонилоксигруппу, п-толуолсульфонилоксигруппу. Исходные соединения формулы I являются известными соединениями или могут быть получены исходя из известных соединений. Для их синтеза можно привести следующие ссылки: Cloke et аll., J. Chem. Soc., Dalton Trans. (1995) 25; Wilkinson and Stone, Comprehensive Organometallic Chemistry (1982) vol. 1, 557. Соединения формулы II являются коммерческими или могут быть получены способами, известными специалисту. Предметом изобретения является также использование соединений формулы 1, такой, как определенная выше, в качестве катализаторов для осуществления (со)полимеризации, т.е. полимеризации или сополимеризации. При осуществлении (со)полимеризации соединения согласно изобретению равным образом играют роль инициатора или регулятора роста полимерной цепи. Соединения формулы 1 представляют особенный интерес для осуществления полимеризации гетероциклов. Гетероциклы могут содержать один или несколько гетероатомов 15 и/или 16 групп и иметь в своей структуре от трех до восьми звеньев. В качестве примеров гетероциклов, отвечающих предыдущей формулировке, можно назвать эпоксиды, тиоэпоксиды, циклические сложные эфиры или тиоэфиры, такие как лактоны, лактамы и ангидриды. Соединения формулы 1 равным образом особенно интересны для осуществления (со)полимеризации циклических сложных эфиров. В качестве примера циклических сложных эфиров можно назвать димерные циклические сложные эфиры молочной кислоты и/или гликолевой кислоты (лактид и гликолид). Статистические сополимеры или блоксополимеры могут быть получены по мере того как мономеры вводят вместе в начале реакции или последовательно в ходе реакции. Предметом изобретения является также способ получения статистических сополимеров, или блоксополимеров, или полимеров, который заключается во взаимодействии одного или нескольких мономеров, инициатора роста цепей, катализатора полимеризации и в случае необходимости растворителя полимеризации, отличающийся тем, что инициатор роста цепей и катализатор полимеризации представлены одним и тем же соединением, которое выбирают среди соединений формулы 1, такой, как определенная выше. (Со)полимеризация может осуществляться либо в растворе, либо в переохлажденном состоянии. Когда (со)полимеризация осуществляется в растворе, растворителем реакции может быть субстрат или один из субстратов, используемый в каталитической реакции. Растворители, которые не оказывают влияния на саму каталитическую реакцию, также пригодны. В качестве примера таких растворителей можно назвать насыщенные или ароматические углеводороды, простые эфиры, алифатические или ароматические галогениды. Реакции проводят при температурах, заключенных между комнатной температурой и приблизительно 250oС; диапазон температур 40 - 200oС оказывается наиболее благоприятным. Времена протекания реакции составляют 1 - 300 ч, предпочтительно 1 - 72 ч. Этот способ (со)полимеризации особенно хорошо подходит для получения (со)полимеров циклических сложных эфиров, в частности димерных циклических сложных эфиров молочной и/или гликолевой кислот. Полученные продукты, такие как биоразлагаемые сополимеры молочной и гликолевой кислот, используют благоприятно в качестве носителя в терапевтических композициях с пролонгированным выделением. Способ также особенно хорошо подходит для полимеризации эпоксидов, в частности пропиленоксида. Полученные полимеры представляют собой соединения, которые могут быть использованы для синтеза органических жидких кристаллов, или еще в качестве полупроницаемых мембран. Равным образом изобретение касается полимеров или сополимеров, которые могут быть получены в результате осуществления способа, который описан выше. Полидисперсность (Мw/Мn) (со)полимеров, полученных таким образом, может быть изменена путем выдерживания реакционной смеси при температуре реакции после полной конверсии мономера или мономеров. Массы (со)полимеров мало затрагиваются во время этого процесса. Эти явления происходят из-за реакций внутримолекулярной или межмолекулярной переэтерефикации (Kiecheldorf et аll., Macromolecules, (1988) 21, 286). Следующие примеры представлены для иллюстрации изобретения, и ни в коем случае не должны рассматриваться в качестве ограничивающих объем патентной охраны изобретения. Пример 1. [(Me2CHNCH2CH2)2NMe]Sn;
М=Sn; A=В=-СН2СН2-; L1=L2=NCHMe2; L3=NMe
В сосуд Шленка, снабженный стержневым магнитом и продуваемый аргоном, последовательно вводят 1,00 г (4,7 ммоль) [(Me2CHNCH2CH2)2NMe]2-, 2Li+ и 20 мл диэтилового эфира. Реакционную смесь охлаждают до -78oС, затем вводят суспензию 0,89 г (4,7 ммоль) SnCl2 в диэтиловом эфире. Реакционную смесь возвращают к комнатной температуре и выдерживают при комнатной температуре при перемешивании в течение 18 ч. Раствор фильтруют и выпаривают растворитель. Желаемое соединение выделяют в форме желтого масла (выход 74%). Это соединение характеризуют методом ЯМР-спектроскопии на протонах и ядрах углерода и олова. ЯМР 1Н (С6D6; 250 МГц): 1,49 (д, JНН=6,2 Гц, 6Н,










M=Sn; А=В=-СН2СН2-; L1=L2=NSiMe3; L3=NMe
В сосуд Шленка, снабженный стержневым магнитом и продуваемый аргоном, последовательно вводят 1,22 г (4,7 ммоль) [(Me3SiNCH2CH2)2NМе]2-, 2L1 + и 20 мл диэтилового эфира. Реакционную смесь охлаждают до -78oС, затем вводят суспензию 0,89 г (4,7 ммоль) SnCl2 в диэтиловом эфире. Реакционную смесь возвращают к комнатной температуре и выдерживают при комнатной температуре при перемешивании в течение 2 часов. Раствор фильтруют, выпаривают растворитель и остаток обрабатывают пентаном. После выпаривания растворителя получают оранжевое масло. Желаемое соединение выделяют в форме белых кристаллов кристаллизацией из толуола (5 мл) при -20oС (выход 80%). Это соединение характеризуют при помощи ЯМР-спектроскопии на различных ядрах и рентгенографии (фиг. 1 и табл. 1, см. ниже). Температура плавления 20oС. Пример 3. [(Me3SiNCH2CH2)2NMe]Zn; (см. табл. 2)
М=Zn; А=В=-СН2СН2-; L1=L2=NSiМе3; L3=NMe
В сосуд Шленка, снабженный стержневым магнитом и продуваемый аргоном, вводят 1,1 г (4,2 ммоль) (Me3SiNCH2CH2)2NMe и 20 мл толуола. Реакционную смесь охлаждают до -78oС, затем вводят суспензию 2,1 мл ZnMe2 (2M, 4,2 ммоль). Реакционную смесь возвращают к комнатной температуре и выдерживают при перемешивании в течение 3 часов. Растворитель затем выпаривают. Получают масло глубокого желтого цвета. Это масло снова греют при 110oС в течение 4 часов. Желаемое соединение промывают 5 мл пентана (3 раза) и выделяют в форме белых кристаллов (выход 75%). Это соединение характеризуют при помощи ЯМР-спектроскопии и рентгенографии (фиг. 2 и табл. 2, см. ниже). ЯМР 1Н (С6D6; 250 МГц): 0,25 (с, 18Н,












В сосуд Шленка, снабженный стержневым магнитом и продуваемый аргоном, последовательно вводят 0,08 г (0,21 ммоль) [(Me3SiNCH2CH2)2NMe]Sn, 6,67 г (46,3 ммоль) D,L-лактида и 70 мл толуола. Реакционную смесь выдерживают при перемешивании при 75oС в течение 2,5 ч. Полимер характеризуют методом ЯМР на ядрах углерода и протонах: превращение мономера составляет 60%. Согласно анализу методом ГПХ (гельпроникающей хроматографии) при помощи калибровки, осуществленной с использованием стандартных образцов полистирола (ПС) с молекулярными массами от 761 до 400000, образец состоит из полимеров, имеющих близкие (Mw/Mn=l,43) и большие (Мw=62500) молекулярные массы. Пример 5. Получение поли(D,L-лактида)
В сосуд Шленка, снабженный стержневым магнитом и продуваемый аргоном, последовательно вводят 0,02 г (0,062 ммоль) [(Ме3SiNСН2СН2)2NMe]Zn, 0,621 г (43,1 ммоль) D,L-лактида и 50 мл толуола. Реакционную смесь выдерживают при перемешивании при 30oС в течение 36 ч. Полимер характеризуют методом ЯМР на ядрах углерода и протонах: превращение мономера составляет 92%. Согласно анализу методом ГПХ (гельпроникающей хроматографии) при помощи калибровки, осуществленной с использованием стандартных образцов полистирола (ПС) с молекулярными массами от 761 до 400000, образец состоит из полимеров, имеющих большие молекулярные массы (Мw=34654). Пример 6. Получение блоксополимера D,L-лактида и гликолида
В сосуд Шленка, снабженный стержневым магнитом и продуваемый аргоном, последовательно вводят 0,08 г (0,21 ммоль) [(Me3SiNCH2CH2)2NMe]Sn, 5,00 г (34,72 ммоль) D,L-лактида и 70 мл толуола. Реакционную смесь выдерживают при перемешивании при 75oС в течение 4 ч. Анализ методом ПМР позволяет подтвердить, что превращение мономера составляет более 95%. К предыдущему раствору добавляют 1,00 г (8,6 ммоль) гликолида. Реакционную смесь выдерживают при перемешивании при 75oС в течение 1 ч. Анализ аликвотной пробы методом ПМР показывает, что образовался сополимер. Отношение интегралов сигналов, соответствующих полилактидной части (5,20 м. д.) и полигликолидной части (4,85 м.д.), равно 8/1. Согласно анализу методом ГПХ при помощи калибровки, осуществленной с использованием стандартных образцов ПС с молекулярными массами от 761 до 400000, этот сополимер представляет собой смесь макромолекул (Мw/Мn=2,35) с большими (Mw=68950) молекулярными массами. Пример 7. Изменение полидисперсности сополимера D,L-лактида и гликолида
Сополимер, полученный согласно примеру 6 (Mw/Mn=2,35), выдерживают при 75oС в течение 20 ч. Анализ аликвотной пробы методом ГПХ показывает, что дисперсность увеличилась, а масса осталась постоянной (Мw/Мn=69; Mw=68850). Смесь вновь выдерживают 20 ч при 75oС. Анализ аликвотной пробы методом ГПХ показывает, что дисперсность начинает уменьшаться, а масса остается почти постоянной (Мw/Мn= 2,02; Mw=65659). После 40 ч дополнительного нагрева при 75oС полидисперсность равна 1,53 при среднемассовой молекулярной массе 62906. Пример 8. Получение статистического сополимера D,L-лактида и гликолида
В сосуд Шленка, снабженный стержневым магнитом и продуваемый аргоном, последовательно вводят 0,08 г (0,21 ммоль) [(Me3SiNCH2CH2)NMe]Sn, 4,70 г (32,63 ммоль) D,L-лактида и 1,00 г (8,61 ммоль) гликолида. Реакционную смесь греют при 178oС в течение 1,2 ч. Полимер характеризуют методом ЯМР на ядрах углерода и на протонах; превращение мономеров полное. Согласно анализу методом ГПХ при помощи калибровки, осуществленной с использованием стандартных образцов ПС с молекулярными массами от 761 до 400000, образец состоит из полимеров, имеющих полидисперсность (Мw/Мn)=2,24 и среднемассовую молекулярную массу (Mw)=21650. Пример 9. Получение статистического сополимера D,L-лактида и гликолида, имеющего состав лактид/гликолид, близкий к 50/50
В сосуд Шленка, снабженный стержневым магнитом и продуваемый аргоном, последовательно вводят 0,01 г (0,031 ммоль) [(Me3SiNCH2CH2)2NMe]Zn, 5,55 г (38,5 ммоль) D,L-лактида и 1,91 г (16,5 ммоль) гликолида. Реакционную смесь выдерживают при перемешивании при 100oС в течение 144 мин. Анализ методом ЯМР на протонах позволяет подтвердить, что превращение мономеров составляет 76% для лактида и 100% для гликолида. Отношение интегралов сигналов, соответствующих полилактидной части (5,20 м.д.) и полигликолидной части (4,85 м. д.), позволяет оценить состав сополимера как 46/54. Согласно анализу методом ГПХ при помощи калибровки, осуществленной с использованием стандартных образцов ПС с молекулярными массами от 761 до 400000, этот сополимер представляет собой смесь макромолекул (Мw/Мn=1,82) с большими молекулярными массами (Мw=36192). Пример 10. Получение выcокомодекулярного статистического сополимера D, L-лактида и гликолида, имеющего состав лактид/гликолид, близкий к 70/30
В сосуд Шленка, снабженный стержневым магнитом и продуваемый аргоном, последовательно вводят 0,015 г (0,046 ммоль) [(Me3SiNCH2CH2)2NMe]Zn, 13,3 г (92,4 ммоль) D,L-лактида и 3,1 г (26,4 ммоль) гликолида. Реакционную смесь выдерживают при перемешивании при 180oС в течение 5 часов. Анализ методом ЯМР на протонах позволяет подтвердить, что превращение мономеров составляет 66% для лактида и 100% для гликолида. Отношение интегралов сигналов, соответствующих полилактидной части (5,20 м.д.) и полигликолидной части (4,85 м.д. ), позволяет оценить состав сополимера как 68% лактида и 32% гликолида. Согласно анализу методом ГПХ при помощи калибровки, осуществленной с использованием стандартных образцов ПС с молекулярными массами от 761 до 400000, этот сополимер представляет собой смесь макромолекул (Mw/Mn=2,30) с большими молекулярными массами (Мw=71281).
Формула изобретения

в которой М - атом олова или цинка;
А и В независимо - углеродная цепочка, содержащая 2 - 4 атомов углерода;
L1 - L3 независимо - группа формулы -E15(R15)-, в которой E15 - атом азота и R15 - атом водорода, алкильный радикал, радикал формулы RR'R''E14-, в которой Е14 - углерод или кремний и R, R' и R'' независимо - атом водорода или алкильный радикал. 2. Соединения по п. 1, отличающиеся тем, что М - атом олова или цинка; А и В независимо - углеродная цепочка из 2 атомов углерода; L1 - L3 независимо - радикал формулы -E15(R15)-, в которой E15 - атом азота и R15 - радикал формулы RR'R''E14-, в которой E14 - атом углерода или кремния и R, R' и R'' независимо - атом водорода или метильный, этильный, пропильный или изопропильный радикал. 3. Соединения по п. 1 или 2, отличающиеся тем, что они отвечают следующим формулам:
-[(Me2CHNCH2CH2)2NMe] Sn;
-[(Me3SiNCH2CH2)2NMe] Sn;
-[(Ме3SiNСН2СН2)2NMe] Zn. 4. Соединения по любому из пп. 1-3, отличающиеся тем, что они являются катализаторами для полимеризации или сополимеризации циклических сложных эфиров, в частности димерных циклических сложных эфиров молочной кислоты и/или гликолевой кислоты. 5. Способ получения соединений общей формулы 1, отличающийся тем, что соединения формулы I
(L1-A-L3-В-L2)2-, 2Y+ (I)
в которой L1, А, L3, В и L2 имеют значения, указанные в п. 1;
Y - металлоорганическая группа, металл или атом водорода,
вводят в реакцию с соединением формулы (II)
MZ1Z2 (II)
в которой М имеет значения, указанные в п. 1;
Z1 и Z2 независимо - отщепляемая группа,
в инертной среде, такой, как фреон или аргон, в апротонном растворителе при температуре от -90 до +50oC. 6. Способ получения статистических сополимеров, или блоксополимеров, или полимеров, предусматривающий взаимодействие одного или нескольких мономеров, выбранных из группы, состоящей из сложных циклических эфиров, в частности димерных сложных циклических эфиров молочной кислоты и/или гликолевой кислоты, катализатора полимеризации и, возможно, растворителя полимеризации, при температуре от комнатной до 250oС в течение 1 - 300 ч, отличающийся тем, что инициатор роста цепей и катализатор полимеризации представлены одним и тем же соединением, которое выбирают среди соединений по пп. 1-3. 7. Полимеры или сополимеры, полученные в результате осуществления способа по п. 6.
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3