DE10049183C1 - Cyclische Silazane - Google Patents
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Abstract
Gegenstand der Erfindung sind cyclische Silazane der allgemeinen Formel II DOLLAR F1 in der DOLLAR A R einen divalenten Si-C und Si-N gebungenden, gegebenenfalls Cyano- oder halogensubstituierten C¶3¶-C¶15¶-Kohlenwasserstoffrest, in dem eine oder mehrere, einander nicht benachbarte Methyleneinheiten durch Gruppen -O-, -CO-, -COO-, -OCO-, oder -OCOO-, -S-, oder -NR·x·- ersetzt sein können und in dem eine oder mehrere, einander nicht benachbarte Methineinheiten durch Gruppen , -N=, -N=N-, oder -P= ersetzt sein können, wobei zwischen Siliciumatom und Stickstoffatom des Ringes mindestens 3 und maximal 6 Atome angeordnet sind, DOLLAR A R·x· Wasserstoff oder einen gegebenenfalls halogensubstituierten C¶1¶-C¶10¶-Kohlenwasserstoffrest und DOLLAR A R·2· ein Wasserstoffatom oder einen monovalenten gegebenenfalls Cyano- oder halogensubstituierten Si-C gebundenen C¶1¶-C¶20¶-Kohlenwasserstoffrest oder C¶1¶-C¶20¶-Kohlenwasserstoffoxyrest, in denen jeweils eine oder mehrere, einander nicht benachbarte Methyleneinheiten durch Gruppen -O-, -CO-, -COO-, -OCO-, oder -OCOO-, -S-, oder -NR·x· ersetzt sein können und in denen eine oder mehrere, einander nicht benachbarte Methineinheiten durch Gruppen, -N=, -N=N-, oder -P= ersetzt sein können, DOLLAR A bedeuten.
Description
Die Erfindung betrifft cyclische Silazane und ein Verfahren zu
deren Herstellung, sowie deren Weiterverarbeitung.
Cyclische Silazane können beispielsweise als Vorstufe zur
Herstellung von Aminoalkyl-terminierten Polysiloxanen verwendet
werden. Hydrolysiert man cyclische Silazane wie in DE-A-35 46 376
beschrieben, so erhält man Bisaminoalkyl-terminierte
Disiloxane:
In DE-A-35 46 376 sind auch cyclische Silazane erwähnt, welche
durch intramolekulare Hydrosilylierung hergestellt werden,
insbesondere N-substituierte Silazane, welche als Substituenten
eine SiY2H-Gruppe tragen, wobei Y für einen Kohlenwasserstoff-
Rest steht. Bei der Hydrolyse dieser Silazane entstehen neben
den gewünschten Bis-aminoalkyl-terminierten Disiloxanen auch
Mono-aminoalkyl-substituierte Disiloxane und unsubstituierte
Tetraalkyldisiloxane:
Z weist die Bedeutungen von Y auf.
Erstmals sind cyclische, am Stickstoff silyl-substituierte
Silazane in US-A-3146250 beschrieben. Die Silyl-Substituenten
weisen die allgemeine Formel I,
SiY2-R'-X (I)
auf, wobei Y für einen Kohlenwasserstoff-Rest steht, R' ein
divalenter Kohlenwasserstoff ist und X für ein Halogen-Atom mit
einem Molekulargewicht größer 35 Dalton steht. Bei der
Hydrolyse dieser silyl-substituierten cyclischen Silazane
entstehen neben den gewünschten Bis-aminoalkyl-terminierten
Disiloxanen auch Mono-chloralkyl-substituierte Disiloxane und
Bis-chloralkyl-substituierte Disiloxane.
Gegenstand der Erfindung sind cyclische Silazane der
allgemeinen Formel II
in der
R einen divalenten Si-C und Si-N gebundenen, gegebenenfalls Cyano- oder halogensubstituierten C3-C15-Kohlenwasserstoff- Rest, in dem eine oder mehrere, einander nicht benachbarte Methylen-einheiten durch Gruppen -O-, -CO-, -COO-, -OCO-, oder -OCOO-, -S-, oder -NRx- ersetzt sein können und in dem eine oder mehrere, einander nicht benachbarte Methineinheiten durch Gruppen, -N=, -N=N-, oder -P= ersetzt sein können, wobei zwischen Silicium-Atom und Stickstoffatom des Ringes mindestens 3 und maximal 6 Atome angeordnet sind,
Rx Wasserstoff oder einen gegebenenfalls halogensubstituierten C1-C10-Kohlenwasserstoffrest und
R2 ein Wasserstoffatom oder einen monovalenten gegebenenfalls Cyano- oder halogensubstituierten Si-C gebundenen C1-C20- Kohlenwasserstoffrest oder C1-C20-Kohlenwasserstoffoxyrest in denen jeweils eine oder mehrere, einander nicht benachbarte Methylen-einheiten durch Gruppen -O-, -CO-, - COO-, -OCO-, oder -OCOO-, -S-, oder -NRx- ersetzt sein können und in denen eine oder mehrere, einander nicht benachbarte Methineinheiten durch Gruppen, -N=, -N=N-, oder - P= ersetzt sein können,
bedeuten.
R einen divalenten Si-C und Si-N gebundenen, gegebenenfalls Cyano- oder halogensubstituierten C3-C15-Kohlenwasserstoff- Rest, in dem eine oder mehrere, einander nicht benachbarte Methylen-einheiten durch Gruppen -O-, -CO-, -COO-, -OCO-, oder -OCOO-, -S-, oder -NRx- ersetzt sein können und in dem eine oder mehrere, einander nicht benachbarte Methineinheiten durch Gruppen, -N=, -N=N-, oder -P= ersetzt sein können, wobei zwischen Silicium-Atom und Stickstoffatom des Ringes mindestens 3 und maximal 6 Atome angeordnet sind,
Rx Wasserstoff oder einen gegebenenfalls halogensubstituierten C1-C10-Kohlenwasserstoffrest und
R2 ein Wasserstoffatom oder einen monovalenten gegebenenfalls Cyano- oder halogensubstituierten Si-C gebundenen C1-C20- Kohlenwasserstoffrest oder C1-C20-Kohlenwasserstoffoxyrest in denen jeweils eine oder mehrere, einander nicht benachbarte Methylen-einheiten durch Gruppen -O-, -CO-, - COO-, -OCO-, oder -OCOO-, -S-, oder -NRx- ersetzt sein können und in denen eine oder mehrere, einander nicht benachbarte Methineinheiten durch Gruppen, -N=, -N=N-, oder - P= ersetzt sein können,
bedeuten.
Die Verbindungen der allgemeinen Formel II enthalten zwei Si-
Alkyl-Stickstoff-Reste und keinen Si-Alkyl-Halogen-Rest mehr.
Werden nun die Verbindungen der allgemeinen Formel II
hydrolysiert, so entstehen Bisaminoalkyl-terminierte Disiloxane
der allgemeinen Formel III in hohen Ausbeuten und im
wesentlichen ohne weitere Nebenprodukte:
Dieses Verfahren zur Herstellung von Bisaminoalkyl-terminierten
Disiloxanen der allgemeinen Formel III ist ebenfalls Gegenstand
der Erfindung.
R kann aliphatisch gesättigt oder ungesättigt, aromatisch,
geradkettig oder verzweigt sein. R ist vorzugsweise ein
unverzweigter C3-C4-Alkylenrest, der substituiert sein kann mit
Halogenatomen, insbesondere Fluor und Chlor.
Die C1-C20-Kohlenwasserstoffreste und C1-C20-Kohlenwasser
stoffoxyreste R2 können aliphatisch gesättigt oder ungesättigt,
aromatisch, geradkettig oder verzweigt sein. R2 weist
vorzugsweise 1 bis 12 Atome, insbesondere 1 bis 6 Atome,
vorzugsweise nur Kohlenstoffatome, oder ein
Alkoxysauerstoffatom und sonst nur Kohlenstoffatome auf.
Vorzugsweise ist R2 ein geradkettiger oder verzweigter C1-C6-
Alkylrest. Besonders bevorzugt sind die Reste Methyl, Ethyl,
Phenyl, Vinyl und Trifluorpropyl.
Besonders bevorzugt sind die Verbindungen, bei denen R ein
Propylenrest bedeutet und R2 Methyl, Ethyl, Phenyl, Vinyl oder
Trifluorpropyl bedeutet.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur
Herstellung der cyclischen Silazane der allgemeinen Formel II,
bei dem ein Halogenalkyldialkylchlorsilan der allgemeinen
Formel IV
oder Bishalogenalkyltetraalkyldisilazanen der allgemeinen
Formel V
oder ein Gemisch aus Verbindungen der allgemeinen Formeln IV
und V, bei denen
X F, Cl, Br, oder I,
R1 ein Wasserstoffatom oder einen monovalenten gegebenenfalls halogensubstituierten Si-C gebundenen C1-C15-Kohlenwasser stoffrest in dem jeweils eine oder mehrere, einander nicht benachbarte Methyleneinheiten durch Gruppen -O-, -CO-, - COO-, -OCO-, oder -OCOO-, oder -S- ersetzt sein können und in denen eine oder mehrere, einander nicht benachbarte Methineinheiten durch Gruppen, -N=, -N=N-, oder -P= ersetzt sein können, bedeuten und
R2 und R die vorstehenden Bedeutungen aufweisen, mit Ammoniak umgesetzt wird.
X F, Cl, Br, oder I,
R1 ein Wasserstoffatom oder einen monovalenten gegebenenfalls halogensubstituierten Si-C gebundenen C1-C15-Kohlenwasser stoffrest in dem jeweils eine oder mehrere, einander nicht benachbarte Methyleneinheiten durch Gruppen -O-, -CO-, - COO-, -OCO-, oder -OCOO-, oder -S- ersetzt sein können und in denen eine oder mehrere, einander nicht benachbarte Methineinheiten durch Gruppen, -N=, -N=N-, oder -P= ersetzt sein können, bedeuten und
R2 und R die vorstehenden Bedeutungen aufweisen, mit Ammoniak umgesetzt wird.
Das aus DE-A-35 46 376 bekannte Verfahren zur Darstellung von am
Stickstoff silylsubstituierten Silazanen verwendet teure,
schwer herzustellende Edukte. Das in US-A-3146250 beschriebene
Verfahren führt nur in geringen Ausbeuten zum gewünschten
Produkt.
Das vorstehende Verfahren hingegen liefert die Verbindungen der
allgemeinen Formel II kostengünstig, d. h. aus preiswerten
Edukten und in hohen Ausbeuten.
Kennzeichnend für dieses Verfahren ist, daß der Ammoniak bei
diesem Verfahren gleichzeitig Reaktant aber auch Akzeptor für
den freiwerdenden Halogenwasserstoff ist und bei ausreichendem
Druck zusätzlich noch Lösungsmittel ist. Daher wird der
Ammoniak stöchiometrisch oder im Überschuß bezogen auf die
Verbindungen der allgemeinen Formeln IV und V eingesetzt.
Bevorzugt ist ein 10 bis 140 facher molarer Überschuß,
besonders bevorzugt ein 30 bis 70 facher molarer Überschuß.
Zur Beschleunigung der Reaktion können gegebenenfalls noch
Katalysatoren zugesetzt werden, beispielsweise
Metallhalogenide, wie z. B. Natriumiodid oder Kaliumiodid. Die
Reaktionskomponenten sollten in einer bevorzugten
Ausführungsform aktiv durchmischt werden. Um eine gute
Durchmischung der Reaktionskomponenten zu gewährleisten, kann
die Reaktion z. B. unter Rühren durchgeführt werden. Die
Reaktionstemperatur ist durch die Löslichkeit der
Reaktionskomponenten nach unten und durch die
Zersetzungstemperaturen der Edukte und Produkte nach oben hin
begrenzt. Bevorzugt wird das Verfahren bei 0 bis 150°C,
besonders bevorzugt über Raumtemperatur durchgeführt. Besonders
bevorzugt ist eine Reaktionstemperatur von mindestens 40°C,
insbesondere mindestens 60°C.
Vorteilhaft für die Reaktion ist die Ausführung unter erhöhtem
Druck von 1,1 bis 1000 bar. In einer bevorzugten
Ausführungsform beträgt der Druck mindestens 20 bar. Dabei kann
durch die Zumischung eines Inertgases der Druck variabel
eingestellt werden. Die Isolierung und Reinigung der
Verbindungen der allgemeinen Formel II erfolgt nach bekannten
technischen Verfahren wie z. B. Filtration, Extraktion oder
Destillation. Die so dargestellten Verbindungen lassen sich in
der üblichen Weise handhaben.
Das Verfahren kann in Anwesenheit oder in Abwesenheit von
aprotischen Lösungsmitteln durchgeführt werden. Falls
aprotische Lösungsmittel verwendet werden, sind Lösungsmittel
oder Lösungsmittelgemische mit einem Siedepunkt bzw.
Siedebereich von bis zu 120°C bei 0,1 MPa bevorzugt. Beispiele
für solche Lösungsmittel sind Ether, wie Dioxan,
Tetrahydrofuran, Diethylether, Di-isopropylether,
Diethylenglycoldimethylether; chlorierte Kohlenwasserstoffe,
wie Dichlormethan, Trichlormethan, Tetrachlormethan, 1,2-
Dichlorethan, Trichlorethylen; Kohlenwasserstoffe, wie Pentan,
n-Hexan, Hexan-Isomerengemische, Heptan, Oktan, Waschbenzin,
Petrolether, Benzol, Toluol, Xylole; Ketone, wie Aceton,
Methylethylketon, Di-isopropylketon, Methyl-isobutylketon
(MIBK); Ester, wie Ethylacetat, Butylacetat, Propylpropionat,
Ethylbutyrat, Ethyl-isobutyrat; Schwefelkohlenstoff und
Nitrobenzol, oder Gemische dieser Lösungsmittel.
Alle vorstehenden Symbole der vorstehenden Formeln weisen ihre
Bedeutungen jeweils unabhängig voneinander auf.
In den folgenden Beispielen sind, falls jeweils nicht anders
angegeben, alle Mengen- und Prozentangaben auf das Gewicht
bezogen, alle Drücke 0,10 MPa (abs.) und alle Temperaturen
20°C.
Im 0,3 l Autoklav mit Thermoelement, Rührer und Manometer
wurden 28.2 g (0.165 mol) 3-Chlorpropyl-dimethylchlorsilan
vorgelegt und der Autoklav verschlossen. Bei 10°C wurden 78 g
(4,581 mol) Ammoniak (28 facher Überschuß) innerhalb von 3 min
aufgepresst, anschließend in 50 min unter Rühren auf 106°C
mittels Ölbad geheizt. Dabei stellte sich ein Druck von 65-67
bar ein. Nach Abkühlung wurde der Ammoniaküberschuß langsam
abgeblasen und nach 4 h der Autoklav geöffnet. Produkt und
Ammoniumchlorid lagen als leicht gelbe Suspension vor, die nach
Aufrühren in Pentan (2 × 70 ml) aus dem Autoklav gegossen werden
konnten.
Nach Filtration und zweimaligem Nachwaschen mit Pentan wurde
das Filtrat eingeengt und bei 70°C und 100 mbar destilliert.
Ausbeute: 17.85 g N-((3-Aminopropyl)-dimethylsilyl)-2,2-
dimethyl-1-aza-2-silacyclopentan. -1H-NMR (CDCl3, 25°C): δ =
0.00 (s, 6H, H2NCH2CH2CH2Si(CH3)2), 0.05 (s, 6H,
NCH2CH2CH2Si(CH3)2), 0.45 (m, 2H, H2NCH2CH2Si(CR3)2), 0.59 (t, 2
H, NCH2CH2CH2CH2Si(CR3)2), 1.00 (s, 2H, H2NCH2CH2CH2Si(CH3)2), 1.36
(m, 2H, H2NCH2CH2CH2Si(CH3)2), 1.65 (q, 2H, NCH2CH2CH2Si(CH3)2),
2.62 (t, 2H, H2NCH2CH2CH2Si(CH3)2), 2.88 (t, 2H,
NCH2CH2CH2Si(CH3)2). -29Si-{1H}-NMR (CDCl3, 25°C): δ = 3.3 (s,
H2NCH2CH2CH2Si(CH3)2), 18.5 (s, NCH2CH2CH2Si(CH3)2).
Wie oben beschrieben wurden im Autoklav bei 105-107°C und 3 h
Reaktionsdauer 23.74 g (0.083 mol) Bis(3-chlorpropyl)-
tetramethyldisilazan und 78 g (4.5 mol) Ammoniak (54 facher
Überschuß) gerührt. Das Rohprodukt wurde analog Beispiel 1
aufgearbeitet.
Ausbeute: 17.24 g N-((3-Aminopropyl)-dimethylsilyl)-2,2-
dimethyl-1-aza-2-silacyclopentan.
Es wurden 30 g einer 80% Lösung des in Beispiel 2 verwendeten
Silazans in tert-Butylmethylether mit 78 g Ammoniak im Autoklav
zur Reaktion gebracht. Die Aufarbeitung erfolgte analog
Beispiel 1. Man erhielt 16.33 g N-((3-Aminopropyl)-
dimethylsilyl)-2,2-dimethyl-1-aza-2-silacyclopentan.
23 g (100 mmol) N-((3-Aminopropyl)-dimethylsilyl)-2,2-dimethyl-
1-aza-2-silacyclopentan wurden in 50 ml THF gelöst und
anschließend wurden 4 ml Wasser unter Eiskühlung zugegeben.
Nach Destillation erhielt man 23,6 g Bis(3-aminopropyl)-
tetramethydisiloxan (95% Ausbeute).
Claims (6)
1. Cyclische Silazane der allgemeinen Formel II
in der
R einen divalenten Si-C und Si-N gebundenen, gegebenenfalls Cyano- oder halogensubstituierten C3-C15-Kohlenwasserstoff- Rest, in dem eine oder mehrere, einander nicht benachbarte Methylen-einheiten durch Gruppen -O-, -CO-, -COO-, -OCO-, oder -OCOO-, -S-, oder -NRx- ersetzt sein können und in dem eine oder mehrere, einander nicht benachbarte Methineinheiten durch Gruppen, -N=, -N=N-, oder -P= ersetzt sein können, wobei zwischen Silicium-Atom und Stickstoffatom des Ringes mindestens 3 und maximal 6 Atome angeordnet sind,
Rx Wasserstoff oder einen gegebenenfalls halogensubstituierten C1-C10-Kohlenwasserstoffrest und
R2 ein Wasserstoffatom oder einen monovalenten gegebenenfalls Cyano- oder halogensubstituierten Si-C gebundenen C1-C20- Kohlenwasserstoffrest oder C1-C20-Kohlenwasserstoffoxyrest in denen jeweils eine oder mehrere, einander nicht benachbarte Methylen-einheiten durch Gruppen -O-, -CO-, -COO-, -OCO-, oder -OCOO-, -S-, oder -NRx- ersetzt sein können und in denen eine oder mehrere, einander nicht benachbarte Methineinheiten durch Gruppen, -N=, -N=N-, oder -P= ersetzt sein können,
bedeuten.
in der
R einen divalenten Si-C und Si-N gebundenen, gegebenenfalls Cyano- oder halogensubstituierten C3-C15-Kohlenwasserstoff- Rest, in dem eine oder mehrere, einander nicht benachbarte Methylen-einheiten durch Gruppen -O-, -CO-, -COO-, -OCO-, oder -OCOO-, -S-, oder -NRx- ersetzt sein können und in dem eine oder mehrere, einander nicht benachbarte Methineinheiten durch Gruppen, -N=, -N=N-, oder -P= ersetzt sein können, wobei zwischen Silicium-Atom und Stickstoffatom des Ringes mindestens 3 und maximal 6 Atome angeordnet sind,
Rx Wasserstoff oder einen gegebenenfalls halogensubstituierten C1-C10-Kohlenwasserstoffrest und
R2 ein Wasserstoffatom oder einen monovalenten gegebenenfalls Cyano- oder halogensubstituierten Si-C gebundenen C1-C20- Kohlenwasserstoffrest oder C1-C20-Kohlenwasserstoffoxyrest in denen jeweils eine oder mehrere, einander nicht benachbarte Methylen-einheiten durch Gruppen -O-, -CO-, -COO-, -OCO-, oder -OCOO-, -S-, oder -NRx- ersetzt sein können und in denen eine oder mehrere, einander nicht benachbarte Methineinheiten durch Gruppen, -N=, -N=N-, oder -P= ersetzt sein können,
bedeuten.
2. Cyclische Silazane nach Anspruch 1, bei denen R ein
unverzweigter C3-C4-Alkylenrest bedeutet.
3. Cyclische Silazane nach Anspruch 1 oder 2, bei denen R2
ausgewählt wird aus den Resten Methyl, Ethyl, Phenyl, Vinyl
und Trifluorpropyl.
4. Verfahren zur Herstellung der cyclischen Silazane der
allgemeinen Formel II gemäss Anspruch 1, bei dem ein
Halogenalkyldialkylchlorsilan der allgemeinen Formel IV
oder Bishalogenalkyltetraalkyldisilazanen der allgemeinen Formel V
oder ein Gemisch aus Verbindungen der allgemeinen Formeln IV und V, bei denen
X F, Cl, Br, oder I,
R1 ein Wasserstoffatom oder einen monovalenten gegebenenfalls halogensubstituierten Si-C gebundenen C1-C15-Kohlenwasser stoffrest in dem jeweils eine oder mehrere, einander nicht benachbarte Methyleneinheiten durch Gruppen -O-, -CO-, - COO-, -OCO-, oder -OCOO-, oder -S- ersetzt sein können und in denen eine oder mehrere, einander nicht benachbarte Methineinheiten durch Gruppen, -N=, -N=N-, oder -P= ersetzt sein können, bedeuten und
R2 und R die in Anspruch 1 genannten Bedeutungen aufweisen, mit Ammoniak umgesetzt wird.
oder Bishalogenalkyltetraalkyldisilazanen der allgemeinen Formel V
oder ein Gemisch aus Verbindungen der allgemeinen Formeln IV und V, bei denen
X F, Cl, Br, oder I,
R1 ein Wasserstoffatom oder einen monovalenten gegebenenfalls halogensubstituierten Si-C gebundenen C1-C15-Kohlenwasser stoffrest in dem jeweils eine oder mehrere, einander nicht benachbarte Methyleneinheiten durch Gruppen -O-, -CO-, - COO-, -OCO-, oder -OCOO-, oder -S- ersetzt sein können und in denen eine oder mehrere, einander nicht benachbarte Methineinheiten durch Gruppen, -N=, -N=N-, oder -P= ersetzt sein können, bedeuten und
R2 und R die in Anspruch 1 genannten Bedeutungen aufweisen, mit Ammoniak umgesetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem Ammoniak bezogen auf die
Verbindungen der allgemeinen Formeln IV und V im 10 bis 140
fachen molarem Überschuß eingesetzt wird.
6. Verfahren zur Herstellung von Bisaminoalkyl-terminierten
Disiloxanen der allgemeinen Formel III,
bei dem Verbindungen der allgemeinen Formel II gemäss Anspruch 1 hydrolysiert werden, wobei R2 und R die in Anspruch 1 genannten Bedeutungen aufweisen.
bei dem Verbindungen der allgemeinen Formel II gemäss Anspruch 1 hydrolysiert werden, wobei R2 und R die in Anspruch 1 genannten Bedeutungen aufweisen.
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