CN102161675B - 制备甲硅烷基有机胺的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制备甲硅烷基有机胺的方法，该方法包括以下步骤：(A)在反应器中提供式I的甲硅烷基有机胺：[R2 a(R1O)3-aSiR3]nNH3-n，(B)式I的甲硅烷基有机胺在颗粒态贵金属的存在下，在100-300℃的温度下反应以生成式II的甲硅烷基有机胺产物：[R2 a(R1O)3-aSiR3]yNH3-y，其中每一个R1和R2基团分别独立地选自具有少于20个碳原子的烷基、芳基、芳烷基和环烷基；R3选自具有少于20个碳原子的二价烃基，并且a＝0、1、2或3；n＝1或者n＝2或者n＝1和2；y＝3。
Description
技术领域
本发明涉及含有有机甲硅烷基的叔胺的制备方法。含有有机甲硅烷基团的胺也称作甲硅烷基有机胺。
背景技术
含有有机甲硅烷基的叔胺尤其适用作玻璃和其它材料的粘合剂。此类胺还广泛用于织物处理和个人护理用品。
EP0531948B1公开了一种制备甲硅烷基有机胺的方法，其公开了一种具体的制备含有有机甲硅烷基的仲胺和叔胺的方法，该方法是通过将甲硅烷基有机胺和作为催化剂的一氧化钯接触。尽管该方法使起始物料基本定量转化，但是其产物胺需要进一步的加工，例如蒸馏，以达到所需的纯度和产物浓度。
发明内容
所以本发明的一个目的是提供另一种制备含有有机甲硅烷基的叔胺的方法，其至少削弱了现有技术中的缺点，并且通过一步合成就获得高的产率和高的纯度而不需要进一步的蒸馏加工。
该目的通过制备甲硅烷基有机胺的方法来实现，所述方法包括以下步骤：
(A)在反应器中提供式I的甲硅烷基有机胺：[R2 a(R1O)3-aSiR3]nNH3-n，
(B)式I的甲硅烷基有机胺在颗粒态贵金属存在下，在100-300℃的温度下反应以生成式II的甲硅烷基有机胺产物：[R2 a(R1O)3-aSiR3]yNH3-y，其中每一个R1和R2基团分别独立地选自具有少于20个碳原子的烷基、芳基、芳烷基和环烷基；R3选自具有少于20个碳原子的二价烃基，并且a＝0、1、2或3；n＝1或者n＝2或者n＝1和2(即甲硅烷基有机伯胺和甲硅烷基有机仲胺的混合物)；以及y＝3。
具体实施方式
本发明的方法只得到含有有机甲硅烷基的叔胺，即式II中的指数“y”＝3。
该反应优选不使用溶剂。使用溶剂的难点在于高的反应温度，在这种高的反应温度下只能使用高沸点的溶剂。但是这类溶剂会导致需要复杂的加工。
在本发明的方法中，在例如EP0531948B1中所描述的贵金属催化剂和贱金属氧化物被用作催化剂。为了本发明的目的，贵金属为元素周期表第5和第6周期的8-10族的元素。
为了本发明的目的，甲硅烷基有机胺的有机甲硅烷基团是具有直接的硅-碳键(Si-C)的取代基。该取代基在式I和式II中表示为R2。式I和式II的甲硅烷基有机胺可以含有0-3个R2取代基。
不过，为了本发明的目的，甲硅烷基有机胺中的有机甲硅烷基团也包含碳与硅通过氧原子连接的取代基，即有机氧取代基。该取代基在式I和式II中表示为R1。式I和式II的甲硅烷基有机胺可以含有0-3个R1取代基。
有机甲硅烷基团可以同时包含这两种取代基，但在本发明的方法中优选只含有碳与硅通过氧原子相连接的取代基的有机甲硅烷基团，即式I和式II中的指数“a”为0。
式I和式II的甲硅烷基有机胺含有R3取代基，该取代基选自具有少于20个碳原子的二价烃基。R3可以为，例如，亚烷基、亚环烷基、亚芳基、或者亚芳烷基。
优选的式I的胺为其中R1为甲基、乙基或者苯基；R2是甲基或者乙基；R3是具有1-3个碳原子的亚烷基的那些。式I的胺可以是，例如，单(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺、单(乙烯基二甲氧基甲硅烷基丙基)胺、单(3，3，3-三氟丙基二甲氧基甲硅烷基丙基)胺、单(甲基二甲氧基甲硅烷基丙基)胺、双(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺、双(甲基二甲氧基甲硅烷基丙基)胺、单(三乙氧基甲硅烷基丙基)胺、双(三乙氧基甲硅烷基丙基)胺、单(苯基二甲氧基甲硅烷基丙基)胺、双(苯基二甲氧基甲硅烷基丙基)胺和单(三甲氧基甲硅烷基甲基)胺或者这些物质的混合物。
本发明所述的方法可以在任何标准的反应器中进行，以实现固体和液体之间的接触。所述反应器可以为，例如，固定床反应器、具有搅动床的反应器或者流化床反应器。
本发明的方法能够克服现有技术中需要蒸馏加工的缺点。通过一步合成即可以获得高纯度的含有有机甲硅烷基的叔胺。除了需要过滤掉催化剂之外，不需要进一步的提纯。因此可以省去蒸馏或其它提纯过程。
使用本发明的方法能够将甲硅烷基有机伯胺转化为甲硅烷基有机叔胺。这通过下面的反应图解I来举例说明。
甲硅烷基有机仲胺也可转化为甲硅烷基有机叔胺(见下面的反应图解中的反应II)或者甲硅烷基有机伯胺和甲硅烷基有机仲胺的混合物可转化为甲硅烷基有机叔胺(见下面的图解中的反应III)。
在下面的图解中通过制备三(三乙氧基甲硅烷基丙基胺)的实施例显示了可能的反应。
颗粒态贵金属形式的催化剂组分可以包含少量的氧化物或者氢氧化物形式的贵金属。催化剂组分中贵金属的比例应当不少于20重量％，优选为至少50重量％，更优选为至少75重量％，特别优选为至少85重量％，特别为至少95重量％。
颗粒态贵金属可以为，例如，絮凝物、削屑、颗粒或者粉末的形式。优选颗粒态贵金属为平均粒径小于100μm，尤其优选小于10μm的颗粒或者粉末的形式。
本发明的方法优选使用钯或者铑作为颗粒态贵金属。
贵金属特别优选存在于载体上。作为载体，优选使用活性炭或者氧化铝。
特别优选负载于活性炭上的钯用作催化剂。钯组分为可含有少量的氧化物形式或者氢氧化物形式的钯的金属钯。钯颗粒的直径通常为1-20nm，但优选1.5-5nm。
活性炭通常具有高的多孔性，其具有一定比例的大孔、中孔和微孔。孔体积通常为0.5-2.0ml/g，优选1.10-1.20ml/g，微孔体积为0.10-0.50ml/g，优选0.30-0.40ml/g，中孔体积为0.10-1.00ml/g，优选0.40-0.50ml/g。内比表面积(通过BET法测量)通常为100-2500m2/g，优选为200-2000m2/g。
或者，也可以使用负载在活性炭上的铑催化剂，活性炭载体同样满足前述要求。
反应器中贵金属的浓度应当有利地为0.1-2.0g每摩尔的胺。优选贵金属浓度为0.3-0.6g每摩尔的胺。
本发明的方法可以在空气的存在下进行。但是，由于例如，钯在空气中反应形成氧化钯从而可能降低催化活性，因此，当反应在空气气氛中进行时，反应应当在减压下或真空中进行。这里，压力可降至20mbar。优选反应在500-900mbar下进行。
反应优选在惰性气氛中进行。为了本发明的目的，术语惰性气体指氮气和所有稀有气体(氦、氖、氩、氪、氙、氡)。在惰性气氛中，反应可以在大气压下即环境压力下进行。
在反应过程中优选持续将惰性气体通入到反应器中。所述通入，如果需要，可在液体反应混合物表面以下进行，例如使用玻璃料。
低惰性气体体积流的优点在于起始物料仅在很小的程度上被带出，但是对于形成的副产物NH3也是如此。尽管高惰性气体体积流保证了NH3较好的排出，但是同时也可能带出过多的起始物料。通常设定的惰性气体体积流为1-100ml惰性气体每ml反应混合物每分钟。
通过使用氢气作为反应气体进一步提高产物产量。优选在反应过程中将氢气通入到反应器中，从而相比于在没有氢气的情况下的反应，叔胺的产量得到显著提高。特别优选将氢气通入到液体反应混合物表面以下。氢气的浓度可以为0.1-99.999体积％。优选氢气浓度为1-3.8体积％。尽管即使当反应空间含有空气时也可加入氢气，但只有当反应在氢气/氧气混合物的较低爆炸极限以下进行时才这么做。因此，当反应在惰性气氛中进行时优选将氢气作为反应气体通入。
反应在大气压下使用惰性气体或者氢气或者惰性气体/氢气混合物进行，没有导致氨盐的沉积。通过惰性气体或者氢气或者H2/N2气体混合物去除反应中生成的氨。
可通过本发明的方法制备的甲硅烷基有机胺产物的例子为：三(乙烯基二甲氧基甲硅烷基丙基)胺、三(3，3，3-三氟丙基二甲氧基甲硅烷基丙基)胺、三(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺、三(甲基二甲氧基甲硅烷基丙基)胺、三(三乙氧基甲硅烷基丙基)胺、三(苯基二甲氧基甲硅烷基丙基)胺、三(三甲氧基甲硅烷基甲基)胺。
本发明的方法所得产物特别优选为三(三乙氧基甲硅烷基丙基)胺。三(三乙氧基甲硅烷基丙基)胺用作表面修饰剂或者聚氨基硅氧烷(有机硅氧烷胺共聚物)的基础材料。
在本发明的方法中实现了具有高产物纯度的基本定量转化，因此可以省略进一步的产物加工。产率为至少70％，优选至少75％或至少80％，特别优选至少85％。
反应时间取决于反应温度、贵金属催化剂浓度和目标产物，其可以为30分钟到20小时。优选反应时间为6-13小时。
反应可以在100-300℃下，优选150-210℃下进行。
实施例：
本发明通过以下的实施例进行阐释。但该实施例只是为了解释本发明而不能理解为对本发明的限制。
实验描述CW88(钯/氢)
596mg的Pd/C催化剂(DegussaE105R/W5％)和21.0g的双(三乙氧基甲硅烷基丙基)胺加入配有回流冷凝器的100ml四颈烧瓶中。
首先将混合物在室温下在氩气(40ml/min)下搅拌15分钟。随后通入氮气(95体积％)和氢气(5体积％)的混合物(120ml/min)，再搅拌混合物5分钟并加热到反应温度195℃。
当反应温度高于185℃之后，通过隔片获取样品并用气相色谱分析。
该批料在约6小时后停止，并于次日再次加热至约195℃再反应约6小时。
表1：实验CW88作为时间的函数的起始物料和产物浓度
实验描述CW92(钯/惰性气体)
596mg的Pd/C催化剂(DegussaE105R/W5％)和21.0g的双(三乙氧基甲硅烷基丙基)胺加入配有回流冷凝器的100ml四颈烧瓶中。首先将混合物在室温下在氩气(40ml/min)下搅拌15分钟。随后通入氮气(120ml/min)并将混合物加热到约195℃。
当温度高于185℃之后，通过隔片获取样品并用气相色谱分析。
该批料在约6小时后停止并于次日再次加热至约195℃再反应约6小时。
表2：实验CW92作为时间的函数的起始物料和产物浓度
Claims (6)
1.制备甲硅烷基有机胺的方法，其包括以下步骤：
(A)在反应器中提供式I的甲硅烷基有机胺：[R2 a(R1O)3-aSiR3]nNH3-n，
(B)式I的甲硅烷基有机胺在颗粒态贵金属的存在下，在100-300℃的温度下反应以生成式II的甲硅烷基有机胺产物：[R2 a(R1O)3-aSiR3]yNH3-y，
其中每一个R1和R2基团分别独立地选自具有少于20个碳原子的烷基、芳基、芳烷基和环烷基；R3选自具有少于20个碳原子的二价烃基，并且a＝0、1、2或3；n＝1或者n＝2或者n＝1和2；以及y＝3，
其中所述贵金属为钯或铑，以及所述反应是在惰性气体气氛下进行的。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，a＝0。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述贵金属存在于载体上。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述惰性气体在反应过程中连续通入到反应器中。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在反应过程中将氢气通入到反应器中。
6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，将气体通入到液体反应混合物表面以下。
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