Координация M=CHCH3 с пропиленом с образованием металлоцикла является первой стадией продолжения кинетической цепи

(11)

Вырожденный метатезис также имеет место, но это не приводит к изменению состава продуктов реакции. Второй этап процесса:

(12)

Стадии процесса (12) приводят вновь к появлению активного центра M=CHCH3 и образованию этилена. Поскольку такие карбены, не стабилизированные лигандами, неустойчивы, они распадаются с образованием различных продуктов (стадии обрыва). Таким образом, имеем типичную схему цепного процесса с достаточно большой длиной кинетической цепи (особенно в случае ROMP)

и кинетическим уравнением

(13)

Участие пропилена в стадиях зарождения (Wи) и, вероятно, в стадиях обрыва (wо) приводит к появлению S-образности и к сложным видам зависимостей R+ = f(PС3H6) и R+ = j (T). Карбеновый механизм объяснил и продукты, и их соотношение в случае кросс-метатезиса (реакция 10).

Понимание роли карбеновых комплексов направило исследователей на поиск стабильных металлкарбеновых комплексов, которые были бы достаточно активны как катализаторы процесса метатезиса. Такие комплексы были получены (C.P.Casey и T.J.Burkhardt, 1974 г; R.Schrock и R.Grubbs в 1974 – 1980 гг.). В 1992 г R.Grubbs предложил активные рутениевые комплексы, катализирующие метатезис различных функционально замещенных олефинов в очень мягких условиях. Примеры комплексов Шрока и Граббса приведены ниже.

Для этих катализаторов стадии зарождения цепи и обрыва, судя по всему, не играют заметной роли.

Присоединение циклоолефина к карбеновому концу растущей цепи приводит к раскрытию цикла и возникновению нового карбенового центра

(13)

В рамках метатезисного механизма полимеризации образование циклов есть процесс обрыва растущей молекулярной цепи, поэтому и линейный полимер и циклы (до 120 мономерных звеньев) образуются параллельно-последовательно.

(14)

Рассмотрим некоторые пути формирования активных карбеновых центров:

1) a-элиминирование в ряду алкильных производных

2) присоединение гидрид-ионов к катионным h3-аллильным комплексам

3) окислительное присоединение олефинов по С-Н связи к металлу

4) окислительное присоединение H2, кислот и фенолов к металлу

5) образование металлациклопентанов

Процессы диспропорционирования олефинов привлекли внимание химиков-технологов, поскольку позволяют менять состав олефинового сырья в зависимости от потребностей рынка.

“Триолефин” процесс (фирма Phillips Petr.) по реакции (1) (этилен, пропилен, бутилены) позволяет получать все три олефина в необходимых количествах. В реакции кросс-метатезиса пропилена и изобутилена на катализаторе WO3/SiO2 при 420оС максимальный выход изоамиленов получается при соотношении C3H6 : C4H8 @ 1.

В реакции изобутилена и смеси бутенов-2 получается смесь пропилена и изоамилена. Особенно интересно сочетание в одной технологической схеме реакций метатезиса и димеризации олефинов

Изопентен-1 используется для получения изопрена.

Наличие кратных связей в продуктах полимеризации циклических олефинов (полиалкенамерах) позволяет использовать их как вулканизируемые эластомеры в резинотехнической промышленности. Например, полиоктенамер получает фирма Hüls (c 1989 г) в количестве 12000 т/г по следующей схеме:

Фирма CDF-Chemie выпускает полинорборнен (5000 т/г, с 1976 г) с использованием вольфрамовых катализаторов

.

Активно развиваются малотоннажные процессы синтеза лекарств, ускорителей роста растений, ферромонов, душистых веществ, основанные на сометатезисе олефинов и ненасыщенных функционально замещенных соединений, например,

.

В заключение этого раздела отметим, что ацетиленовые углеводороды на Mo,W-содержащих катализаторах также участвуют в реакции метатезиса.

Промежуточными в этой реакции являются карбиновые комплексы металлов (MºCR) и металлациклобутадиеновые соединения (R.Schrock, 1981):

(15)

Обнаружено также, что карбеновые комплексы металлов катализируют полимеризацию ацетилена (синтез полиацетилена) и сометатезис олефинов и алкинов с образованием диенов (ениновый метатезис, T.J.Katz, 1985 г).

(16)

Литература для углубленного изучения

Темкин О.Н. Химия и технология металлокомплексного катализа, М., МИТХТ, 1980, ч. III.

Хенрици-Оливэ Г., Оливэ С. Координация и катализ, М., Мир, 1980, с. 213 – 273.

Катализ в промышленности, под. ред. Б.Лича, М., Мир, 1986, т. 1.

Нефедов О.М., Иоффе А.И., Менчиков Л.Г. Химия карбенов, М., Химия, 1990, с. 233 – 262.

Rouhi M. Olefin Metathesis: The Early Days, Chem. Eng. News, 2002, 80, №51, pp. 34 – 38.

Rouhi M. Olefin Metathesis: Big-Deal Reaction, Chem. Eng. News, 2002, 80, №51, pp. 29 – 33.