Influence of ancillary ligands in the reactivity of ruthenium complexes as initiators for ROMP

Um novo iniciador para metátese do tipo GH nitro-substituído [Ru(1-CH3-4-CO2-Py+)2(IMesH2)(=CH-2-(2-PrO)-5-NO2-C6H3)][OTf-]2 (3b) foi preparado. Os comprimentos de ligação e deslocamentos químicos foram comparáveis aos do iniciador 3a ([Ru(1-CH3-4-CO2-Py+)2(IMesH2)(=CH-2-(2-PrO)-C6H3)][OTf-]2), embora o substituinte NO2 na porção benzilideno resulte numa ligação Ru-O mais curta. A comparação entre os iniciadores do tipo GH e 5-NO2-GH indica que a substituição dos cloretos por pseudo-haletos resulta em maior polarização da ligação Ru=C e uma ligação Ru-O mais forte. O iniciador 3b e os iniciadores análogos do tipo GH [Ru(1-CH3-4-CO2-Py+)2(IMesH2)(=CH-2-(2-PrO)-C6H4)][OTf-]2 (3a) e [RuCl(1-CH3-4-CO2-Py+)(IMesH2)(=CH-2-(2-PrO)-C6H4)][OTf-] (5a) foram usados para reações de ROMP em meio homogêneo e em meio bifásico líquido/líquido usando o líquido iônico [BDMIM+][BF4-] e tolueno. Os catalisadores foram ativos para a ROMP de monômeros a base de norborneno (NBE), cis-cicloocteno (COE) e diciclopentadieno (DCPD) em meio homogêneo com bons rendimentos. O catalisador mono-iônico 5a foi mais ativo que os catalisadores 3a e 3b. As reações de ROMP em meio bifásico permitiram a síntese de polímeros com baixos valores de IPD (1,2-2,4) e altos rendimentos. O uso de um agente de transferência de cadeia (ATC) gerou polímeros com baixo teor de metal (entre 10 e 80 ppm), o que corresponde a uma remoção de 98-99,4% do Ru inicial. Em adição, o uso do ATC permitiu a realização de experimentos de reciclagem em meio bifásico para a ROMP de NBE, onde 3a e 5a foram ativos por vários ciclos. Apesar de menos ativo, 3a foi mais estável, por manter a atividade por maior número de ciclos. Foi observada baixa contaminação de Ru nos polímeros após cada ciclo (8-75 ppm), o que representa uma remoção de 98-99,9%. Como uma segunda parte do trabalho, os novos complexos [RuCl2(PPh3)2(4-CH2R-pip)], com R = H (1), Ph (2) e OH (3), foram sintetizados e aplicados como iniciadores para a ROMP de norborneno (NBE) e norbornadieno (NBD) sob diferentes tempos de reação, temperaturas e concentrações de monômero. Houve uma clara diferença nos rendimentos de homopolímero na ordem 1 > 2 > 3 na razão molar [monômero]/[Ru] = 5000 a 25 °C de 5-60 min. A diferença nos rendimentos tende a desaparecer a 50 °C, com rendimentos quantitativos para 15-30 min usando qualquer iniciador. Os resultados dos copolímeros obtidos a TA por 60 min a partir de soluções contendo quantidades fixas de NBE e quatro quantidades diferentes de NBD sugerem que o tipo de iniciador também afeta as reações, com maior inserção de NBD com 1. A ocorrência de ligações cruzadas aumentou com o aumento da carga de NBD, evidenciado pelo decréscimo nos valores de Mc e aumento valores de Tg. Em outra parte do doutorado, o novo complexo de RuIII [RuCl3(PCy3)2] foi sintetizado e caracterizado, se mostrando estável ao ar. O complexo foi aplicado como iniciador para ROMP em ar e apresentou significante diferença na reatividade para norborneno (NBE) e norbornadieno (NBD). Rendimentos quantitativos de poliNBD foram obtidos instantaneamente a 25 °C, enquanto 40 % de poliNBE foi produzido em 5 min a 25 °C e 95% em 60 min a 50 °C. A copolimerização de NBE e NBD com diferentes razões molares iniciais [NBD]/[Ru] a 25 °C resultaram em materiais com uma grande quantidade de NBD. Os valores de Tg mudaram de 37 (poliNBE) para 90 °C (poli[NBE-co-NBD]) com o aumento da carga de NBD. A caracterização morfológica mostrou que os copolímeros apresentam uma tendência a serem mais organizados com a diminuição da carga de NBD, com um padrão bem definido do tipo favo de mel para a amostra contendo a menor quantidade de NBD.A novel Grubbs-Hoveyda (GH) nitro-substituted ionic metathesis initiator [Ru(1-CH3-4-CO2-Py+)2(IMesH2)(=CH-2-(2-PrO)-5-NO2-C6H3)][OTf-]2 (3b) has been prepared. Bond lengths and chemical shifts were comparable to 3a ([Ru(1-CH3-4-CO2-Py+)2(IMesH2)(=CH-2-(2-PrO)-C6H3)][OTf-]2), although the NO2 substituent in the benzilidene moiety affords shorter Ru-O bond. Comparison between GH and 5-NO2-GH initiators indicates that the replacement of chlorides by pseudo-halides result in higher polarization of Ru=C bond and stronger Ru-O bond. 3b and the parent GH initiators [Ru(1-CH3-4-CO2-Py+)2(IMesH2)(=CH-2-(2-PrO)-C6H4)][OTf-]2 (3a) and [RuCl(1-CH3-4-CO2-Py+)(IMesH2)(=CH-2-(2-PrO)-C6H4)][OTf-] (5a) were used for ROMP reactions under homogeneous and biphasic liquid/liquid conditions using the ionic liquid [BDMIM+][BF4-] and toluene. The catalysts were active for ROMP of norbornene(NBE)-based monomers, cis-cicloocteno (COE) and dicyclopentadiene (DCPD) under homogeneous conditions providing good yields. The monoionic catalyst 5a was more active than the dicationic 3a and 3b. ROMP under biphasic conditions allowed for preparing polymers with lower PDIs (1.2-2.4) and higher yields. The use of a chain transfer agent (CTA) allowed for polymers with low metal content (range between 10 and 80 ppm), which corresponds to a Ru-removal of 98-99.4%. In addition, the use of a CTA allowed for recycling experiments under biphasic conditions for ROMP of NBE, were 3a and 5a were active for several cycles. Besides less active, 3a was more stable, once it was active for more cycles. Low Ru contamination was observed for the polymers after each cycle (8-75 ppm), a Ru-removal of 98-99.8%. As a second part of the work, the novel [RuCl2(PPh3)2(4-CH2R-pip)] complexes, with R = H (1), Ph (2) or OH (3), were synthesized and applied as initiators for ROMP of norbornene (NBE) and norbornadiene (NBD) under different reaction times, temperatures and monomer concentrations. There was clear difference in the homopolymer yields in the order 1 > 2 > 3 at [monomer]/[Ru] molar ratio of 5000, at 25 °C for 5-60 min. Difference in the yields tend to disappear at 50 °C, with quantitative yields for 15-30 min with any type of initiator. Results from copolymers obtained at RT for 60 min from fixed amounts of NBE with four different amounts of NBD suggest that the type of initiator also affects the reactions, with more insertion of NBD with 1. The occurrence of cross-linking enhanced as the NBD loading increased, evidenced by decrease in the Mc and increase in the Tg values. In other part of PhD, the novel RuIII complex [RuCl3(PCy3)2] was synthesized and characterized, being stable in air. The complex was applied as initiator for ROMP in air and presented significant difference in reactivity for ROMP of norbornene (NBE) and norbornadiene (NBD). Quantitative yields of polyNBD were obtained instantaneously at 25 °C, whereas 40 % of polyNBE resulted for 5 min at 25 °C or 95% for 60 min at 50 °C. Copolymerization of NBE and NBD with different starting [NBD]/[Ru] molar rations at 25 °C resulted in materials with large amount of NBD. Tg values changed from 37 (polyNBE) to 90 °C (poly[NBE-co-NBD]) as the NBD loading increased. Morphological characterization showed that the copolymers present a tendency to be more organized as the NBD loading decreases, with a well-defined honeycomb-like pattern for the copolymer isolated from the run with the lowest NBD load