DE1166193B - Verfahren zur Abtrennung von Dichlorsilanen von anderen Chlorsilanen - Google Patents

Verfahren zur Abtrennung von Dichlorsilanen von anderen Chlorsilanen

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DE1166193B
DE1166193B DEG32630A DEG0032630A DE1166193B DE 1166193 B DE1166193 B DE 1166193B DE G32630 A DEG32630 A DE G32630A DE G0032630 A DEG0032630 A DE G0032630A DE 1166193 B DE1166193 B DE 1166193B
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Germany
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sicl
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adiponitrile
dichlorosilanes
methylphenyldichlorosilane
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Application number
DEG32630A
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English (en)
Inventor
Robert Griffith Linville
Harry Raymond Mcentee
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07FACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F7/00Compounds containing elements of Groups 4 or 14 of the Periodic Table
    • C07F7/02Silicon compounds
    • C07F7/08Compounds having one or more C—Si linkages
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESGHRIFT
Internat. Kl.: C07f
Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
Deutsche Kl.: 12 ο-26/03
G 32630 IVb/12 ο
30. Juni 1961
26. März 1964
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von Dichlorsilanen der allgemeinen Formel R2 7SiCl2 aus einer Mischung aus R2'SiCl2 und wenigstens einer der folgenden Verbindungen mit den allgemeinen Formeln RZSiCl3, R3'SiCl und SiCl4, worin R' ein Wasserstoffatom oder einen gegebenenfalls halogenierten Kohlenwasserstoffrest mit weniger als 7 C-Atomen bedeutet.
Die Abtrennung von Dichloisilanen aus Chlorsilangemischen durch fraktionierte Destillation ist sehr schwierig, da die Siedepunkte der einzelnen Chlorsilane nahe beieinanderliegen. Es wurde auch bereits mit wenig Erfolg eine Abtrennung durch Überführung in kristalline Komplexverbindungen versucht. Es wurde nun unerwarteterweise gefunden, daß sich Dichlorsilane aus] Chlorsilanmischungen sehr leicht durch ein Dinitrillösungsmittel extrahieren lassen. Das Verfahren nach der Erfindung ist nun dadurch gekennzeichnet, daß man die Mischung mit einer Verbindung der allgemeinen Formel
NC — (CR2). — Z — (CR2)6 — CN
worin α und b ganze Zahlen von 0 bis 3 sind, Z eine der Gruppen -CR2-, -CR2-NH-CR2-,
— CR2 — S — CR2 —, — CR2 — O — CR2 — oder
— CR CR — sein kann und R ein Wasserstoffatom oder ein niedriger Alkylrest ist, extrahiert und die Dichlorsilane aus der Extraktlösung isoliert.
Als Dinitrillösungsmittel können beispielsweise verwendet werden: Dicyanbutylen, /?-Oxydipropylnitril, ß-Thiodipropylnitril, Adiponitril, /S-Iminodipropylnitril, Succinonitril, Glutaronitril und /9-(Cyanmethoxy)-propylnitril.
Das Verfahren nach der Erfindung wird vorzugsweise als fraktionierte Flüssigkeitsextraktion unter Verwendung von zwei Lösungsmitteln durchgeführt, wobei zusätzlich zu dem Dinitrillösungsmittel ein sogenanntes Waschlösungsmittel verwendet wird, welches sich nur schwer mit dem Dinitrillösungsmittel vermischt und auch nicht mit dem Dinitrillösungsmittel und den Chlorsilanen während der Extraktion reagiert. Als Waschlösungsmittel eignen sich Paraffin-Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Isooctan, cycloaliphatische Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Cyclohexan und Methylcyclohexan, und hydrierte aromatische Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Dekahydronaphthalin.
Erfindungsgemäß kann man die Extraktion auch als extraktive Destillation durchführen, wobei das Extraktionsmittel von oben und die zu trennende Mischung von unten zuführt.
Das Verfahren nach der Erfindung wird nun an Hand von Beispielen näher erläutert, in denen die angeführten Verfahren zur Abtrennung von Dichlorsilanen
von anderen Chlorsilanen
Anmelder:
General Electric Company, Schenectady, N. Y.
(V. St. A.)
Vertreter:
Dipl.-Ing. M. Licht,
München 2, Sendlinger Str. 55, und
Dr. R. Schmidt, Oppenau (Renchtal),
Patentanwälte
Als Erfinder benannt:
Robert Griffith Linville, Berkley Heights, N.J., Harry Raymond McEntee, Waterford, N. Y.
(V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 1. Juli 1960 (40 147)
Mengenangaben als Gewichtsangaben zu verstehen sind.
Beispiel 1
25 Teile Adiponitril wurden mit einer gleichen Menge Phenyltrichlorsilan vermischt und die entstandene Mischung in ein geschlossenes Gefäß gegeben und 1 Stunde lang lebhaft geschüttelt. Nach dem gleichen Verfahren wurde unabhängig davon eine Mischung aus Methylphenyldichlorsilan und Adiponitril bereitet. Das Methylphenyldichlorsilan ließ sich vollständig mit Adiponitril vermischen, während das Phenyltrichlorsilan nur teilweise mit Adiponitril mischbar ist, wie durch Entstehen einer Zweiphasenmischung nachgewiesen wurde. Außer diesen mit Adiponitril hergestellten Mischungen wurden andere Dinitrillösungsmittel mit Phenyltrichlorsilan bzw. Methylphenyldichlorsilan nach dem erwähnten Verfahren bereitet. Die anderen Dinitrillösungsmittel werden nachstehend in Tabelle A angeführt und bildeten die entsprechenden Dinitrilsilanmischungen aus zwei Bestandteilen.
409 540/578
Tabelle A zeigt, daß Methylphenyldichlorsilan in den erfindungsgemäßen Dinitrillösungsmitteln besser löslich ist als Phenyltrichlorsilan. Die Ergebnisse beruhen auf dem Silangehalt der oberen Phase eines jeden Zweiphasensystems, das entstand, wenn man Methylphenyldichlorsilan bzw. Phenyltrichlorsilan mit den verschiedenen Dinitrilen in der oben beschriebenen Weise vermischte. Außer der einphasigen Mischung von Adiponitril und Methylphenyldichlorsilan bildeten alle anderen Mischungen mit denDinitrillösungsmitteln der Tabelle A ein Zweiphasensystem mit Methylphenyldichlorsilan bzw. mit Phenyltrichlorsilan. Die Extraktphase in jedem der entstandenen Zweiphasensysteme wurde auf ihren Silangehalt analysiert, indem man eine massenspektrographische Analyse vornahm und den Gehalt an hydrolysierbarem Chlor bestimmte. Die Analyse zeigte die Löslichkeit von Methylphenyldichlorsilan im Vergleich zu Phenyltrichlorsilan in den verschiedenen Dinitrillösungsmitteln an, wobei man von den Anteilen des jeweilig in der Extraktphase vorhandenen Silans ausging.
Tabelle A Tabelle B
Fraktion T/D-Verhältnis
1 0,163
2 0,122
3 0,090
4 0,054
5 0,033
Dinitrillösungsmittel Methylphenyl
dichlorsilan
Phenyltrichlor
silan
Adiponitril
Oxydiproprionitril
vollständig
mischbar
11,7
18
3,2
Beispiel 2
Eine Mischung aus Methyltrichlorsilan und Dimethyldichlorsilan im Verhältnis von 0,087 Teilen Methyltrichlorsilan je Teil Dimethyldichlorsilan wurde bereitet. Diese Mischung wurde einer gleichen Gewichtsmenge Glutaronitril vermischt und in einem geschlossenen Gefäß lebhaft geschüttelt. Die entstandene Zweiphasenmischung wurde dann 140 Stunden lang in ein Bad von 25 0C gegeben. Proben der beiden flüssigen Phasen wurden mit Hilfe der Massenspektrographie analysiert. Die Extraktphase war weniger stark mit Methyltrichlorsilan angereichert als die Ausgangsmischung und enthielt 0,058 Teile Methyltrichlorsilan je Teil Dimethyldichlorsilan, während die Raffinatphase stärker angereichert war und ein Verhältnis von 0,105 Teilen Methyltrichlorsilan je Teil Dimethyldichlorsilan aufwies. Die Chlorsilane ließen sich leicht durch fiaktionierte Destillation von dem Glutaronitril trennen.
Beispiel 3
120 Teile einer Mischung von Phenyltrichlorsilan und Methylphenyldichlorsilan im Verhältnis (T/D-Verhältnis) von 0,11 Teilen Phenyltrichlorsilan je Teil Methylphenyldichlorsilan wurden 300 Teilen Adiponitril zugesetzt. Die entstandene Mischung wurde unter 17 mm Torr über eine Vigreux-Kolonne von 76,2 cm Länge und etwa 2,5 cm Durchmesser destilliert. 20 Schnitte von 1 cm3 der oberen Phase wurden bei einem geschätzten Rückflußverhältnis von 3 Teilen je Teil des Erzeugnisses vorgenommen. Proben der verschiedenen Fraktionen wurden analysiert. Die Tabelle B zeigt das T/D-Verhältnis jeder Fraktion. Betrachtet man die angeführten Ergebnisse, so fällt auf, daß sich die Zusammensetzung der Fraktion verglichen mit der Ausgangsmischung verschoben hat.
Die ersten beiden Fraktionen sind stärker als der Ausgangsstoff mit Phenyltrichlorsilan angereichert und die letzten drei Fraktionen weniger stark. Diese Analysen beweisen, daß das Adiponitril das Dampfgleichgewicht der Ausgangsmischung hinreichend verändert, so daß das Phenyltrichlorsilan aus der Silanmischung, welche überwiegend aus Methylphenyldichlorsilan bestand, durch Selektion extrahiert werden konnte.
Beispiel 4
Der Dampfdruck einer Lösung von Dimethyldichlorsilan in Adiponitril und einer Lösung von Methyltrichlorsilan in Adiponitril wurde bei 9O0C mit Hilfe eines Quecksilbermanometers in einer geschlossenen, luftleeren Anordnung bestimmt. Die Lösungen wurden auf Millimolgrundlage hergestellt. Es wurden 149 Millimol Dimethyldichlorsilan bzw. 137 Millimol Methyltrichlorsilan je 0,0092 Mol Adiponitril gelöst. Das Verhältnis des Dampfdruckes von Methyltrichlorsilan zu Dimethyldichlorsilan oder einer ähnlichen Verbindung wird nachstehend als »ß« bezeichnet und betrug
9,51
7,66
1,24.
Das Verhältnis von β zu ß\ das dem Verhältnis der Dampfdrücke bei 90° C der extrapolierten Werte von Methyltrichlorsilan zu Dimethyldichlorsilan (ohne Adiponitril) oder 1480 bzw. 1400 Torr entspricht, zeigt, daß Adiponitril das Dampfgleichgewicht der Mischungen von Methyltrichlorsilan zu Dirrethyldichlorsilan bei 90°C in folgender Weise erheblich verändert:
ß I 24
-'- bei 90° C = =1,17. Ca)
β' 1,06
Der Wert von β wurde ebenfalls für Lösungen errechnet, die aus 225 Millimol Trimethylchlorsilan und 272 Millimol Dimethyldichlorsilan je 0,0092 Mol Adiponitril bei 80° C bestanden und die nach den angegebenen Verfahren bereitet wurden, und betrug 1,19.
Dieser Wert von β wurde mit dem extrapolierten Wert des Dampfdruckverhältnisses von Trimethylchlorsilan bzw. Dimethyldichlorsilan bei 80° C verglichen, wobei man von den adiponitrilfreien Werten von 1150 und 1070 Torr ausging, und folgendes Ergebnis erhielt:
-£- bei 8O0C = -1'19- = 1,11. (b)
ß' 1,07
Beispiel 5
Eine Anzahl von Chlorsilanmischungen, welche aus Dichlorsilan und Trichlorsilan bestanden, wurde extrahiert, indem man einphasige Mischungen herstellte, die aus einem der Chlorsilane und Adiponitril bestanden. Die entstandene Adiponitril-»Extraktphase« wurde nachfolgend mit einem Kohlenwasserstofflösungsmittel »gewaschen«, wobei man das Verfahren für zwei Lösungsmittel bei der fraktionierten Flüssigkeitsextraktion in einem Schritt anwendete. Das Verhältnis von Trichlorsilan zu Dichlorsilan in den verschiedenen Mischungen wurde durch Massenspektrographie bestimmt, und zwar vor und nach einer vorbestimmten Anzahl von Waschungen mit dem Kohlenwasserstoff.
In Tabelle C bedeutet der Ausdruck »Teile« nach dem Kohlenwasserstoff die für jede Waschung verwendete Anzahl von Teilen, »Me« ist Methyl, »Φ« ist Phenyl bei denFormeln in der Spalte »Silanmischungen«; »Ausgangs-T/D« bezieht sich auf das Verhältnis von ίο Trichlorsilan zu Dichlorsilan in der Ausgangsmischung und »End-T/D« bezieht sich auf das Verhältnis T/D in der Chlorsilanmischung nach der letzten Waschung.
(TeUe) Adiponitri]
(Teile)
Tabelle ;C Anzahl der
Waschungen
Ausgangs-
T/D
End-
T/D
Silanmischungen (12,7)
(H)
(H)
(10,6)
(H)
(10,6)
(9,6)
(24)
(24)
(24)
(24)
(9,6)
Kohlenwasser
stoff
(Teüe) 3
3
1
1
1
3
0,42
0,002
0,0129
0,025
0,032
0,026
nicht meßbar
0 SiCl3
nicht meßbar
HSiCl3
0,0093
0,012
0,012
0,008
0/SiCl8 Cyclohexan
Cyclohexan
Isooctan
Isooctan
Isooctan
Dekalin
(3,8)
(7,7)
(7)
(7)
(7)
Me(PSiCl2
HSiCl3
MeHSiCl2
MeSiCl3
Me2SiCl2
MeSiCl3
Me2SiCl2
HSiCl3
MeHSiCl2
MeSiCl3
MeHSiCl2
Die Verteilungskoeffizienten des Methylphenyldichlorsilans wurden mit Hilfe der herkömmlichen Verfahren bestimmt, indem man die Gesamtmenge des hydrolysierbaren Chlors in den beiden Phasen bestimmte, die durch Vermischen einer Adiponitrillösung des Silans mit einer der Adiponitrilmenge entsprechenden Menge von Cyclohexan gebildet worden war. Das hydrolysierbare Chlor wurde durch volumetrische Analyse mit gewöhnlicher Natriumhydroxydlösung ermittelt. In ähnlicher Weise wurde der Verteilungskoeffizient für Phenyltrichlorsilan bestimmt.
Das Verhältnis des Verteilungskoeffizienten von Phenyltrichlorsilan (IC1) zu Methylphenyldichlorsilan Ώ) wird nachstehend als »<5« bezeichnet und nimmt einen recht günstigen Wert an. Wenn, wie im Beispiel 5, ein Einschrittverfahren mit 30 Waschungen durchgeführt wird, dann kann eine Mischung aus Phenyltrichlorsilan und Methylphenyldichlorsilan mit einem ursprünglichen T/D-Verhältnis von 1 extrahiert werden, so daß Methylphenyldichlorsilan mit einer Reinheit von 99,8% erhalten wird, wenn man einen 100%igen Wirkungsgrad des Systems annimmt.
δ =
0,447
ΚΌ 0,197
= 2,8.
(C)

Claims (4)

Patentansprüche: 55 60
1. Verfahren zur Abtrennung von Dichlorsilanen der allgemeinen Formel R2'SiCl2 aus einer Mischung aus R2 7SiCl2 und wenigstens einer der folgenden Verbindungen mit den allgemeinen Formeln R'SiCl3, R3'SiCl und SiCl4, worin R' ein Wasserstoffatom oder einen gegebenenfalls halogenierten Kohlenwasserstoffrest mit weniger als 7 C-Atomen bedeutet, dadurch gekennzeichnet, daß man die Mischung mit einer Verbindung der allgemeinen Formel
NC — (CR2)a — Z — (CR2)J, — CN
worin ά und b ganze Zahlen von 0 bis 3 sind, Z eine der Gruppen — CR2 —, — CR2 — NH — CR2 —, — CR2 — S — CR2 — — CR2 — O — CR2 — oder — CR = CR — sein kann und R ein Wasserstoffatom oder ein niedriger Alkylrest ist, extrahiert und die Dichlorsilane aus der Extraktlösung isoliert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Extraktlösung vor Isolierung des Dichlorsilans mit einem Paraffin-, cycloaliphatischen oder hydrierten aromatischen Kohlenwasserstoff wäscht.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Extraktion im Gegenstromverfahren durchführt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Extraktion als extraktive Destillation durchführt, wobei man das Extraktionsmittel von oben und die zu trennende Mischung von unten zuführt.
DEG32630A 1960-07-01 1961-06-30 Verfahren zur Abtrennung von Dichlorsilanen von anderen Chlorsilanen Pending DE1166193B (de)

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