New metal catalysts for Ring-Opening Polymerization of cyclic esters

Abstract

I problemi ambientali ed economici legati ai polimeri derivanti da fonti petrolchimiche hanno spinto la ricerca accademica verso lo sviluppo di alternative green e degradabili rispetto alle plastiche convenzionali. I poliesteri alifatici possono essere considerati un’alternativa sostenibile rispetto ai polimeri convenzionali di origine petrolifera. La polimerizzazione per apertura di anello di esteri ciclici (ROP) catalizzata da complessi metallici permette di ottenere poliesteri alifatici con masse molecolari controllate usando blande condizioni di reazione ed si evita la formazione di piccole molecole come sottoprodotti.1 Nel mio progetto di dottorato mi sono focalizzato sullo sviluppo di nuovi sistemi catalitici per la ROP di esteri ciclici basati su complessi metallici del gruppo IV o Al. I metalli scelti sono non tossici, biocompatibili ed economici, caratteristiche molto ricercate in campo accademico, industriale e medico. 2 In particolare in questo progetto ho sviluppato nuovi catalizzatori nel quale il metallo è supportato da leganti lineari bidentati, tetradentati e tridentati contenenti funzioni ammidiche accoppiate con gruppi tioeteri (NS, NSSN e NSO). Ho concentrato la mia attenzione su questo tipo di leganti perché è stato dimostrato che i leganti donatori di ammidi sono leganti adatti per i primi metalli di transizione. Vale la pena notare che l'efficienza dei complessi del gruppo IV e Al con leganti ammidici nella ROP degli esteri ciclici è stata a malapena esplorata.3 Leganti e complessi sintetizzati sono stati caratterizzati mediante spettroscopia di massa e NMR e, quando possibile, mediante analisi di diffrazione di raggi X. Le prestazioni catalitiche dei complessi nella ROP di esteri ciclici, come L-Lattide, sono state ampiamente studiate e tutti, sia quelli del gruppo IV che quelli di Al, hanno dimostrato di essere attivi nella polimerizzazione. I poliesteri ottenuti sono stati caratterizzati mediante spettroscopia NMR, cromatografia a permeazione di gel (GPC) e calorimetria a scansione differenziale (DSC). [a cura dell'Autore]

The environmental and economic problems related to the petrochemical-derived polymers have driven the academic research toward the development of green and degradable alternatives to conventional plastics. The aliphatic polyesters can be considered a sustainable alternative to conventional polymer of petrochemical origin. The ring opening polymerization (ROP) of cyclic esters catalyzed by metal complexes allows obtaining aliphatic polyesters with controlled molecular masses using mild reaction conditions and avoids the formation of small molecule byproducts.1 In my PhD project I focused on developing new catalytic systems for the ROP of cyclic esters based on group IV or Al metal complexes. The chosen metals are nontoxic, biocompatible and non-expensive, characteristics much sought after in the academic, industrial and medical fields.2 In particular in this project I developed new catalysts in which the metal is supported by linear bidentate, tetradentate and tridentate ligands that exhibit amide functions coupled with thioether groups (NS, NSSN and NSO). I have focused my attention on this type of ligands because amide donor ligands have been proven to be well-suite ligands for early transition metals. It is worth to note that the efficiency of group IV and Al complexes with amide ligands in the ROP of cyclic esters was barely explored.3 Synthetized ligands and complexes were characterized by Mass and NMR spectroscopy, and when possible, by X-ray diffraction analysis. The catalytic performances of the complexes in the ROP of cyclic esters, such as L-Lactide, were extensively investigated and all, both those of group IV and Al, have been shown to be active in the polymerization. The obtained polyesters were characterized by NMR spectroscopy, gel permeation chromatography (GPC) and differential scanning calorimetry (DSC). [edited by Author]