Investigations on the stereoselective polymerization of α-olefins by single-site group IV metal catalysts

par Gabriel Theurkauff

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Jean-François Carpentier et de Evgeny N. Kirillov.

Soutenue le 16-12-2014

à Rennes 1 , dans le cadre de École doctorale Sciences de la matière (Rennes) , en partenariat avec Institut des Sciences Chimiques de Rennes (laboratoire) et de Université européenne de Bretagne (PRES) .

  • Titre traduit

    Investigations sur la polymérisation stéréoséléctive d'α-oléfines par des catalyseurs mono-site de métaux du groupe IV


  • Résumé

    Les travaux présentés dans ce manuscrit ont trait à la catalyse de polymérisation des α-oléfines sont présentés en 4 parties distinctes. La première est consacrée à l'étude d'un système catalytique pour la production de polypropylène élastomère. L'analyse poussée des polymères produits et la caractérisation complète des catalyseurs utilisés a permis de montrer la présence de deux homopolymères sous forme de blende. La seconde partie porte sur la copolymérisation de monomères bifonctionnels vinyl-vinylidène avec le propylène. La caractérisation des polymères a permis de révéler la réactivité particulière des liaisons vinylidène et d'étudier l'influence du catalyseur utilisé sur le mécanisme de la polymérisation. La troisième partie s'intéresse à la caractérisation des espèces active en polymérisation et à l'étude des mécanismes d'activation et de désactivation des catalyseurs métallocènes. La synthèse et la caractérisation d'espèces cationiques, l'étude de leur comportement dynamique en solution, ainsi que l'évaluation de leur productivité en polymérisation ont permis d'établir un lien entre les propriétés électrophiles de ces espèces et de leur activité en polymérisation. La dernière partie porte sur l'homopolymérisation d'α-oléfines encombrées. La recherche d'un catalyseur suffisamment productif nous a amené à tester plusieurs catalyseurs présentant des structures différentes. L'absence de catalyseur productif soulève l'hypothèse d'interactions désactivantes entre le catalyseur et le monomère.


  • Résumé

    The work presented in the manuscript focus on α-olefin polymerization catalysis, and is divided into four distinct parts. The first part is dedicated to the study of catalytic systems for the production of elastomeric polypropylene. The analysis of the produced polymers and the characterization of the catalysts showed the presence of two homopolymers as a blend in the elastomeric polypropylene. The second part focuses on the copolymerization of bifunctionnal vinyl-vinylidene monomers with propylene. The characterization of the polymers revealed the reactivity of the vinylidène bonds and showed different polymerization mechanisms for the different catalysts. The third part reports a study on the activation and deactivation pathways of the active species in polymerization. The characterization of model cationic species and the study of their behavior in solution and in polymerization showed the relationship between the electrophilicity of the species and its productivity in propylene polymerization. The last part is dedicated to the polymerization of hindered α-olefins. The quest for a productive catalyst led to test various single site catalysts with different structures. Deactivating interactions between the monomers and the catalyst are supposed to explain the low productivity of the tested catalysts.


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