DE102016104442A1 - Process for the preparation of halogenated oligosilanes and use of a Lewis base as a catalyst for the preparation of halogenated oligosilanes - Google Patents

Process for the preparation of halogenated oligosilanes and use of a Lewis base as a catalyst for the preparation of halogenated oligosilanes Download PDF

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von halogenierten Oligosilanen angegeben, das eine Disproportionierung von Hexahalogendisilan umfasst, wobei die Disproportionierung mit Hilfe eines Katalysators erfolgt. Dabei ist der Katalysator ausgewählt aus Lewis-Basen der folgenden allgemeinen Formeln: R1-O-R2 und R1-Y, wobei R1 jeweils ein Aryl ist, R2 ein Alkyl oder ein Aryl ist, und wobei Y ein Halogen ausgewählt aus F, Cl, Br und I ist. Weiterhin wird die Verwendung einer Lewis-Base als Katalysator für die Herstellung von halogenierten Oligosilanen angegeben.The invention relates to a process for the preparation of halogenated oligosilanes which comprises a disproportionation of hexahalogendisilane, the disproportionation being carried out with the aid of a catalyst. In this case, the catalyst is selected from Lewis bases of the following general formulas: R 1 -O-R 2 and R 1 -Y, where R 1 is in each case an aryl, R 2 is an alkyl or an aryl, and Y is a halogen selected from F, Cl, Br and I is. Furthermore, the use of a Lewis base is given as a catalyst for the preparation of halogenated oligosilanes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von halogenierten Oligosilanen umfassend eine Disproportionierung von Hexahalogendisilan, wobei die Disproportionierung mit Hilfe eines Katalysators erfolgt. The invention relates to a process for the preparation of halogenated oligosilanes comprising a disproportionation of hexahalogendisilane, wherein the disproportionation is carried out with the aid of a catalyst.

Aus dem Stand der Technik ist die Herstellung von Siliziumschichten aus Oligosilanen oder Gemischen verschiedener Oligosilane bekannt. Silane sind Verbindungen, die lediglich aus Silizium und Wasserstoffatomen bestehen. Unter Oligosilanen sind im Folgenden Silane zu verstehen, die mehr als zwei Si-Atome aufweisen. Im Einzelnen sind unter anderem Thermolyse, chemische Gasphasenabscheidung (englisch: Chemical Vapor Deposition, kurz: CVD), die Dampf-Flüssigkeits-Feststoff-Methode (englisch: Vapor-Liquid-Solid-Method, kurz: VLS) oder Laser-Ablation zur Abscheidung von Siliziumschichten geeignet. From the prior art, the production of silicon layers of oligosilanes or mixtures of various oligosilanes is known. Silanes are compounds that consist only of silicon and hydrogen atoms. In the following, oligosilanes are silanes which have more than two Si atoms. In detail, among other things, thermolysis, chemical vapor deposition (English: Chemical Vapor Deposition, short: CVD), the vapor-liquid-solid method (English: Vapor-Liquid-Solid-Method, short: VLS) or laser ablation for deposition suitable for silicon layers.

Es hat sich herausgestellt, dass für die Herstellung von Siliziumschichten insbesondere Oligosilane gut geeignet sind, die eine hohe Zahl an Siliziumatomen pro Molekül aufweisen, im Allgemeinen zumindest drei, bevorzugt zumindest fünf Siliziumatome. So ist z.B. die Abscheidungsrate bei der Herstellung der Siliziumschicht – also die pro Zeiteinheit erhaltene Schichtdicke – umso höher, je mehr Si-Atome die eingesetzten Oligosilane aufweisen.It has been found that, in particular, oligosilanes which have a high number of silicon atoms per molecule, in general at least three, preferably at least five, silicon atoms are well suited for the production of silicon layers. For example, e.g. the deposition rate in the production of the silicon layer - ie the layer thickness obtained per unit time - the higher, the more Si atoms have the oligosilanes used.

Oligosilane ihrerseits sind durch die Hydrierung von halogenierten Oligosilanen zugänglich.Oligosilanes in turn are accessible by the hydrogenation of halogenated oligosilanes.

Um Oligosilane mit einer möglichst hohen Zahl von Si-Atomen pro Molekül zu erhalten, gilt es halogenierte Oligosilane als Ausgangsstoffe bei der Hydrierung einzusetzen, die selbst eine hohe Zahl von Si-Atomen pro Molekül aufweisen.In order to obtain oligosilanes having the highest possible number of Si atoms per molecule, it is necessary to use halogenated oligosilanes as starting materials in the hydrogenation, which themselves have a high number of Si atoms per molecule.

Aus diesem Grund gibt es einen Bedarf an halogenierten Oligosilanen mit einer möglichst hohen Zahl an Si-Atomen. Daher werden präparativ einfache und effiziente Verfahren zur Herstellung halogenierter Oligosilane benötigt. For this reason, there is a need for halogenated oligosilanes having the highest possible number of Si atoms. Therefore, preparatively simple and efficient processes for the preparation of halogenated oligosilanes are needed.

Es ist folglich Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von halogenierten Oligosilanen anzugeben, wobei die halogenierten Oligosilane aus einem leicht zugänglichen Ausgangsmaterial erhalten werden sollen. It is therefore an object of the present invention to provide a process for the preparation of halogenated oligosilanes, wherein the halogenated oligosilanes are to be obtained from an easily accessible starting material.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by a method according to claim 1.

Demnach betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von halogenierten Oligosilanen umfassend eine Disproportionierung von Hexahalogendisilan, wobei die Disproportionierung mit Hilfe eines Katalysators erfolgt, der ausgewählt ist aus Lewis-Basen der folgenden allgemeinen Formeln:

  • – R1-O-R2,
  • – R1-Y,
wobei R1 jeweils ein Aryl ist,
R2 ein Alkyl oder ein Aryl ist, und
wobei Y ein Halogen ausgewählt aus F, Cl, Br und I ist.Accordingly, the present invention relates to a process for the preparation of halogenated oligosilanes comprising a disproportionation of hexahalogendisilane, wherein the disproportionation is carried out using a catalyst which is selected from Lewis bases of the following general formulas:
  • R 1 -OR 2 ,
  • - R 1 -Y,
where R 1 is in each case an aryl,
R 2 is an alkyl or an aryl, and
wherein Y is a halogen selected from F, Cl, Br and I.

Zunächst soll auf einige Begriffe näher eingegangen werden. First of all, some terms will be discussed in more detail.

Unter halogenierten Oligosilanen sind molekulare Verbindungen zu verstehen, welche Siliziumatome und Halogenatome umfassen, insbesondere Verbindungen, die ausschließlich aus Siliziumatomen und Halogenatomen bestehen. Als Halogene kommen dabei Fluor, Chlor, Brom und Iod in Betracht. Vorzugsweise handelt es sich bei den Halogenatomen um Chloratome. Halogenierte Oligosilane im Sinne der Erfindung weisen mindestens drei Siliziumatome auf. Halogenated oligosilanes are to be understood as meaning molecular compounds which comprise silicon atoms and halogen atoms, in particular compounds which consist exclusively of silicon atoms and halogen atoms. Suitable halogens are fluorine, chlorine, bromine and iodine. The halogen atoms are preferably chlorine atoms. Halogenated oligosilanes according to the invention have at least three silicon atoms.

Beispielsweise können halogenierte Oligosilane, wie sie mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden mindestens vier, bevorzugt mindestens fünf und am weiter bevorzugt mindestens sechs Siliziumatome aufweisen. Je höher die Zahl der Si-Atome pro Molekül, umso leichter lassen sich aus den entsprechenden halogenierten Oligosilanen, Oligosilane mit einer hohen Zahl von Si-Atomen mittels Hydrierung herstellen. Beispielsweise können die halogenierten Oligosilane aus einer Gruppe von halogenierten Oligosilanen umfassend drei, vier, fünf und sechs Si-Atome ausgewählt sein. Beispielsweise können halogenierte Oligosilane im Sinne der Erfindung höchstens zwölf Si-Atome, bevorzugt höchstens acht Si-Atome und weiter bevorzugt höchstens sechs Si-Atome aufweisen. In der Regel sind jedoch möglichst viele Si-Atome pro halogeniertem Oligosilan erstrebenswert.For example, halogenated oligosilanes, as prepared by the process according to the invention, can have at least four, preferably at least five, and more preferably at least six, silicon atoms. The higher the number of Si atoms per molecule, the easier it is to produce from the corresponding halogenated oligosilanes, oligosilanes having a high number of Si atoms by means of hydrogenation. For example, the halogenated oligosilanes may be selected from a group of halogenated oligosilanes comprising three, four, five and six Si atoms. For example, halogenated oligosilanes within the meaning of the invention may comprise at most 12 Si atoms, preferably at most 8 Si atoms, and further preferably have at most six Si atoms. In general, however, as many Si atoms per halogenated oligosilane are desirable.

Die halogenierten Oligosilane im Sinne der Erfindung können beispielsweise linear, verzweigt oder auch zyklisch sein.The halogenated oligosilanes according to the invention may be, for example, linear, branched or even cyclic.

Unter einer Disproportionierung ist eine chemische Reaktion zu verstehen, wobei im Rahmen einer Redoxreaktion ein Element gleichzeitig als Oxidationsmittel und als Reduktionsmittel in Erscheinung tritt, sodass es vorher in einer mittleren Oxidationsstufe vorliegt, während es nachher teils in einer erhöhten und teils in einer niedrigeren Oxidationsstufe vorliegt. Im Fall der vorliegenden Erfindung liegt das Silizium von Hexahalogendisilan in einer mittleren Oxidationsstufe vor, während Silizium innerhalb der im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen Reaktionsprodukte auch höhere und niedrigere Oxidationsstufen einnimmt. By disproportionation is meant a chemical reaction whereby as part of a redox reaction, an element simultaneously appears as an oxidant and as a reducing agent, so that it is previously in a middle oxidation state, while later present in an elevated and partly in a lower oxidation state , In the case of the present invention, the silicon of hexahalogendisilane is present in a middle oxidation state, while silicon also assumes higher and lower oxidation states within the reaction products obtained in the context of the process according to the invention.

Die Disproportionierung von Hexahalogendisilan wird durch Verbindungen der beschriebenen allgemeinen Formeln R1-O-R2 und R1-Y katalysiert. Diese Katalysatoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie jeweils zumindest einen Rest R1 aufweisen, bei dem es sich um einen Aryl-Rest handelt und, dass es sich bei beiden Verbindungen jeweils um Lewis-Basen handelt.The disproportionation of hexahalogendisilane is catalyzed by compounds of the general formulas R 1 -OR 2 and R 1 -Y described. These catalysts are distinguished by the fact that they each have at least one radical R 1 , which is an aryl radical and that both compounds are each Lewis bases.

Lewis-Basen sind Elektronenpaardonatoren. Sie weisen zumindest ein freies Elektronenpaar auf. Das zumindest eine freie Elektronenpaar des Katalysators R1-O-R2 ist am Sauerstoffatom der Ether-Funktion lokalisiert, während das zumindest eine freie Elektronenpaar des Katalysators R1-Y am Halogen (Y) lokalisiert ist. Lewis bases are electron pair donors. They have at least one free electron pair. The at least one free electron pair of the catalyst R 1 -OR 2 is located at the oxygen atom of the ether function, while the at least one free electron pair of the catalyst R 1 -Y is located on the halogen (Y).

Die Lewis-Basen R1-O-R2 und R1-Y, welche jeweils unabhängig voneinander als Katalysatoren für das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz kommen können, weisen jeweils einen Rest R1 auf, bei dem es sich um einen Aryl-Rest handelt. The Lewis bases R 1 -OR 2 and R 1 -Y, which can each be used independently of one another as catalysts for the process according to the invention, each have a radical R 1 which is an aryl radical.

Vorzugsweise ist das ein C5-C20-Aryl, weiter bevorzugt ein C6-C12-Aryl, insbesondere bevorzugt ein Phenyl. Es kann sich um ein substituiertes oder nicht substituiertes Aryl handeln.Preferably, this is a C 5 -C 20 aryl, more preferably a C 6 -C 12 aryl, most preferably a phenyl. It may be a substituted or unsubstituted aryl.

Aryle zeichnen sich in der Regel durch einen +M-Effekt aus. Hierdurch können sie im Lewis-Basen-Katalysator die Lewis-Basen-Eigenschaften verstärken.Aryles are usually characterized by a + M effect. This allows them to enhance the Lewis base properties in the Lewis base catalyst.

Die allgemeine Formel R1-O-R2 weist zudem einen Substituenten R2 auf, bei dem es sich sowohl um einen Alkyl-Substituenten als auch um einen Aryl-Substituenten handeln kann.The general formula R 1 -OR 2 also has a substituent R 2 , which may be both an alkyl substituent and an aryl substituent.

In letzterem Falle ist das Aryl wiederum vorzugsweise ein C5-C20-Aryl. Weiter bevorzugt ist das Aryl ein C6-C12-Aryl, insbesondere ein Phenyl. Das Aryl kann jeweils substituiert oder nicht substituiert sein.In the latter case, the aryl is again preferably a C 5 -C 20 -aryl. More preferably, the aryl is a C 6 -C 12 aryl, in particular a phenyl. The aryl may be substituted or unsubstituted.

Falls es sich bei R2 um einen Alkyl-Substituenten handelt, so ist unter Alkyl vorzugsweise ein C1-C10-Alkyl zu verstehen, weiter bevorzugt ein C1-C6-Alkyl, insbesondere ein Methyl. Der Alkyl-Substituent kann prinzipiell linear, verzweigt und zyklisch sein.If R 2 is an alkyl substituent, then alkyl is preferably a C 1 -C 10 -alkyl, more preferably a C 1 -C 6 -alkyl, especially a methyl. The alkyl substituent may in principle be linear, branched and cyclic.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass Ether mit zumindest einem Aryl-Substituenten (der allgemeinen Formel R1-O-R2) und Halogenaryle (der allgemeinen Formel R1-Y) gute Katalysatoren für die Herstellung von halogenierten Oligosilanen aus Hexahalogendisilan sind. Im Gegensatz dazu waren bislang nur Amine als Katalysatoren für die Herstellung von halogenierten Oligosilanen aus Hexahalogendisilan bekannt. The inventors of the present invention have found that ethers having at least one aryl substituent (of the general formula R 1 -OR 2 ) and haloaryls (of the general formula R 1 -Y) are good catalysts for the preparation of halogenated oligosilanes from hexahalogendisilane. In contrast, so far only amines have been known as catalysts for the preparation of halogenated oligosilanes from hexahalogendisilane.

Katalysatoren auf Basis von Aminen erfordern oftmals eine aufwendige Synthese und sind daher vergleichsweise teuer. Hinzu kommt, dass die gängigsten und somit noch etwas preiswerteren Vertreter wie etwa Trimethylamin (NMe3) niedrige Siedetemperaturen aufweisen und aus diesem Grund eine einfache Reaktionsführung nur bei niedrigen Reaktionstemperaturen erlauben. Catalysts based on amines often require a complex synthesis and are therefore relatively expensive. In addition, the most common and thus somewhat cheaper representatives such as trimethylamine (NMe 3 ) have low boiling temperatures and therefore allow a simple reaction only at low reaction temperatures.

Demgegenüber sind die Katalysatoren des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Regel einfacher herstellbar und aus diesem Grund deutlich preiswerter. Sie zeigen außerdem einen geringen Dampfdruck und haben daher höhere Siedepunkte als die üblicherweise genutzten Katalysatoren auf Basis von Aminen. Aus diesem Grund ermöglichen die erfindungsgemäßen Katalysatoren bei deutlich höheren Temperaturen die Reaktion ohne apparativen Aufwand durchzuführen. In contrast, the catalysts of the process according to the invention are generally easier to prepare and for this reason significantly cheaper. They also show a low vapor pressure and therefore have higher boiling points than the commonly used catalysts based on amines. For this reason, the catalysts according to the invention allow the reaction to be carried out at considerably higher temperatures without the expense of equipment.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben zudem erkannt, dass die Katalysatoren des erfindungsgemäßen Verfahrens eine deutlich geringere Neigung zeigen mit halogenierten Oligosilanen zu reagieren als dies bei den bisher verwendeten Katalysatoren auf Amin-Basis der Fall ist. Die bislang bekannten Katalysatoren auf Basis von Aminen reagieren gerade bei erhöhten Reaktionstemperaturen häufig mit den Reaktionsprodukten und lassen sich aus diesem Grund deutlich schwerer von der Produktmischung trennen. Die im erfindungsgemäßen Verfahren genutzten Katalysatoren lassen sich dagegen einfacher von den halogenierten Oligosilanen trennen, was die Aufarbeitung und Reinigung des Produktgemisches erleichtert. The inventors of the present invention have also recognized that the catalysts of the process according to the invention show a significantly lower tendency to react with halogenated oligosilanes than is the case with the amine-based catalysts used hitherto. The hitherto known catalysts based on amines react especially at elevated reaction temperatures often with the reaction products and can be much more difficult to separate from the product mixture for this reason. In contrast, the catalysts used in the process according to the invention can be more easily separated from the halogenated oligosilanes, which facilitates the work-up and purification of the product mixture.

Die genannten Katalysatoren des erfindungsgemäßen Verfahrens sind vorzugsweise bei Raumtemperatur flüssig, haben im allgemeinen hoch liegende Siedepunkte, bevorzugt über 100°C oder insbesondere bevorzugt über 130°C, und sind somit auch bei höheren Reaktionstemperaturen ohne größeren experimentellen Aufwand einsetzbar. Zudem sind sie in der Regel luftstabil. Auch diese Eigenschaften erlauben eine erleichterte Handhabung und führen zu einer weiteren Reduzierung des technischen Aufwands des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber herkömmlichen Verfahren.The cited catalysts of the method according to the invention are preferably liquid at room temperature, generally have high boiling points, preferably above 100 ° C. or more preferably above 130 ° C., and thus can be used at relatively high reaction temperatures without much effort. In addition, they are usually stable in air. These properties also facilitate handling and lead to a further reduction of the technical complexity of the method according to the invention over conventional methods.

Hexahalogendisilan lässt sich durch die allgemeine Formel Si2X6 beschreiben, wobei X für ein Halogen ausgewählt aus Fluor, Chlor, Brom und Jod steht. Hexahalogendisilan ist im Vergleich zu anderen Ausgangsmaterialien für die Herstellung höherer halogenierter Oligosilane vergleichsweise leicht zugänglich und daher auch vergleichsweise preiswert. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Hexahalogendisilan um Hexachlordisilan (Si2Cl6)Hexahalogendisilane can be described by the general formula Si 2 X 6 , wherein X is a halogen selected from fluorine, chlorine, bromine and iodine. Hexahalogendisilane is compared to other starting materials for the production of higher halogenated oligosilanes comparatively easily accessible and therefore also relatively inexpensive. The hexahalkenedisilane is preferably hexachlorodisilane (Si 2 Cl 6 )

Die Erfinder konnten zudem feststellen, dass die genannten Katalysatoren der allgemeinen Formeln R1-O-R2 und R1-Y des erfindungsgemäßen Verfahrens eine gute Selektivität für die Herstellung halogenierter Oligosilane mit hoher Anzahl an Si-Atomen pro Molekül zeigen. In addition, the inventors have found that the said catalysts of the general formulas R 1 -OR 2 and R 1 -Y of the process according to the invention show a good selectivity for the preparation of halogenated oligosilanes with a high number of Si atoms per molecule.

Vorzugsweise handelt es sich bei den mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen halogenierten Oligosilanen um lineare und verzweigte halgonierte Oligosilane. Diese können mit der allgemeinen Formel SinXm beschrieben werden, wobei gilt n ≥ 3. Hierbei steht X für ein Halogen ausgewählt aus F, Cl, Br und I und m ist 2n + 2.The halogenated oligosilanes obtained by the process according to the invention are preferably linear and branched halonated oligosilanes. These can be described by the general formula Si n X m , where n ≥ 3. Here X is a halogen selected from F, Cl, Br and I and m is 2n + 2.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es beispielsweise, halogenierte Oligosilane der folgenden allgemeinen Formel herzustellen:

  • – X3SiSiX2SiX3,
  • – XSi(SiX3)3,
  • – Si(SiX3)4,
  • – X3SiSiX2Si(SiX3)3.
The process according to the invention makes it possible, for example, to prepare halogenated oligosilanes of the following general formula:
  • X 3 SiSiX 2 SiX 3 ,
  • XSi (SiX 3 ) 3 ,
  • Si (SiX 3 ) 4 ,
  • - X 3 SiSiX 2 Si (SiX 3 ) 3 .

X ist hierbei wiederum ein Halogen ausgewählt aus F, Cl, Br und I. Es können jeweils einzelne der genannten halogenierten Oligosilane oder aber auch Mischungen derselben erhalten werden. Ein gängiges Nebenprodukt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Tetrahalogensilan (SiX4). In this case, X is again a halogen selected from F, Cl, Br and I. It is possible in each case to obtain individual of the halogenated oligosilanes mentioned or else mixtures thereof. A common by-product of the process according to the invention is tetrahalosilane (SiX 4 ).

Bislang war die Herstellung von halogenierten Oligosilanen nur mit Hilfe von Aminen als Katalysatoren bekannt. Im Gegensatz dazu haben die Erfinder des erfindungsgemäßen Verfahrens festgestellt, dass Amine oder allgemein stickstoffhaltige Verbindungen nicht in der Reaktionsmischung anwesend sein müssen, um eine Herstellung von halogenierten Oligosilanen zu gestatten. Das erfindungsgemäße Verfahren funktioniert also auch in Abwesenheit von Aminen und kann folglich in Abwesenheit von Aminen durchgeführt werden. Es kann beispielsweise auch in Abwesenheit von stickstoffhaltigen organischen oder metallorganischen Verbindungen durchgeführt werden. Neben den genannten Katalysatoren des erfindungsgemäßen Verfahrens müssen also keine weiteren Katalysatoren für das Funktionieren der Disproportionierung anwesend sein. Unter Abwesenheit von Aminen ist dabei ein Anteil von weniger als 1 Gewichtsprozent, vorzugsweise weniger als 0,5 Gewichtsprozent, weiter bevorzugt weniger als 0,1 Gewichtsprozent und insbesondere bevorzugt weniger als 0,01 Gewichtsprozent an der Reaktionsmischung zu verstehen. Es können insbesondere auch gar keine Amine in der Reaktionsmischung vorhanden sein. So far, the preparation of halogenated oligosilanes was known only with the aid of amines as catalysts. In contrast, the inventors of the process of the present invention have discovered that amines or generally nitrogen-containing compounds need not be present in the reaction mixture to permit production of halogenated oligosilanes. Thus, the process according to the invention also works in the absence of amines and can consequently be carried out in the absence of amines. It can also be carried out, for example, in the absence of nitrogen-containing organic or organometallic compounds. In addition to the mentioned catalysts of the process according to the invention therefore no further catalysts for the functioning of the disproportionation must be present. In the absence of amines, this means a fraction of less than 1 percent by weight, preferably less than 0.5 percent by weight, more preferably less than 0.1 percent by weight and most preferably less than 0.01 percent by weight of the reaction mixture. In particular, no amines can be present in the reaction mixture at all.

Die Erfinder haben überraschenderweise erkannt, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hohe Ausbeuten auch für halogenierte Oligosilane mit n ≥ 5 erreicht werden können. The inventors have surprisingly found that high yields can also be achieved for halogenated oligosilanes with n ≥ 5 by the process according to the invention.

Für n = 5 konnte z.T. eine Selektivität von ≥ 90% und in manchen Fällen von ≥ 95% bis hin zu in etwa 100% bezogen auf den Anteil an erhaltenen halogenierten Oligosilanen erreicht werden. For n = 5 z.T. a selectivity of ≥ 90% and in some cases from ≥ 95% up to approximately 100% based on the proportion of halogenated oligosilanes obtained can be achieved.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es zudem zum ersten Mal möglich nennenswerte Ausbeuten und Selektivitäten für halogenierte Oligosilane mit sechs Si-Atomen pro Molekül zu erreichen. With the method according to the invention, it is also possible for the first time to achieve appreciable yields and selectivities for halogenated oligosilanes having six Si atoms per molecule.

Im Folgenden sollen weitere bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. In the following, further preferred embodiments of the present invention will be described.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Hexahalogendisilan Hexachlordisilan (Si2Cl6). Hexachlordisilan ist ein leicht zugängliches und vergleichsweise kostengünstiges Ausgangsmaterial, das sich durch eine gute Handhabbarkeit auszeichnet. Aus Hexachlordisilan lassen sich chlorierte Oligosilane herstellen, die besonders einfach durch Hydrierung in entsprechende Oligosilane überführt werden können und daher gut geeignete Startmaterialien darstellen. In a preferred embodiment, the hexahalogendisilane is hexachlorodisilane (Si 2 Cl 6 ). Hexachlorodisilane is an easily accessible and relatively inexpensive starting material, which is characterized by good handling. Hexachlorodisilane can be used to prepare chlorinated oligosilanes, which can be converted into corresponding oligosilanes in a particularly simple manner by hydrogenation and therefore represent highly suitable starting materials.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der jeweilige Katalysator (R1-O-R2, R1-Y) als Rest R1 einen C6-C12-Aryl-Rest auf. Ein zumindest sechs C-Atome aufweisender Aryl-Rest führt in der Regel zu Katalysatoren mit deutlich geringerem Dampfdruck und somit einem höheren Siedepunkt. Katalysatoren mit einem Aryl-Rest mit zumindest sechs C-Atomen sind somit besonders gut auch führ höhere Reaktionstemperaturen geeignet. Zu große Aryl-Systeme können dagegen die sterische Zugänglichkeit zum freien Elektronenpaar erschweren. Daher ist es bevorzugt, wenn der Aryl-Rest nicht mehr als zwölf Kohlenstoffatome aufweist. Beispielsweise kann es sich bei dem Aryl-System um ein homozyklisches Aryl-System handeln, also um einen Aryl-Rest, der nur C und H Atome enthält und keine Heteroatome. Beispielsweise kann es sich bei dem Aryl-Rest um Naphthyl oder um Phenyl handeln, bevorzugt ist der Aryl-Rest jedoch ein Phenyl.In a preferred embodiment, the particular catalyst (R 1 -OR 2 , R 1 -Y) as radical R 1 has a C 6 -C 12 -aryl radical. An aryl radical having at least six carbon atoms generally leads to catalysts having a significantly lower vapor pressure and thus a higher boiling point. Catalysts having an aryl radical having at least six carbon atoms are thus also particularly suitable for higher reaction temperatures. On the other hand, excessively large aryl systems may make steric access to the lone pair less difficult. Therefore, it is preferable that the aryl group has not more than twelve carbon atoms. For example, the aryl system may be a homocyclic aryl system, that is, an aryl radical containing only C and H atoms and no heteroatoms. For example, the aryl radical may be naphthyl or phenyl, but preferably the aryl radical is a phenyl.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Rest R1 ein substituierter Aryl-Rest, wobei es sich bei den Substituenten beispielsweise um Alkyl-Substituenten, bevorzugt kurzkettige C1-C3-Alkyl-Subsitutenten handeln kann. Auch ein für die Katalyse positiver Effekt durch Substituenten mit Donor-Eigenschaften also einem +M-Effekt sind denkbar. In a preferred embodiment, the radical R 1 is a substituted aryl radical, it being possible for the substituents to be, for example, alkyl substituents, preferably short-chain C 1 -C 3 -alkyl substituents. A positive effect for catalysis by substituents with donor properties, ie a + M effect, is also conceivable.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Rest R1 nicht substituiert. Dies erleichtert die sterische Zugänglichkeit der Lewis-Base.In a preferred embodiment of the process according to the invention, the radical R 1 is unsubstituted. This facilitates the steric accessibility of the Lewis base.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Rest R1 ein Phenyl-Rest. Sowohl die erfindungsgemäßen Katalysatoren bei denen es sich um Ether handelt als auch die erfindungsgemäßen Katalysatoren, bei denen es sich um Halogenaryle handelt, weisen bevorzugt als Aryl-Rest einen Phenyl-Rest auf. Die Katalysatoren lassen sich dann durch die folgenden allgemeinen Formeln ausdrücken:

  • – Ph-O-R2
  • – Ph-Y,
wobei Ph- jeweils für einen Phenyl-Rest steht.In a preferred embodiment, the radical R 1 is a phenyl radical. Both the catalysts according to the invention which are ethers and the catalysts according to the invention which are haloaryls preferably have a phenyl radical as the aryl radical. The catalysts can then be expressed by the following general formulas:
  • - Ph-OR 2
  • Ph-Y,
wherein each Ph- represents a phenyl radical.

Ether mit zumindest einem Phenyl-Rest (Ph-O-R2) und Halogenbenzole (Ph-Y) sind vergleichsweise leicht herstellbar und daher preisgünstig kommerziell erhältlich. Sie sind in der Regel deutlich preiswerter als vergleichbare Katalysatoren mit komplexeren Aryl-Resten. Auch sind sie in der Regel deutlich preiswerter als vergleichbare Amin-Katalysatoren. Zugleich haben sie in der Regel höhere Siedepunkte. Der Phenyl-Rest zeigt zudem einen guten +M-Effekt, was einen Ansatzpunkt für die Erklärung der guten katalytischen Wirkung der beschriebenen Lewis-Basen bilden kann. Ethers having at least one phenyl radical (Ph-OR 2 ) and halobenzenes (Ph-Y) are comparatively easy to prepare and therefore commercially available at low cost. They are generally much cheaper than comparable catalysts with more complex aryl radicals. Also, they are generally much cheaper than comparable amine catalysts. At the same time they usually have higher boiling points. The phenyl radical also shows a good + M effect, which may be a starting point for explaining the good catalytic activity of the described Lewis bases.

Der Phenyl-Rest kann grundsätzlich substituiert oder nicht substituiert sein. Beispielsweise kann der Phenyl-Rest Substituenten mit Donor-Eigenschaften oder Alkyl-Substituenten z.B. C1-C3-Alkyl-Substituenten aufweisen. Bevorzugt kann der Phenyl-Rest frei von Amino-Gruppen oder sonstigen Gruppen als Substituenten sein. Diese sind nicht für die Katalyse im erfindungsgemäßen Verfahren erforderlich. The phenyl radical may in principle be substituted or unsubstituted. For example, the phenyl radical may have substituents with donor properties or alkyl substituents, for example C 1 -C 3 alkyl substituents. The phenyl radical may preferably be free of amino groups or other groups as substituents. These are not required for catalysis in the process of the invention.

Bevorzugt ist es für die Katalyse aus sterischen Gründen, wenn der Phenyl-Substituent selbst nicht weiter substituiert ist. So kann eine gute sterische Zugänglichkeit der Lewis-Base erleichtert werden.It is preferred for catalysis for steric reasons if the phenyl substituent itself is not further substituted. Thus, a good steric accessibility of the Lewis base can be facilitated.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Rest R2 von R1-O-R2 ein C6-C12-Aryl-Rest, weiter bevorzugt ein Phenyl-Rest. In diesem Fall weist der Ether zwei Aryl-Reste auf, z.B. zwei Phenyl-Reste (Ph-O-Ph). In diesen Fällen weist der Ether zwei Reste mit +M-Effekt auf. In a preferred embodiment, the radical R 2 of R 1 -OR 2 is a C 6 -C 12 aryl radical, more preferably a phenyl radical. In this case, the ether has two aryl radicals, for example two phenyl radicals (Ph-O-Ph). In these cases, the ether has two + M-effect radicals.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Rest R2 ein C1-C10-Alkyl-Rest, bevorzugt ein C1-C6-Alkyl, weiter bevorzugt ein C1-C4-Alkyl. Der Alkyl-Rest kann zwar prinzipiell linear, verzweigt und zyklisch sein, ist aber bevorzugt linear um die sterische Zugänglichkeit nicht zu erschweren. In a preferred embodiment of the process according to the invention, the radical R 2 is a C 1 -C 10 -alkyl radical, preferably a C 1 -C 6 -alkyl, more preferably a C 1 -C 4 -alkyl. Although the alkyl radical can in principle be linear, branched and cyclic, but is preferably linear in order not to complicate the steric accessibility.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist R2 ausgewählt aus der Gruppe, die aus Phenyl, Methyl, Ethyl, Prophyl und Butyl besteht. Unter diesen Ausführungsformen insbesondere bevorzugt ist es, wenn R2 Phenyl-, Methyl oder Ethyl ist. Am meisten bevorzugt ist es, wenn R2 ein Methyl-Rest ist. Der Phenyl-Rest weist einen +M-Effekt auf. Die kurzkettigen Alkyl-Reste ermöglichen neben einem +I-Effekt eine gute sterische Zugänglichkeit. Aus letzterem Grund ist Methyl als der sterisch am wenigsten anspruchsvolle Substituent am meisten bevorzugt. In a preferred embodiment of the process according to the invention, R 2 is selected from the group consisting of phenyl, methyl, ethyl, propyl and butyl. Among these embodiments, it is particularly preferred when R 2 is phenyl, methyl or ethyl. Most preferred is when R 2 is a methyl radical. The phenyl radical has a + M effect. The short-chain alkyl radicals allow, in addition to a + I effect, good steric accessibility. For the latter reason, methyl is the most preferred steric least demanding substituent.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Katalysator R1-Y mit Y gleich Brom oder Iod. Br und I zeichnen sich durch freie Elektronenpaare aus, die energetisch besonders hoch liegen. Dies führt zu besonders günstigen Lewis-Basen-Eigenschaften. In a preferred embodiment, the catalyst R 1 -Y with Y is bromine or iodine. Br and I are characterized by lone pairs of electrons that are particularly high in energy. This leads to particularly favorable Lewis base properties.

In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei Y um Chlor. Chlor-Aryle der allgemeinen Formel R1-Cl sind besonders leicht mittels Chlorierungsverfahren zu erzeugen und daher preiswert bei zugleich guten katalytischen Eigenschaften. Auch sind sie in der Regel luftstabil und leicht zu lagern. In a preferred embodiment, Y is chlorine. Chloro-aryls of the general formula R 1 -Cl are particularly easy to produce by means of chlorination processes and therefore inexpensive with at the same time good catalytic properties. Also, they are usually stable in air and easy to store.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Katalysator Anisol. Dies ist der am meisten bevorzugte Katalysator mit besonders guter katalytischer Wirkung und hohen Selektivitäten. Anisol, das auch als Methoxybenzol bezeichnet wird, weist einen Siedepunkt von 154 °C auf, ist flüssig und außerdem luftstabil. Aufgrund seines hohen Siedepunkts kann es auch noch bei hohen Temperaturen leicht gehandhabt werden, was eine gute Reaktionsführung ohne großen experimentellen Aufwand gestattet. Anisol zeigt eine geringe Reaktivität mit halogenierten Oligosilanen und reagiert insbesondere nicht mit chlorierten Oligosilanen. Schließlich ist Anisol einfach herstellbar und kommerziell zu moderaten Preisen erhältlich. In a preferred embodiment, the catalyst is anisole. This is the most preferred catalyst with particularly good catalytic activity and high selectivities. Anisole, also referred to as methoxybenzene, has a boiling point of 154 ° C, is liquid and is also air stable. Due to its high boiling point, it can be easily handled even at high temperatures, which allows a good reaction without great experimental effort. Anisole shows a low reactivity with halogenated oligosilanes and in particular does not react with chlorinated oligosilanes. Finally, anisole is easy to prepare and commercially available at moderate prices.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Katalysator Chlorbenzol. Chlorbenzol ist eine Flüssigkeit mit einem Siedepunkt von 132°C. Chlorbenzol ist eine sehr weit verbreitete Chemikalie, die noch deutlich preiswerter ist als Anisol. Insgesamt sind sowohl Anisol wie auch Chlorbenzol deutlich preiswerter und leichter erhältlich als die meisten herkömmlichen Aminkatalysatoren. Ebenso wie Anisol reagiert auch Chlorbenzol im Gegensatz zu Aminen in der Regel nicht mit den halogenierten Oligosilanen der Produktmischung des erfindungsgemäßen Verfahrens. In a preferred embodiment of the process according to the invention, the catalyst is chlorobenzene. Chlorobenzene is a liquid with a boiling point of 132 ° C. Chlorobenzene is a very common chemical that is much cheaper than anisole. Overall, both anisole and chlorobenzene are significantly cheaper and more readily available than most conventional amine catalysts. Like anisole, chlorobenzene, in contrast to amines, generally does not react with the halogenated oligosilanes of the product mixture of the process according to the invention.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Disproportionierung durch thermische Energie oder durch Mikrowellenstrahlung gefördert.In a preferred embodiment, the disproportionation is promoted by thermal energy or by microwave radiation.

Eine Förderung der Disproportionierung mit Mikrowellenstrahlung ist besonders bevorzugt. Wenn das Verfahren durch Eintrag von Mikrowellenstrahlung anstelle konventionellen Erhitzens erfolgt, wird die Reaktionszeit drastisch verkürzt. A promotion of disproportionation with microwave radiation is particularly preferred. If the process is carried out by introducing microwave radiation instead of conventional heating, the reaction time is drastically shortened.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Disproportionierung durch die Zufuhr thermischer Energie gefördert. Die bevorzugten Temperaturen für das Verfahren liegen im Bereich zwischen –78°C und 300°C, weiter bevorzugt zwischen 0°C und 250°C. Insbesondere bevorzugt sind Temperaturen zwischen 20°C und 210°C. Dieser Temperaturbereich ermöglicht hohe Stoffumsätze in Verbindung mit einer hohen Ausbeute an halogenierten Oligosilanen mit mehr als drei Siliziumatomen, insbesondere an halogenierten Oligosilanen mit fünf oder gar sechs Siliziumatomen.In a preferred embodiment, the disproportionation is promoted by the supply of thermal energy. The preferred temperatures for the process are in the range between -78 ° C and 300 ° C, more preferably between 0 ° C and 250 ° C. Especially preferred are temperatures between 20 ° C and 210 ° C. This temperature range allows high metabolic rates in conjunction with a high yield of halogenated oligosilanes having more than three silicon atoms, in particular halogenated oligosilanes having five or even six silicon atoms.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren bei Temperaturen zwischen –78°C und 70°C durchgeführt, bevorzugt bei einer Temperatur zwischen 0°C und 70°C und insbesondere bevorzugt zwischen einer Temperatur von 20°C und 55°C. In a preferred embodiment, the inventive method is carried out at temperatures between -78 ° C and 70 ° C, preferably at a temperature between 0 ° C and 70 ° C and more preferably between a temperature of 20 ° C and 55 ° C.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass die Produktverteilung in dem erfindungsgemäßen Verfahren stark mit der Reaktionstemperatur korreliert. Je niedriger die Reaktionstemperatur umso höher ist die Selektivität für halogenierte Oligosilane mit sechs Si-Atomen. Demnach ist die Reaktionstemperatur bevorzugt kleiner als 100°C, weiter bevorzugt kleiner oder gleich 70°C und insbesondere bevorzugt kleiner oder gleich 55 °C. The inventors of the present invention have found that the product distribution in the process of the present invention correlates strongly with the reaction temperature. The lower the reaction temperature, the higher the selectivity for halogenated oligosilanes having six Si atoms. Accordingly, the reaction temperature is preferably less than 100 ° C, more preferably less than or equal to 70 ° C, and most preferably less than or equal to 55 ° C.

Zu niedrige Reaktionstemperaturen verlangsamen die Reaktion allerdings, sodass die Reaktion bevorzugt bei zumindest 0°C, weiter bevorzugt bei zumindest 20°C oder zumindest bei Raumtemperatur durchgeführt wird.However, too low reaction temperatures slow the reaction so that the reaction is preferably carried out at at least 0 ° C, more preferably at least 20 ° C or at least at room temperature.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren bei einer Temperatur zwischen 50°C und 300°C, weiter bevorzugt zwischen 50°C und 250°C, insbesondere bevorzugt zwischen 60°C und 210°C und am meisten bevorzugt zwischen 80°C und 180°C durchgeführt. Die höheren Reaktionstemperaturen gemäß dieser Ausführungsform gestatten eine raschere Reaktionsführung als mit den zuvor erwähnten niedrigeren Temperaturbereichen. Gleichzeitig gestatten sie einen sehr hohen Stoffumsatz der in diesem Temperaturbereich in der Regel über 90 bis hin zu 100 % bei ansonsten geeigneten Bedingungen liegt. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben zwar beobachtet, dass in diesem Temperaturbereich in der Regel keine oder kaum halogenierte Oligosilane mit sechs Siliziumatomen gebildet werden, sie konnten jedoch feststellen, dass mit sehr hohen Selektivitäten halogenierte Oligosilane mit fünf Si-Aatomen gebildet werden. Die Selektivität für halogenierte Oligosilane mit fünf Si-Atomen bezogen auf die gebildeten halogenierten Oligosilane kann dabei über 90% liegen. Gerade im Temperaturbereich zwischen 80 °C und 180 °C beträgt der Anteil von Pentasiliziumdodekahalogenid (Si(SiX3)4) nahezu 100 % an den erhaltenen halogenierten Oligosilanen. Diese Berechnung bezieht sich ausschließlich auf die erhaltenen halogenierten Oligosilane, das heißt Nebenprodukte, die einen Anteil an Siliziumatomen unter drei aufweisen, werden in die Berechnung des Anteils nicht einbezogen. Das Hauptnebenprodukt ist hierbei in der Regel Tetrahalogensilan (SiX4). In a preferred embodiment, the inventive method at a temperature between 50 ° C and 300 ° C, more preferably between 50 ° C and 250 ° C, more preferably between 60 ° C and 210 ° C and most preferably between 80 ° C and 180 ° C performed. The higher reaction temperatures according to this embodiment allow a faster reaction than with the lower temperature ranges mentioned above. At the same time they allow a very high conversion of material in this temperature range usually over 90 to 100% with otherwise suitable conditions. Although the inventors of the present invention have observed that in this temperature range, usually no or hardly halogenated oligosilanes are formed with six silicon atoms, but they could find that halogenated oligosilanes are formed with five Si atoms with very high selectivities. The selectivity for halogenated oligosilanes with five Si atoms based on the halogenated oligosilanes formed may be more than 90%. Especially in the temperature range between 80 ° C and 180 ° C, the proportion of Pentasiliziumdodekahalogenid (Si (SiX 3 ) 4 ) is almost 100% of the obtained halogenated oligosilanes. This calculation refers exclusively to the halogenated oligosilanes obtained, ie by-products which have a proportion of silicon atoms below three are not included in the calculation of the proportion. The major byproduct is usually tetrahalosilane (SiX 4 ).

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren in einer Schutzgasatmosphäre durchgeführt. Geeignet als Schutzgas ist hierbei prinzipiell jedes Gas das nicht mit der Reaktionsmischung insbesondere den erhaltenen halognierten Oligosilanen reagiert. Am besten geeignet sind Stickstoff (N2) und Argon (Ar). Wenn die Reaktion in einer Schutzgasatmosphäre durchgeführt wird, können zum Teil unerwünschte Nebenreaktionen mit Luftsauerstoff oder Feuchtigkeit besser vermieden werden. In a preferred embodiment, the inventive method is carried out in a protective gas atmosphere. Suitable inert gas is in principle any gas which does not react with the reaction mixture, in particular the haloated oligosilanes obtained. Most suitable are nitrogen (N 2 ) and argon (Ar). If the reaction is carried out in a protective gas atmosphere, undesirable side reactions with atmospheric oxygen or moisture can be better avoided.

In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Verfahren ohne die Gegenwart eines Lösungsmittels. Da sowohl die Katalysatoren als auch Hexahalogendisilan in der Regel flüssig sind, kann eine Reaktionsmischung auch ohne weiteres Lösungsmittel gebildet und die Reaktion auch ohne weiteres Lösungsmittel durchgeführt werden. Die erfindungsgemäßen Katalysatoren können aufgrund ihres geringen Preises sogar im Überschuss eingesetzt werden. In diesem Fall können die erfindungsgemäßen Katalysatoren sogar an die Stelle des Lösungsmittels treten. Dies führt zu besonders guten Selektivitäten für halogenierte Oligosilane mit fünf oder mehr Si-Atomen. In a preferred embodiment, the process is carried out without the presence of a solvent. Since both the catalysts and hexahalogendisilane are usually liquid, a reaction mixture can also be formed without further solvent and the reaction can also be carried out without further solvent. The catalysts according to the invention can even be used in excess because of their low price. In this case, the catalysts of the invention may even take the place of the solvent. This leads to particularly good selectivities for halogenated oligosilanes having five or more Si atoms.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren, beziehungsweise die Disproportionierung, in einem Lösungsmittel durchgeführt, vorzugsweise in einem unpolaren Lösungsmittel. Weiter bevorzugt dienen als Lösungsmittel Benzol und Toluol oder Mischungen davon. Beide Lösungsmittel verfügen über vergleichsweise hohe Siedepunkte können daher auch bei erhöhten Temperaturen eingesetzt werden.In a preferred embodiment, the process according to the invention or the disproportionation is carried out in a solvent, preferably in a nonpolar solvent. Further preferred solvents are benzene and toluene or mixtures thereof. Both solvents have comparatively high boiling points and can therefore be used even at elevated temperatures.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verhältnis der Menge (mol:mol) von Si2X6 zum Lösungsmittel zwischen 1:0.01 und 1:1000, bevorzugt zwischen 1:0.1 und 1:100, weiter bevorzugt zwischen 1:0.1 und 1:10. Diese Bereiche haben sich bewährt. Beispielsweise ist es vorteilhaft, falls das Verhältnis von Si2X6 zum Lösungsmittel möglichst groß ist, also nicht zu viel Lösungsmittel die Reaktionsmischung verdünnt. Vorzugsweise kann das Verhältnis (Si2X6:Lösungsmittel) kleiner 1:10, weiter bevorzugt gleich oder kleiner 1:4, insbesondere bevorzugt gleich oder kleiner 1:2 am meisten bevorzugt gleich oder kleiner 1:1 sein. In a preferred embodiment, the ratio of the amount (mol: mol) of Si 2 X 6 to the solvent is between 1: 0.01 and 1: 1000, preferably between 1: 0.1 and 1: 100, more preferably between 1: 0.1 and 1:10 , These areas have proven themselves. For example, it is advantageous if the ratio of Si 2 X 6 to the solvent is as large as possible, ie not too much solvent dilutes the reaction mixture. Preferably, the ratio (Si 2 X 6 : solvent) may be less than 1:10, more preferably equal to or less than 1: 4, most preferably equal to or less than 1: 2, most preferably equal to or less than 1: 1.

Weiterhin vorteilhaft ist die Verwendung von getrockneten Lösungsmitteln beispielsweise Lösungsmitteln die zuvor über gängige Trockenmittel etwa Natrium oder mittels Destillation von Feuchtigkeit befreit wurden. Also advantageous is the use of dried solvents, for example, solvents which have previously been freed of conventional drying agent such as sodium or by distillation of moisture.

In einer bevorzugten Ausführungsform liegt das Stoffmengenverhältnis (mol:mol) von Si2X6 zum Katalysator (R1-O-R2, R1-Y) zwischen 1:1000 und 1:0,001. Unter dem Verhältnis sind hier und im Folgenden Stoffmengenverhältnisse zu verstehen. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass die Disproportionierung in einem erstaunlich breiten Bereich von Mischungsverhältnissen möglich ist. Bevorzugt liegt das Verhältnis von Si2X6 zum Katalysator im Bereich zwischen 1:100 und 1:0,01. In a preferred embodiment, the molar ratio (mol: mol) of Si 2 X 6 to the catalyst (R 1 -OR 2 , R 1 -Y) is between 1: 1000 and 1: 0.001. The ratio is to be understood here and below as the substance volume ratios. The inventors of the present invention have recognized that disproportionation is possible in a surprisingly wide range of mixing ratios. Preferably, the ratio of Si 2 X 6 to the catalyst is in the range between 1: 100 and 1: 0.01.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verhältnis von Si2X6 zum Katalysator größer als 1:0,001, bevorzugt größer als 1:0,01, weiter bevorzugt größer als 1:0,1 und insbesondere bevorzugt größer 1:1. Außerdem kann auch die Lewis-Base R1-O-R2 bzw. R1-Y im Überschuss vorliegen. Ein hoher Anteil an Lewis-Base an der Reaktionsmischung begünstigt hohe Ausbeuten an halogenierten Oligosilanen mit hoher Zahl an Si-Atomen und beschleunigt zudem die Disproportionierungsreaktion. In a preferred embodiment, the ratio of Si 2 X 6 to the catalyst is greater than 1: 0.001, preferably greater than 1: 0.01, more preferably greater than 1: 0.1, and most preferably greater than 1: 1. In addition, the Lewis base R 1 -OR 2 or R 1 -Y can be present in excess. A high proportion of Lewis base in the reaction mixture favors high yields of halogenated oligosilanes with a high number of Si atoms and also accelerates the disproportionation reaction.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verhältnis von Si2X6 zum Katalysator kleiner als 1:1000, bevorzugt kleiner als 1:100, weiter bevorzugt kleiner als 1:10 und insbesondere bevorzugt 1:1 oder kleiner 1:1. Es ist gemäß einer Ausgestaltung auch möglich, dass das Verhältnis kleiner als 1:0,1 ist. Auch wenn die Lewis-Base in gleicher oder kleinerer Menge zugegeben wird können gute Ausbeuten an halogenierten Oligosilanen im Sinne der Erfindung erzielt werden. In a preferred embodiment, the ratio of Si 2 X 6 to the catalyst is less than 1: 1000, preferably less than 1: 100, more preferably less than 1:10 and particularly preferably 1: 1 or less than 1: 1. It is also possible according to an embodiment that the ratio is less than 1: 0.1. Even if the Lewis base is added in the same or smaller amount, good yields of halogenated oligosilanes in the context of the invention can be achieved.

Neben einem Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung außerdem die Verwendung einer Lewis-Base als Katalysator für die Herstellung von halogenierten Oligosilanen, wobei die Lewis-Base aus Lewis-Basen der allgemeinen Formeln

  • – R1-O-R2,
  • – R1-Y
ausgewählt ist,
wobei R1 jeweils ein Aryl ist,
R2 ein Alkyl oder ein Aryl ist, und
wobei Y ein Halogen ausgewählt aus F, Cl, Br und I ist. In addition to a method, the present invention also relates to the use of a Lewis base as a catalyst for the preparation of halogenated oligosilanes, wherein the Lewis base of Lewis bases of the general formulas
  • R 1 -OR 2 ,
  • - R 1 -Y
is selected,
where R 1 is in each case an aryl,
R 2 is an alkyl or an aryl, and
wherein Y is a halogen selected from F, Cl, Br and I.

Sämtliche Definitionen und bevorzugte Ausführungsformen für die Reste R1, R2, Y, die Katalysatoren als Ganzes, sowie für das Ausgangsmaterial und die erhaltenen halogenierten Oligosilane und sonstige Reaktionsparameter sind hierbei genauso zu wählen wie in dem zuvor bereits beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren. All definitions and preferred embodiments for the radicals R 1 , R 2 , Y, the catalysts as a whole, as well as for the starting material and the halogenated oligosilanes obtained and other reaction parameters are to be selected here as well as in the method according to the invention already described above.

Überraschenderweise konnten die Erfinder der vorliegenden Erfindung feststellen, dass die Lewis-Basizität der genannten Katalysatoren ausreicht um die Disproportionierung von Hexahalogdisilan zu halogenierten Oligosilanen mit zumindest drei Siliziumatomen zu katalysieren. Die Verwendung dieser Verbindungen als Katalysatoren ermöglicht insbesondere eine hohe Selektivität für halogenierte Oligosilanen mit zumindest fünf oder gar sechs Si-Atomen.Surprisingly, the inventors of the present invention were able to establish that the Lewis basicity of said catalysts is sufficient to catalyze the disproportionation of hexahalogisilane to halogenated oligosilanes having at least three silicon atoms. The use of these compounds as catalysts allows in particular a high selectivity for halogenated oligosilanes having at least five or even six Si atoms.

In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei den verwendeten Katalysatoren um Anisol oder Chlorbenzol. Wie bereits erwähnt sind beide Substanzen nicht nur preiswert, sondern verfügen auch über eine hinreichende Lewis-Basizität um die angegebenen Reaktionen effizient zu katalysieren. Da sie sich wesentlich leichter von den Produkten abtrennen lassen, können Verfahren die diese Katalysatoren nutzten auch mit einem geringeren apparativen Aufwand ermöglicht werden. In a preferred embodiment, the catalysts used are anisole or chlorobenzene. As already mentioned, both substances are not only inexpensive, but also have sufficient Lewis basicity to catalyze the reactions given efficiently. Since they are much easier to separate from the products, processes that use these catalysts can be made possible with less equipment.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren erläutert:The invention is explained below with reference to figures:

1 zeigt eine vereinfachte, schematische Darstellung der Disproportionierungsreaktion des erfindungsgemäßen Verfahrens. 1 shows a simplified, schematic representation of the disproportionation of the inventive method.

2 zeigt eine Tabelle, welche experimentelle Daten zu einer Reihe von Ausführungsbeispielen (Beispiele I bis VI) zusammenfasst. 2 shows a table summarizing experimental data for a number of embodiments (Examples I to VI).

3 zeigt die 29Si-NMR-Spektren zu den Produktgemischen der Beispiele I bis VI. 3 shows the 29 Si NMR spectra to the product mixtures of Examples I to VI.

1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassend eine Disproportionierung von Hexahalogendisilan (Si2X6) als Ausgangsmaterial. Die Disproportionierung erfolgt in Gegenwart eines Katalysators, bei dem es sich um zumindest eine der Lewis-Basen der folgenden allgemeinen Formeln handelt:

  • – R1-O-R2,
  • – R1-Y,
wobei R1 jeweils ein Aryl ist,
R2 ein Alkyl oder ein Aryl ist, und
wobei Y ein Halogen ausgewählt aus F, Cl, Br und I ist. 1 shows an embodiment of the method according to the invention comprising a disproportionation of hexahalogendisilane (Si 2 X 6 ) as starting material. The disproportionation is carried out in the presence of a catalyst, which is at least one of the Lewis bases of the following general formulas:
  • R 1 -OR 2,
  • - R 1 -Y,
where R 1 is in each case an aryl,
R 2 is an alkyl or an aryl, and
wherein Y is a halogen selected from F, Cl, Br and I.

Als Produkt erhält man halogenierte Oligosilane mit mehr als zwei Si-Atomen pro Molekül. Die halogenierten Oligosilane sind vorzugsweise halogenierte Oligosilane der allgemeinen Formel SinXm, wobei n ≥ 3. Erstaunlicher Weise sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren halogenierte Oligosilane in guten Ausbeuten zugänglich, für die gilt n = 5 oder gar n = 6. In der Regel handelt es sich bei den erhaltenen halogenierten Oligosialenen um verzweigte oder lineare halogenierte Oligosilane für die gilt m = 2n + 2. Je nach den gewählten Reaktionsbedingungen können einzelne oder auch Mischungen von verschiedenen halogenierten Oligosilanen erhalten werden. Als Nebenprodukt kann insbesondere SiX4 gebildet werden. The product obtained halogenated oligosilanes with more than two Si atoms per molecule. The halogenated oligosilanes are preferably halogenated oligosilanes of the general formula Si n X m , where n ≥ 3. Surprisingly, halogenated oligosilanes are accessible in good yields with the process according to the invention, for which n = 5 or even n = 6 the halogenated oligosienes obtained are branched or linear halogenated oligosilanes for which m = 2n + 2 selected reaction conditions, individual or mixtures of different halogenated oligosilanes can be obtained. In particular, SiX 4 can be formed as a by-product.

2 fasst die gewählten Reaktionsbedingungen für eine Reihe von Ausführungsbeispielen (Beispiele I bis VI) zusammen und vergleicht, welchen Anteil die jeweils mittels 29Si-NMR-Spektren quantifizierten halogenierten Oligosilane an der Gesamtmenge der erhaltenen halogenierten Oligosilane aufweisen. Die Daten belegen, dass das erfindungsgemäße Verfahren für eine große Bandbreite möglicher Reaktionstemperaturen zuverlässig halogenierte Oligosilane liefert. neo-Si6Cl14 konnte nur für Temperaturen unter 80°C, vorzugsweise Temperaturen unter 60°C erhalten werden (Beispiele I und II). Dafür konnten bis in etwa 200°C sehr gute Selektivitäten für neo-Si5Cl12 erzielt werden (Beispiele III, IV, V). Die Daten belegen weiterhin, dass die Reaktion auch für eine große Bandbreite möglicher Verhältnisse des Eduktes Si2X6 zur Lewis-Base zuverlässig hohe Selektivitäten für halogenierte Oligosilane mit hoher Zahl von Si-Atomen pro Molekül zeigt. Die Reaktion kann sowohl mit hohem Überschuss an Lewis-Base erfolgen, als auch mit geringen Mengen an Lewis-Base. Aufgrund des geringen Preises der im Falle der vorliegenden Erfindung als Katalysatoren einsetzbaren Lewis-Basen ist es beispielsweise auch möglich die Reaktion in der Lewis-Base ohne weiteres Lösungsmittel durchzuführen. Hohe Mengen an Lewis-Base in der Reaktionsmischung wirken sich gleichermaßen günstig auf die Reaktionsgeschwindigkeit als auch die Selektivität hin zu hohen Si-Zahlen pro Molekül aus. 2 summarizes the selected reaction conditions for a number of embodiments (Examples I to VI) and compares what proportion each of the halogenated oligosilanes quantified by means of 29 Si NMR spectroscopy to the total amount of halogenated oligosilanes obtained. The data demonstrate that the process according to the invention provides reliably halogenated oligosilanes for a wide range of possible reaction temperatures. Neo-Si 6 Cl 14 could only be obtained for temperatures below 80 ° C, preferably temperatures below 60 ° C (Examples I and II). For this purpose, very good selectivities for neo-Si 5 Cl 12 could be achieved up to about 200 ° C. (Examples III, IV, V). The data further demonstrate that the reaction, even for a wide range of possible ratios of the starting material Si 2 X 6 to the Lewis base, reliably shows high selectivities for halogenated oligosilanes with a high number of Si atoms per molecule. The reaction can be carried out both with a high excess of Lewis base, as well as with small amounts of Lewis base. Because of the low price of the Lewis bases which can be used as catalysts in the case of the present invention, it is also possible, for example, to carry out the reaction in the Lewis base without further solvent. High amounts of Lewis base in the reaction mixture have an equally favorable effect on the reaction rate and the selectivity towards high Si numbers per molecule.

3 zeigt die in C6D6 gemessenen 29Si-NMR-Spektren, die für die jeweiligen Produktgemische zu den Beispielen I bis VI erhalten wurden. Die chemische Verschiebung erlaubt hierbei eine eindeutige Zuordnung der jeweiligen 29Si-Kerne der verschiedenen erhaltenen Verbindungen. 3 shows the measured in C 6 D 6 29 Si NMR spectra, which were obtained for the respective product mixtures for Examples I to VI. The chemical shift allows an unambiguous assignment of the respective 29 Si nuclei of the various compounds obtained.

Die Signale wurden hierbei wie folgt zugeordnet: Nebenprodukt: 1: SiCl4 bei ca. –19 ppm Ausgangsmaterial: 2: Si2Cl6 bei ca. –6,5 ppm Produkte: 3: Si3Cl8 bei ca. –7,8 ppm und ca. –4 ppm 4: i-Si4Cl10 bei ca. –0,2 ppm 5: neo-Si5Cl12 bei ca. 3,5 ppm 6: neo-Si6Cl14 bei ca. 3,8 ppm und ca. 5,8 ppm The signals were assigned as follows: By-product: 1: SiCl 4 at approx. -19 ppm Starting material: 2: Si 2 Cl 6 at approx. -6.5 ppm Products: 3: Si 3 Cl 8 at about -7.8 ppm and about -4 ppm 4: i-Si 4 Cl 10 at about -0.2 ppm 5: neo-Si 5 Cl 12 at about 3.5 ppm 6: neo-Si 6 Cl 14 at about 3.8 ppm and about 5.8 ppm

Beispiel I zeigt eine Produktmischung mit verschiedenen halogenierten Oligosilanen mit NMR-Signalen bei –7,8 ppm und –4 ppm (3: Si3Cl8), bei –0,2 ppm (4: i-Si4Cl10), bei 3,5 ppm (5: neo-Si5Cl12) und bei 3,8 ppm und 5,8 ppm (6: neo-Si6Cl14).Example I shows a product mixture with various halogenated oligosilanes with NMR signals at -7.8 ppm and -4 ppm (3: Si 3 Cl 8 ), at -0.2 ppm (4: i-Si 4 Cl 10 ) 3.5 ppm (5: neo-Si 5 Cl 12 ) and at 3.8 ppm and 5.8 ppm (6: neo-Si 6 Cl 14 ).

Beispiel II weist Signale mit den gleichen chemischen Verschiebungen und somit den gleichen halogenierten Oligosilanen auf, wie Beispiel I, jedoch mit unterschiedlichen mengenmäßigen Anteilen. Example II has signals with the same chemical shifts and thus the same halogenated oligosilanes as Example I but with different quantitative proportions.

Die Beispiele III, IV und V zeigen jeweils im NMR-Spektrum ein Signal bei 3,5 ppm und weisen somit jeweils als halogeniertes Oligosilan neo-Si5Cl12 (5) auf. Examples III, IV and V each show a signal in the NMR spectrum at 3.5 ppm and thus each have as halogenated oligosilane neo-Si 5 Cl 12 (5).

Die Beispiele VI weist NMR-Signale bei –7,8 ppm und -4 ppm (3: Si3Cl8) und bei 3,5 ppm (5: neo-Si5Cl12) auf. Examples VI has NMR signals at -7.8 ppm and -4 ppm (3: Si 3 Cl 8 ) and at 3.5 ppm (5: neo-Si 5 Cl 12 ).

Im Folgenden sollen eine Reihe von Ausführungsbeispielen (Beispiele I bis VI) mit konkreten Reaktionsbedingungen angegeben werden, welche das erfindungsgemäße Verfahren weiter erläutern.In the following, a number of examples (Examples I to VI) are given with concrete reaction conditions, which further illustrate the inventive method.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im Folgenden am Beispiel der Anisol-katalysierten Disproportionierung von Hexachlordisilan Si2Cl6 aufgezeigt. Dabei wird der Einfluss der Reaktionstemperatur und der Zusammensetzung der Reaktionsmischung (Verhältnis Si2X6 zum Katalysator und zum Lösungsmittel) auf die Zusammensetzung des erhaltenen Produktgemisches erläutert. The process of the invention is shown below using the example of the anisole-catalyzed disproportionation of hexachlorodisilane Si 2 Cl 6 . The influence of the reaction temperature and the Composition of the reaction mixture (ratio Si 2 X 6 to the catalyst and the solvent) explained on the composition of the resulting product mixture.

Die Versuche (Beispiel I bis Beispiel VI) erfolgten jeweils in Benzol (deuteriertes Benzol C6D6 für NMR-Analyse). Die Experimente wurden unter Ausschluss von Luft und Wasser in einer Stickstoff (99,996%) oder Argon (99,996%) Schutzgasatmosphäre durchgeführt. Die Lösungsmittel wurden mit Natrium in Gegenwart von Benzophenen vorgetrocknet und vor Gebrauch von diesen Stoffen destilliert. Für NMR-Spektren dienten die Kernresonanzspektrometer Bruker AM 250, Bruker DPX 250, Bruker Avance 300 und Bruker Avance 400. Reaktionen wurden in abgeschmolzenen NMR-Rohren durchgeführt. Eine Zuordnung der Reaktionsprodukte sowie die Auswertung von Stoffumsätzen und Produktverteilung erfolgte jeweils mittels 29Si-NMR-Spektroskopie über die normierten Edukt- und Produktsignalflächen. Als Nebenprodukt wurde jeweils Tetrachlorsilan (SiCl4) gebildet. The experiments (Example I to Example VI) were carried out in each case in benzene (deuterated benzene C 6 D 6 for NMR analysis). The experiments were carried out in the absence of air and water in a nitrogen (99.996%) or argon (99.996%) inert gas atmosphere. The solvents were pre-dried with sodium in the presence of benzophenes and distilled from these materials before use. For NMR spectra, the Bruker AM 250, Bruker DPX 250, Bruker Avance 300, and Bruker Avance 400 nuclear magnetic resonance spectrometers were used. Reactions were performed in melted NMR tubes. An assignment of the reaction products as well as the evaluation of substance conversion and product distribution was carried out in each case by means of 29 Si NMR spectroscopy on the normalized Edukt- and product signal surfaces. In each case tetrachlorosilane (SiCl 4 ) was formed as a by-product.

In Bezug auf die Auswertung der NMR-Spektren ist darauf hinzuweisen, dass aufgrund der Existenz von Isotopomeren (weitere Signale meist nicht detektierbar) die Signalflächen nur bedingt proportional zur Konzentration sind, d.h. die Signalflächen höherer halogenierter Oligosilane sind einerseits zu klein, andererseits jene einfacher Halogensilane wie etwa von Tetrachlorsilan zu groß. Außerdem hemmt die Gegenwart von SiCl4 in der Reaktionsmischung den Reaktionsfortschritt unabhängig von der Menge an eingesetzter Lewis-Base (Elektronenpaardonator). Beispiel I: Raumtemperatur, Verhältnis Si2Cl6:Anisol = 1:1

Figure DE102016104442A1_0002
With regard to the evaluation of the NMR spectra, it should be pointed out that due to the existence of isotopomers (further signals mostly undetectable) the signal surfaces are only proportionally proportional to the concentration, ie the signal surfaces of higher halogenated oligosilanes are on the one hand too small, on the other hand those of simple halosilanes like tetrachlorosilane too big. In addition, the presence of SiCl 4 in the reaction mixture inhibits the progress of the reaction regardless of the amount of Lewis base used (electron pair donor). Example I: Room temperature, ratio Si 2 Cl 6 : anisole = 1: 1
Figure DE102016104442A1_0002

Beispiel I zeigt die mit Anisol katalysierte Disproportionierung von Hexachlordisilan (Si2Cl6) bei Raumtemperatur (25°C). Eingesetzt wurden 0,95 g (3,3 mmol) Hexachlordisilan, 0,36 g Anisol (3,3 mmol) und 0,1 mL Benzol. Nach 2800 Stunden wurde bei einem Stoffumsatz von 72% eine Mischung umfassend Tetrachlorsilan (SiCl4), unreagiertes Hexachlordisilan (Si2Cl6) und vier verschiedene halogenierte Oligosilane aufweisend drei, vier, fünf und sechs Si-Atome erhalten. Der Anteil des drei Si-Atome umfassenden Octachlortrisilan (Cl3SiSiCl2SiCl3 bzw. Si3Cl8) an der Gesamtheit der erhaltenen halogenierten Oligosilane betrug dabei 32%. Decachlorisotetrasilan (ClSi(SiCl3)3 bzw. i-Si4Cl10) wurde mit einem Anteil von 12% erhalten. Example I shows the anisole-catalyzed disproportionation of hexachlorodisilane (Si 2 Cl 6 ) at room temperature (25 ° C). 0.95 g (3.3 mmol) of hexachlorodisilane, 0.36 g of anisole (3.3 mmol) and 0.1 mL of benzene were used. After 2800 hours at a conversion of 72%, a mixture comprising tetrachlorosilane (SiCl 4 ), unreacted hexachlorodisilane (Si 2 Cl 6 ) and four different halogenated oligosilanes containing three, four, five and six Si atoms was obtained. The proportion of the three Si atoms comprising octachlorotrisilane (Cl 3 SiSiCl 2 SiCl 3 or Si 3 Cl 8 ) in the totality of the resulting halogenated oligosilanes was 32%. Decachloroisotetrasilane (ClSi (SiCl 3 ) 3 or i-Si 4 Cl 10 ) was obtained in a proportion of 12%.

Dodecachlorneopentasilan (Si(SiCl3)4) bzw. neo-Si5Cl12) wurde mit einem Anteil von 36% bezogen auf die Gesamtheit an halogenierten Oligosilanen erhalten. Überraschenderweise konnte das nur schwer herzustellende Tetradecaneohexasilan (Cl3SiSiCl2Si(SiCl3)3) bzw. neo-Si6Cl14) mit einem Anteil von 20% erhalten werden. Beispiel II: 50°C, Verhältnis Si2Cl6:Anisol = 1:1

Figure DE102016104442A1_0003
Dodecachloroneopentasilane (Si (SiCl 3 ) 4 ) or neo-Si 5 Cl 12 ) was obtained in a proportion of 36% based on the total of halogenated oligosilanes. Surprisingly, it was possible to obtain the tetradecaneohexasilane (Cl 3 SiSiCl 2 Si (SiCl 3 ) 3 or neo-Si 6 Cl 14 ), which is difficult to prepare, with a proportion of 20%. Example II: 50 ° C, ratio Si 2 Cl 6 : anisole = 1: 1
Figure DE102016104442A1_0003

Beispiel II zeigt die gleiche Reaktion wie in Beispiel I, allerdings mit 2,73 g (9,3 mmol) Hexachlordisilan, 1 g Anisol (9,3 mmol) und 0,1 mL Benzol. Die Reaktion wurde bei 50°C durchgeführt. Die höhere Reaktionstemperatur führte zu einer geringeren Selektivität für neo-Si5Cl12 und insbesondere für neo-Si6Cl14. Bemerkenswert ist, dass bei nur 50°C bereits nach nur 3,5 Stunden ein Stoffumsatz von über 46% beobachtet werden konnte. Beispiel III: 80°C, Verhältnis Si2Cl6:Anisol = 1:9,3

Figure DE102016104442A1_0004
Example II shows the same reaction as in Example I, but with 2.73 g (9.3 mmol) of hexachlorodisilane, 1 g of anisole (9.3 mmol) and 0.1 mL of benzene. The reaction was carried out at 50 ° C. The higher reaction temperature resulted in lower selectivity for neo-Si 5 Cl 12 and especially for neo-Si 6 Cl 14 . It is noteworthy that at only 50 ° C a substance conversion of more than 46% could be observed after just 3.5 hours. Example III: 80 ° C, Ratio Si 2 Cl 6 : Anisole = 1: 9.3
Figure DE102016104442A1_0004

Beispiel III zeigt eine Anisol katalysierte Disproportionierung von Hexahalogendisilan bei 80°C, wobei Anisol im Überschuss zugegeben wurde. Es wurden 0,17 g (0,6 mmol) Hexachlordisilan, 0,6 g Anisol (5,6 mmol) und 0,1 mL Benzol eingesetzt. neo-Si5Cl12 konnte mit sehr guter Ausbeute erhalten werden. Nach 48 Stunden war ein etwa 100%iger Stoffumsatz festzustellen. Beispiel IV: 120°C, Verhältnis Si2Cl6:Anisol = 1:0,6

Figure DE102016104442A1_0005
Example III shows an anisole-catalyzed disproportionation of hexahalogenedisilane at 80 ° C with anisole added in excess. 0.17 g (0.6 mmol) hexachlorodisilane, 0.6 g anisole (5.6 mmol) and 0.1 mL benzene were used. neo-Si 5 Cl 12 could be obtained in very good yield. After 48 hours, an approximately 100% conversion was observed. Example IV: 120 ° C, ratio Si 2 Cl 6 : anisole = 1: 0.6
Figure DE102016104442A1_0005

Beispiel IV zeigt eine Anisol katalysierte Disproportionierung von Hexahalogendisilan bei 120°C, wobei der Anteil an Hexahalogendisilan am Reaktionsgemisch überwiegt. Es wurden 0,89 g (3,1 mmol) Hexachlordisilan, 0,20 g Anisol (1,9 mmol) und 0,15 mL Benzol eingesetzt. neo-Si5Cl12 konnte mit sehr guter Ausbeute erhalten werden. Nach 50 Stunden war ein etwa 90%iger Stoffumsatz festzustellen. Ein Vergleich von Beispiel III und IV zeigt, dass ein hoher Anisol-Anteil an der Reaktionsmischung einen höheren Stoffumsatz begünstigt. Beispiel V: 180°C, Verhältnis Si2Cl6:Anisol = 1:10,8

Figure DE102016104442A1_0006
Example IV shows an anisole-catalyzed disproportionation of hexahalogendisilane at 120 ° C, wherein the proportion of hexahalogendisilane prevails over the reaction mixture. 0.89 g (3.1 mmol) hexachlorodisilane, 0.20 g anisole (1.9 mmol) and 0.15 mL benzene were used. neo-Si 5 Cl 12 could be obtained in very good yield. After 50 hours, an approximately 90% conversion was observed. A comparison of Example III and IV shows that a high anisole content of the reaction mixture favors a higher metabolic rate. Example V: 180 ° C, ratio Si 2 Cl 6 : anisole = 1: 10.8
Figure DE102016104442A1_0006

Beispiel V zeigt eine Anisol katalysierte Disproportionierung von Hexahalogendisilan bei 180°C, wobei Anisol im Überschuss zugegeben wurde. Es wurden 0,15 g (0,5 mmol) Hexachlordisilan, 0,60 g Anisol (5,4 mmol) und 0,15 mL Benzol eingesetzt. neo-Si5Cl12 konnte wiederum mit sehr guter Ausbeute erhalten werden. Nach nur 24 Stunden war ein etwa 94%iger Stoffumsatz festzustellen. Das Experiment unterstreicht, dass ein hoher Anisol-Anteil an der Ausgangsmischung von Vorteil für eine rasche Reaktion mit hohen Ausbeuten halogenierter Oligosilane mit hoher Zahl an Si-Atomen ist. Beispiel VI: 210°C, Verhältnis Si2Cl6:Anisol = 1:0,04

Figure DE102016104442A1_0007
Example V shows an anisole-catalyzed disproportionation of hexahalogenedisilane at 180 ° C with anisole added in excess. 0.15 g (0.5 mmol) of hexachlorodisilane, 0.60 g of anisole (5.4 mmol) and 0.15 ml of benzene were used. Again, neo-Si 5 Cl 12 could be obtained in very good yield. After only 24 hours, an approximately 94% conversion was observed. The experiment emphasizes that a high anisole content in the starting mixture is advantageous for a rapid reaction with high yields of halogenated oligosilanes with a high number of Si atoms. Example VI: 210 ° C, Ratio Si 2 Cl 6 : Anisole = 1: 0.04
Figure DE102016104442A1_0007

Beispiel VI zeigt eine Anisol katalysierte Disproportionierung von Hexahalogendisilan bei 210°C, wobei nur geringe Mengen an Anisol im Verhältnis zu Si2Cl6 zugegeben wurden. Es wurden 0,6 g (2,1 mmol) Hexachlordisilan, 0,01 g (0,09 mmol) Anisol und 0,1 mL Benzol eingesetzt. neo-Si5Cl12 konnte unter diesen Bedingungen nur mit einem Anteil an 12% an der Gesamtheit der erhaltenen halogenierten Oligosilane erzielt werden. Die verbleibenden 88% entfielen dagegen auf Si3Cl8. Die Reaktion zeigt, dass auch noch bei Temperaturen von 210°C und nur einem geringen Anteil von Anisol an der Reaktionsmischung halogenierte Oligosilane zugänglich sind.Example VI shows an anisole-catalyzed disproportionation of hexahalogenedisilane at 210 ° C, with only small amounts of anisole added in relation to Si 2 Cl 6 . 0.6 g (2.1 mmol) of hexachlorodisilane, 0.01 g (0.09 mmol) of anisole and 0.1 ml of benzene were used. Under these conditions, neo-Si 5 Cl 12 could only be obtained with a proportion of 12% of the total of the halogenated oligosilanes obtained. The remaining 88% was accounted for by Si 3 Cl 8 . The reaction shows that even at temperatures of 210 ° C and only a small proportion of anisole on the reaction mixture halogenated oligosilanes are accessible.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Selektivität für halogenierte Oligosilane mit einer möglichst hohen Zahl an Si-Atomen von niedrigen Temperaturen und von einem hohen Anteil an Lewis-Base an der Reaktionsmischung begünstigt wird, sowie dass über einen erstaunlich breiten Bereich von Mischungsverhältnissen und Temperaturen überraschend hohe Stoffumsätze und Ausbeuten bezogen auf die halogenierten Oligosilane erreicht wurden. In summary, the selectivity for halogenated oligosilanes with the highest possible number of Si atoms of low temperatures and of a high proportion of Lewis base on the reaction mixture is favored, as well as surprising over a surprisingly wide range of mixing ratios and temperatures high substance conversions and yields based on the halogenated oligosilanes were achieved.

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.The invention is not limited by the description with reference to the embodiments. Rather, the invention encompasses any novel feature as well as any combination of features, including in particular any combination of features in the claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the patent claims or exemplary embodiments.

Claims (15)

Verfahren zur Herstellung von halogenierten Oligosilanen umfassend eine Disproportionierung von Hexahalogendisilan, wobei die Disproportionierung mit Hilfe eines Katalysators erfolgt, der ausgewählt ist aus Lewis-Basen der folgenden allgemeinen Formeln: – R1-O-R2, – R1-Y, wobei R1 jeweils ein Aryl ist, R2 ein Alkyl oder ein Aryl ist, und wobei Y ein Halogen ausgewählt aus F, Cl, Br und I ist.A process for the preparation of halogenated oligosilanes comprising disproportionation of hexahalogendisilane, wherein the disproportionation is carried out with the aid of a catalyst selected from Lewis bases of the following general formulas: - R 1 -OR 2, - R 1 -Y, wherein R 1 each is an aryl, R 2 is an alkyl or an aryl, and wherein Y is a halogen selected from F, Cl, Br and I. Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei es sich bei dem Hexahalogendisilan um Hexachlordisilan handelt.A process according to the preceding claim, wherein the hexahalkenedisilane is hexachlorodisilane. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei R1 ein Phenyl-Rest ist. A process according to any one of the preceding claims, wherein R 1 is a phenyl radical. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei R2 ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Phenyl, Methyl, Ethyl, Propyl und Butyl besteht. A process according to any one of the preceding claims, wherein R 2 is selected from the group consisting of phenyl, methyl, ethyl, propyl and butyl. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei Y Chlor ist. A process according to any one of the preceding claims, wherein Y is chlorine. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Katalysator Anisol ist. A process according to any one of the preceding claims, wherein the catalyst is anisole. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Katalysator Chlorbenzol ist. A process according to any one of the preceding claims, wherein the catalyst is chlorobenzene. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Disproportionierung durch thermische Energie oder Mikrowellenstrahlung gefördert wird. Method according to one of the preceding claims, wherein the disproportionation is promoted by thermal energy or microwave radiation. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, durchgeführt bei einer Temperatur zwischen –78°C und 300°C, bevorzugt zwischen 0°C und 250°C. Method according to one of the preceding claims, carried out at a temperature between -78 ° C and 300 ° C, preferably between 0 ° C and 250 ° C. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, durchgeführt bei einer Temperatur zwischen 0°C und 70°C, bevorzugt zwischen 20 und 55°C.Method according to one of the preceding claims, carried out at a temperature between 0 ° C and 70 ° C, preferably between 20 and 55 ° C. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, durchgeführt bei einer Temperatur zwischen 60°C und 210°C, bevorzugt zwischen 80°C und 180°C.Method according to one of the preceding claims, carried out at a temperature between 60 ° C and 210 ° C, preferably between 80 ° C and 180 ° C. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, durchgeführt in einer Schutzgasatmosphäre. Method according to one of the preceding claims, carried out in a protective gas atmosphere. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Disproportionierung in einem unpolaren Lösungsmittel erfolgt, bevorzugt in Benzol, Toluol oder Mischungen davon.Method according to one of the preceding claims, wherein the disproportionation is carried out in a non-polar solvent, preferably in benzene, toluene or mixtures thereof. Verwendung einer Lewis-Base als Katalysator für die Herstellung von halogenierten Oligosilanen, wobei die Lewis-Base aus Lewis-Basen der allgemeinen Formeln – R1-O-R2, – R1-Y ausgewählt ist, wobei R1 jeweils ein Aryl ist, R2 ein Alkyl oder ein Aryl ist, und wobei Y ein Halogen ausgewählt aus F, Cl, Br und I ist. Use of a Lewis base as a catalyst for the preparation of halogenated oligosilanes, wherein the Lewis base is selected from Lewis bases of the general formulas - R 1 -OR 2 , - R 1 -Y, wherein R 1 is in each case an aryl, R 2 is an alkyl or an aryl, and wherein Y is a halogen selected from F, Cl, Br and I. Verwendung nach dem vorherigen Anspruch, wobei es sich bei der Lewis-Base um Anisol oder Chlorbenzol handelt. Use according to the preceding claim, wherein the Lewis base is anisole or chlorobenzene.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2010149547A1 (en) * 2009-06-25 2010-12-29 Wacker Chemie Ag Method for producing dodeca halogen neopentasilanes

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