Synthèse et caractérisation de nouveaux catalyseurs à base de palladium et de ruthénium pour la polymérisation de l'éthylène et sa copolymérisation avec des monomères polaires

摘要

L'incorporation de monomères fonctionnalisés dans la chaine de polyéthylène linéaire permet d'en modifier les propriétés et d'élargir sa gamme d'application. Le meilleur moyen d'y parvenir est par copolymérisation catalytique de l'éthylène avec des monomères polaires. A l'heure actuelle, les catalyseurs les plus efficaces pour réaliser ce type de copolymérisation sont des complexes neutres de palladium de type Pd[P^O]MeL comportant un ligand phosphine sulfonate bidentate ainsi qu'un ligand labile L (pyridine, lutidine, dmso). Cependant, ces catalyseurs présentent des activités catalytiques trop faibles et sont trop couteux pour une éventuelle application industrielle. Le premier objectif de cette thèse était l'élaboration de nouveaux catalyseurs de polymérisation de l'éthylène et de copolymérisation de l'éthylène avec des monomères polaires. Le but était de synthétiser une nouvelle famille de ligands phosphines sulfonate de type R2P(C6H4-o-SO3H) en variant les groupements R puis d'utiliser ces ligands pour préparer les complexes de palladium correspondants . Dans une première étude, une série de phosphines d'aryle sulfonate de type Ar2P(C6H4-o-SO3H, où Ar = phényle (Ph), naphtyle (Np), phénanthryle (Pa) et anthracényle (An) fut préparée. Ces phosphines encombrées furent utilisées pour générer des complexesudde palladium de type [R2P(C6H4-o-SO3)PdMe(pyridine)]. Les rendements observés pour la synthèse des catalyseurs correspondants présentent l'ordre suivant : Ph > Np > Pa > An, ce qui ne correspond pas à la basicité des ligands, indiquant ainsi que se sont les facteurs stériques qui influent le plus sur la réactivité de ces phosphines sur l'atome métallique. Ces composés se sont tous avérés efficaces pour catalyser la polymérisation de l'éthylène à 85°C (P = 300psi), avec des activités catalytiques diminuant selon l'ordre : Ph > Np > Pa > An. Les polymères générés sont hautement linéaires. Le catalyseur préparé à partir de la phosphine pour laquelle Ar = Ph est aussi en mesure d'incorporer des monomères polaires comme les acrylates avec des taux d'incorporation pouvant atteindre 15%. Cependant, les trois autres catalyseurs n'ont montré aucune activité en copolymérisation. Dans une seconde étude, l'influence des substituants R de la phosphine sur l'activité catalytique et les masses molaires fut étudiée d'une façon systématique. La phosphine au caractère donneur le plus faible préparée pour cette étude, (C6F5)2P(C6H4-o-SO3H), a présenté une activité très faible pour la polymérisation in situ de l'éthylène en présence de Pd(dba)2 et a produit du polyéthylène de très faible masse molaire (Mw = 1200 g/mol). La phosphine possédant le caractère σ-donneur le plus fort, (tBu)2P(C6H4-o-SO3H) , a présenté une activité très élevé, polymérisant rapidement l'éthylène à température ambiante pour générer un polymère linéaire de haute masse molaire (Mw = 116 000 g/mol). Nous avons démontré de façon claire l'influence du caractère σ-donneur du ligand phosphine sur l'activité catalytique de polymérisation pour ces complexes. Nous avons aussi rapporté que la phosphine (tBu)(Ph)P(C6H4-o-SO3H) est active pour l'incorporation de l'acrylate de méthyle (MA) en quantité importante (jusqu'à 28%) ainsi que pour l'homopolymérisation du MA. Le second objectif de cette thèse était la synthèse de nouveaux catalyseurs de polymérisation de l'éthylène à base de ruthénium, un métal moins couteux que le palladium. Nous avons préparé des complexes de ruthénium contenant des ligands phosphine sulfonate de type Ru[P^O]n et Ru[P^O]2(H2O)2 . Après activation au MAO, ces complexes se sont avérés actifs pour la polymérisation de l'éthylène, générant du polyéthylène réticulé de très hautes masses molaires (Mn = 610 000 g/mol). Les activités observées peuvent atteindre 2200 moles d'éthylène par mole de ruthénium. Ce système catalytique permet aussi la copolymérisation de l'éthylène avec le 1-hexène ainsi que le norbornène comme démontré par le faible point de fusion des copolymères formés. Cependant dû à la nature insoluble des copolymères obtenus, le taux d'insertion est difficile à déterminer.ud______________________________________________________________________________ udMOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Polymérisation, éthylène, palladium, ruthénium, phosphines, oléfines, acrylates.