A molécula de 3-metilpiperidina (3-Mepip) foi investigada como ligante ancilar em um novo complexo do tipo [RuCl2(PPh3)2(amina)] em polimerização via metátese de olefinas ciclicas por abertura de anel (ROMP) de norborneno (NBE) e norbornadieno (NBD). A síntese do novo complexo foi realizada partindo-se do complexo precursor [RuCl2(PPh3)3], e foi caracterizado por: EPR, análise elementar de CHN, infravermelho (FTIR) e RMN de 31P. Com base nos resultados obtidos é possível propor um complexo pentacoordenado com geometria pirâmide de base quadrada (PBQ), estando os íons cloretos trans-posionados no plano equatorial da esfera de coordenação do metal, com a amina ocupando a posição apical da pirâmide devido ao seu forte caráter doador σ. As reações de ROMP dos monômeros NBE e NBD utilizando o novo complexo foram realizadas em atmosfera de argônio em função da razão molar de molar [monômero]/[Ru] (1000, 3000, 5000, 7000 e 10000), tempo (5, 30 e 60 min) e temperatura (25 e 50 °C). Com um volume de 5 µ de etildiazoacetato (EDA), 25 °C e uma razão molar de 5000 de monômero a 5 min, obteve-se 65 % de poliNBE com Mn = 0,8 x 105 e IPD igual a 1,9. Os polímeros obtidos com NBD apresentaram um rendimento em torno de 20% a 25 °C por 5 min. Reações de polimerização em atmosfera aberta resultaram em valores de rendimento próximos dos observados em atmosfera de argônio, sugerindo dessa forma que o novo complexo é resistente a processos oxidativos provocados pelo O2 da atmosfera ambiente. As reações de polimerização foram realizadas na presença de outros diazocompostos benzildiazoacetato (BDA) e tertbutildiazoacetato (TBDA) como fontes de carbenos, afim de avaliar a influência eletrônica e estérica provocada pelos diferentes grupo R desses diazocompostos. Foi observado que o etildiazoacetato (EDA) apresentou os melhores valores de rendimento dos polímeros isolados, provavelmente devido ao balanço nas características estéricas e eletrônicas desse diazo frente ao centro de Ru(II). / The 3-methylpiperidine (3-Mepip) molecule was investigated as ancillary ligand in a novel [RuCl2(PPh3)2(amine)] type complex for ring-opening metathesis polymerization (ROMP) of norbornene (NBE) and norbornadiene (NBD). The synthesis of the new complex was performed from the precursor complex [RuCl2(PPh3)3], and it was characterized by: EPR, CHN elemental analysis, infrared (FTIR) and 31P NMR (1H). From the obtained results it was possible to propose a pentacoordenado complex with square-shaped pyramid geometry (PBQ), with chloride ions trans-positioned in the equatorial plane of the coordinating metal sphere, with the amine occupying the apical position of the pyramid due to its strong σ-donor character. The ROMP reactions of NBE and NBD monomers using the new complex were performed under argon atmosphere as a function of the [monomer]/[Ru] molar ratio (1000, 3000, 5000, 7000 and 10000), reaction time (5, 30 and 60 min) and temperature (25 and 50 ° C). With a volume of 5 µL of ethyldiazoacetate (EDA), at 25 °C and a 5000 molar ratio of monomer for 5 min, 65% polyNBE was obtained with Mn = 0.8 x 105 and IPD equal to 1.9. The polymers obtained with NBD showed 20% yield at 25 °C for 5 min. The polymers obtained with norbornadiene showed a yield of about 20% at 25 °C for 5 min. Polymerization reactions in air atmosphere resulted in values close to those observed in argon atmosphere, suggesting that the complex presents resistance to oxidative processes caused by O2 from the ambient atmosphere. The polymerization reactions were performed in the presence of other diazocompounds benzyldiazoacetate (BDA) and tert-butyldiazolacetate (TBDA) as sources of carbenes. In order to evaluate the electronic and steric influence caused by the different R groups of these diazocompounds, it was observed that ethyldiazoacetate EDA) presented the best yield values of the isolated polymers, probably due to the balance in the steric and electronic characteristics of this diazo in front of the Ru(II) center.

O complexo [RuCl2(PPh2Bz)3] (1) é ativo em ROMP de norborneno. À 50 ºC na presença de EDA, observa-se prontamente precipitação de polímero. Obtendo-se cerca de 50% de rendimento tanto por 5 min como 30 min. O valor do IPD é alto quando aumenta-se o tempo de reação. Este complexo apresenta grandes rendimentos quando aumenta-se a razão [NBE]/[Ru], com quantitativo rendimento quando [NBE]/[Ru] = 15.000. Quando a razão [NBE]/[Ru] é 1.000, é obtido polímeros com cadeias polimodais. Trocando uma molécula de PPh2Bz em 1 por piperidina, o novo complexo [RuCl2(PPh2Bz)2pip] (2) é ativo a 25 ºC por 30 min com 92% de rendimento (PDI = 2.22). Observa-se rendimento quantitativo a 50 ºC por 30 min. O aumento da razão [NBE]/[Ru] diminui o rendimento para este complexo. Os complexos [RuCl2(PPh2Bz)2(nic)2] (3) e [RuCl2(PPh2Bz)2(isn)2] (4) não mostraram boa atividade a 25 ºC por 30 min. Obtém-se 7.2% de rendimento a 50 ºC por 5 min e 12.0% a 30 min com 5µL de EDA. / The complex [RuCl2(PPh2Bz)3] (1) is active in ROMP of norbornene. At 50 °C in presence of EDA, it is observed promptly precipitation of polymer. It is obtained c.a. 50% yield at 50 ºC for either 5 min or 30 min. The PDI value is larger when increasing the reaction time. This complex presents high yields when increasing the [NBE]/[Ru] ratio, with a quantitative reaction when [NBE]/[Ru] = 15,000. When the [NBE]/[Ru] ratio is 1,000, it is obtained polymodal polymer chains. Changing one PPh2Bz molecule in 1 for piperidine, the new complex [RuCl2(PPh2Bz)2pip] (2) is active at 25 ºC for 30 min with 92% yield (PDI = 2.22). Quantitative yield is obtained at 50 ºC for 30 min. The increase of [NBE]/[Ru] ratio affords the decrease in the yield when using this complex. The complexes [RuCl2(PPh2Bz)2(nic)2] (3) and [RuCl2(PPh2Bz)2(isn)2] (4) do not show good activity at 25 ºC up to 30 min. It is obtained 7.2% yield at 50 ºC for 5 min and 12.0% for 30 min with 5µL of EDA.

A molécula de 3-metilpiperidina (3-Mepip) foi investigada como ligante ancilar em um novo complexo do tipo [RuCl2(PPh3)2(amina)] em polimerização via metátese de olefinas ciclicas por abertura de anel (ROMP) de norborneno (NBE) e norbornadieno (NBD). A síntese do novo complexo foi realizada partindo-se do complexo precursor [RuCl2(PPh3)3], e foi caracterizado por: EPR, análise elementar de CHN, infravermelho (FTIR) e RMN de 31P. Com base nos resultados obtidos é possível propor um complexo pentacoordenado com geometria pirâmide de base quadrada (PBQ), estando os íons cloretos trans-posionados no plano equatorial da esfera de coordenação do metal, com a amina ocupando a posição apical da pirâmide devido ao seu forte caráter doador σ. As reações de ROMP dos monômeros NBE e NBD utilizando o novo complexo foram realizadas em atmosfera de argônio em função da razão molar de molar [monômero]/[Ru] (1000, 3000, 5000, 7000 e 10000), tempo (5, 30 e 60 min) e temperatura (25 e 50 °C). Com um volume de 5 µ de etildiazoacetato (EDA), 25 °C e uma razão molar de 5000 de monômero a 5 min, obteve-se 65 % de poliNBE com Mn = 0,8 x 105 e IPD igual a 1,9. Os polímeros obtidos com NBD apresentaram um rendimento em torno de 20% a 25 °C por 5 min. Reações de polimerização em atmosfera aberta resultaram em valores de rendimento próximos dos observados em atmosfera de argônio, sugerindo dessa forma que o novo complexo é resistente a processos oxidativos provocados pelo O2 da atmosfera ambiente. As reações de polimerização foram realizadas na presença de outros diazocompostos benzildiazoacetato (BDA) e tertbutildiazoacetato (TBDA) como fontes de carbenos, afim de avaliar a influência eletrônica e estérica provocada pelos diferentes grupo R desses diazocompostos. Foi observado que o etildiazoacetato (EDA) apresentou os melhores valores de rendimento dos polímeros isolados, provavelmente devido ao balanço nas características estéricas e eletrônicas desse diazo frente ao centro de Ru(II). / The 3-methylpiperidine (3-Mepip) molecule was investigated as ancillary ligand in a novel [RuCl2(PPh3)2(amine)] type complex for ring-opening metathesis polymerization (ROMP) of norbornene (NBE) and norbornadiene (NBD). The synthesis of the new complex was performed from the precursor complex [RuCl2(PPh3)3], and it was characterized by: EPR, CHN elemental analysis, infrared (FTIR) and 31P NMR (1H). From the obtained results it was possible to propose a pentacoordenado complex with square-shaped pyramid geometry (PBQ), with chloride ions trans-positioned in the equatorial plane of the coordinating metal sphere, with the amine occupying the apical position of the pyramid due to its strong σ-donor character. The ROMP reactions of NBE and NBD monomers using the new complex were performed under argon atmosphere as a function of the [monomer]/[Ru] molar ratio (1000, 3000, 5000, 7000 and 10000), reaction time (5, 30 and 60 min) and temperature (25 and 50 ° C). With a volume of 5 µL of ethyldiazoacetate (EDA), at 25 °C and a 5000 molar ratio of monomer for 5 min, 65% polyNBE was obtained with Mn = 0.8 x 105 and IPD equal to 1.9. The polymers obtained with NBD showed 20% yield at 25 °C for 5 min. The polymers obtained with norbornadiene showed a yield of about 20% at 25 °C for 5 min. Polymerization reactions in air atmosphere resulted in values close to those observed in argon atmosphere, suggesting that the complex presents resistance to oxidative processes caused by O2 from the ambient atmosphere. The polymerization reactions were performed in the presence of other diazocompounds benzyldiazoacetate (BDA) and tert-butyldiazolacetate (TBDA) as sources of carbenes. In order to evaluate the electronic and steric influence caused by the different R groups of these diazocompounds, it was observed that ethyldiazoacetate EDA) presented the best yield values of the isolated polymers, probably due to the balance in the steric and electronic characteristics of this diazo in front of the Ru(II) center.

O complexo [RuCl2(PPh2Bz)3] (1) é ativo em ROMP de norborneno. À 50 ºC na presença de EDA, observa-se prontamente precipitação de polímero. Obtendo-se cerca de 50% de rendimento tanto por 5 min como 30 min. O valor do IPD é alto quando aumenta-se o tempo de reação. Este complexo apresenta grandes rendimentos quando aumenta-se a razão [NBE]/[Ru], com quantitativo rendimento quando [NBE]/[Ru] = 15.000. Quando a razão [NBE]/[Ru] é 1.000, é obtido polímeros com cadeias polimodais. Trocando uma molécula de PPh2Bz em 1 por piperidina, o novo complexo [RuCl2(PPh2Bz)2pip] (2) é ativo a 25 ºC por 30 min com 92% de rendimento (PDI = 2.22). Observa-se rendimento quantitativo a 50 ºC por 30 min. O aumento da razão [NBE]/[Ru] diminui o rendimento para este complexo. Os complexos [RuCl2(PPh2Bz)2(nic)2] (3) e [RuCl2(PPh2Bz)2(isn)2] (4) não mostraram boa atividade a 25 ºC por 30 min. Obtém-se 7.2% de rendimento a 50 ºC por 5 min e 12.0% a 30 min com 5µL de EDA. / The complex [RuCl2(PPh2Bz)3] (1) is active in ROMP of norbornene. At 50 °C in presence of EDA, it is observed promptly precipitation of polymer. It is obtained c.a. 50% yield at 50 ºC for either 5 min or 30 min. The PDI value is larger when increasing the reaction time. This complex presents high yields when increasing the [NBE]/[Ru] ratio, with a quantitative reaction when [NBE]/[Ru] = 15,000. When the [NBE]/[Ru] ratio is 1,000, it is obtained polymodal polymer chains. Changing one PPh2Bz molecule in 1 for piperidine, the new complex [RuCl2(PPh2Bz)2pip] (2) is active at 25 ºC for 30 min with 92% yield (PDI = 2.22). Quantitative yield is obtained at 50 ºC for 30 min. The increase of [NBE]/[Ru] ratio affords the decrease in the yield when using this complex. The complexes [RuCl2(PPh2Bz)2(nic)2] (3) and [RuCl2(PPh2Bz)2(isn)2] (4) do not show good activity at 25 ºC up to 30 min. It is obtained 7.2% yield at 50 ºC for 5 min and 12.0% for 30 min with 5µL of EDA.

As moléculas à base de nitrogênio, NH2Ph, NH2CH2Ph e NHnBuPh foram investigadas como ligantes ancilares nos novos complexos do tipo [RuCl2 (PPh3)2 (amina) x] para a polimerização via metátese por abertura de anel (ROMP) de norborneno (NBE), norbornadieno (NBD) e diciclopentadieno (DCPD). Os complexos foram obtidos da síntese com [RuCl2 (PPh3)3] com as respectivas moléculas. E eles foram caracterizados por análise elementar de CHN, FT-IR, RMN 31P{1H}, Espectroscopia eletrônica na região do uv-vis e voltametria cíclica. Os complexos isolados foram hexacoordenados (x = 2) com NH2Ph e NH2CH2Ph, e pentacoordenado com NHnBuPh (x = 1). Além disso, os resultados sugerem que todos os ligantes estão trans-posicionados no caso do complexo com NH2Ph (complex 1) e cis no caso do complexo com NH2CH2Ph (complex 2). O complexo com NHnBuPh ( complex 3) e sugerido estar na geometria pirâmide de base quadrada, com a amina no eixo axial. Quantitativos rendimentos foram obtidos na ROMP de NBE a 50°C com 1 por 30 min e com 2 por 5 minutos. Similar resultado foi obtido com 3 at 25°C por 5 min. O valor de Mw foram na faixa de 104 e 105 g/mol,com valores de IPD entre 1,6 e 3,5. Os valores de σc foram em torno de 0,40 a 0,52. ROMP de NBE e DCPD, bem como copolimerizações foram também realizadas com melhores resultados com 3. Os resultados são discutidos em termos de densidade eletrônica e impedimento estérico das aminas como ligantes ancilares nos complexos. As reações com o complexo 2 são favoráveis pelo caráter σ-doador, enquanto que o grande ângulo de cone da NHnBuPh prove a reatividade de 3. / The nitrogen-based molecules, NH2Ph, NH2CH2Ph and NHnBuPh were investigated as ancillary ligands in the new [RuCl2 (PPh3)2 (amine) x] complex types for Ring Opening Metathesis Polymerization (ROMP) of norbornene (NBE), norbornadiene (NBD) and dicyclopentadiene (DCPD). The complexes were obtained from syntheses with [RuCl2 (PPh3)3]of and the respectively molecules and they were characterized by elementar analysis of CHN, FT-IR, NMR 31P, uv-vis spectroscopy and cyclic voltammetry. The isolated complexes were sixcoordinated (x = 2) with NH2Ph and NH2CH2Ph and pentacoordinated with NHnBuPh (x = 1). Moreover, the data suggest that all the ligands are trans-positioned in the case of NH2Ph (complex 1) and cis-positioned in the case of NH2CH2Ph (complex 2). The complex with NHnBuPh (3) was suggested to present a square pyramidal geometry with the amine in the axial axis. Quantitative yields were obtained in the ROMP of NBE at 50 °C with 1 for 30 min and with 2 for 5 min. Similar result was obtained with 3 at 25 °C for 5 min. The Mw values were in the range of 104 to 105 g/mol with PDI values between 1.6 and 3.5. The σc values were 0.40 to 0.52. ROMP of NBD and DCPD, as well copolymerizations with NBE, NBD and DCPD, were also performed with better results with 3. The results are discussed in terms of the electronic density and steric hindrance from the amines as ancillary ligands in the complexes. The reactions with complex 2 are favored by the σ-donor character of NH2CH2Ph, whereas the large cone angle of NHnBuPh provided the reactivity with 3.

Este trabalho foi desenvolvido com o propósito de investigar as reações de polimerização por metátese via abertura de anel (ROMP) assistidas pelos catalizadores desenvolvidos pelo grupo do Prof. Dr. Benedito dos Santos de Lima Neto do Instituto de Química de São Carlos (IQSC-USP), usando métodos computacionais de mecânica quântica. Portanto, este projeto foi uma combinação de resultados teóricos e experimentais. No capítulo 1, foi elucidado o mecanismo principal da reação de ROMP de norborneno por meio do iniciador catalítico [RuCl2(PPh3)2(piperidina)]. O estudo mostrou que a primeira etapa da reação implica numa associação entre o complexo iniciador e o diazoetanoato de etila (EDA), resultando na formação de uma ligação metalcarbeno. Então, essa espécie perde duas moléculas de trifenilfosfina nos passos subsequentes, sendo que a etapa determinante da velocidade da reação está associada com a saída da segunda molécula de PPh3 devido ao sinergismo eletrônico envolvendo este ligante e a molécula de piperidina. Logo após a etapa determinante da velocidade, ocorre a coordenação de uma molécula de norborneno e um similar efeito trans-sinérgico entre este monômero e o ligante piperidina ativa a catálise. No capítulo 2 está descrito o estudo do mecanismo de uma série de complexos de fórmula [RuCl2(PPh3)2(amina)] (amina = pirrolidina, piperidina, azepano, azocano). Estas aminas cíclicas possuem volumes moleculares que aumentam no sentido da pirrolidina ao azocano. A troca dessas aminas afeta substancialmente o comportamento termodinâmico desses complexos através da combinação de efeitos eletrônicos e estéricos. A investigação realizada para os compostos dessa série levou ao mesmo mecanismo elucidado para o complexo contendo piperidina e com os mesmos processos mais relevantes que são as saídas dos ligantes trifenilfosfinas. Notou-se que a formação do isômero PBQ fica comprometida ao passo que a amina no complexo [RuCl2(PPh3)2(amina)] vai ficando mais volumosa devido ao maior espaço ocupado ao redor do metal na posição apical da pirâmide de base quadrada (PBQ) e que representa uma tensão considerável na estrutura do complexo que tende a se converter, preferencialmente, à geometria bipirâmide trigonal (BpT), como acontece com o complexo iniciador [RuCl2(PPh3)2(azocano)]. Observou-se também que a saída da primeira fosfina é influenciada pelo efeito estérico provocado pela amina. Em contrapartida, a saída da segunda já é um processo regido eletronicamente e é influenciado pela capacidade doadora da amina trans-posicionada ao ligante PPh3 em um dos intermediários que é formado durante a reação. No capítulo 3 está descrita a investigação da reação de ROMP com o complexo iniciador [RuCl2(PPh3)2(piperidina)] usando as moléculas diazoetanoato de etila (EDA), diazoetanoato de benzila (BDA) e diazoetanoato de terc-butila (TDA) como fontes de carbeno para gerar a espécie in situ [Ru(=CHR)Cl2(PPh3)2(piperidina)]. Curiosamente, a troca dos carbenos também não afetou o mecanismo proposto inicialmente para a série das aminas. Os perfis termodinâmicos traçados para esses diferentes carbenos mostram que o complexo contendo o carbeno etanoato de benzila-1-ilideno (EBI) foi o que mais se diferiu, seguindo uma tendência termodinâmica distinta para a saída dos ligantes trifenilfosfina. Para as demais etapas, os três complexos apresentaram um comportamento bastante similar. O estudo dessa série mostrou-se ser mais intricado do que a série das aminas, pois esses carbenos podem afetar tanto eletrônico quanto estericamente a estrutura dos compostos em diferentes etapas do mecanismo que ainda não foram investigadas minunciosamente. / This work was developed with the purpose of investigating the ring-opening metathesis polymerization (ROMP) with catalysts developed in the research group of Prof. Dr. Benedito dos Santos Lima Neto of the Institute of Chemistry of São Carlos (IQSC-USP) by computational methods of quantum mechanics. Therefore, this project was a combination of theoretical and experimental results. In Chapter 1, the main mechanism of ROMP reaction of norbornene by the initiator complex [RuCl2(PPh3)2(piperidine)] was elucidated In this investigation, the first reaction step involves an association between the initiator complex and ethyl diazoacetate (EDA), resulting the formation of metalcarbene bond. Then, this species loses two triphenylphosphine ligands in the subsequent steps and the rate reaction is associated with the loss of the second molecule due to the electronic PPh3 synergism involving this ligand and the piperidine molecule. Immediately after the rate reaction step, the coordination of norborneno occurs and a similar trans synergistic effect between the monomer and piperidine ligand actives the catalysis. Chapter 2 describes the study of the mechanism of complexes type [RuCl2(PPh3)2(amine)] (amine = pyrrolidine, piperidine, azepane, azocane). These cyclic amines have molecular volumes that increase from pyrrolidine towards azocane. The exchange of amines affects substantially the thermodynamic behavior of these complexes by a combination of electronic and steric effects. The four compounds showed the same mechanism elucidated for the complex containing piperidine. It was noted that the formation of the PBQ isomer is avoided while the amine in the complex [RuCl2(PPh 3)2(amine)] becomes more voluminous. It was also observed that the loss of the first phosphine is influenced by the steric effect caused by the amine. In contrast, the loss of the second (phosphine) is already a process electronically-governed, and is influenced by the donor capacity of the amine ligand trans-positioned to PPh3 in one of the intermediate that is formed during the reaction. The Chapter 3 describes the investigation of the ROMP reaction using the initiator complex [RuCl2(PPh3)2(piperidine)] with the molecules ethyl diazoacetate (EDA), benzyl diazoacetate (BDA) and tert-butyl diazoacetate (TDA) to generate the carbene species [Ru(=CHR)Cl2(PPh3)2(piperidine)] in situ. Interestingly, the exchange of carbenes did not affect the mechanism originally proposed for the series of amines complexes. The complex containing the carbene ethanoate benzyl-1-ylidene (EBI) was what showed the most different thermodynamic profile from the others, following a distinct thermodynamic tendency for the loss of triphenylphosphine ligands. For the remaining steps, the three complexes showed a very similar behavior. The study of this series proved to be more intricate, because these carbenes may affect as much as sterically electronic structure of the compounds at different stages of the mechanism.

A proposta do projeto era a imobilização do complexo [RuCl2(PPh3)3] em matriz de nanotubos de carbono pelo ligante 3-piperidinametanol para ser utilizado em reações de ROMP. Para tanto, o trabalho dividiu-se em duas etapas: (1) estudo do complexo [RuCl2 (PPh3)2 (pip-3-MeOH)] e sua atividade na ROMP; (2) imobilização do complexo [RuCl2 (PPh3)3] e estudos de ROMP com o mesmo. Na primeira etapa, o complexo foi caracterizado por análise elementar (CHN), EPR, FT-IR, RMN 31P{1H} e espectroscopia eletrônica na região do UV-vis. Os resultados sugerem um complexo pentacoordenado com os íons cloreto cis-posicionados. A ROMP de norborneno em clorofórmio foi testada na ausência e na presença de diferentes ácidos no meio. Os melhores rendimentos obtidos foram de 93,6% de poliNBE (Mn = 11 x 104 g.mol-1; IPD = 1,8) em reações de 60 min a 50°C, na presença de HCl com razão molar [NBE]/[Ru] = 5000 e 5 μL de EDA. Por MEV, observou-se que os polímeros obtidos não apresentaram poros. Por análise de DSC, obteve-se Tg de aproximadamente 36,5°C. Na segunda etapa do trabalho, o composto obtido foi caracterizado por análise elementar (CHN) e FT-IR. Foram realizados estudos de lixiviação utilizando-se um sistema de Soxhlet seguido de análise por espectroscopia de absorção atômica. A porcentagem de rutênio lixiviada foi de 26,13%. O composto SWNT-Ru foi utilizado em reações de ROMP de NBE. Em reações de 60 min em diclorometano a 50°C com razão molar [NBE]/[Ru] = 5000 e 5 μL de EDA, o rendimento foi de 72,1%. Os polímeros com CNTs foram analisados por MEV e também não apresentaram poros. Já na análise de DSC, observou-se um aumento na Tg, que foi de 42,5°C. Na tentativa de separar o catalisador ancorado do polímero obtido, testou-se a ROMP em tolueno com concentrações de NBE baixa ([NBE]/[Ru] = 300) e alta ([NBE]/[Ru] = 5000), com adição de etil vinil éter para finalizar a reação. Em nenhum dos casos obteve-se sucesso. Um experimento adicional ao trabalho foi a funcionalização de matriz de grafite com complexo de rutênio. O composto obtido foi caracterizado por análise elementar (CHN), FT-IR e espectroscopia eletrônica na região do UV-vis. Os resultados mostraram que o grafite pode ser funcionalizado e é uma alternativa de matriz de baixo custo para imobilização de complexos de rutênio. / The project aimed the complex [RuCl2(PPh3)3] immobilization in carbon nanotubes by the ligand 3-piperidinemethanol to be used in ROMP. So, this work was divided in two parts: study of the complex [RuCl2 (PPh3)2 (pip-3-MeOH)] and its activity in ROMP; (2) complex [RuCl2 (PPh3)3] immobilization and ROMP studies with it. In the first part, the complex was characterized by elemental analysis (CHN), EPR, FT-IR, RMN 31P{1H} and electronic spectroscopy on UV-vis. The results suggest a pentacoordinated complex with cis-positioned chlorides. The ROMP of norbornene in absence and presence of different acids was tested. The best yield was 93,6% ((Mn = 11 x 104 g.mol-1; PDI = 1,8) of poliNBE in reactions of 60 minutes at 50°C in the presence of HCl with a molar ratio [NBE]/[Ru] = 5000 and 5 μL of EDA. By SEM, it was observed that polymers obtained didn\'t showed pores. For DSC analysis, Tg was approximately 36,5°C. In the second part of the work, the obtained compound was characterized by elemental analysis (CHN) and FT-IR. Leaching studies with a Soxhlet system were performed, followed by analysis by atomic absorption spectroscopy. The percentage of leached ruthenium was 26,13%. The SWNT-Ru was used in ROMP of NBE. In 60 minutes reactions in dichloromethane at 50°C with a molar ratio [NBE]/[Ru] = 5000 and 5 μL of EDA, the yield was 72,1%. The polymers with CNTs were analyzed by SEM and also showed no pores. In DSC analysis, an increase in Tg was observed, which was 42,5°C. In attempting to separate the catalyst from the polymer obtained, ROMP in toluene was tested with low (NEB]/[Ru] = 300) and high ([NBE]/[Ru] = 5000) concentrations, with addiction of ethyl vinyl ether to complete the reaction. None of them was successful. An additional experiment was the functionalization of graphite matrix with ruthenium complex. The obtained compound was characterized by elemental analysis (CHN), FT-IR and electronic spectroscopy in the UV-vis region. The results showed that the graphite can be functionalized and is an alternative low-cost matrix for immobilization of ruthenium complexes.

A proposta do projeto era a imobilização do complexo [RuCl2(PPh3)3] em matriz de nanotubos de carbono pelo ligante 3-piperidinametanol para ser utilizado em reações de ROMP. Para tanto, o trabalho dividiu-se em duas etapas: (1) estudo do complexo [RuCl2 (PPh3)2 (pip-3-MeOH)] e sua atividade na ROMP; (2) imobilização do complexo [RuCl2 (PPh3)3] e estudos de ROMP com o mesmo. Na primeira etapa, o complexo foi caracterizado por análise elementar (CHN), EPR, FT-IR, RMN 31P{1H} e espectroscopia eletrônica na região do UV-vis. Os resultados sugerem um complexo pentacoordenado com os íons cloreto cis-posicionados. A ROMP de norborneno em clorofórmio foi testada na ausência e na presença de diferentes ácidos no meio. Os melhores rendimentos obtidos foram de 93,6% de poliNBE (Mn = 11 x 104 g.mol-1; IPD = 1,8) em reações de 60 min a 50°C, na presença de HCl com razão molar [NBE]/[Ru] = 5000 e 5 μL de EDA. Por MEV, observou-se que os polímeros obtidos não apresentaram poros. Por análise de DSC, obteve-se Tg de aproximadamente 36,5°C. Na segunda etapa do trabalho, o composto obtido foi caracterizado por análise elementar (CHN) e FT-IR. Foram realizados estudos de lixiviação utilizando-se um sistema de Soxhlet seguido de análise por espectroscopia de absorção atômica. A porcentagem de rutênio lixiviada foi de 26,13%. O composto SWNT-Ru foi utilizado em reações de ROMP de NBE. Em reações de 60 min em diclorometano a 50°C com razão molar [NBE]/[Ru] = 5000 e 5 μL de EDA, o rendimento foi de 72,1%. Os polímeros com CNTs foram analisados por MEV e também não apresentaram poros. Já na análise de DSC, observou-se um aumento na Tg, que foi de 42,5°C. Na tentativa de separar o catalisador ancorado do polímero obtido, testou-se a ROMP em tolueno com concentrações de NBE baixa ([NBE]/[Ru] = 300) e alta ([NBE]/[Ru] = 5000), com adição de etil vinil éter para finalizar a reação. Em nenhum dos casos obteve-se sucesso. Um experimento adicional ao trabalho foi a funcionalização de matriz de grafite com complexo de rutênio. O composto obtido foi caracterizado por análise elementar (CHN), FT-IR e espectroscopia eletrônica na região do UV-vis. Os resultados mostraram que o grafite pode ser funcionalizado e é uma alternativa de matriz de baixo custo para imobilização de complexos de rutênio. / The project aimed the complex [RuCl2(PPh3)3] immobilization in carbon nanotubes by the ligand 3-piperidinemethanol to be used in ROMP. So, this work was divided in two parts: study of the complex [RuCl2 (PPh3)2 (pip-3-MeOH)] and its activity in ROMP; (2) complex [RuCl2 (PPh3)3] immobilization and ROMP studies with it. In the first part, the complex was characterized by elemental analysis (CHN), EPR, FT-IR, RMN 31P{1H} and electronic spectroscopy on UV-vis. The results suggest a pentacoordinated complex with cis-positioned chlorides. The ROMP of norbornene in absence and presence of different acids was tested. The best yield was 93,6% ((Mn = 11 x 104 g.mol-1; PDI = 1,8) of poliNBE in reactions of 60 minutes at 50°C in the presence of HCl with a molar ratio [NBE]/[Ru] = 5000 and 5 μL of EDA. By SEM, it was observed that polymers obtained didn\'t showed pores. For DSC analysis, Tg was approximately 36,5°C. In the second part of the work, the obtained compound was characterized by elemental analysis (CHN) and FT-IR. Leaching studies with a Soxhlet system were performed, followed by analysis by atomic absorption spectroscopy. The percentage of leached ruthenium was 26,13%. The SWNT-Ru was used in ROMP of NBE. In 60 minutes reactions in dichloromethane at 50°C with a molar ratio [NBE]/[Ru] = 5000 and 5 μL of EDA, the yield was 72,1%. The polymers with CNTs were analyzed by SEM and also showed no pores. In DSC analysis, an increase in Tg was observed, which was 42,5°C. In attempting to separate the catalyst from the polymer obtained, ROMP in toluene was tested with low (NEB]/[Ru] = 300) and high ([NBE]/[Ru] = 5000) concentrations, with addiction of ethyl vinyl ether to complete the reaction. None of them was successful. An additional experiment was the functionalization of graphite matrix with ruthenium complex. The obtained compound was characterized by elemental analysis (CHN), FT-IR and electronic spectroscopy in the UV-vis region. The results showed that the graphite can be functionalized and is an alternative low-cost matrix for immobilization of ruthenium complexes.

As moléculas à base de nitrogênio, NH2Ph, NH2CH2Ph e NHnBuPh foram investigadas como ligantes ancilares nos novos complexos do tipo [RuCl2 (PPh3)2 (amina) x] para a polimerização via metátese por abertura de anel (ROMP) de norborneno (NBE), norbornadieno (NBD) e diciclopentadieno (DCPD). Os complexos foram obtidos da síntese com [RuCl2 (PPh3)3] com as respectivas moléculas. E eles foram caracterizados por análise elementar de CHN, FT-IR, RMN 31P{1H}, Espectroscopia eletrônica na região do uv-vis e voltametria cíclica. Os complexos isolados foram hexacoordenados (x = 2) com NH2Ph e NH2CH2Ph, e pentacoordenado com NHnBuPh (x = 1). Além disso, os resultados sugerem que todos os ligantes estão trans-posicionados no caso do complexo com NH2Ph (complex 1) e cis no caso do complexo com NH2CH2Ph (complex 2). O complexo com NHnBuPh ( complex 3) e sugerido estar na geometria pirâmide de base quadrada, com a amina no eixo axial. Quantitativos rendimentos foram obtidos na ROMP de NBE a 50°C com 1 por 30 min e com 2 por 5 minutos. Similar resultado foi obtido com 3 at 25°C por 5 min. O valor de Mw foram na faixa de 104 e 105 g/mol,com valores de IPD entre 1,6 e 3,5. Os valores de σc foram em torno de 0,40 a 0,52. ROMP de NBE e DCPD, bem como copolimerizações foram também realizadas com melhores resultados com 3. Os resultados são discutidos em termos de densidade eletrônica e impedimento estérico das aminas como ligantes ancilares nos complexos. As reações com o complexo 2 são favoráveis pelo caráter σ-doador, enquanto que o grande ângulo de cone da NHnBuPh prove a reatividade de 3. / The nitrogen-based molecules, NH2Ph, NH2CH2Ph and NHnBuPh were investigated as ancillary ligands in the new [RuCl2 (PPh3)2 (amine) x] complex types for Ring Opening Metathesis Polymerization (ROMP) of norbornene (NBE), norbornadiene (NBD) and dicyclopentadiene (DCPD). The complexes were obtained from syntheses with [RuCl2 (PPh3)3]of and the respectively molecules and they were characterized by elementar analysis of CHN, FT-IR, NMR 31P, uv-vis spectroscopy and cyclic voltammetry. The isolated complexes were sixcoordinated (x = 2) with NH2Ph and NH2CH2Ph and pentacoordinated with NHnBuPh (x = 1). Moreover, the data suggest that all the ligands are trans-positioned in the case of NH2Ph (complex 1) and cis-positioned in the case of NH2CH2Ph (complex 2). The complex with NHnBuPh (3) was suggested to present a square pyramidal geometry with the amine in the axial axis. Quantitative yields were obtained in the ROMP of NBE at 50 °C with 1 for 30 min and with 2 for 5 min. Similar result was obtained with 3 at 25 °C for 5 min. The Mw values were in the range of 104 to 105 g/mol with PDI values between 1.6 and 3.5. The σc values were 0.40 to 0.52. ROMP of NBD and DCPD, as well copolymerizations with NBE, NBD and DCPD, were also performed with better results with 3. The results are discussed in terms of the electronic density and steric hindrance from the amines as ancillary ligands in the complexes. The reactions with complex 2 are favored by the σ-donor character of NH2CH2Ph, whereas the large cone angle of NHnBuPh provided the reactivity with 3.

Este trabalho foi desenvolvido com o propósito de investigar as reações de polimerização por metátese via abertura de anel (ROMP) assistidas pelos catalizadores desenvolvidos pelo grupo do Prof. Dr. Benedito dos Santos de Lima Neto do Instituto de Química de São Carlos (IQSC-USP), usando métodos computacionais de mecânica quântica. Portanto, este projeto foi uma combinação de resultados teóricos e experimentais. No capítulo 1, foi elucidado o mecanismo principal da reação de ROMP de norborneno por meio do iniciador catalítico [RuCl2(PPh3)2(piperidina)]. O estudo mostrou que a primeira etapa da reação implica numa associação entre o complexo iniciador e o diazoetanoato de etila (EDA), resultando na formação de uma ligação metalcarbeno. Então, essa espécie perde duas moléculas de trifenilfosfina nos passos subsequentes, sendo que a etapa determinante da velocidade da reação está associada com a saída da segunda molécula de PPh3 devido ao sinergismo eletrônico envolvendo este ligante e a molécula de piperidina. Logo após a etapa determinante da velocidade, ocorre a coordenação de uma molécula de norborneno e um similar efeito trans-sinérgico entre este monômero e o ligante piperidina ativa a catálise. No capítulo 2 está descrito o estudo do mecanismo de uma série de complexos de fórmula [RuCl2(PPh3)2(amina)] (amina = pirrolidina, piperidina, azepano, azocano). Estas aminas cíclicas possuem volumes moleculares que aumentam no sentido da pirrolidina ao azocano. A troca dessas aminas afeta substancialmente o comportamento termodinâmico desses complexos através da combinação de efeitos eletrônicos e estéricos. A investigação realizada para os compostos dessa série levou ao mesmo mecanismo elucidado para o complexo contendo piperidina e com os mesmos processos mais relevantes que são as saídas dos ligantes trifenilfosfinas. Notou-se que a formação do isômero PBQ fica comprometida ao passo que a amina no complexo [RuCl2(PPh3)2(amina)] vai ficando mais volumosa devido ao maior espaço ocupado ao redor do metal na posição apical da pirâmide de base quadrada (PBQ) e que representa uma tensão considerável na estrutura do complexo que tende a se converter, preferencialmente, à geometria bipirâmide trigonal (BpT), como acontece com o complexo iniciador [RuCl2(PPh3)2(azocano)]. Observou-se também que a saída da primeira fosfina é influenciada pelo efeito estérico provocado pela amina. Em contrapartida, a saída da segunda já é um processo regido eletronicamente e é influenciado pela capacidade doadora da amina trans-posicionada ao ligante PPh3 em um dos intermediários que é formado durante a reação. No capítulo 3 está descrita a investigação da reação de ROMP com o complexo iniciador [RuCl2(PPh3)2(piperidina)] usando as moléculas diazoetanoato de etila (EDA), diazoetanoato de benzila (BDA) e diazoetanoato de terc-butila (TDA) como fontes de carbeno para gerar a espécie in situ [Ru(=CHR)Cl2(PPh3)2(piperidina)]. Curiosamente, a troca dos carbenos também não afetou o mecanismo proposto inicialmente para a série das aminas. Os perfis termodinâmicos traçados para esses diferentes carbenos mostram que o complexo contendo o carbeno etanoato de benzila-1-ilideno (EBI) foi o que mais se diferiu, seguindo uma tendência termodinâmica distinta para a saída dos ligantes trifenilfosfina. Para as demais etapas, os três complexos apresentaram um comportamento bastante similar. O estudo dessa série mostrou-se ser mais intricado do que a série das aminas, pois esses carbenos podem afetar tanto eletrônico quanto estericamente a estrutura dos compostos em diferentes etapas do mecanismo que ainda não foram investigadas minunciosamente. / This work was developed with the purpose of investigating the ring-opening metathesis polymerization (ROMP) with catalysts developed in the research group of Prof. Dr. Benedito dos Santos Lima Neto of the Institute of Chemistry of São Carlos (IQSC-USP) by computational methods of quantum mechanics. Therefore, this project was a combination of theoretical and experimental results. In Chapter 1, the main mechanism of ROMP reaction of norbornene by the initiator complex [RuCl2(PPh3)2(piperidine)] was elucidated In this investigation, the first reaction step involves an association between the initiator complex and ethyl diazoacetate (EDA), resulting the formation of metalcarbene bond. Then, this species loses two triphenylphosphine ligands in the subsequent steps and the rate reaction is associated with the loss of the second molecule due to the electronic PPh3 synergism involving this ligand and the piperidine molecule. Immediately after the rate reaction step, the coordination of norborneno occurs and a similar trans synergistic effect between the monomer and piperidine ligand actives the catalysis. Chapter 2 describes the study of the mechanism of complexes type [RuCl2(PPh3)2(amine)] (amine = pyrrolidine, piperidine, azepane, azocane). These cyclic amines have molecular volumes that increase from pyrrolidine towards azocane. The exchange of amines affects substantially the thermodynamic behavior of these complexes by a combination of electronic and steric effects. The four compounds showed the same mechanism elucidated for the complex containing piperidine. It was noted that the formation of the PBQ isomer is avoided while the amine in the complex [RuCl2(PPh 3)2(amine)] becomes more voluminous. It was also observed that the loss of the first phosphine is influenced by the steric effect caused by the amine. In contrast, the loss of the second (phosphine) is already a process electronically-governed, and is influenced by the donor capacity of the amine ligand trans-positioned to PPh3 in one of the intermediate that is formed during the reaction. The Chapter 3 describes the investigation of the ROMP reaction using the initiator complex [RuCl2(PPh3)2(piperidine)] with the molecules ethyl diazoacetate (EDA), benzyl diazoacetate (BDA) and tert-butyl diazoacetate (TDA) to generate the carbene species [Ru(=CHR)Cl2(PPh3)2(piperidine)] in situ. Interestingly, the exchange of carbenes did not affect the mechanism originally proposed for the series of amines complexes. The complex containing the carbene ethanoate benzyl-1-ylidene (EBI) was what showed the most different thermodynamic profile from the others, following a distinct thermodynamic tendency for the loss of triphenylphosphine ligands. For the remaining steps, the three complexes showed a very similar behavior. The study of this series proved to be more intricate, because these carbenes may affect as much as sterically electronic structure of the compounds at different stages of the mechanism.