CN115073514B - 一种四(二甲氨基)钛的新型制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电子化学材料技术领域,尤其是一种四(二甲氨基)钛的新型制备方法,其特征在于采用氢化铝锂和二甲胺作为反应原料,以乙醚或四氢呋喃为溶剂,在低温下搅拌反应;然后在上述混合溶液中加入惰性溶剂和四氯化钛,低温反应得到四(二甲氨基)钛,本发明可有效减少溶剂的使用量,提高原料利用率,降低生产成本,具有广阔的市场前景。

Description

一种四(二甲氨基)钛的新型制备方法
技术领域
本发明涉及电子化学材料技术领域,尤其是一种四(二甲氨基)钛的新型制备方法。
背景技术
随着科技和半导体制造业的不断发展,亟需寻找适合原子层沉积(ALD)和化学气相沉积(CVD)使用的高K和金属栅材料前驱物。四(二甲氨基)钛其具有较好的稳定性和较高的蒸汽压,并表现出较高的反应性,是现今ALD领域的研究热点。
专利CN103193818A公开了一种四(二甲胺基)钛的合成方法,其步骤如下:在惰性气氛保护下,在反应器中加入二甲胺和烃类溶剂,然后向体系中加入有机锂化合物,制得二甲胺的锂盐,向体系中加入四氯化钛,反应结束后进行蒸馏,得到所述四(二甲胺基)钛。该方法不需要分步使用多种不同的溶剂,只以简单的单一烃类作为唯一的反应溶剂,降低了成本和反应的毒性。但其溶剂使用量较大,易产生低收率,不利于工业化生产。
专利CN111253433A公开了一种胺钛化合物及其制备方法。该胺钛化合物的制备方法包括以下步骤:(1)将烷烃类溶剂和二烷基胺混匀,在低温下滴加正丁基锂,在室温下搅拌后得到溶解有二烷基氨基锂的烷烃乳浊液;(2)在低温下向步骤1制得的烷烃乳浊液中滴加四氯化钛,滴加完毕后升温进行反应,制得四(二烷基氨基钛);(3)在低温下向步骤2制得的四(二烷基氨基钛)中滴加肼,滴加完毕后进行升温反应,之后减压蒸馏并收集得到馏分1,2-三(二烷基胺基)钛-肼。本发明高收率低成本,利于工业上量化生产,产品稳定性好,有利于经原子层沉积形成含钛膜,尤基是良好的氮化钛薄膜。
专利CN111592565B介绍了一种四(二甲氨基)钛的合成方法。该合成方法包括如下步骤:将烷烃溶剂和有机金属锂化合物混合,制备第一反应物;以气体流出压力0.12~0.15MPa导出二甲胺气体,将所述二甲胺气体在20~10℃温度条件下冷凝,形成的二甲胺冷凝液加入至所述第一反应物中进行第一反应,制备第二反应物;于所述第二反应物中加入四氯化钛进行第二反应,经后处理制备所述四(二甲氨基)钛。该合成方法能够避免上述爆炸隐患和危险因素,且可能大大减少固废和液废产生,安全环保,同时四(二甲氨基)钛收率高,工艺便于操作。
上述方法生成的氯化锂盐颗粒非常细小,在体系中还很粘稠,给过滤带来较大的困难,耗时时间长。正丁基锂溶液本身就含有大量的烃类溶剂,且当以LiNMe2作为反应溶液时,LiNMe2仅是微溶于烃类溶剂,是低摩尔浓度的,因此需要消耗大量溶剂并容易产生低收率,增加了生产成本。
发明内容
为了克服现有技术存在的过滤困难、低收率等问题,本发明提供了一种四(二甲氨基)钛的新型制备方法,属于新能源材料技术领域。
本发明采用两步反应:首先氢化铝锂和二甲胺作为反应原料,以乙醚或四氢呋喃为溶剂,在低温下搅拌反应;然后在上述混合溶液中加入惰性溶剂和四氯化钛,低温反应得到四(二甲氨基)钛。
一种四(二甲氨基)钛的新型制备方法,其特征在于:
将12-24份的氢化铝锂粉末加入有80-160份的机溶剂中溶解,将混合物降温,缓慢通入一定量的二甲胺,持续搅拌,保持反应温度在-20~0℃,生成白色混合液,加入100-120份惰性溶剂,将该混合液降温,缓慢滴加四氯化钛,并持续搅拌至加料完全,然后升温至一定温度并持续搅拌一段时间,过滤,除溶,得到四(二甲氨基)钛产品。
根据本发明提供的方法,所述有机溶剂为选自乙醚或四氢呋喃溶液。
根据本发明提供的方法,所述二甲胺与氢化铝锂摩尔配比为1:4.0~4.2。
根据本发明提供的方法,所述降温温度为-20~-50℃。
根据本发明提供的方法,所述惰性溶剂选自烃类、芳香烃类。
根据本发明提供的方法,所述惰性溶剂可以为正己烷、四氯化碳等。
根据本发明提供的方法,所述四(二甲氨基)铝酸锂与四氯化钛的摩尔配比为1:1.05。
根据本发明提供的方法,所述反应后的升温条件为:15-35℃。
根据本发明提供的方法,所述反应时间为:45-80mins。
根据本发明提供的方法,所述搅拌转速为60-90rpm。
反应机理:
本发明相较于现有技术而言,在反应过程中减少了溶剂的使用量,增加了四(二甲氨基)钛产量,提高原料利用率,节约生产成本,具体如下:
1.与经典合成方法相比,减少了溶剂的使用量,节约生产成本。
2.与无溶剂反应相比,加入溶剂有利于稀释反应物浓度,降低反应危险性,对于工业上来说更安全,有利于工业化生产。
3.溶剂可回收利用,副产物可以回收加工,生成副产品四氯铝酸锂,可作为锂电池生产原料,降低生产成本。
附图说明
图1为实验装置图。
图2为实例1的四(二甲氨基)钛的核磁谱图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步的详述,但不应理解为是对本发明保护范围的限制。凡基于上述技术思想,利用本领域普通技术知识和惯用的技术手段所做的修改、替换、变更,均属于本发明的范围。
实例1
在氮气气氛下,将氢化铝锂粉末32g加入800mL四氢呋喃溶液中搅拌溶解,将混合物降温至-20℃,缓慢通入152g的二甲胺,持续搅拌,保持反应温度在-20℃,生成白色混合液,加入500mL的正己烷,将该混合液降至-20℃,缓慢滴加168g四氯化钛,持续搅拌,反应后升温至15℃并持续搅拌1小时,过滤,除溶,得到138.9g四(二甲氨基)钛产品。
实例2
在氮气气氛下,将氢化铝锂粉末34g加入900mL四氢呋喃溶液搅拌溶解,将混合物降温至-30℃,缓慢通入162g的二甲胺,持续搅拌,保持反应温度在-18℃,生成白色混合液,加入500mL的正己烷,将该混合液降至-30℃,缓慢滴加178g四氯化钛,持续搅拌,反应后升温至25℃并持续搅拌1小时,过滤,除溶,得到151.0g四(二甲氨基)钛产品。
实例3
在氮气气氛下,将氢化铝锂粉末36g加入1000mL四氢呋喃溶液中搅拌溶解,将混合物降温至-40℃,缓慢通入171g的二甲胺,持续搅拌,保持反应温度在-16℃,生成白色混合液,加入500mL的正己烷,将该混合液降至-40℃,缓慢滴加189g四氯化钛,持续搅拌,反应后升温至35℃并持续搅拌1小时,过滤,除溶,得到163.2g四(二甲氨基)钛产品。
实例4
在氮气气氛下,将氢化铝锂粉末38g加入1100mL四氢呋喃溶液中搅拌溶解,将混合物降温至-50℃,缓慢通入184.5g的二甲胺,持续搅拌,保持反应温度在-12℃,生成白色混合液,加入500mL的正己烷,将该混合液降至-50℃,缓慢滴加199g四氯化钛,持续搅拌,反应后升温至15℃并持续搅拌1小时,过滤,除溶,得到182.3g四(二甲氨基)钛产品。
实例5
在氮气气氛下,将氢化铝锂粉末40g加入1200mL四氢呋喃溶液中搅拌溶解,将混合物降温至-30℃,缓慢通入195g的二甲胺,持续搅拌,保持反应温度在-10℃,生成白色混合液,加入500mL的正己烷,将该混合液降至-30℃,缓慢滴加210g四氯化钛,持续搅拌,反应后升温至25℃并持续搅拌1小时,过滤,除溶,得到195.2g四(二甲氨基)钛产品。
实例6
在氮气气氛下,将氢化铝锂粉末38g加入1000mL乙醚溶液中搅拌溶解,将混合物降温至-30℃,缓慢通入184.5g的二甲胺,持续搅拌,保持反应温度在-8℃,生成白色混合液,加入500mL的正己烷,将该混合液降至-30℃,缓慢滴加199g四氯化钛,持续搅拌,反应后升温至35℃并持续搅拌1小时,过滤,除溶,得到186.7g四(二甲氨基)钛产品。
实例7
在氮气气氛下,将氢化铝锂粉末38g加入1000mL乙醚溶液中搅拌溶解,将混合物降温至-30℃,缓慢通入189g的二甲胺,持续搅拌,保持反应温度在-6℃,生成白色混合液,加入500mL的正己烷,将该混合液降至-30℃,缓慢滴加199g四氯化钛,持续搅拌,反应后升温至15℃并持续搅拌1小时,过滤,除溶,得到175.7g四(二甲氨基)钛产品。
实例8
在氮气气氛下,将氢化铝锂粉末38g加入1000mL乙醚溶液中搅拌溶解,将混合物降温至-30℃,缓慢通入189g的二甲胺,持续搅拌,保持反应温度在-3℃,生成白色混合液,加入500mL的正己烷,将该混合液降至-30℃,缓慢滴加199g四氯化钛,持续搅拌,反应后升温至25℃并持续搅拌1小时,过滤,除溶,得到178.4g四(二甲氨基)钛产品。
实例9
在氮气气氛下,将氢化铝锂粉末38g加入1000mL乙醚溶液中搅拌溶解,将混合物降温至-30℃,缓慢通入189g的二甲胺,持续搅拌,保持反应温度在0℃,生成白色混合液,加入500mL的正己烷,将该混合液降至-30℃,缓慢滴加199g四氯化钛,持续搅拌,反应后升温至35℃并持续搅拌1小时,过滤,除溶,得到180.9g四(二甲氨基)钛产品。
实施例评价:
测试方法:使用核磁共振波谱NMR测定产物四(二甲氨基)钛结构,测试结果如下表所示:
本发明采用一种四(二甲氨基)钛的新型制备方法,以氢化铝锂和二甲胺作为反应原料,以乙醚或四氢呋喃(优选乙醚)为溶剂,在低温下搅拌反应,然后在上述混合溶液中加入惰性溶剂和四氯化钛,低温反应得到四(二甲氨基)钛。该方法有较高的产率,提高了原料利用率和产品产率,无害化处理副产物固体四氯铝酸锂,降低生产成本,有利于工业化生产。

Claims (5)

1.一种四(二甲氨基)钛的-制备方法,其特征在于:将32-42份的氢化铝锂粉末加入800-1200份的有机溶剂中溶解,将混合物降温,缓慢通入一定量的二甲胺,持续搅拌,保持反应温度在-20~0℃,生成白色混合液,加入100-120份惰性溶剂,将该混合液降温,缓慢滴加四氯化钛,并持续搅拌至加料完全,然后升温至一定温度并持续搅拌一段时间,过滤,除溶,得到四(二甲氨基)钛产品;
所述氢化铝锂与二甲胺摩尔配比为1:4.0~4.2;
所述降温温度为-20~-50℃;所述升温条件为:15-35℃;
氢化铝锂与二甲胺生成LiAl(NMe2)4;即四(二甲氨基)铝酸锂;所述四(二甲氨基)铝酸锂与四氯化钛的摩尔配比为1:1.05;
所述有机溶剂为乙醚或四氢呋喃溶液;
反应方程式为:
2.根据权利要求1所述的一种四(二甲氨基)钛的-制备方法,其特征在于:所述惰性溶剂选自烃类、芳香烃类。
3.根据权利要求1所述的一种四(二甲氨基)钛的-制备方法,其特征在于:所述惰性溶剂为正己烷或四氯化碳。
4.根据权利要求1所述的一种四(二甲氨基)钛的-制备方法,其特征在于:所述反应时间为:45-80mins。
5.根据权利要求1所述的一种四(二甲氨基)钛的-制备方法,其特征在于:所述搅拌转速60-90rpm。
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