CN112239476A - 一种γ-氨丙基三乙氧基硅烷的合成方法 - Google Patents
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Abstract
一种γ‑氨丙基三乙氧基硅烷的合成方法,属于有机硅合成技术领域,特别是涉及一种γ‑氨丙基三乙氧基硅烷的合成方法。其特征在于,以3‑氯丙基三乙氧基硅烷和氨水为反应底物,按照摩尔比3‑氯丙基三乙氧基硅烷:氨水(以氨计算):相转移催化剂:缓冲剂为1:3~5:0.01:1~2的比例进行氨解反应制得γ‑氨丙基三乙氧基硅烷。本发明具有缩短反应时间,提高产品收率;同时减少了氨气的使用量,产品纯度高,后处理过程简单,绿色环保的积极效果。
Description
技术领域
本发明属于有机硅合成技术领域,特别是涉及一种γ-氨丙基三乙氧基硅烷的合成方法。
背景技术
硅烷偶联剂被广泛应用于汽车、航空、医疗、建筑、电子等领域。目前,γ-氨丙基三乙氧基硅烷一般采用50倍摩尔量氨气和1倍摩尔量3-氯丙基三乙氧基硅烷在高压下进行氨解反应的方法制备。此种制备方法不仅反应时间较长,而且会由于氨气的过量而导致后处理工艺复杂。同时还需要排出氨气,不仅存在安全隐患,且增加制备成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种γ-氨丙基三乙氧基硅烷的合成方法,以达到缩短反应时间,减少了氨气的使用量,后处理过程简单,绿色环保的目的。
本发明所提供的一种γ-氨丙基三乙氧基硅烷的合成方法,其特征在于,以3-氯丙基三乙氧基硅烷和氨水为反应底物,按照摩尔比3-氯丙基三乙氧基硅烷:氨水(以氨计算):相转移催化剂:缓冲剂为1:3~5:0.01:1~2的比例进行氨解反应制得γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
进一步,本发明所提供的一种γ-氨丙基三乙氧基硅烷的合成方法,包括以下步骤:
步骤1,先将氨水加入反应器中,按照摩尔比氨水(以氨计算):缓冲剂为3~5:1~2的比例加入缓冲剂;
步骤2,安装冷凝回流装置,升温至70℃~85℃;
步骤3,按照摩尔比氨水(以氨计算):相转移催化剂:缓冲剂为3~5:0.01:1~2的比例加入缓冲剂加入相转移催化剂,搅拌;
步骤4,按照摩尔比3-氯丙基三乙氧基硅烷:氨水(以氨计算):相转移催化剂:缓冲剂为1:3~5:0.01:1~2的比例滴入3-氯丙基三乙氧基硅烷;
步骤5,滴加结束后进行氨解反应,其氨解反应温度为70℃~100℃,保温反应时间为2h~5h;
步骤6,氨解反应结束后进行分液,取上层清液进行抽滤脱水后处理,最终得到γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
进一步,所述相转移催化剂为苄基三乙基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基氯化铵、三辛基甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵中的一种或多种。
进一步,所述缓冲剂为无水磷酸三钠、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或多种。
进一步,按照摩尔比3-氯丙基三乙氧基硅烷:氨水(以氨计算):相转移催化剂:缓冲剂为1:4:0.01:1.5的比例进行氨解反应制得γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
进一步,所述步骤3中搅10min~20min。
进一步,所述步骤4中的3-氯丙基三乙氧基硅烷45min~60min滴加完成。
进一步,所述步骤4中的3-氯丙基三乙氧基硅烷滴加过程中控制温度不超过75℃~85℃。
进一步,所述步骤5中的氨解反应温度为80℃~90℃。
进一步,所述步骤5中的氨解反应保温反应时间为3h~4h。
本发明所提供的一种γ-氨丙基三乙氧基硅烷的合成方法,与传统的γ-氨丙基三乙氧基硅烷相比较,其创新点和有益效果主要体现在下列方面:
1、通过引入相转移催化剂,相转移催化作用使得反应条件温和,促进有机相3-氯丙基三乙氧基硅烷和无机相氨水的反应,反应时间缩短,同时避免了常规工艺中的高压条件,提高了工艺的安全性,可操作性强,具有工业化应用价值;
2、通过引入缓冲剂,一方面可以调节体系的pH值,避免3-氯丙基三乙氧基硅烷和产品的水解,提高产品纯度;另一方面可以捕捉反应产生的氯化氢,促进反应的正向进行,同时在一定程度上减少了氨水的使用量,避免氨的过量消耗,后处理简单,降低了生产成本,具有一定的经济效益;
3、按照摩尔比3-氯丙基三乙氧基硅烷:氨水(以氨计算):相转移催化剂:缓冲剂为1:3~5:0.01:1~2进行氨解反应,在相转移催化剂的作用下3-氯丙基三乙氧基硅烷与氨水之间具有较高的反应活性,相转移催化剂促进两相的接触反应,避免了高压的反应条件,也缩短了反应时间。
本发明所提供的一种γ-氨丙基三乙氧基硅烷的合成方法,反应时间仅为2h~5h,与传统的反应时间8h左右相比较,显著缩短了反应时间。本发明所得产品外观为无色或微黄色透明液体,以3-氯丙基三乙氧基硅烷计算收率在95%以上,气相色谱检测其含量在99.5%以上。因此,本发明具有缩短反应时间,提高产品收率;同时减少了氨气的使用量,产品纯度高,后处理过程简单,绿色环保的积极效果。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步说明。
本发明所提供的一种γ-氨丙基三乙氧基硅烷的合成方法,是以3-氯丙基三乙氧基硅烷和氨水为反应底物,按照摩尔比3-氯丙基三乙氧基硅烷:氨水(以氨计算):相转移催化剂:缓冲剂为1:3~5:0.01:1~2的比例进行氨解反应制得γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
实施例1:
本发明所提供的一种γ-氨丙基三乙氧基硅烷的合成方法,包括以下步骤:
步骤1,先将氨水加入反应器中,按照摩尔比氨水(以氨计算):缓冲剂为3~5:1~2的比例加入缓冲剂;
步骤2,安装冷凝回流装置,升温至70℃~85℃;
步骤3,按照摩尔比氨水(以氨计算):相转移催化剂:缓冲剂为3~5:0.01:1~2的比例加入缓冲剂加入相转移催化剂,搅拌约10min~20min;
步骤4,按照摩尔比3-氯丙基三乙氧基硅烷:氨水(以氨计算):相转移催化剂:缓冲剂为1:3~5:0.01:1~2的比例滴入3-氯丙基三乙氧基硅烷;
步骤5,滴加结束后进行氨解反应,其氨解反应温度为70℃~100℃,保温反应时间为2h~5h;
步骤6,氨解反应结束后进行分液,取上层清液进行抽滤脱水后处理,最终得到γ-氨丙基三乙氧基硅烷。本发明所得到γ-氨丙基三乙氧基硅烷产品外观为无色或微黄色透明液体,以3-氯丙基三乙氧基硅烷计算收率在95%以上,气相色谱检测其含量在99.5%以上。
上述相转移催化剂为苄基三乙基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基氯化铵、三辛基甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵中的一种或多种。
上述缓冲剂为无水磷酸三钠、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或多种。
本发明与传统采用50倍摩尔量氨气和1倍摩尔量3-氯丙基三乙氧基硅烷在高压下进行氨解反应的方法相比较,反应时间仅为2h~5h,比传统的反应时间8h左右显著缩短了反应时间,提高产品收率。同时减少了氨气的使用量,产品纯度高,后处理过程简单,绿色环保。
实施例2:
本发明所提供的一种γ-氨丙基三乙氧基硅烷的合成方法,包括以下步骤:
步骤1,先将氨水加入反应器中,按照摩尔比氨水(以氨计算):缓冲剂为4:1.5的比例加入缓冲剂;
步骤2,安装冷凝回流装置,升温至70℃~85℃;
步骤3,按照摩尔比氨水(以氨计算):相转移催化剂:缓冲剂为4:0.01:1.5的比例加入缓冲剂加入相转移催化剂,搅拌约12min~15min;
步骤4,按照摩尔比3-氯丙基三乙氧基硅烷:氨水(以氨计算):相转移催化剂:缓冲剂为1:4:0.01:1.5的比例滴入3-氯丙基三乙氧基硅烷,3-氯丙基三乙氧基硅烷50min~55min滴加完成,且滴加过程中控制温度不超过75℃~85℃;
步骤5,滴加结束后进行氨解反应,其氨解反应温度为80℃~90℃,保温反应时间为3h~4h;
步骤6,氨解反应结束后进行分液,取上层清液进行抽滤脱水后处理,最终得到γ-氨丙基三乙氧基硅烷。本发明所得到γ-氨丙基三乙氧基硅烷产品外观为无色或微黄色透明液体,以3-氯丙基三乙氧基硅烷计算收率在96%以上,气相色谱检测其含量在99.6%以上。
上述相转移催化剂为苄基三乙基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基氯化铵、三辛基甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵中的一种或多种。
上述缓冲剂为无水磷酸三钠、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或多种。
实施例3:
步骤1,在1000mL烧瓶反应器中加入347g质量分数为10%的氨水,然后加入125.85g无水磷酸三钠;
步骤2,安装冷凝回流装置,缓慢升温至体系温度为80℃;
步骤3,加入1.6g四丁基溴化铵,搅拌约10min;
步骤4,滴加123g3-氯丙基三乙氧基硅烷,60min滴加完成,滴加过程中控制温度不超过85℃;
步骤5,滴加结束后进行氨解反应,其氨解反应温度为80℃,保温反应时间为3.5h;
步骤6,氨解反应结束后进行分液,取上层清液进行抽滤脱水后处理,最终得到γ-氨丙基三乙氧基硅烷。本发明最终得到γ-氨丙基三乙氧基硅烷为110.53g微黄色透明液体,以3-氯丙基三乙氧基硅烷计算收率为97.75%,气相色谱检测其含量为99.75%。
实施例4:
步骤1,在1000mL烧瓶反应器中加入480g质量分数为10%的氨水,然后加入185.5g无水磷酸三钠;
步骤2,安装冷凝回流装置,缓慢升温至体系温度为76℃;
步骤3,加入1.82g四丁基溴化铵,搅拌约11min;
步骤4,滴加136g3-氯丙基三乙氧基硅烷,58min滴加完成,滴加过程中控制温度不超过82℃;
步骤5,滴加结束后进行氨解反应,其氨解反应温度为95℃,保温反应时间为3h;
步骤6,氨解反应结束后进行分液,取上层清液进行抽滤脱水后处理,最终得到γ-氨丙基三乙氧基硅烷。本发明最终得到γ-氨丙基三乙氧基硅烷为120.57g微黄色透明液体,以3-氯丙基三乙氧基硅烷计算收率为96.43%,气相色谱检测其含量为99.54%。
实施例5:
步骤1,在500mL烧瓶反应器中加入413g质量分数为10%的氨水,然后加入103g碳酸钠;
步骤2,安装冷凝回流装置,缓慢升温至体系温度为78℃;
步骤3,加入1.56g四丁基溴化铵,搅拌约13min;
步骤4,滴加117g3-氯丙基三乙氧基硅烷,56min滴加完成,滴加过程中控制温度不超过80℃;
步骤5,滴加结束后进行氨解反应,其氨解反应温度为90℃,保温反应时间为3.5h;
步骤6,氨解反应结束后进行分液,取上层清液进行抽滤脱水后处理,最终得到γ-氨丙基三乙氧基硅烷。本发明最终得到γ-氨丙基三乙氧基硅烷为102.58g微黄色透明液体,以3-氯丙基三乙氧基硅烷计算收率为95.37%,气相色谱检测其含量为99.53%。
实施例6:
步骤1,在500mL烧瓶反应器中加入361.5g质量分数为10%的氨水,然后加入131g无水磷酸三钠;
步骤2,安装冷凝回流装置,缓慢升温至体系温度为82℃;
步骤3,加入1.48g四丁基氯化铵,搅拌约16min;
步骤4,滴加128g3-氯丙基三乙氧基硅烷,59min滴加完成,滴加过程中控制温度不超过78℃;
步骤5,滴加结束后进行氨解反应,其氨解反应温度为78℃,保温反应时间为4h;
步骤6,氨解反应结束后进行分液,取上层清液进行抽滤脱水后处理,最终得到γ-氨丙基三乙氧基硅烷。本发明最终得到γ-氨丙基三乙氧基硅烷为113g微黄色透明液体,以3-氯丙基三乙氧基硅烷计算收率为96.03%,气相色谱检测其含量为99.61%。
实施例7:
步骤1,在500mL烧瓶反应器中加入307.8g质量分数为10%的氨水,然后加入57g碳酸氢钠;
步骤2,安装冷凝回流装置,缓慢升温至体系温度为81℃;
步骤3,加入1.83g三辛基甲基氯化铵,搅拌约20min;
步骤4,滴加109g3-氯丙基三乙氧基硅烷,53min滴加完成,滴加过程中控制温度不超过77℃;
步骤5,滴加结束后进行氨解反应,其氨解反应温度为85℃,保温反应时间为4h;
步骤6,氨解反应结束后进行分液,取上层清液进行抽滤脱水后处理,最终得到γ-氨丙基三乙氧基硅烷。本发明最终得到γ-氨丙基三乙氧基硅烷为95.2g微黄色透明液体,以3-氯丙基三乙氧基硅烷计算收率为96%,气相色谱检测其含量为99.52%。
实施例8:
步骤1,在500mL烧瓶反应器中加入330.4g质量分数为10%的氨水,然后加入61.23g碳酸氢钠;
步骤2,安装冷凝回流装置,缓慢升温至体系温度为87℃;
步骤3,加入1.28g十二烷基三甲基氯化铵,搅拌约18min;
步骤4,滴加117g3-氯丙基三乙氧基硅烷,60min滴加完成,滴加过程中控制温度不超过79℃;
步骤5,滴加结束后进行氨解反应,其氨解反应温度为88℃,保温反应时间为4h;
步骤6,氨解反应结束后进行分液,取上层清液进行抽滤脱水后处理,最终得到γ-氨丙基三乙氧基硅烷。本发明最终得到γ-氨丙基三乙氧基硅烷为102.7g微黄色透明液体,以3-氯丙基三乙氧基硅烷计算收率为95.48%,气相色谱检测其含量为99.37%。
Claims (10)
1.一种γ-氨丙基三乙氧基硅烷的合成方法,其特征在于,以3-氯丙基三乙氧基硅烷和氨水为反应底物,按照摩尔比3-氯丙基三乙氧基硅烷:氨水(以氨计算):相转移催化剂:缓冲剂为1:3~5:0.01:1~2的比例进行氨解反应制得γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
2.根据权利要求1所述的一种γ-氨丙基三乙氧基硅烷的合成方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,先将氨水加入反应器中,按照摩尔比氨水(以氨计算):缓冲剂为3~5:1~2的比例加入缓冲剂;
步骤2,安装冷凝回流装置,升温至70℃~85℃;
步骤3,按照摩尔比氨水(以氨计算):相转移催化剂:缓冲剂为3~5:0.01:1~2的比例加入缓冲剂加入相转移催化剂,搅拌;
步骤4,按照摩尔比3-氯丙基三乙氧基硅烷:氨水(以氨计算):相转移催化剂:缓冲剂为1:3~5:0.01:1~2的比例滴入3-氯丙基三乙氧基硅烷;
步骤5,滴加结束后进行氨解反应,其氨解反应温度为70℃~100℃,保温反应时间为2h~5h;
步骤6,氨解反应结束后进行分液,取上层清液进行抽滤脱水后处理,最终得到γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
3.根据权利要求1所述的一种γ-氨丙基三乙氧基硅烷的合成方法,其特征在于,所述相转移催化剂为苄基三乙基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基氯化铵、三辛基甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种γ-氨丙基三乙氧基硅烷的合成方法,其特征在于,所述缓冲剂为无水磷酸三钠、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种γ-氨丙基三乙氧基硅烷的合成方法,其特征在于,按照摩尔比3-氯丙基三乙氧基硅烷:氨水(以氨计算):相转移催化剂:缓冲剂为1:4:0.01:1.5的比例进行氨解反应制得γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
6.根据权利要求2所述的一种γ-氨丙基三乙氧基硅烷的合成方法,其特征在于,所述步骤3中搅10min~20min。
7.根据权利要求2所述的一种γ-氨丙基三乙氧基硅烷的合成方法,其特征在于,所述步骤4中的3-氯丙基三乙氧基硅烷45min~60min滴加完成。
8.根据权利要求2所述的一种γ-氨丙基三乙氧基硅烷的合成方法,其特征在于,所述步骤4中的3-氯丙基三乙氧基硅烷滴加过程中控制温度不超过75℃~85℃。
9.根据权利要求1所述的一种γ-氨丙基三乙氧基硅烷的合成方法,其特征在于,所述步骤5中的氨解反应温度为80℃~90℃。
10.根据权利要求1所述的一种γ-氨丙基三乙氧基硅烷的合成方法,其特征在于,所述步骤5中的氨解反应保温反应时间为3h~4h。
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