Please use this identifier to cite or link to this item: https://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/56326
Title: EFFECTS OF ELECTRON DONORS ON ZIEGLER-NATTA CATALYZED ETHYLENE POLYMERIZATION AND COPOLYMERIZATION WITH 1-HEXENE BY QUANTUM CHEMICAL CALCULATIONS
Other Titles: ผลของตัวให้อิเล็กตรอนต่อการเกิดพอลิเมอร์ของเอทิลีนและการเกิดโคพอลิเมอร์กับ 1-เฮกซีนเร่งปฏิกิริยาด้วยซีเกลอร์-นัตตาโดยการคำนวณเชิงเคมีควอนตัม
Authors: Sutiam Kruawan
Advisors: Supot Hannongbua
Vudhichai Parasuk
Thanyada Rungrotmongkol
Other author: Chulalongkorn University. Faculty of Science
Advisor's Email: Supot.H@Chula.ac.th,supot.h@chula.ac.th
Vudhichai.P@Chula.ac.th
Thanyada.R@Chula.ac.th
Issue Date: 2015
Publisher: Chulalongkorn University
Abstract: The investigation of ethylene insertion reaction pathway using Ziegler-Natta catalyst (ZNc) with the presence and absence of electron donors (EDs) systems on the (110) MgCl2 surface of the ethylene homopolymerization and ethylene/1-hexene copolymerization was carried out within the density functional theory (DFT) calculations. Firstly, the ethylene homopolymerization where EDs generated from mixing Mg(OEt)2 + SiCl4 + TiCl4 are Si(OEt)mCln (m + n = 4) in the catalytic system was considered. The coadsorption of four different EDs on the Mg atoms of catalyst surface was also investigated by the adsorption energy (Eads). The calculation shows the strongest coadsorption of Si(OEt)4 on (110) MgCl2 surface with the preferential bidentate mode. The potential energy surface (PES) maps indicated that the reaction mechanism of ethylene insertion to Ti-C bond at active center is pseudo-concerted mechanism. We found that the EDs are not tended to decrease the (intrinsic) activation energy (Ea) but they stabilize the electron donor complexes and π-complexes by decreasing the apparent activation energy (Eaa). The obtained Eaa values found in the order of absence-ED > SiOEtCl3 > Si(OEt)2Cl2 > Si(OEt)3Cl > Si(OEt)4, respectively. Therefore, presence EDs in ZNc system can be lowered the Eaa where Si(OEt)4 is found to be the most suitable ED for ethylene homopolymerization. Secondly, the ethylene insertion pathway to the Ti-C bond at the Ti-HE (H=hexane, E=ethylene) growing chain with presence and absence of EDs systems in the ethylene/1-hexene copolymerization was investigated. Based on experimental data, the presence of Si(OEt)2(OtBu)(OiPr) donor molecule is the most active catalyst in which the strongest coadsorption was found. The optimized geometry was found in the preferential bidentate binding mode on (110) MgCl2 surface. The calculation here revealed that the C-C double bond of dynamic ethylene molecule can formed the stable π-complexes either orthogonal or parallel orientation to the Ti-C bond. Finally, the Si(OEt)2(OtBu)(OiPr) complex is the most active catalyst system due to the lowest Ea found from insertion of dynamic ethylene to either back and front side to the Ti-C bond at active center.
Other Abstract: การตรวจสอบเส้นทางของปฏิกิริยาการแทรกสอดของเอทิลีนโดยใช้ตัวเร่งซีเกลอร์-นัตตาในระบบที่มีและไม่มีตัวให้อิเล็กตรอนบนผิวของระนาบผลึก(110) แมกนีเซียมคลอไรด์ของปฏิกิริยาเอทิลีนโฮโมพอลิเมอไรเซชันและเอทิลีนกับ1-เฮกซีนโคพอลิเมอไรไซชันถูกทำให้สำเร็จได้ด้วยวิธีการคำนวณภายในทฤษฎีฟังก์ชันของความหนาแน่น สิ่งแรกคือ ทำการติดตามปฏิกิริยาการเกิดเอทิลีนโฮโมพอลิเมอไรเซชัน ซึ่งตัวให้อิเล็กตรอนถูกทำให้เกิดจากการผสมแมกนีเซียมเอทอกซีเลท+ซิลิคอนเตตระ คลอไรด์+ไทเทเนียมเตตระคลอไรด์ ได้แก่ Si(OEt)mCln (เมื่อ m + n = 4)ในระบบตัวเร่ง การดูดซับของตัวให้อิเล็กตรอนที่ต่างกันทั้งสี่ชนิดบนอะตอมแมกนีเซียมของผิวตัวเร่งถูกตรวจสอบจากพลังงานการดูดซับ จากคำนวณแสดงให้เห็นว่าการดูดซับที่แข็งแรงที่สุดของซิลิคอนเตตระเอทอกซีบนผิวระนาบผลึก(110)แมกนีเซียมคลอไรด์ด้วยรูปแบบที่ชอบมากแบบไบเดนเทต จากแผนผังของพื้นผิวพลังงานศักย์ได้บ่งชี้ถึงกลไกของปฏิกิริยาการแทรกสอดของเอทิลีนที่พันธะไทเทเนียม-คาร์บอนศูนย์เร่งว่าเป็นกลไกคอนเซิดเต็ดแบบไม่แท้ เราพบว่าตัวให้อิเล็กตรอนไม่ได้มีแนวโน้มที่จะลดค่าพลังงานก่อกัมมันต์แต่อย่างใดแต่เขาช่วยทำให้สารประกอบเชิงซ้อนที่มีตัวให้อิเล็กตรอนและสารประกอบเชิงซ้อนพายมีความเสถียรมากขึ้นจากการลดพลังงานกระตุ้นปรากฏ ค่าพลังงานกระตุ้นปรากฏที่ได้รับเมื่อเรียงตามลำดับพบว่า ระบบที่ไม่มีตัวให้อิเล็กตรอนมีค่ามากกว่าซิลิคอนเตตระคลอไรด์มอนอเอทอกซีมากกว่าซิลิคอนไดคลอไรด์ไดเอทอกซีมากกว่าซิลิคอนมอนอคลอไรด์ไทรเอทอกซีมากกว่าซิลิคอนเตตระเอทอกซีตามลำดับ ดังนั้นการที่มีตัวให้อิเล็กตรอนในระบบตัวเร่งซีเกลอร์-นัตตาสามารถที่จะลดค่าพลังงานกระตุ้นปรากฏได้ ซึ่งพบว่าซิลิคอนเตตระเอทอกซีคือตัวให้อิเล็กตรอนที่เหมาะสมที่สุดสำหรับปฏิกิริยาของเอทิลีนโฮโมพอลิเมอไรเซชัน ส่วนที่สองคือ การตรวจสอบเส้นทางการแทรกสอดของเอทิลีนที่พันธะไทเทเนียม-คาร์บอนบริเวณไทเทเนียม-เฮกซีนเอทิลีนสายโซ่กำลังโตทั้งระบบที่มีและไม่มีตัวให้อิเล็กตรอนในปฏิกิริยาการเกิดโคพอลิเมอร์เอทิลีนกับ1-เฮกซีน ข้อมูลที่ได้การทดลองพบว่า ระบบตัวเร่งซีเกลอร์-นัตตาที่มีตัวให้ซิลิคอนเทอร์เชียรีมอนอบิวทิลเอทอกซีไดเอทอกซีมอนอไอโซโพรพิลเอทอกซีเป็นตัวเร่งที่มีความว่องไวมากที่สุด ซึ่งโครงสร้างที่เหมาะสมที่ได้จากการคำนวณพบว่าในการจับที่ชอบที่สุดคือแบบไบเดนเทตที่ผิวระนาบผลึก(110)แมกนีเซียมคลอไรด์ จากการคำนวณที่นี่ยังเปิดเผยให้เห็นว่าพันธะคู่ของคาร์บอน-คาร์บอนจากโมเลกุลเอทิลีนที่เคลื่อนที่สามารถสร้างสารประกอบเชิงซ้อนพายที่เสถียรได้ทั้งแบบขนานและแบบตั้งฉากกับพันธะไทเทเนียม-คาร์บอน ในที่สุด สารประกอบเชิงซ้อนซิลิคอนเทอร์เชียรีมอนอบิวทิลเอทอกซีไดเอทอกซีมอนอไอโซโพรพิลเอทอกซี คือ ระบบตัวเร่งที่มีความว่องไวมากที่สุดจากการพบพลังงานก่อกัมมันต์ที่ต่ำที่สุดจากการแทรกสอดของเอทิลีนทั้งจากด้านหน้าและด้านหลังของพันธะไทเทเนียม-คาร์บอนที่ศูนย์เร่ง
Description: Thesis (Ph.D.)--Chulalongkorn University, 2015
Degree Name: Doctor of Philosophy
Degree Level: Doctoral Degree
Degree Discipline: Chemistry
URI: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/56326
Type: Thesis
Appears in Collections:Sci - Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
5273905623.pdf4.53 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.