CN117651708A - 制备有机锡化合物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供制备某些具有烷基和芳基取代基的有机锡化合物的简易方法。这些化合物可用作合成某些经烷胺基‑和烷氧基‑取代的烷基锡化合物的中间体，所述烷基锡化合物转而可用作在用于微电子装置制造的例如极端紫外光(EUV)光刻技术中沉积高纯度氧化锡膜的前体。
Description
技术领域
本发明属于有机锡化学领域，以及特别而言，关于制备某些有机锡中间体的简易方法。
背景技术
已经显示某些有机锡化合物可用于沉积高纯氧化锡(IV)，其在用于制造某些微电子装置的例如极端紫外线(EUV)微影的应用中。
特别受关注的是具有烷氨基基团(或烷氧基基团)和烷基基团的组合的有机锡化合物，其可用作于沉积含锡膜在微电子装置衬底上的液体前体。因此，对改善的用于制造用于沉积高纯氧化锡膜的以高纯形式的这些有机锡化合物的方法存在需求。
发明内容
本发明提供制备某些具有烷基、芳基或卤基取代基的有机锡化合物的简易方法。这些化合物可用作合成某些被烷氨基-和烷氧基-取代的烷基锡化合物的中间体，所述烷基锡化合物可用作在用于微电子装置制造的例如极端紫外光(EUV)微影术技术中沉积高纯度氧化锡膜的前体。例如，本发明的方法可用于制备异丙基三苯基锡，然后可使其与四氯化锡反应，接着与二甲胺和二甲基酰胺锂反应，以得到三(二甲酰胺基)异丙基锡。
附图说明
图1为在CDCl3中记录的实例1的Ph3Sn-iPr(异丙基三苯基锡)的1H-NMR。
图2为在CDCl3中记录的实例1的Ph3Sn-iPr的119Sn-NMR。
图3为在2-碘丙烷中记录的实例2的iPrSnI3的119Sn-NMR。
具体实施方式
如本说明书和随附权利要求中所用，除非上下文另有明确指定，否则单数形式「一(a/an)」和「所述」包含多个提及物。如本说明书和随附权利要求中所用，除非上下文另有明确指定，否则术语「或」一般以包含「和/或」的其含义采用。
术语「约」一般是指认为等效于详述值(例如，具有相同功能或结果)的数字范围。在许多情况下，术语「约」可包含取整到最近有效数字的数字。
使用端点表示的数值范围包含归入所述范围内的所有数字(例如，1到5包含1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)。
在第一方面，本发明提供一种制备式(I)化合物的方法：
(Q)3SnR (I)，
其中Q选自
(a)苯基，
(b)式(C1-C12烷基)2N-的基团，
(c)式(C1-C12烷基-O-)的基团；和
(d)卤化物(F、Cl、Br、I)，并且
其中R为C1-C12烷基，
所述方法包括使式SnX2化合物(其中X选自氟、氯、溴、和碘)与摩尔过量的式Q-M化合物(其中M选自Li、Na和K)组合，接着与式R-X化合物组合。
在此方法的一个实施例中，Q选自(a)、(b)或(c)。作为此实施例的特定实例，一般将式Q-M化合物缓慢添加(同时控制所得的放热反应)到包含二卤锡化合物(SnX2)和非质子溶剂(例如醚，如四氢呋喃、乙醚、二正丁基醚、二甲氧基乙烷等)的反应混合物中以形成式Q3SnM化合物。如上所指定，基于式SnX2化合物的起始量，利用摩尔过量的式Q-M化合物。在一个实施例中，利用约2.7到约3.3摩尔当量(如2.8到约3.2摩尔当量或2.9到约3.1摩尔当量)以及在另一实施例中利用约3摩尔当量。一旦式Q-M化合物的添加完成，就可将反应混合物加热到高于环境温度的温度(例如，约40℃到80℃，或约55℃到65℃)，并持续足以确保这两种物质完全反应的时间段。接下来，将一般等摩尔量的式R-X化合物添加到反应混合物中，其然后得到所需式(I)的产物。在某些实施例中，以基于式SnX2的起始物质的量计约0.7到约1.3摩尔当量(如约0.8到约1.2摩尔当量或约0.9到约1.1摩尔当量)添加式R-X化合物。
在所述方法的另一实施例中，Q选自(d)。作为此实施例的特定实例，将式Q-M化合物以1.2:1到1:1.2的比率(如1.1:1到1:1.2的比率)以及优选以1:1比率添加到二卤锡化合物(SnX2)中，其中Q为卤化物。一旦式Q-M化合物的添加完成，就可将反应混合物加热到高于环境温度的温度(例如，约180℃到220℃)并持续足以确保完全反应以形成具有式Q3SnM的化合物的时间段。接下来，将一般过量的R-X添加到反应混合物中。一旦化合物R-X的添加完成，就可将反应混合物加热到高于环境温度的温度(例如，约90℃到140℃)并持续足以确保这些物质的完全反应的时间段，其然后得到所需式(I)的产物，其中Q为卤化物。在某些实施例中，以基于式SnX2的起始物质的量计约4到约8摩尔当量添加所述式R-X化合物。
在此方法中，R可选自C1-C12烷基，其可为直链或具支链烷基，如甲基、乙基、丙基、丁基、异丙基、异丁基、仲丁基等。此外，R可为环状C1-C5基团，如环丙基。同样，R可为不饱和C1-C5基团，如乙烯基或乙炔基。这些R基团中的任一者可还(如)被一或多个卤素基团或醚基团取代。例如，R可为具有式-(CH2)n(CHaFb)m的氟化烷基，其中m为1到5并且m+n为1到5并且其中b为1到3并且a+b＝3，包括单氟化C1-C5烷基(如-CH2F或-CH2CH2F基团)以及全氟化C1-C5基团(如-CF3或CF2CF3基团)。或者，R可为烷基醚基团，其中所述烷基部分为C1-C5烷基。
在一个实施例中，X选自氯或溴。例如，在一个实施例中，式R-X的反应物可为2-溴丙烷或2-氯丙烷。
式(I)化合物(如其中Q为苯基、式(C1-C12烷基)2N-的基团或式C1-C12烷基-O-的基团)可用作合成某些二烷基酰胺基有机锡前体化合物的中间体，所述化合物可用于气相沉积含锡膜在微电子装置表面上。在一个实施例中，式(I)化合物为异丙基三苯基锡。
在这个第一方面的一个特定实施例中，本发明提供一种制备下式化合物的方法
其中R1为C1-C6烷基，其包括使式SnX2化合物(其中X为氯或溴)与摩尔过量的式(Ph)Li化合物(其中Ph为苯基)接触，接着添加式R1X化合物。在一个实施例中，R1为异丙基并且X为氯。
如上所指定，式(I)化合物(如其中Q为苯基、式(C1-C12烷基)2N-的基团、式C1-C12烷基-O-的基团或卤化物(如F、Cl、Br或I))可用作形成二烷基酰胺基烷基锡化合物的中间体。因此，在第二方面中，本发明提供一种制备式(II)化合物的方法：
其中R为C1-C12烷基并且R2为C1-C12烷基，所述方法包括：
(a)使式SnX2化合物(其中X选自氟、氯、溴、和碘)与摩尔过量的式Q-M化合物(其中M选自Li、Na和K，并且Q为苯基、式(C1-C12烷基)2N-的基团或式C1-C12烷基-O-的基团)接触，
(b)添加式R-X化合物(其中R为C1-C12烷基)，以得到式(Q)3SnR化合物，
(c)与卤化锡(IV)反应，以得到烷基三卤锡，以及
(d)与式(R2)2NH化合物和与式(R2)2N-M化合物反应。
在这个方法中，步骤(a)和(b)类似于以上第一方面中所详述的那些。作为特定实例，如[苯基]3Sn-[异丙基]的化合物可通过将二卤化锡(II)(如SnCl2)与(Ph)Li组合，以及还与异丙基卤化物组合来形成。所得[苯基]3Sn-[异丙基]可还与卤化锡(IV)(如SnCl4)反应，以得到三卤锡中间体，如三氯化异丙基锡，然后可使其与式(R2)2NH的二烷基胺(如二甲胺)和式(R2)2N-M化合物(如二甲基酰胺锂)反应，以得到式(IIa)化合物：
或者，本发明也提供一种制备式(II)化合物的方法，其中R为C1-C12烷基并且R2为C1-C12烷基，所述方法包括：
(a)使式SnX2化合物(其中X选自氟、氯、溴、和碘)与式Q-M化合物(其中M选自Li、Na和K，并且Q为卤化物)接触，
(b)添加式R-X化合物，其中R为C1-C12烷基；以得到式(Q)3SnR化合物，以及
(c)使式(R2)2NH化合物与式(R2)2N-M化合物反应。
在这个方法中，步骤(a)和(b)类似于以上第一方面中所详述的那些。作为特定实例，烷基三卤化锡(如异丙基三氯化锡)可通过使金属卤化物(M-X)(如KCl)与卤化锡(II)(SnX2)(如SnCl2)反应，以得到三卤锡中间体，然后可使其与烷基卤(R-X)(如碘丙烷)反应以形成具有式Q3SnR的化合物，如[氯]3Sn-[异丙基]来形成。如上，然后可使此与式(R2)2NH的二烷基胺(如二甲胺)和式(R2)2NM的酰胺金属(如二甲基酰胺锂)反应，以得到式(IIa)化合物。
在某些实施例中，Q为式(C1-C4烷基)2N-的基团，并且选自下式的基团：
a.(CH3)2N-；
b.(CH3CH2)2N-；
c.(正丙基)2N-；
d.(异丙基)2N-；
e.(叔丁基)2N-；
f.(仲丁基)2N-；和
g.(正丁基)2N-。
在其它实施例中，R为式C1-C4烷基-O-的基团，并且选自下式的基团：
a.CH3O-；
b.CH3CH2O-；
a.正丙基-O-；
b.异丙基-O-；
c.叔丁基-O-；
d.仲丁基-O-；和
e.正丁基-O-。
实例
实例1——合成异丙基三苯基锡(Ph3SniPr)
在被氮气填充的手套箱中，将SnCl2(15g，78.2mmol)放入配备有磁性搅拌棒的250mL圆底烧瓶中并用THF(约50mL)稀释以形成稍浑浊溶液。将烧瓶放在250mL加热套上并经由注射器缓慢添加PhLi(1.9M(n-Bu)2O，129mL，246mmol)。在添加后，反应液立即呈现为暗红色混合物，展示放热，并开始回流。缓慢添加PhLi以控制放热(历时约20分钟2.5个注射器的量)并且在完成添加后，反应液呈现为暗红色/棕色混合物。添加额外THF(约50mL)，使烧瓶配备有冷凝器，并将反应液在60℃下加热，同时搅拌6小时。
此后，反应液呈现为暗棕色混合物。将2-氯丙烷在40mL小瓶中称重并经由吸量管快速添加到混合物中，藉此在完成添加后，反应液变成浅棕色混合物，将其在室温下搅拌。在减压下从反应液去除溶剂以及将所得粘性黄色混合物带出手套箱并放入通风橱中。将产物溶解于二氯甲烷(约50mL)中并在分液漏斗中用DI H2O(3x 100mL)洗涤。在第三次水洗后，将合并的有机层经MgSO4干燥，通过可弃式聚乙烯过滤烧结料过滤，并将所得桃红色/黄色溶液在减压下干燥，以得到浅黄色固体：20.2g(65.7％)。
1H-NMR(CDCl3 400MHz)；d,6H,1.528ppm；sept,1H,2.15ppm；m,9H,7.42ppm；m,6H,7.63ppm。119Sn{1H}-NMR(CDCl3,150MHz)；-103.318ppm。
实例2——合成异丙基三碘化锡(iPrSnI3)
在被氮气填充的手套箱中，将KCl(1.93g，26.0mmol)和SnCl2(5g，26.0mmol)在配备有磁性搅拌棒的40mL小瓶中合并并在195℃下加热，藉此，在加热一小时后，反应液呈现为浅黄色液体。将混合物冷却到室温，固化成白色固体。将2-碘丙烷(26.5g，156mmol)添加到反应液中并将混合物在125℃下搅拌12小时，此时，反应液呈现为黄色/橙色混合物。在母液的等分试样上记录的1H-和119Sn-NMR与iPrSnI3的生成一致。
1H-NMR(400MHz，2-碘丙烷，298K)：0.14(d,6H)；2.82(sept,1H)ppm；119Sn{1H}-NMR(149MHz，2-碘丙烷，298K):-439.54ppm。
方面
在第一方面中，本发明提供一种制备式(I)化合物的方法：
(Q)3SnR (I)，
其中Q选自
(a)苯基，
(b)式(C1-C12烷基)2N-的基团，
(c)式C1-C12烷基-O-的基团；和
(d)卤化物，并且
其中R为C1-C12烷基基团，
所述方法包括使式SnX2化合物(其中X选自氟、氯、溴、和碘)与摩尔过量的式Q-M化合物(其中M选自Li、Na和K)接触，接着与式R-X化合物组合。
在第二方面中，本发明提供如第一方面的方法，其中Q为苯基、式(C1-C12烷基)2N-的基团或式C1-C12烷基-O-的基团。
在第三方面中，本发明提供如第一或第二方面的方法，其中M为Li。
在第四方面中，本发明提供如第一到第三方面中任一项的方法，其中R为甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、仲丁基、正戊基、异戊基或仲戊基基团。
在第五方面中，本发明提供如第一到第四方面中任一项的方法，其中R为环状C1-C5基团。
在第六方面中，本发明提供如第一到第四方面中任一项的方法，其中R为乙烯基基团或乙炔基基团。
在第七方面中，本发明提供如第一到第四方面中任一项的方法，其中R还被一或多个卤素基团或醚基团取代。
在第八方面中，本发明提供如第一到第四方面中任一项的方法，其中R为全氟化C1-C5基团。
在第九方面中，本发明提供如第一到第四方面中任一项的方法，其中R为具有为C1-C5基团的烷基部分的烷基醚基团。
在第十方面中，本发明提供如第二到第九方面中任一项的方法，其中所述式Q-M化合物的摩尔过量为基于所述式SnX2化合物的量计约2.7到约3.3。
在第十一方面中，本发明提供如第一到第十方面中任一项的方法，其中Q为苯基，X为氯，R为异丙基，并且M为锂。
在第十二方面中，本发明提供如第一到第十一方面中任一项的方法，其中所述式(I)化合物为：
其中R1为C1-C6烷基。
在第十三方面中，本发明提供如第十二方面的方法，其中R1为异丙基并且X为氯。
在第十四方面中，本发明提供如第一方面的方法，其中Q为卤化物。
在第十五方面中，本发明提供如第十四方面的方法，其中所述式Q-M化合物和所述式SnX2化合物以1.2:1到1:1.2的比率组合。
在第十六方面中，本发明提供一种制备式(II)化合物的方法：
其中R为C1-C12烷基并且R2为C1-C12烷基，其中所述方法包括
(a)使式SnX2化合物(其中X选自氟、氯、溴、和碘)与摩尔过量的式Q-M化合物(其中M选自Li、Na和K，并且Q为苯基、式(C1-C12烷基)2N-的基团或式C1-C12烷基-O-的基团)接触，
(b)添加式R-X化合物(其中R为C1-C12烷基)，以得到式(Q)3SnR化合物，
(c)与卤化锡(IV)反应，以得到烷基三卤锡，以及
(d)与式(R2)2NH化合物和与式(R2)2N-M化合物反应；
或其中所述方法包括
(a)使式SnX2化合物(其中X选自氟、氯、溴、和碘)与式Q-M化合物(其中M选自Li、Na和K，并且Q为卤化物)接触，
(b)添加式R-X化合物，其中R为C1-C12烷基；以得到式(Q)3SnR化合物，以及
(c)与式(R2)2NH化合物和与式(R2)2N-M化合物反应。
在第十七方面中，本发明提供如第十六方面的方法，其包括
(a)使式SnX2化合物(其中X选自氟、氯、溴、和碘)与摩尔过量的式Q-M化合物(其中M选自Li、Na和K，并且Q为苯基、式(C1-C12烷基)2N-的基团或式C1-C12烷基-O-的基团)接触，
(b)添加式R-X化合物(其中R为C1-C12烷基)，以得到式(Q)3SnR化合物，
(c)与卤化锡(IV)反应，以得到烷基三卤锡，以及
(d)与式(R2)2NH化合物和与式(R2)2N-M化合物反应。
在第十八方面中，本发明提供如第十六方面的方法，其包括
(a)使式SnX2化合物(其中X选自氟、氯、溴、和碘)与式Q-M化合物(其中M选自Li、Na和K，并且Q为卤化物)接触，
(b)添加式R-X化合物，其中R为C1-C12烷基；以得到式(Q)3SnR化合物，以及
(c)与式(R2)2NH化合物和与式(R2)2N-M化合物反应。
在第十九方面中，本发明提供如第十六到第十八方面中任一项的方法，其中所述式(II)化合物为
在第二十方面中，本发明提供一种具有式(Q)3SnR的化合物，其中Q为苯基并且其中R选自由以下组成的群组：
甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、仲丁基、正戊基、异戊基或仲戊基基团，
环状C1-C5基团，
乙烯基基团或乙炔基基团，
全氟化C1-C5基团，和
烷基醚基团，其中所述烷基部分为C1-C5基团。
因此已经描述本发明的若干说明性实施例，本领域技术人员应容易了解，可在本文所附的权利要求的范围内进行和使用还有其它实施例。由这个文档覆盖的本发明的许多优点已经在上述描述中进行阐述。然而，应了解，本发明在许多方面中仅是说明性。本发明的范围当然以表述随附权利要求的语言限定。
Claims (20)
1.一种制备式(I)化合物的方法，
(Q)3SnR(I)，
其中Q选自
(a)苯基，
(b)式(C1-C12烷基)2N-的基团，
(c)式C1-C12烷基-O-的基团；和
(d)卤化物，并且
其中R为C1-C12烷基，
所述方法包括使式SnX2化合物(其中X选自氟、氯、溴、和碘)与摩尔过量的式Q-M化合物(其中M选自Li、Na和K)接触，接着与式R-X化合物组合。
2.根据权利要求1所述的方法，其中Q为苯基、式(C1-C12烷基)2N-的基团或式C1-C12烷基-O-的基团。
3.根据权利要求1所述的方法，其中M为Li。
4.根据权利要求1所述的方法，其中R为甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、仲丁基、正戊基、异戊基或仲戊基。
5.根据权利要求1所述的方法，其中R为环状C1-C5基团。
6.根据权利要求1所述的方法，其中R为乙烯基或乙炔基。
7.根据权利要求1所述的方法，其中R还被一或多个卤素基团或醚基团取代。
8.根据权利要求1所述的方法，其中R为全氟化C1-C5基团。
9.根据权利要求1所述的方法，其中R为烷基醚基团，其中所述烷基部分为C1-C5基团。
10.根据权利要求2所述的方法，其中所述式Q-M化合物的摩尔过量为基于所述式SnX2化合物的量计约2.7到约3.3。
11.根据权利要求2所述的方法，其中Q为苯基，X为氯，R为异丙基，并且M为锂。
12.根据权利要求2所述的方法，其中所述式(I)化合物为：
其中R1为C1-C12烷基。
13.根据权利要求12所述的方法，其中R1为异丙基并且X为氯。
14.根据权利要求1所述的方法，其中Q为卤化物。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述式Q-M化合物和所述式SnX2化合物以1.2:1到1:1.2的比率组合。
16.一种制备式(II)化合物的方法，
其中R为C1-C12烷基并且R2为C1-C12烷基，其中所述方法为第一方法，所述第一方法包括
(a)使式SnX2化合物(其中X选自氟、氯、溴、和碘)与摩尔过量的式Q-M化合物(其中M选自Li、Na和K，并且Q为苯基、式(C1-C12烷基)2N-的基团或式C1-C12烷基-O-的基团)接触，
(b)添加式R-X化合物(其中R为C1-C12烷基)，以得到式(Q)3SnR化合物，
(c)与卤化锡(IV)反应，以得到烷基三卤锡，以及
(d)与式(R2)2NH化合物和与式(R2)2N-M化合物反应；
或其中所述方法为第二方法，所述第二方法包括
(a)使式SnX2化合物(其中X选自氟、氯、溴、和碘)与式Q-M化合物(其中M选自Li、Na和K，并且Q为卤化物)接触，
(b)添加式R-X化合物，其中R为C1-C12烷基；以得到式(Q)3SnR化合物，以及
(c)与式(R2)2NH化合物和与式(R2)2N-M化合物反应。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述方法包括
(a)使式SnX2化合物(其中X选自氟、氯、溴、和碘)与摩尔过量的式Q-M化合物(其中M选自Li、Na和K，并且Q为苯基、式(C1-C12烷基)2N-的基团或式C1-C12烷基-O-的基团)接触，
(b)添加式R-X化合物(其中R为C1-C12烷基)，以得到式(Q)3SnR化合物，
(c)与卤化锡(IV)反应，以得到烷基三卤锡，以及
(d)与式(R2)2NH化合物和与式(R2)2N-M化合物反应。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述方法包括
(a)使式SnX2化合物(其中X选自氟、氯、溴、和碘)与式Q-M化合物(其中M选自Li、Na和K，并且Q为卤化物)接触，
(b)添加式R-X化合物，其中R为C1-C12烷基；以得到式(Q)3SnR化合物，以及
(c)与式(R2)2NH化合物和与式(R2)2N-M化合物反应。
19.根据权利要求16所述的方法，其中所述式(II)化合物为
20.一种具有式(Q)3SnR的化合物，其中Q为苯基并且其中R选自由以下组成的群组：
甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、仲丁基、正戊基、异戊基或仲戊基，
环状C1-C5基团，
乙烯基或乙炔基，
全氟化C1-C5基团，和
烷基醚基团，其中所述烷基部分为C1-C5基团。
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