DD243029B3 - METHOD FOR PRODUCING TRIORGANOSILICIUM COMPOUNDS - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft die Herstellung von Triorganosiliciumverbindungen, insbesondere von Vinyldiorganoalkoxysiianen sowie 1,3-Divinyl-1,1,3,3-tetraorganodisiloxanen. Diese Verbindungen sind Zwischenprodukte in der siliciumorganischen Chemie. Sie werden z. B. zum Abbruch von Organopolysiloxanketten eingesetzt und bevorzugt zur Herstellung von additionsvernetzenden Organopolysiioxanen, z.B. in Vergußmassen oder in Siliconkautschukmischungen angewendet.The invention relates to the preparation of triorganosilicon compounds, in particular vinyldiorganoalkoxysilanes and 1,3-divinyl-1,1,3,3-tetraorganodisiloxanes. These compounds are intermediates in organosilicon chemistry. They are z. For example, it is used to break down organopolysiloxane chains and is preferably used to prepare addition-crosslinking organopolysiloxanes, e.g. used in potting compounds or in silicone rubber compounds.
Zur Herstellung von monosiiicofunktionellen Triorganosiliciumverbindungen bzw. Vinyldiorganosiliciumverbindungen durch Organylierung von höherfunktionellen Siliciumverbindungen mit Grignardreagens sind sowohl einstufige als auch zweistufige Verfahren bekannt.Both single-stage and two-stage processes are known for the preparation of monosiofunctional triorganosilicon compounds or vinyldiorganosilicon compounds by organylation of higher-functionality silicon compounds with Grignard reagent.
Bei allen bisher beschriebenen Verfahren erhält man stets ein Gemisch von Siliciumverbindungen unterschiedlicher Funktionalität, wobei neben monosilicofunktionellem Zielprodukt stets auch höherfunktionelle Ausgangsstoffe und perorganylierte Verbindungen in wechselnden, von angewandter Stöchiometrie und Versuchsbedingungen abhängigen Mengenverhältnissen vorliegen. Zusätzlich zur reaktionsbedingten Ausbeuteminderung verkomplizieren die nicht umgesetzten höherfunktionellen Ausgangsstoffe die Aufarbeitung des Reaktionsgutes. Da sie bei einer wäßrigen Aufarbeitung erhebliche Mengen an monosilicofunktionellem Zielprodukt binden, müssen die gesamten monomeren Siliciumverbindungen vor dem Lösen der Magnesiumsalze in Wasser durch Filtration oder Destillation abgetrennt werden.In all the processes described so far, one obtains always a mixture of silicon compounds of different functionality, wherein in addition to monosilicofunktionellem target product always higher functional starting materials and perorganylated compounds in varying, depending on applied stoichiometry and experimental conditions proportions are present. In addition to the reaction-related yield reduction, the unreacted higher-functional starting materials complicate the work-up of the reaction mixture. Since they bind substantial quantities of monosilicofunctional target product in an aqueous workup, the entire monomeric silicon compounds must be separated by dissolution of the magnesium salts in water by filtration or distillation.
So konnten z. B. bei der Umsetzung von Methylmagnesiumchlorid in Diethylether mit Vinyltrichlorsilan trotz 24stündiger Extraktion des Reaktionsgemisches mit Ether nur Ausbeuten von maximal 24% d.Th. und mit Vinylmethyldichlorsilan von maximal 46% d.Th. an Vinyldimethylchlorsilan erreicht werden. Die Vinylierung von Dimethyldichlorsilan mit dem schwer zugänglichen Vinylmagnesiumbromid in Tetrahydrofuran ergab 58% d.Th. Vinyldimethylchlorsilan. Bei der Methylierung von Vinyltriethoxysilan mit Methylmagnesiumbromid wurden nur 6% d.Th. Vinyldimethylethoxysilan und 57% d.Th.So z. B. in the reaction of methylmagnesium chloride in diethyl ether with vinyltrichlorosilane despite 24 hours of extraction of the reaction mixture with ether only yields of not more than 24% of theory and with vinylmethyldichlorosilane of not more than 46% of theory be achieved on vinyldimethylchlorosilane. The vinylation of dimethyldichlorosilane with the difficultly accessible vinylmagnesium bromide in tetrahydrofuran gave 58% of theory. Vinyldimethylchlorosilane. In the methylation of vinyltriethoxysilane with methylmagnesium bromide, only 6% of theory was used. Vinyldimethylethoxysilane and 57% of theory
Vinylmethyldiethoxysilan erhalten.Vinylmethyldiethoxysilane obtained.
Bei den bisher bekannten einstufigen Grignardsynthesen, den sogenannten Eintopfreaktionen, zur Herstellung von Vinyldiorganoalkoxysilanen sowie von 1,3-Divinyl-1,1,3,3-tetraorganodisiloxanen können ebenfalls weder die beschriebenen Verfahren noch die erreichten Ausbeuten befriedigen.In the previously known one-step Grignard syntheses, the so-called one-pot reactions, for the preparation of vinyldiorganoalkoxysilanes and of 1,3-divinyl-1,1,3,3-tetraorganodisiloxanes, neither the processes described nor the yields achieved can likewise be satisfied.
So wurde Vinylmethyldiethoxysilan mit Magnesium unter Einsatz des teuren Jodmethans ohne Ausbeuteangabe methyliert.Thus, vinylmethyldiethoxysilane was methylated with magnesium using the expensive iodomethane without yielding.
Außerdem wurde alpha-omega-Dichlororganopolysiloxane mit Magnesium und Chlormethan in Tetrahydrofuran vinyliert. Bei dieser Umsetzung substituiert die Grignardverbindung in situ zwar die Si-Cl-Bindungen, spaltet aber auch gleichzeitig in betrachtlichem Umfange die Poly siloxanbindungen, so daß bei der anschließenden wäßrigen Aufarbeitung des Reaktionsgutes infolge unvermeidbarer Kondensationsreaktionen zwangsläufig stets ein Gemisch von homologen Divinylpolysiloxanen entsteht, aus dem das 1,3-Divinyl-1,1,3,3-tetramethyldisiloxan durch aufwendige Rektifikationen mit Ausbeuten von nur kleiner oder gleich 13,5% d.Th. isoliert werden konnte.In addition, alpha-omega-dichloroorganopolysiloxanes were vinylated with magnesium and chloromethane in tetrahydrofuran. In this reaction, the Grignard compound substitutes in situ the Si-Cl bonds, but at the same time splits the poly siloxane bonds to a considerable extent, so that in the subsequent aqueous workup of the reaction mixture due to unavoidable condensation reactions inevitably always a mixture of homolog divinylpolysiloxanes arises from the the 1,3-divinyl-1,1,3,3-tetramethyldisiloxane by complicated rectifications with yields of only less than or equal to 13.5% of theory could be isolated.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Ziel der Erfindung ist die Herstellung von Triorganosiliciumverbindungen, insbesondere von Vinyldiorganoalkoxysilanen und von 1,3-Divinyl-1,1,3,3-tetraorganodisiloxanen mit Hilfe eines einfachen einstufigen Verfahrens in hohen Ausbeuten.The aim of the invention is the preparation of triorganosilicon compounds, in particular vinyldiorganoalkoxysilanes and of 1,3-divinyl-1,1,3,3-tetraorganodisiloxanes with the aid of a simple one-step process in high yields.
-2- 243 029 Darlegung des Wesens der Erfindung-2- 243 029 Explanation of the essence of the invention
Es wurde gefunden, daß es möglich ist, Triorganosiliciumverbindungen der allgemeinen Formel R1R2SiOX, worin R = Alkyl, Aryl und/oder Alkenyl, R' = Alkenyl und X = Alkyl oder SiR2R' bedeuten, insbesondere Vinyldiorganoalkoxysilan und 1,3-Divinyltetraorganodisiloxan, ganz gezielt, mit Grignardreagenz in situ, unter Verwendung technisch leicht zugänglicher Ausgangsstoffe in überraschend hohen Ausbeuten herzustellen. Es bleiben weder di- bzw. trisilicofunktionelle Ausgangsverbindungen erhalten noch kommt es zu nennenswerten Perorganylierungen, die wegen des Grignardsüberschusses am Ende der Reaktion zu erwarten wären, wenn wie folgt verfahren wird:It has been found that it is possible to use triorganosilicon compounds of the general formula R 1 R 2 SiOX in which R = alkyl, aryl and / or alkenyl, R '= alkenyl and X = alkyl or SiR 2 R', in particular vinyldiorganoalkoxysilane and 1, 3-Divinyltetraorganodisiloxan, very specifically, with Grignard reagent in situ, using technically readily available starting materials in surprisingly high yields. Neither di- or trisilicofunctional starting compounds are obtained, nor are appreciable perorganylations to be expected because of the Grignard excess at the end of the reaction when the following procedure is followed:
Ausgangsverbindungen der allgemeinen Formel RnSi(OR")mCI4_(n + m)/ worin R" = Alkyl, R = Alkyl, Aryl und/oder Alkenyl, η = 1 oder 2 und m = 0 bis 3 bedeuten, oder deren Gemische mit einem Verhältnis von Chlorzu Alkoxysubstituenten gleich oder kleiner 1, werden mit Grignardreagenz, das aus Magnesium und Organohalogenid bis zu einem Überschuß in situ erzeugt wird, in Form einer Eintopfreaktion, umgesetzt. Die Umsetzung, die durch Aktivierung eingeleitet wird, erfolgt stets in Gegenwart eines organischen Lösungsmittels, vorzugsweise Diethylether, Methyl-tert.-Butylether oder Tetrahydrofuran, bei Temperaturen kleiner oder gleich 340K. Dabei wird das gesamte Magnesium und das organische Lösungsmittel teilweise oder vollständig vorgelegt. Die Art, Reihenfolge und Geschwindigkeit der Zugabe der Reaktanten, bzw. der Aktivierungsmittel sowie ggf. des restlichen Lösungsmittelanteils erfolgt je nach Reaktionsbedingungen unterschiedlich. So kann z.B. aktiviertes oder unvorbehandeltes Magnesium eingesetzt und das Aktivieren vor oder nach Beginn der Organohalogenidzugabe durchgeführt werden. Die dosierte Zugabe der Organohalogenide kann z. B. in unterschiedlicher Geschwindigkeit, durch Einleiten in oder Leiten über das Reaktionsgemisch, sowie durch Zutropfen ggf. im Gemisch mit einem Lösungsmittelanteil und/oder der Gesamtmenge oder einem Anteil der Ausgangssiliciumverbindung erfolgen. Die Ausgangssiliciumverbindung kann auch teilweise oder vollständig vorgelegt werden.Starting compounds of the general formula R n Si (OR ") m Cl 4 _ ( n + m) / in which R" = alkyl, R = alkyl, aryl and / or alkenyl, η = 1 or 2 and m = 0 to 3, or mixtures thereof having a ratio of chlorine to alkoxy substituents equal to or less than 1, are reacted in the form of a one-pot reaction with Grignard reagent generated from magnesium and organohalide to an excess in situ. The reaction, which is initiated by activation, always takes place in the presence of an organic solvent, preferably diethyl ether, methyl tert-butyl ether or tetrahydrofuran, at temperatures less than or equal to 340K. The entire magnesium and the organic solvent is partially or completely presented. The type, sequence and rate of addition of the reactants, or of the activating agent and, if appropriate, of the remaining solvent fraction take place differently depending on the reaction conditions. For example, activated or untreated magnesium may be used and activation may be performed before or after the beginning of the organohalide addition. The metered addition of organohalides can z. B. at different rates, by introducing into or passing over the reaction mixture, and by dropwise addition, if appropriate, in admixture with a solvent content and / or the total amount or a proportion of the starting silicon compound. The starting silicon compound may also be partially or completely charged.
Zur Herstellung der Grignardverbindung können z. B. als Organohalogenid Methyl-, Ethyl-, Vinylchlorid oder Phenylbromid angewandt werden. Als Lösungsmittel sind verschiedene Ether, wie Diethylether, Methyl-tert.-Butylether oder Tetrahydrofuran einsetzbar. Die Aktivierung der Reaktion erfolgt mit allgemein üblichen Aktivatoren, z. B. Jod, Alkylchlorid, Alkylhalogenide oder Grignardreagenz.To prepare the Grignard compound z. B. as organohalide methyl, ethyl, vinyl chloride or phenyl bromide can be applied. The solvents used are various ethers, such as diethyl ether, methyl tert-butyl ether or tetrahydrofuran. The activation of the reaction is carried out with commonly used activators, eg. As iodine, alkyl chloride, alkyl halides or Grignard reagent.
Die Isolierung der organylierten Produkte, der Triorganosiliciumverbindungen, ist infolge der hohen Selektivität der Umsetzung stark vereinfacht. Die wäßrige Aufarbeitung kann sofort ohne die vorherige Abtrennung der monomeren Verbindungen erfolgen, da keine nennenswerten Mengen an di- bzw. trisilicofunktionellen Ausgangsverbindungen im Reaktionsgemisch mehr vorhanden sind. Nach Abtrennung der organischen Schicht werden durch eine einfache Rektifikation die erfindungsgemäßen Produkte in hoher Reinheit und in hohen Ausbeuten bis 85% d.Th. gewonnen. Die nachfolgenden Beispiele veranschaulichen das Verfahren, ohne es zu begrenzen.The isolation of the organylated products, the triorganosilicon compounds, is greatly simplified due to the high selectivity of the reaction. The aqueous workup can be done immediately without the prior separation of the monomeric compounds, since no appreciable amounts of di- or trisilicofunctional starting compounds in the reaction mixture are more present. After separation of the organic layer, the products according to the invention are purified in a high purity and in high yields up to 85% of theory by a simple rectification. won. The following examples illustrate the process without limiting it.
Ausführungsbeispielembodiment
In einem 6-l-Sulfierkolben werden 7 Grammatome Magnesiumgrieß und 1 bis 1,5I trockener Ether vorgelegt und unter Rühren bis maximal 325 K erwärmt. Nach Aktivieren des Ansatzes, z. B. mit 30 ml einer entsprechenden Grignardlösung, wird über das gerührte Gemisch trockenes Organohalogenid mit einer Geschwindigkeit von 0,75 bis 1,5 Mol/h geleitet. Nach Anspringen der Reaktion und einer kurzen Aktivierungsphase werden 1 bis 1,51 trockener Ether sowie 5,6 Mol disilicofunktionelle Diorganosiliciumverbindung bzw. 2,8 Mol trisilicofunktionelle Monoorganosiliciumverbindung zugegeben und die Reaktion weitere 6 bis 9 Stunden bei Temperaturen kleiner 340 K, ggf. unter Kühlen oder gegen Ende der Umsetzung mit leichtem Erwärmen, bis zum Auftreten eines Grignardüberschusses fortgesetzt. Anschließend wird das Reaktionsgut mit 21 Wasser, NH4CI-Lösung oder verdünnter Salzsäure unter Rühren und ggf. Kühlen zersetzt. Die organische Schicht wird abgetrennt, mit Wasser gewaschen und rektifiziert7 grams of magnesium semolina and 1 to 1.5 liters of dry ether are placed in a 6 l sulfonating flask and heated to a maximum of 325 K with stirring. After activating the approach, for. B. with 30 ml of a corresponding Grignard solution, dry organohalide is passed through the stirred mixture at a rate of 0.75 to 1.5 mol / h. After starting the reaction and a short activation phase, 1 to 1.51 dry ether and 5.6 mol disilicofunctional diorganosilicon compound or 2.8 mol trisilicofunktionelle monoorganosilicon compound are added and the reaction for a further 6 to 9 hours at temperatures below 340 K, optionally with cooling or towards the end of the reaction with gentle heating, continued until the occurrence of a Grignard excess. Subsequently, the reaction mixture is decomposed with 21% water, NH 4 Cl solution or dilute hydrochloric acid with stirring and optionally cooling. The organic layer is separated, washed with water and rectified
In der folgenden Tabelle 1 sind von einigen Beispielen die Reaktionsbedingungen und die Ergebnisse zusammengestellt. In the following Table 1, some examples summarize the reaction conditions and the results.
Reaktionsbedingungen und ErgebnisseReaction conditions and results
R = Vinyl, R' = Methyl, R" = Ethyl, R" = Phenyl.R = vinyl, R '= methyl, R "= ethyl, R" = phenyl.
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