CN100448882C - 卤代烷基二烷基氯硅烷的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及在催化有效量的二-μ-氯代双(η-1，5-环辛二烯)二铱存在下，在包含二甲基氢化氯硅烷和烯丙基氯的反应介质中，通过氢化硅烷化反应制备3-氯丙基二甲基氯硅烷的方法，所述方法的特征在于将至少一种选自下述化合物的游离或被负载状态的辅助剂添加到该反应介质中：(i)酮，(ii)醚，(iii)醌，(iv)酐，(v)具有芳香性和/或包含至少一个C＝C双键和/或至少一个C≡C三键的不饱和烃化合物(UHC)，这些不饱和键可以是共轭或者非共轭的，所述UHC是线性或者环状的(单环或多环)，具有4-30个碳原子，具有1-8个烯属和/或炔属不饱和度并且任选地包含一个或多个杂原子，(vi)以及它们的混合物，条件是，当该辅助剂包含一种或多种上述UHC时，该一种或多种UHC与至少一种除UHC外的其它辅助剂混合。
Description
本发明涉及一种用于制备卤代烷基二烷基卤代硅烷的方法。
更具体地，本发明涉及一种用于通过使用烯丙基氯和基于铂矿金属(特别是铱)的催化剂通过二甲基氢化氯硅烷的氢化硅烷化来制备3-卤代丙基二甲基氯硅烷的方法，并且任选地回收所述金属。
在这个实例中涉及到的反应如下：
在这类反应中，所涉及到的铂矿金属的用量通常是高的，其目的是获得令人满意的收率。在这种情况下，为了使该方法保持经济上的优势，则需要回收铂矿金属以便能够将其再用作催化剂。
提高该方法经济性的另一个途径应当是优化催化剂的活性。为此则要提高氢化硅烷(II)的转化率(DC)，或者对于给定的DC来说，则要显著提高催化剂的选择性(S)。
在本公开内容中，转化率(DC)和选择性(S)对应于下面的定义：
下面的专利文献公开了通过基于铱的催化剂催化二甲基氢化氯硅烷来氢化硅烷化烯丙基氯：JP-B-2938731和JP-A-7126271。在这些专利文献中公开的催化剂是[Ir(二烯)Cl]2类型的催化剂，并且使得能够获得二甲基氢化氯硅烷的完全转化率(DC＝100％)，并具有良好的反应选择性(3-氯丙基二甲基氯硅烷的良好收率YD)。但是，这些成果是以非常大量的催化剂为代价来实现的。
EP-A-1156052(＝US-B-6359161)和DE-A-10053037(US-A-2002/0052520)公开了在用以提高收率的游离COD存在下的下述反应：
BE-B-785343(US-B-3798252)公开了在氯铂酸于环己酮中的溶液的存在下(使用Na2SO4从该溶液中除去水)通过三氯氢化硅烷来氢化硅烷化烯丙基氯。酮与铂组合，目的是提高反应的选择性。
在这种现有技术的状态下，本发明的主要目的之一是提供一种与现有技术[尤其是EP-A-1156052(＝US-B-6359161)和DE-A-10053037[US-A-2002/0052520]的教导相比能够优化基于铱的催化剂的活性的措施。
本发明的另一基本目的是提供一种用于制备上述类型的卤代烷基二烷基卤代硅烷的方法，其有效、经济且易于实施。
其中的这些目的通过本发明得以实现，本发明首先涉及通过一种反应介质的氢化硅烷化反应来制备式(I)的卤代烷基二烷基卤代硅烷的方法：
Hal-------(R2R3)Si---(CH2)s---Hal
该反应介质包含：
■式(II)的硅烷：
Hal---(R2R3)Si-H
■和式(III)的卤代烯烃：
CH＝CH-(CH2)s-2Hal
■在催化有效量的基于氧化态I或III的铱的氢化硅烷化催化剂的存在下，
在式(I)、(II)、(III)中
-符号Hal表示选自氯、溴和碘原子的卤素原子，
-符号R2和R3是相同或者不同的，各自表示选自具有1-6个碳原子的线性或支化烷基以及苯基的一价烃基，和
-s表示2-10含端值的整数，
所述方法的特征在于将至少一种选自下述化合物的游离或被负载状态的辅助剂：
(i)酮，
(iii)醌，
(v)具有芳香性和/或包含至少一个C＝C双键和/或至少一个C ≡C三键的不饱和烃化合物(UHC)，这些不饱和键可以是共轭或者非共轭的，所述UHC是线性或者环状的(单环或多环)，具有4-30个碳原子，具有1-8个烯属和/或炔属不饱和度并且任选地包含一个或多个杂原子，
添加到该反应介质中，条件是，当该辅助剂包含一种或多种上述UHC时，该一种或多种UHC与至少一种除UHC外的其它辅助剂混合。
根据本发明，术语辅助剂化合物的“混合物(vi)”尤其被理解为：
○(vi.1)化合物(i)和/或(ii)和/或(iii)和/或(iv)和/或(v)的任意混合物，
○(vi.2)其分子包含至少两种不同化学官能团的任意化合物，该化学官能团选自化合物(i)-(v)特有的酮、醚、酐、醌、C＝C和C≡C官能团，
○(vi.3)化合物(vi.2)的任意混合物，
○(vi.4)以及基于至少一种化合物(i)-(v)和至少一种化合物(vi.2)的任意混合物。
根据一个优选形式，使用基于氧化态I的铱的催化剂，在其结构中，每个铱原子对应于Ir(L)3X类型的配合物形式，其中符号L和X具有在EDP Sciences于2000年出版的Didier ASTRUC的著作“ChimieOrganométallique”(特别参见第31页和之后的内容)中所给出的定义。
根据一个更优选形式，该催化剂对应于式(IV)：
[Ir(R4)x(R5)]y (IV)
其中：
-符号R4表示单齿配体L并且在这种情况下x＝2，或者表示二齿配体(L)2并且在这种情况下x＝1，并且
-符号R5表示如上定义的Hal并且在这种情况下y＝2，或者表示LX类型的配体并且在这种情况下y＝1。
对应于上述更优选定义的催化剂是非常合适的，其中：
-R4是包含至少一个C＝C双键和/或至少一个C≡C三键的配体，这些不饱和键可以是共轭或者非共轭的，所述配体是线性或者环状的(单环或多环)，具有4-30个碳原子，具有1-8个烯属和/或炔属不饱和度并且任选地包含一个或多个杂原子，并且
-除了Hal之外，R5还可表示配体LX，例如尤其是衍生自乙酰丙酮、β-酮酸酯、丙二酸酯或者烯丙基化合物的配体。
根据一个甚至更优选的形式，催化剂对应于其中催化剂的符号R5表示Hal且y＝2的式(IV)。
优选的催化剂(IV)的配体R4可以是相同或者不同于辅助剂的UHC(v)。
例如在US-B-6177585和GB-A-1526324中所公开的，基于铱的催化剂可以被负载。
根据本发明方法使用的催化体系使得能够降低实现式(II)硅烷：Hal---(R2R3)Si-H的完全转化率DC所必需的催化剂用量和/或对于给定和固定的DC来说提高选择性S。
这种催化体系有利地由下述物质组成：
基于氧化态I或III的铱的有机金属催化剂，
该一种或多种辅助剂可以以液体或者固体的形式使用。如果它们是液体，则可将它们引入的量要使得它们在反应介质中除了起到氢化硅烷化促进剂的作用之外，还要起到反应溶剂的作用。
能够以液体形式使用的事实对于本发明方法来说是一个非常重要的操作优点。
尤其当涉及到重质溶剂(即，在大气压下的沸点大于式(I)化合物的沸点的溶剂，如聚醚)时，辅助剂的非必需的溶剂功能还可以使得能够提高反应介质的稳定性，并因此提高该方法的安全性。另外，这也提供了易于回收催化剂并因此将其再循环的可能性。
当辅助剂为游离状态时，其可以以相对于铱金属为至少0.2，优选至少1的摩尔比引入到反应介质中。取决于配体的性质，可更优选选择大于10，甚至大于100的摩尔比。
在辅助剂包含至少一种选自UHC(v)的化合物的情况下(采用它们本身或者彼此之间的混合物的形式)，催化剂(优选IV)的浓度使得铱/式(II)硅烷的摩尔比小于或等于400×10-6，优选小于或等于200×10-6，并且更优选小于或等于50×10-6。
作为合适的酮(i)的实例，可优选在US-B-4798252和在PL-A-176036、PL-A-174810、PL-A-145670和JP-A-75024947中定义的那些。
作为合适的醚(ii)的实例，优选在US-B-4820674和在JP-A-52093718中定义的那些。
有利地，辅助剂特别选自：环己酮、2-环己烯-1-酮、异佛尔酮、2-苄叉环己酮、3-亚甲基-2-降冰片酮、4-己烯-3-酮、2-烯丙基环己酮、2-氧代-1-环己烷丙腈、2-(1-环己烯基)环己酮、单甘醇二甲醚、乙二醇二乙烯基醚、乙醚、苯醌、苯基苯醌、马来酸酐、烯丙基琥珀酸酐、3-苄叉-2，4-戊二酮、吩噻嗪、(甲基乙烯基)环四硅氧烷(乙烯基化的D4)、4-苯基-3-丁炔-2-酮、1，3-丁二烯、1，5-己二烯、1，3-环己二烯、1，5-环辛二烯(COD)、1，5，9-环十二碳三烯、二乙烯基四甲基硅氧烷(DVTMS)、降冰片二烯以及它们的混合物。
根据本发明的一个优选实施方案，辅助剂是一种混合物(vi)，包含至少一种UHC(v)，优选COD，和至少一种酮(i)，优选环己酮，和/或至少一种醚(ii)和/或至少一种醌(iii)。
在本发明方法的这个优选实施方案中，催化剂，优选式(IV)的催化剂的浓度使得铱/式(II)硅烷的摩尔比小于或等于100×10-6，优选小于或等于60×10-6，并且更优选40×10-6-1×10-6。
根据专用于这个优选实施方案的操作方式，当反应开始时，混合物(vi)的组分：UHC/(i)和/或(ii)和/或(iii)存在于反应介质中。
作为特别适合的式(IV)的铱配合物的实例，可以提及对应于甚至更优选的形式中的那些，在其式中：符号R4是选自1，3-丁二烯、1，5-己二烯、1，3-环己二烯、1，5-环辛二烯(COD)、1，5，9-环十二碳三烯、二乙烯基四甲基硅氧烷和降冰片二烯的配体。
作为甚至更适合的铱配合物(IV)的具体实例，可以提及以下催化剂：
二-μ-氯代双(η-1，5-己二烯)二铱，
二-μ-溴代双(η-1，5-己二烯)二铱，
二-μ-碘代双(η-1，5-己二烯)二铱，
二-μ-氯代双(η-1，5-环辛二烯)二铱，
二-μ-溴代双(η-1，5-环辛二烯)二铱，
二-μ-碘代双(η-1，5-环辛二烯)二铱，
二-μ-氯代双(η-2，5-降冰片二烯)二铱，
二-μ-溴代双(η-2，5-降冰片二烯)二铱，
二-μ-碘代双(η-2，5-降冰片二烯)二铱。
本发明方法可以采用连续、半连续或者分批的方式进行。
尤其是在根据本发明的一个优选安排并且例如在JP-B-2938731和EP-A-1156052中所公开的在均匀液体介质中使用催化剂(优选IV)时，这三种操作方式是合适的。
优选地，式(I)的产物是3-氯丙基二甲基氯硅烷，式(II)的产物是二甲基氢化氯硅烷，而式(III)的产物是烯丙基氯。
本发明的另一个方面涉及一种催化体系，该催化体系用于通过一种反应介质的氢化硅烷化反应来制备式(I)的卤代烷基二烷基卤代硅烷：
Hal-------(R2R3)Si---(CH2)s---Hal
该反应介质包含：
■式(II)的硅烷：
Hal---(R2R3)Si-H
■和式(III)的卤代烯烃：
CH＝CH-(CH2)s-2Hal
在这些式中，
-符号Hal表示选自氯、溴和碘原子的卤素原子，
-符号R2和R3是相同或者不同的，各自表示选自具有1-6个碳原子的线性或支化烷基和苯基的一价烃基，和
-s表示2-10含端值的整数，
其特征在于它包含：
-1-基于氧化态I的铱的氢化硅烷化催化剂，在其结构中，每个铱原子对应于Ir(L)3X类型的配合物形式，其中符号L和X具有在EDP Sciences于2000年出版的Didier ASTRUC的著作“ChimieOrganométallique”(特别参见第31页及以下的内容)中所给出的定义，这种催化剂优选对应于下式：
[Ir(R4)x(R5)]y (IV)
其中：
-符号R4表示单齿配体L并且在这种情况下x＝2，或者表示二齿配体(L)2并且在这种情况下x＝1，并且
-符号R5表示Hal，Hal表示选自氯、溴和碘原子的卤素原子，并且在这种情况下y＝2，或者表示LX类型的配体并且在这种情况下y＝1，
-2-和至少一种选自下述化合物的游离或被负载状态的辅助剂：
(ii)醚，
条件是，当该辅助剂包含一种或多种上述UHC时，该一种或多种UHC与至少一种除UHC外的其它辅助剂混合。
实施例
下面的实施例用于说明本发明，但并不限制其范围。它们的目的是评价在通过二甲基氢化氯硅烷进行烯丙基氯的氢化硅烷化反应中的催化体系：[二-μ-氯代双(η-1，5-环辛二烯)二铱+一种或多种氢化硅烷化辅助剂]。
试验是在平行反应器中进行的。
每个反应器配有磁力搅拌器、回流冷凝器和温度计。使换热流体达到-35℃的温度，这使得能够获得总是大于95重量％的物料平衡。
氢化硅烷化辅助剂的效果与对照反应进行比较，在该对照反应中，只使用二-μ-氯代双(η-1，5-环辛二烯)二铱。对于该对照试验来说，有意低含量的催化剂被引入，以获得约50％的相应SiH官能团的转化率。
纯度为99重量％的二甲基氢化氯硅烷通过流动添加到由烯丙基氯(1.05mol.eq./硅烷)和催化体系[二-μ-氯代双(η-1，5-环辛二烯)二铱+一种或多种氢化硅烷化辅助剂]组成的加热到35℃的底料(pied)上。该硅烷通过注射器驱动以1.3毫升/分钟的流速流入。反应介质的温度未调节。
反应介质通过正十四烷校准的气相色谱分析法来分析
I：单独使用氢化硅烷化辅助剂：
1.1-酮(i)的效果：
表I
| 实施例 | 酮 | 酮/Ir摩尔比 | Ir/ClMe<sub>2</sub>SiH摩尔比(x10<sup>-6</sup>) | DC(％) | S(％) |
| 1 | 无 | 0 | 235 | 94 | 76 |
| 2 | 环己酮 | 100 | 235 | 80 | 91 |
| 3 | 无 | 0 | 130 | 50 | 82 |
| 4 | 2-环己烯-1-酮 | 91 | 133 | 44 | 91 |
| 5 | 2-烯丙基环己酮 | 100 | 133 | 41 | 92 |
| 6 | 2-(1-环己烯基)-环己酮 | 137 | 132 | 51 | 90 |
| 7 | 3-苄叉-2，4-戊二酮 | 1.2 | 131 | 59 | 81 |
| 8 | 3-苄叉-2，4-戊二酮 | 115 | 134 | 42 | 92 |
1.2-醚(ii)的效果：
表II
| 实施例 | 醚 | 醚/Ir摩尔比 | Ir/ClMe<sub>2</sub>SiH摩尔比(x10<sup>-6</sup>) | DC(％) | S(％) |
| 3 | 无 | 0 | 130 | 50 | 82 |
| 9 | 单甘醇二甲醚 | 109 | 131 | 60 | 81 |
| 10 | 单甘醇二甲醚 | 260 | 136 | 45 | 86 |
| 11 | 乙醚 | 740 | 134 | 60 | 89 |
1.3-醌(iii)的效果：
表III
| 实施例 | 醌 | 醌/Ir摩尔比 | Ir/ClMe<sub>2</sub>SiH摩尔比(x10<sup>-6</sup>) | DC(％) | S(％) |
| 3 | 无 | 0 | 130 | 50 | 82 |
| 12 | 苯醌 | 93 | 141 | 40 | 94 |
| 13 | 苯基苯醌 | 1.1 | 137 | 51 | 84 |
1.4-酐(iv)的效果：
表IV
| 实施例 | 酐 | 酐/Ir摩尔比 | Ir/ClMe<sub>2</sub>SiH摩尔比(x10<sup>-6</sup>) | DC(％) | S(％) |
| 3 | 无 | 0 | 130 | 50 | 82 |
| 14 | 烯丙基琥珀酸酐 | 103 | 133 | 47 | 87 |
| 15 | 马采酸酐 | 1.7 | 131 | 43 | 84 |
1.5-UHC辅助剂(v)的效果：
表V
| 实施例 | UHC(v) | R<sup>4</sup>/Ir摩尔比 | Ir/ClMe<sub>2</sub>SiH摩尔比(x10<sup>-6</sup>) | DC(％) | S(％) |
| 3 | 无 | 0 | 130 | 50 | 82 |
| 16 | 乙烯基化的D4 | 104 | 135 | 48 | 86 |
| 17 | 吩噻嗪 | 1.1 | 132 | 55 | 83 |
II：氢化硅烷化辅助剂的组合
II.1-环己酮和1，5-环辛二烯(1，5-COD)的组合
表VI
| 实施例 | Ir/ClMe<sub>2</sub>SiH(x10<sup>-6</sup>) | DC(％) | S(％) | 环己酮/Ir摩尔比 | 1，5-COD/Ir摩尔比 |
| 18 | 51 | 21 | 70 | - | - |
| 19 | 49 | 15 | 82 | 189 | - |
| 20(1) | 50 | 29 | 85 | - | 135 |
| 21 | 51 | 94 | 96 | 170 | 110 |
(1)在单独存在游离1，5-COD下将更高浓度的[IrCODCl]2引入到介质中可以获得SiH官能团的完全转化。
2.2-乙醚和1，5-环辛二烯(1，5-COD)的组合
表VII
| 实施例 | Ir/ClMe<sub>2</sub>SiH(x10<sup>-6</sup>) | DC(％) | S(％) | 乙醚/Ir摩尔比 | 1，5-COD/Ir摩尔比 |
| 18 | 51 | 21 | 70 | - | - |
| 20(1) | 50 | 29 | 85 | - | 135 |
| 22 | 51 | 100 | 98 | 100 | 148 |
(1)在单独存在游离1，5-COD下将更高浓度的[IrCODCl]2引入到介质中可以获得SiH官能团的完全转化。
2.3-苯醌和1，5-环辛二烯(1，5-COD)的组合
表VIII
| 实施例 | Ir/ClMe<sub>2</sub>SiH(x10<sup>-6</sup>) | DC(％) | S(％) | 苯醌/Ir摩尔比 | 1，5-COD/Ir摩尔比 |
| 18 | 51 | 21 | 70 | - | - |
| 20(1) | 50 | 29 | 85 | - | 135 |
| 23 | 50 | 100 | 97 | 51 | 110 |
(1)在单独存在游离1，5-COD下将更高浓度的[IrCODCl]2引入到介质中可以获得SiH官能团的完全转化。
III.实施例2.4：重复实施例2.1，具有温度调节：
将92.48g烯丙基氯(1.194mol)、0.011g催化剂[Ir(COD)Cl]2(其中COD＝1，5-环辛二烯)(2.829×10-5mol)和COD(0.611g，5.648mmol)和环己酮(1.067g，10.9mmol)装入到500ml四颈玻璃烧瓶中，该玻璃烧瓶带有搅拌器并在顶部安装了回流冷凝器。搅拌混合物，以完全溶解催化体系。
纯度为99重量％的二甲基氢化氯硅烷通过蠕动泵引入到反应介质中。在2小时30分钟内引入107.15g(1.117mol)。考虑到该反应的高放热性，调节引入的流速，以保持反应介质的温度为20-25℃。在结束二甲基氢化氯硅烷的引入之后，将该反应介质保持搅拌20分钟。
在这个20分钟的时间周期结束之后，提取样品进行分析。结果如下：
二甲基氢化氯硅烷的DC＝99.8％，
对于氯丙基二甲基氯硅烷的S＝98.3％(通过气相色谱法分析)。
Claims (6)
1.通过一种反应介质的氢化硅烷化反应来制备3-氯丙基二甲基氯硅烷的方法，该反应介质包含：
●二甲基氢化氯硅烷
●以及烯丙基氯
●在催化有效量的下述氢化硅烷化催化剂之一的存在下进行：
二-μ-氯代双(η-1，5-己二烯)二铱，
二-μ-溴代双(η-1，5-己二烯)二铱，
二-μ-碘代双(η-1，5-己二烯)二铱，
二-μ-氯代双(η-1，5-环辛二烯)二铱，
二-μ-溴代双(η-1，5-环辛二烯)二铱，
二-μ-碘代双(η-1，5-环辛二烯)二铱，
二-μ-氯代双(η-2，5-降冰片二烯)二铱，
二-μ-溴代双(η-2，5-降冰片二烯)二铱，
二-μ-碘代双(η-2，5-降冰片二烯)二铱，
所述方法的特征在于将至少一种由一种混合物形成的游离或被负载状态的辅助剂添加到该反应介质中，其中该混合物包含：
-1，5-环辛二烯，
-和选自环己酮、乙醚、苯醌的化合物。
2.权利要求1的方法，其特征在于催化剂是二-μ-氯代双(η-1，5-环辛二烯)二铱。
3.权利要求1的方法，其特征在于辅助剂以游离状态并且以相对于铱金属为至少1的摩尔比引入到反应介质中。
4.权利要求1的方法，其特征在于催化剂的浓度使得铱/二甲基氢化氯硅烷的摩尔比小于或等于100x10-6。
5.一种催化体系，该催化体系用于通过一种反应介质的氢化硅烷化反应来制备3-氯丙基二甲基氯硅烷，该反应介质包含：
●二甲基氢化氯硅烷
●以及烯丙基氯
其特征在于它包含：
-1-下述氢化硅烷化催化剂之一
二-μ-氯代双(η-1，5-己二烯)二铱，
二-μ-溴代双(η-1，5-己二烯)二铱，
二-μ-碘代双(η-1，5-己二烯)二铱，
二-μ-氯代双(η-1，5-环辛二烯)二铱，
二-μ-溴代双(η-1，5-环辛二烯)二铱，
二-μ-碘代双(η-1，5-环辛二烯)二铱，
二-μ-氯代双(η-2，5-降冰片二烯)二铱，
二-μ-溴代双(η-2，5-降冰片二烯)二铱，
二-μ-碘代双(η-2，5-降冰片二烯)二铱，
-2-和至少一种由一种混合物形成的游离或被负载状态的辅助剂，其中该混合物包含：
-1，5-环辛二烯，
-和选自环己酮、乙醚、苯醌的化合物。
6.权利要求5的催化体系，其特征在于氢化硅烷化催化剂是二-μ-氯代双(η-1，5-环辛二烯)二铱。
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