Published February 17, 2024
| Version v1
Publication
Open
Computational evaluation of zirconocene catalysts for ε-caprolactone cationic ring-opening polymerization
Description
This quantum chemical study presents the ligand effect and a structure-property relationship in the cationic ring-opening polymerization (CROP) of ε-caprolactone using zirconocene catalysts. We first examined the effects of catalyst structure on the initiation and chain propagation steps of the CROP process. A total of 54 catalyst structures were investigated to understand the influence of the ligand structure on the stability of the catalyst-monomer complex and polymerization activity. The properties of the catalysts were analyzed in terms of ancillary ligands, ligand substituents, and bridging units. Calculations showed that the polymerization follows a proposed cationic mechanism, with ring opening occurring via alkyl-bond cleavage. A correlation between complex stability and activation energy was also observed, with ligand substituents dominating in both steps. While the ancillary ligands directly affect the HOMO energy level, the bridges are mainly responsible for the catalyst geometries, resulting in reduced complex stability and higher activation energy for the propagation step. This study contributes to a better understanding of the structural characteristics of zirconocene catalysts, which offers guidance for improving CROP activities in lactone polymerization.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تقدم هذه الدراسة الكيميائية الكمومية تأثير الربيطة وعلاقة خاصية البنية في بلمرة فتح الحلقة الكاتيونية (CROP) لـ ε - caprolactone باستخدام محفزات الزركونوسين. قمنا أولاً بفحص تأثيرات بنية المحفز على خطوات البدء وانتشار السلسلة لعملية المحاصيل. تم فحص ما مجموعه 54 بنية محفز لفهم تأثير بنية الترابط على استقرار معقد مونومر المحفز ونشاط البلمرة. تم تحليل خصائص المحفزات من حيث الروابط المساعدة وبدائل الروابط ووحدات التجسير. أظهرت الحسابات أن البلمرة تتبع آلية كاتيونية مقترحة، مع حدوث فتحة حلقية عبر انقسام رابطة الألكيل. كما لوحظ وجود علاقة بين الاستقرار المعقد وطاقة التنشيط، مع هيمنة بدائل الترابط في كلتا الخطوتين. في حين أن الروابط المساعدة تؤثر بشكل مباشر على مستوى طاقة الإنسان، فإن الجسور مسؤولة بشكل أساسي عن هندسة المحفز، مما يؤدي إلى انخفاض الاستقرار المعقد وطاقة تنشيط أعلى لخطوة الانتشار. تساهم هذه الدراسة في فهم أفضل للخصائص الهيكلية لمحفزات الزركونوسين، والتي تقدم إرشادات لتحسين أنشطة المحاصيل في بلمرة اللاكتون.Translated Description (French)
Cette étude chimique quantique présente l'effet ligand et une relation structure-propriété dans la polymérisation cationique par ouverture de cycle (CROP) de l'ε-caprolactone à l'aide de catalyseurs au zirconocène. Nous avons d'abord examiné les effets de la structure du catalyseur sur les étapes d'initiation et de propagation de la chaîne du processus de CULTURE. Un total de 54 structures de catalyseur ont été étudiées pour comprendre l'influence de la structure du ligand sur la stabilité du complexe catalyseur-monomère et l'activité de polymérisation. Les propriétés des catalyseurs ont été analysées en termes de ligands auxiliaires, de substituants de ligands et d'unités de pontage. Les calculs ont montré que la polymérisation suit un mécanisme cationique proposé, l'ouverture du cycle se produisant par clivage de la liaison alkyle. Une corrélation entre la stabilité du complexe et l'énergie d'activation a également été observée, les substituants du ligand dominant dans les deux étapes. Alors que les ligands auxiliaires affectent directement le niveau d'énergie HOMO, les ponts sont principalement responsables des géométries du catalyseur, ce qui entraîne une stabilité complexe réduite et une énergie d'activation plus élevée pour l'étape de propagation. Cette étude contribue à une meilleure compréhension des caractéristiques structurelles des catalyseurs de zirconocène, ce qui offre des conseils pour améliorer les activités DES CULTURES dans la polymérisation des lactones.Translated Description (Spanish)
Este estudio químico cuántico presenta el efecto ligando y una relación estructura-propiedad en la polimerización catiónica por apertura de anillo (CROP) de ε-caprolactona utilizando catalizadores de zirconoceno. Primero examinamos los efectos de la estructura del catalizador en los pasos de iniciación y propagación de la cadena del proceso de CULTIVO. Se investigaron un total de 54 estructuras catalíticas para comprender la influencia de la estructura del ligando en la estabilidad del complejo catalizador-monómero y la actividad de polimerización. Las propiedades de los catalizadores se analizaron en términos de ligandos auxiliares, sustituyentes de ligando y unidades de puente. Los cálculos mostraron que la polimerización sigue un mecanismo catiónico propuesto, con la apertura del anillo que se produce a través de la escisión del enlace alquilo. También se observó una correlación entre la estabilidad del complejo y la energía de activación, dominando los sustituyentes del ligando en ambas etapas. Si bien los ligandos auxiliares afectan directamente el nivel de energía de HOMO, los puentes son los principales responsables de las geometrías del catalizador, lo que resulta en una estabilidad compleja reducida y una mayor energía de activación para el paso de propagación. Este estudio contribuye a una mejor comprensión de las características estructurales de los catalizadores de zirconoceno, lo que ofrece una guía para mejorar las actividades de LOS CULTIVOS en la polimerización de lactonas.Files
s41598-024-54157-y.pdf.pdf
Files
(3.1 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:70e215067b8fd092f6c39d16fab958ae
|
3.1 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التقييم الحسابي لمحفزات الزركونوسين من أجل بلمرة فتح الحلقة الموجبة ε -كابرولاكتون
- Translated title (French)
- Évaluation informatique des catalyseurs à base de zirconocène pour la polymérisation par ouverture de cycle cationique de l'ε-caprolactone
- Translated title (Spanish)
- Evaluación computacional de catalizadores de zirconoceno para la polimerización catiónica de apertura de anillo de ε-caprolactona
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4391914122
- DOI
- 10.1038/s41598-024-54157-y
References
- https://openalex.org/W1557482593
- https://openalex.org/W1966645311
- https://openalex.org/W1983518984
- https://openalex.org/W1986666896
- https://openalex.org/W2001254292
- https://openalex.org/W2006385665
- https://openalex.org/W2009027332
- https://openalex.org/W2012055974
- https://openalex.org/W2012928178
- https://openalex.org/W2023246165
- https://openalex.org/W2043026814
- https://openalex.org/W2062482559
- https://openalex.org/W2079902453
- https://openalex.org/W2086192980
- https://openalex.org/W2094464487
- https://openalex.org/W2113197530
- https://openalex.org/W2113692324
- https://openalex.org/W2151807983
- https://openalex.org/W2161214934
- https://openalex.org/W2230728100
- https://openalex.org/W2257631199
- https://openalex.org/W2280983299
- https://openalex.org/W2313385232
- https://openalex.org/W2314277249
- https://openalex.org/W2329876742
- https://openalex.org/W2513129093
- https://openalex.org/W2530762667
- https://openalex.org/W2566871250
- https://openalex.org/W2605407741
- https://openalex.org/W2891936594
- https://openalex.org/W2911341288
- https://openalex.org/W2983441248
- https://openalex.org/W2988128469
- https://openalex.org/W2995574046
- https://openalex.org/W3017291126
- https://openalex.org/W3092176784
- https://openalex.org/W3108759150
- https://openalex.org/W3211158282
- https://openalex.org/W4220689061
- https://openalex.org/W4240749418
- https://openalex.org/W4281837753
- https://openalex.org/W4300109386
- https://openalex.org/W4306952952
- https://openalex.org/W4365447717