Alexandre Welle, Karl Mc Cabe, Jean-François Carpentier, Katty Den Dauw, Orlando Santoro, Lorenzo Piola, Olivier Lhost, Aurélien Vantomme, Evgueni Kirillov, Laurent Maron, Institut des Sciences Chimiques de Rennes (ISCR), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes (ENSCR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Total Research and Technology Feluy ( [TRTF]), Total SA and Total Research and Technology Feluy, Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes (ENSCR)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
International audience; In situ synthesis of topologically modified linear polyethylenes (PE) using single-site polymerization catalysis is a challenging task, but it can enable the production of valuable advanced polymer materials with tailored properties. Described herein is an investigation aimed at the efficient generation of long-chain branches (LCB) in linear PEs using Al-alkenyl species, namely, iBuAl(oct-7-en-1-yl)2 (Al-1), in combination with homogeneous rac-{EBTHI}ZrCl2 (Zr-1)/MAO or heterogeneous MAO on silica-supported-rac-{EBTHI}ZrCl2 (supp-Zr-1)/TIBAL catalytic systems. As corroborated by extensive rheological studies and 13C NMR spectroscopy, the Al-alkenyl reagent was found to be quite efficient in the formation of LCB, via a mechanistic pathway involving both insertion and transmetallation reactions. Formation of LCB has been rationalized by density functional theory (DFT) computations carried out on the putative [rac-{EBTHI}Zr-R]+ (R = Me, nPr, and pentyl) cationic species and including a solvent model. Of the three possible isomers of Al/Zr heterobimetallic complexes derived from the cationic species [rac-{EBTHI}Zr-R]+ and Al-1, only one was identified, on kinetic and thermodynamic grounds, as the key intermediate. The DFT study also unveiled that (i) insertion of ethylene into the Zr-alkyl bond of the growing PE chain is accompanied by a reversible decoordination of the Al-vinyl transfer agent (AVTA), (ii) the vinyl 1,2-coordination/insertion of the alkenyl moieties of Al-1 into the Zr-alkyl bond, resulting in the formation of branching, is in direct kinetic competition with the insertion of ethylene, and (iii) the recoordination of the AVTA after either insertion step is thermodynamically favored and mostly responsible for the transmetallation phenomenon.