Sulphonamido-phosphorus nickel complexes for the selective oligomerisation of olefins - Exploring dissymmetric ligands and supramolecular strategies

par Pierre Boulens

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Hélène Olivier et de Joost Reek.

  • Titre traduit

    Complexes sulfonamido-phosphine du nickel pour l'oligomérisation sélective des oléfines, exploration de ligands dissymétriques et de stratégies supramoléculaires


  • Résumé

    Les alpha oléfines linéaires courtes sont des molécules de base en pétrochimie donc le marché est en constante augmentation notamment pour les oléfines légères (butène-1, hexène-1, octène-1). Ces oléfines, utilisées massivement dans l’industrie des plastiques, sont produites par la réaction catalytique d’oligomerisation de l’éthylène. IFPEN a contribué à développer plusieurs procédés homogènes d’oligomérisation de l’éthylène (AlphaButol, AlphaHexol, AlphaSelect) à base des complexes de titane, chrome ou zirconium. A travers une collaboration avec l’Université d’Amsterdam de nouvelles stratégies de développement de ligands ont été entreprises afin de rendre les catalyseurs à base de nickel sélectifs pour cette transformation. Ainsi, une approche supramoléculaire basée sur des interactions par liaison hydrogène, jusqu’alors décrite pour les métaux nobles, a été développée et appliquée aux complexes de nickel. Des complexes organométalliques originaux ont pu être générés et les interactions supramoléculaires ont été caractérisées par diffraction aux rayons X notamment. Ces complexes se présentent sous forme zwitterionique et sont formés par la combinaison de deux ligands simples donneurs et/ou accepteurs d’hydrogène. Ces complexes se sont avérés très actifs vis-à-vis de l’éthylène et ne nécessite pas l’ajout d’activateur du fait de la présence d’une liaison nickel-carbone réactive. Ils ont permis d’accéder à des sélectivités très importantes en butène-1. Appuyé par des expériences in situ et l’évaluation en catalyse de plusieurs complexes aux propriétés électroniques et stériques variées, cette approche a permis d’identifier l’espèce active et de mesurer l’impact de plusieurs descripteurs permettant de moduler la sélectivité et l’activité de la réaction catalytique en profondeur.


  • Résumé

    The demand for short linear alpha olefins is constantly increasing and motivates the development of robust and selective catalysts. In this thesis, several libraries of phosphorus ligands with the capacity to form dissymmetric or supramolecular assemblies were synthesized. The variability observed within the aminophosphine libraries, clearly reflected by the various tautomeric equilibrium of the ligand, was also observed in the nickel complexes as a single ligand could generate several complexes with different structures. Sulphonyliminobisphosphine were then introduced as a new class of ligands. These precursors rearrange in the presence of nickel to generate diphosphinamine nickel complexes. Activated by MAO, these complexes are active in the reaction of ethylene oligomerisation and produce short chain olefins. A new approach that forms stable supramolecular nickel complexes was developed by combining two phosphorus ligands with Ni(0). These complexes stabilised by hydrogen bonding are directly active in the reaction of ethylene oligomerisation with some catalysts leading to high selectivity to 1-butene (up to 84%). To understand the origin of that selectivity, the scope of complexes was extended to ligands with different steric and electronic properties. Their evaluation in the reaction of ethylene oligomerisation evidenced a relation between the catalyst structure and the selectivity of the reaction. Mechanistic studies, under an ethylene atmosphere, reveals that cationic complexes rearrange to neutral complexes, which are likely, the active species.



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