Efficient Copolymerization of Acrylate and Ethylene with Neutral P, O-Chelated Nickel Catalysts: Mechanistic Investigations of Monomer Insertion and Chelate Formation

化学 单体 高分子化学 丙烯酸甲酯 共聚物 迁移插入 催化作用 聚合 乙烯 吡啶 异构化 烷基 光化学 药物化学 有机化学 聚合物
作者
Shuoyan Xiong,Manar M. Shoshani,Xinglong Zhang,Heather A. Spinney,Alex J. Nett,Briana S. Henderson,Thomas F. Miller,Theodor Agapie
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:143 (17): 6516-6527 被引量:72
标识
DOI:10.1021/jacs.1c00566
摘要

The efficient copolymerization of acrylates with ethylene using Ni catalysts remains a challenge. Herein, we report two neutral Ni(II) catalysts (POP-Ni-py (1) and PONap-Ni-py (2)) that exhibit high thermal stability and significantly higher incorporation of polar monomer (for 1) or improved resistance to tert-butylacrylate (tBA)-induced chain transfer (for 2), in comparison to previously reported catalysts. Nickel alkyl complexes generated after tBA insertion, POP-Ni-CCO(py) (3) and PONap-Ni-CCO(py) (4), were isolated and, for the first time, characterized by crystallography. Weakened lutidine vs pyridine coordination in 2-lut facilitated the isolation of a N-donor-free adduct after acrylate insertion PONap-Ni-CCO (5) which represents a novel example of a four-membered chelate relevant to acrylate polymerization catalysis. Experimental kinetic studies of six cases of monomer insertion with aforementioned nickel complexes indicate that pyridine dissociation and monomer coordination are fast relative to monomer migratory insertion and that monomer enchainment after tBA insertion is the rate limiting step of copolymerization. Further evaluation of monomer insertion using density functional theory studies identified a cis–trans isomerization via Berry-pseudorotation involving one of the pendant ether groups as the rate-limiting step for propagation, in the absence of a polar group at the chain end. The energy profiles for ethylene and tBA enchainments are in qualitative agreement with experimental measurements.
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