DE1161247B - Verfahren zur Herstellung von Monosilan - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von MonosilanInfo
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Description
- Verfahren zur Herstellung von Monosilan Es ist bekannt, daß Monosilan SiH4 als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Reinstsilicium sehr vorteilhaft verwendet werden kann.
- Zahlreiche Verfahren zur Herstellung von Monosilan sind bereits veröffentlicht worden, die im wesentlichen auf zwei chemischen Reaktionen beruhen, nämlich auf der hydrolytischen bzw. ammonolytischen Zerlegung von Siliciden, besonders des Calciums und des Magnesiums und auf der Reduktion von Siliciumhalogeniden mit Metallhydriden bzw. komplexen Metallhydriden.
- Diese Verfahren besitzen den Nachteil, daß nur relativ geringe Mengen flüchtiger Silane bei der Zerlegung der Silicide gewonnen werden können. Andererseits werden zur Reduktion der Siliciumhalogenide die teuren Metallhydride bzw. komplexen Metallhydride und komplizierte Vorrichtungen zur Durchführung der Reduktion benötigt.
- Es wurde gefunden, daß man Monosilan sehr einfach und in sehr guter Ausbeute erhalten kann, wenn man Verbindungen der allgemeinen Formel wobei n = 1 und 2, R1 bis R4 (eines der H-Atome kann jedoch durch einen Alkyl-, Aryl- oder einen substituierten Alkylrest, z. B. CH2CI, CH2 - 0 - R, ersetzt sein, wobei R z. B. einen Alkyl- oder Phenylrest darstellt), mit Epoxyden versetzt und auf Temperaturen von 50 bis 130"C erwärmt.
- Als bevorzugte Ausgangsverbindungen werden Verbindungen der Formeln verwendet.
- Die Ausgangsverbindungen bilden sich bekanntermaßen durch Umsetzung von Chlorsilanen der allgemeinen Formel HnSiCl4 sz (2) mit Epoxyden in stöchiometrischer Menge.
- Als epoxydische Komponenten lassen sich Verbindungen des Typs verwenden, in denen R1, R2, R3 und R4 Wasserstoff sein können. Einer der Reste R1 bis R4 kann ein Alkylrest oder Arylrest oder auch ein substituierter Alkylrest sein, wobei der Substituent ein Halogenatom oder eine Äthergruppe sein kann. R5 stellt einen oc- und o>-difunktionellen Alkylrest dar mit mindestens 3 C-Atomen.
- Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt unter Verwendung von Äthylenoxyd durchgeführt, welches das am leichtesten zugängliche und preisgünstigste Epoxyd darstellt, und läuft in diesem Falle als Disproportionierungsreaktion nach folgendem Schema ab: HnSi(OCH2CH2Cl)4 n katalysiert durch liefert 4 SiH4 + 4 Si(OCHsCHaCl)4 Zur Herstellung des Monosilans ist es nicht erforderlich, die Umsetzungsprodukte aus Epoxyd und Chlorsilan zu isolieren. Zweckmäßiger und vor allem sicherer führt man die Herstellung der Ausgangsverbindungen und anschließend die Disproportionierungsreaktion im gleichen Gefäß durch.
- Dabei sind verschiedene Varianten in der Durchführung möglich. Man kann beispielsweise aus einem Chlorsilan der allgemeinen Formel (2) und einem Epoxyd, z. B. Äthylenoxyd, die Silane der Formel (1) erzeugen. Zweckmäßig wird so verfahren, das daß Umsetzungssystem »sauer( bleibt, also noch geringe Mengen Si-C1-Verbindungen enthält. Derartige Systeme disproportionieren unter Monosilanentwicklung erst dann, wenn weitere Mengen Äthylenoxyd oder eines anderen höhersiedenden Epoxyds zugeführt werden, die größer sein müssen, als der noch vorhandenen Menge an Si-C1-Verbindungen entspricht. Der erforderliche Epoxydüberschuß, z. B. Äthylenoxydüberschuß, beträgt etwa 0,01 O/o, wähernd bei höhersiedenden Epoxyden ein Überschuß von 10 0/o erforderlich ist, bezogen auf die Menge des eingesetzten Chlorsilans. In dieser Weise wird man verfahren, wenn aus dem Reaktionssystem zwischen Halogen-Hydrogen Silan und Epoxyd nicht gleich anschließend Monosilan entwickelt werden soll oder kann.
- Als Ausgangsmaterialien zur Durchführung dieser Synthese dienen die leicht und in großer Reinheit herzustellenden Chlorsilane der allgemeinen Formel (2), besonders HSiCl3 und H2SiC12.
- Die Silane H2Si(OCH2CH2CD2 vom Kp. 52 bis 54 C/0,3 mm Hg und HSi (OCH2CH2CI)3 vom Kp. 118 bis 119° C/0,3 mm Hg beginnen in Anwesenheit z. 13. von Äthylenoxyd schon bei Raumtemperatur Monosilan zu entwickeln. Es ist aber zweckmäßig, bei H2Si-(OCH2CH2Cl)2 die Temperaturen bis 50"C und bei HSi(OCH2CH2Cl)3 bis 130"C zu steigern, um eine befriedigende Bildungsgeschwindigkeit des Monosilans zu erreichen.
- Beispiel 1 In 500 g Toluol, die sich in einem Reaktionsgefäß befinden, das mit Rührwerk, Rückflußkühler und Gaseinleitungsrohren ausgestattet ist, werden bei 50 bis 70"C gleichzeitig pro Stunde 201 Dichlorsilan und 40 1 Äthylenoxyd eingeleitet, insgesamt 1234 g H2SiCI2 und 1120 g C2H4O. Dabei bildet sich die Verbindung H2Si(-OCH2. CH2Cl) Der hier verwendete Überschuß an Äthylenoxyd beträgt 3,24°/o mehr, als der Menge des eingesetzten Chlorsilans entspricht. Nach kurzer Inkubationszeit beginnt unter leichtem Aufperlen im flüssigen Reaktionsgemisch die Entwicklung von Monosilan. Im Verlauf von 6 Stunden entwickeln sich bei langsam von 50 auf 80°C gesteigerten Temperaturen 176 g Monosilan, das sind 89,8 0/o der theoretisch zu erwartenden Menge.
- Beispiel 2 In ein anfänglich bei 34°C siedendes Gemisch aus 500 g Toluol und 1355 g Silicochloroform werden bei Temperaturen, die bis zu 80"C langsam gesteigert werden, 1390 g Äthylenoxyd eingeleitet, das sind 4,28 01o mehr als der Menge des eingelegten Silans entspricht. Dabei bildet sich die Verbindung HSi(-OCHo CH2Cl)3 Die Entwicklung von Silan beginnt langsam bei dieser Temperatur und wird durch weiteres Erhitzen des Systems bis auf 130 - C hinreichend schnell. In 3 Stunden werden 68 g Monosilan erhalten. Dies sind 84,7 0t0 der Theorie.
- Beispiel 3 In ein Reaktionsgefäß. das mit Rührwerk, Rückflußkühler, zwei Zulaufgefäßen und Gasableitungsrohren ausgestattet ist, werden 300 g Toluol eingelegt und auf 50 bis 600C angewärmt. Während des Anwärmens wird die Apparatur mit Stickstoff gespült und die Stickstoffatmosphäre während des Versuchs aufrechtverhalten. In gleichen Zeiten tropfen aus den Zulaufgefäßen, von denen eines mit einem Gemisch aus 370 g Epichlorhydrin und 300g Toluol, das andere mit einem gekühlten Gemisch aus 200 g Dichlorsilan und 450 g Toluol gefüllt ist, äquivalente Mengen von Epoxyd und Chlorsilan zu. Dabei bildet sich intermediär die Verbindung H2Si(-OCH2 CHCl CH2Cl)2 Schon während des Zulaufs der Komponenten findet eine Entwicklung von Monosilan statt, die recht lebhaft wird, wenn die im Reaktionsgefäß schließlich vereinigten Komponenten bis 110° C aufgewärmt werden. Es wurden 24 g Monosilan, das sind 750/o der Theorie, erhalten.
- Beispiel 4 Aus einem in derselben Weise durchgeführten Versuch, zu dem 600 g Phenylglycidyläther in 100 g Toluol und 200g Dichlorsilan in 500 g Toluol eingesetzt werden, wobei sich intermediär die Verbindung H2Si(-OCH2-CHCI- CH2- O - C6H8)2 bildet, resultieren 20 g Monosilan, das sind 63 0/o er Theorie.
Claims (4)
- Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von Monosilan, dadurch gek enn zei chne t, daß Verbindungen der allgemeinen Formel wobei in 1 und 2, R1 bis R4 = H (eines der H-Atome kann jedoch durch einen Alkyl-, Aryl-oder einen substutuierten Alkylrest, z. B. C H2Cl, CH2O-R ersetzt sein, wobei R z. B. einen Alkyl-oder Phenylrest darstellt, mit Epoxyden versetzt und auf Temperaturen von 50 bis 130 C erwärmt werden.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial die Verbindungen verwendet werden.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsverbindungen durch Umsetzung von Chlorsilanen der allgemeinen Formel HnSiCl4n mit Epoxyden in stöchiometrischen Mengen gebildet werden und daß dann Epoxyde im Überschuß von 0,01 bis 100/0, bezogen auf die Menge des eingesetzten Chlorsilans, zugegeben werden.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Epoxyd Äthylenoxyd verwendet wird.
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