11º Encontro Nacional de Tecnologia Química
Realizado em Tereseina/PI, de 11 a 13 de Setembro de 2019.
ISBN 978-85-85905-26-2

TÍTULO: DESENVOLVIMENTO DE NOVOS MATERIAIS A PARTIR DA COPOLIMERIZAÇÃO DE MONÔMEROS CÍCLICOS VIA METÁTESE

AUTORES: Braga, S.D. (UFPI) ; França, A.A.C. (UFPI) ; Nascimento, F.V.B. (UESPI) ; Vieira, V.B. (UESPI) ; Silva, T.T. (UESPI) ; Silva, T.T. (UESPI) ; Costa, A.K.B. (UESPI) ; Fernandes, K.A. (UESPI) ; Batista, N.C. (UESPI) ; Sá, J.L.S. (UESPI)

RESUMO: Os monômeros olefínicos-cíclicos de norborneno (NBE) e seus derivados: NBE- (COOR)2 , NBE-COOH e epoxi-NBE, foram copolimerizados via ROMCP em diferentes proporções em volume, utilizando dicloro(tris)trifenilfosfinaperidroazepina rutênio (II) (PEP) como catalisador e etildiazoacetato como fonte de carbeno, por 30 min à 50ºC. Os copolímeros obtidos foram analisados por cromatografia de permeação em gel indicando altos valores de Mn, na ordem de 106g.mol-1, bem como IPD próximos de 1,7. As análises termogravimétricas (TGA) mostraram um processo de degradação cerca de 430 à 470ºC, como função do comonômero e suas proporções. Portanto, conclui-se que a aplicação do complexo metálico nas condições adotadas é eficaz na síntese via ROMCP de NBE com seus derivados.

PALAVRAS CHAVES: norborneno; ROMCP; copolímeros

INTRODUÇÃO: A metátese de olefinas trata-se de reações catalisadas por complexos de metais de transição no qual, ocorre a troca entre átomos de carbonos olefínicos para produzir duas novas olefinas (BRAGA, 2018; IVIN et al. ,1997). Dentre as reações de metátese destaca-se a ROMP (Ring Opening Metathesis Polymerization), utilizada na obtenção de moléculas com grande massa molecular, estereoquímica desejada e com funcionalidades para diversas aplicações (BIELAWISKI et al., 2007; FERNANDESet al., 2015; GRUBBS, 2006). Grubbs e colaboradores desenvolveram uma série de complexos de Ru-alquilidenos para atuarem como catalisadores em ROMP que apresentavam maior seletividade, reatividade e elevada tolerância à grupos funcionais. Um dos principais polímeros estudados neste tipo de reação é o polinorborneno (poliNBE) usado na indústria como isolante acústico e para conter derramamento de óleos nos mares e rios (CARVALHO Jr. et al., 2012). Com base neste contexto, o presente trabalho refere-se a estudos de copolimerização de monômeros olefínicos-cíclicos, a partir da mistura de diferentes quantidades de norborneno (NBE) e quantidades fixas de ácido 5- norborneno-2-carboxílico (NBE-COOH), ou derivado do ácido 5-norborneno-2,3- dicarboxílico (NBE-(COOR)2), ou anidrido exo-3,6-epoxi-1,2,3,6- tetrahidroftálico (epoxi-NBE), utilizando dicloro(tris)trifenilfosfinaperidroazepina rutênio (II) (PEP), com intuito de obter novas opções de materiais poliméricos sintetizados via ROMCP. A escolha dos monômeros deu-se pela similaridade entre as estruturas dos compostos. Todos são olefinas bicíclicas, de forma a facilitar as discussões ao comparar a influência do grupo pendente entre NBE-COOH e NBE-(COOR) 2, bem como a influência do oxigênio no anel do epoxi-NBE.

MATERIAL E MÉTODOS: Para realização deste trabalho, todos os materiais e reagentes foram disponibilizados pelo laboratório GERATEC da Universidade Estadual do Piauí. Os reagentes foram: metanol (Dinâmica), ácido clorídrico (Aldrich), clorofórmio (Dinâmica), ácido 5-norborneno-2,3-dicarboxílico (NBE-(COOH) 2) (Aldrich), norborneno (NBE) (Aldrich), etildiazoacetato (EDA), catalisador dicloro(tris)trifenilfosfinaperidroazepina rutênio (II) (PEP), ácido 5-norborneno-2-carboxílico (NBE-COOH) (Aldrich) e anidrido exo-3,6- epoxi-1,2,3,6-tetrahidroftálico (epoxi-NBE) (Aldrich). Na realização da síntese do NBE-(COOR)2, adicionou-se em um balão de fundo redondo, 2 g de NBE-(COOH)2, 10 mL de CH3OH e 1 mL de HCl, este foi colocado em um sistema de refluxo em banho de óleo termostatizado. A mistura permaneceu sob agitação em temperatura de refluxo por 120 minutos. Em seguida, evaporou-se cerca de 3 mL da solução com propósito de isolar somente o NBE-(COOR)2 e retirar o excesso de álcool e ácido presente na reação (GRUUBS, 2006). O produto da síntese foi analisado por técnica de Cromatografia Gasosa acoplada ao Espectrômetro de Massa (CG-EM) da marca SHIMADZU. Para as copolimerizações, inicialmente preparou-se uma solução de NBE com concentração de 24,6 mol.L-1. Em seguida, os comonômeros NBE- (COOR)2, epoxi-NBE e NBE-COOH foram dissolvidos em um balão de fundo redondo, adicionando-se 1 mL de CHCl3, 5 µL de EDA e 5 mg de catalisador (PEP). As misturas foram mantidas por 30 minutos em banho de óleo termostatizado a 50°C sob atmosfera de ar. Ao final do tempo determinado, os copolímeros foram precipitados com 3-4 mL de metanol e a reação cessada.

RESULTADOS E DISCUSSÃO: Os materiais poliméricos de NBE com os comônomeros NBE-(COOR)2, NBE-COOH e epoxi-NBE foram sintetizados à 50ºC, utilizando PEP, nas condições reacionais descritas na Tabela 1. Como primeira análise qualitativa, todos os materiais formados apresentaram aspecto termoplástico, moldáveis à temperatura ambiente. Os resultados de GPC em termos de Mn e IPD dos copolímeros sintetizados neste trabalho estão apresentados na Tabela 2. As amostras de poli(NBE-co-NBE-(COOR)2) e poli(NBE-co-epoxi-NBE) foram difíceis para solubilizar. Enquanto as amostras de poli(NBE-co-NBE- COOH) foram rapidamente solúveis. Poli(NBE-co-NBE-(COOR)2) e poli(NBE-co-epoxi-NBE) apresentaram Mn constante em função da variação da proporção de comonômero, Mn na ordem de 106 g.mol-1, e para poli(NBE-co-NBE-COOH), Mn na ordem de 105 g.mol-1. O valor de IPD para estes materiais foram aproximadamente de 1,7. No geral, existe uma relação da menor solubilidade dos copolímeros e maiores tamanhos de cadeias. A Figura 1 apresenta as curvas de TGA para os copolímeros obtidos nas proporções de NBE e comonômeros 1:1 e 3:1, onde foi possível observar dois processos termodegradativos: o primeiro aconteceu em cerca de 180 ºC, referente à evaporação de solvente entre as cadeias poliméricas e possíveis oligômeros, e o segundo processo cerca de 430 à 470 ºC que acontece como uma função do tipo de comonômero e suas proporções. Três efeitos devem ser avaliados para caracterizar as temperaturas de degradação de materiais tipicamente obtidos via ROMCP (SILVA SÁ, 2011; CARVALHO Jr. et al., 2012; FERNANDES et al., 2015). O tamanho da cadeia, a existência e característica do grupo pendente e as interações eletrostáticas devido à existência de heteroátomos.

Tabela 1 e 2

Tabela 1- Condições reacionais para a realização das copolimerizações. Tabela 2- Resultados de GPC: valores de Mn e IPD dos copolímeros.

Figura 1

Curvas de TGA para (a) proporção 1:1 e (b) para proporção 3:1 de poli(NBE-co-(COOR)2), poli(NBE- co-epoxi-NBE) e poli(NBE-co-NBE-COOH).

CONCLUSÕES: Novos materiais poliméricos a partir da mistura de diferentes monômeros olefínicos-cíclicos de NBE com NBE-(COOR)2, epoxi-NBE e NBE-COOH foram obtidos via ROMCP. Estes apresentaram diferentes características em função das condições reacionais adotadas e dos comonômeros, com altos valores de Mn, IPD e temperatura de degradação térmica. Portanto, pode-se concluir que a aplicação do complexo PEP nas condições adotadas, bem como a mistura destes comonômeros em diferentes proporções, geram diferentes respostas nas características termoestruturais dos materiais.

AGRADECIMENTOS: UESPI, UFPI e às agências de fomento CAPES e FAPEPI (Edital 06/2018 FAPEPI/CAPES) pelas concessões de bolsa de estudo e suportes à pesquisa.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: BIELAWSKI, C. W.; GRUBBS, R. H. Living ring-opening metathesis polymerization. Progress Polymer Science, v. 32, p. 1–29, 2007.
BRAGA, S. D. Influência do tamanho do grupo pendente dos comonômeros: copolimerização de NBE com monômeros do tipo NBE-(COOR)2 e NBE-(COOH) sintetizados via ROMCP. 2018. 69f. Dissertação (Mestrado em Química), Universidade Federal do Piauí, Teresina, 2018.
CARVALHO Jr, V. P.; FERRAZ, C. P.; SÁ, J. L. S.; LIMA-NETO, B. S. ROMP como um método versátil para a obtenção de materiais poliméricos diferenciados. Química Nova, v. 35, nº 04, p. 791-801, 2012.
FERNANDES, R. J.; SILVA, T. B.; NETO, B. S. L.; HAIDUKE, R. L. A. Structural and kinetic insights into the mechanism for ring openingmetathesis polymerization of norbornene with[RuCl2(PPh3)2(piperidine)] as initiator complex. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 58-65, 2015.
GRUBBS, R. H. Olefin-metathesis catalysts for the preparation of molecules and materials (Nobel Lecture). Angewandte Chemie International Edition, v. 45, p. 3760-3765, 2006.
IVIN, K. J.; MOL, J. C. Olefin metathesis and metathesis polymerization. New York: Academic Press, 1997.
SILVA SÁ, J.L., Efeitos Eletrônicos e Estéricos de Ligantes Ancilares: Relação Estrutura-Reatividade em Complexos do Tipo [RuCl2(PPh3)x(amina)y] para Polimerização de Olefinas via Metátese. Tese de Doutorado. Instituto de Química de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2011.