DE4041645A1 - Verfahren zur herstellung von silylierten primaeren und secundaeren aminen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von silylierten primaeren und secundaeren aminen

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DE4041645A1
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Petra Dipl Chem Dr R Schickert
Uwe Dipl Chem Dr Rer Na Scheim
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Huels Silicone GmbH
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Chemiewerk Nuenchritz O-8403 Nuenchritz De GmbH
NUENCHRITZ CHEMIE GmbH
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C07F7/10Compounds having one or more C—Si linkages containing nitrogen having a Si-N linkage

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von silylierten primären und sekundären Aminen. Diese Substanzen werden als Synthesebausteine in der organischen Chemie, als Silylierungsmittel, zur Herstellung von Polyimiden sowie zur Erzeugung von Siliciumnitrid-Keramiken eingesetzt.
Für Silylierungsreaktionen ist Hexamethyldisilazan eines der gebräuchlichsten Silylierungsmittel. Es ist universell einsetzbar und auch zur Silylierung von Aminen bekannt. Die Reaktion erfolgt gewöhnlich durch Rückflußkochen mit einem Überschuß an Hexamethyldisilazan, wobei sehr lange Reaktionszeiten erforderlich sind, z. B. 8 bis 10 Stunden [L. Birkhofer, P. Richter, A. Ritter, Chem. Ber. 93 (1960), 2804- 2809]. Um eine Beschleunigung der Umsetzung zu erreichen, werden Lösungsmittel, wie Pyridin oder Tetrahydrofuran, eingesetzt [P. Kochs, Chem. Ztg. 113 (1989) 225-238]. Bekannt ist auch, daß saure Katalysatoren Anteil und Grad der Silylierung erhöhen. Zur Entfernung des bei der Umsetzung gebildeten Ammoniaks werden häufig Inertgase verwendet.
Der Einfluß von Feuchtigkeit auf die Silylierungsreaktion wird allgemein in der Literatur als unerwünschte Zersetzung von Silylierungsreagenz bzw. gebildetem Produkt beschrieben, wobei Hexamethyldisiloxan entsteht [s. auch P. Kochs, Chemiker Ztg. 113 (1989), 225-238]. Deshalb werden die eingesetzten Reagenzien, Lösungsmittel und Inertgase getrocknet [G. Klebe u. a., Chem. Ber. 117 (1984), 797-808; J. Hils u. a., Chem. Ber. 99 (1966), 776-779; K. Suzuki u. a., Makromol. Chem. 190 (1989), 2893-2901]. Auf einen Ausschluß von Feuchtigkeit wird auch von B. Wrackmeyer u. a. in J. Organomet. Chem. 375 (1989), 1-10, hingewiesen.
Bei Versuchen zur Herstellung von bissilylierten Aminen versagt das Hexamethyldisilazan. Selbst bei Einsatz von sauren Katalysatoren und Durchleiten von Argon zum Austreiben des sich bildenden Ammoniaks läuft die Reaktion nur bis zu maximal 33% Ausbeute in 30 Stunden ab [Chem. Ber. 99 (1966), 776-779]. Auch in neueren Untersuchungen wurde bestätigt, daß Hexamethyldisilazan zur Silylierung von Aminen ungeeignet ist. So wurde z. B. nur das monosilylierte Produkt in einer Ausbeute von 37% erhalten [K. Suzuki u. a., Makromol. Chem. 190 (1989), 2893-2901].
Die Erfindung hat die Aufgabe, ein Herstellungsverfahren für silylierte primäre und sekundäre Amine aufzufinden, welches mit einfachen Silylierungsmitteln durchführbar ist, hohe Ausbeuten bei kurzen Reaktionszeiten liefert und bei dem keine Lösungsmittel Anwendung finden.
Erfindungsgemäß wird die Reaktion von primären und sekundären Aminen mit einem Siedepunkt oberhalb 50°C mit Hexamethyldisilazan in Gegenwart eines sauren Katalysators, vorzugsweise eines Kationenaustauschers, unter Zusatz von Feuchtigkeit durchgeführt, wobei der Wassergehalt über die gesamte Reaktion im Reaktionsgemisch 0,001 bis 2,0 Gew.-%, vorzugsweise 0,01 bis 0,5 Gew.-% beträgt.
Das Wasser kann dabei durch die Reaktionspartner, den Katalysator und/oder ein Trägergas in das Reaktionsgemisch eingetragen werden, wobei mit dem Trägergas gleichzeitig gebildeter Ammoniak entfernt wird. Weiterhin ist es möglich, das Wasser in Form von unter Reaktionsbedingungen Wasser abspaltenden Substanzen, wie z. B. Trimethylsilanol, in das Reaktionsgemisch einzubringen.
Das Verfahren wird vorteilhafterweise bei erhöhter Temperatur, in der Regel bei Siedetemperatur des Reaktionsgemisches, durchgeführt. Die Reaktionszeit kann durch eine zwischenzeitliche Destillation, bei der die gebildeten silylierten Amine abgetrennt werden, optimiert werden. Die Silylierung erfolgt quantitativ in kurzen Reaktionszeiten bei stöchiometrischem Einsatz der Reaktionspartner.
Vorteile des Verfahrens bestehen im Erreichen hoher Ausbeuten bei kurzen Reaktionszeiten, im Wegfall aufwendiger Trocknungsverfahren sowie der unproblematischen Abtrennung des Reaktionsproduktes vom Katalysator.
Ausführungsbeispiele Beispiel 1 N-Trimethylsilylanilin
In einem Ein-Liter-Kolben wurden 40 g getrockneter Kationenaustauscher Wofatit OK 80, 2,2 Mol Anilin (Wassergehalt 0,44 Gew.-%) vorgelegt und innerhalb von 30 min unter Rühren portionsweise 1,1 Mol Hexamethyldisilazan zugegeben, wobei Ammoniak entwich. Daraufhin wurde das Reaktionsgemisch innerhalb von 30 min auf 158°C unter Ammoniakentwicklung erwärmt. Nach Abtrennen vom Kationenaustauscher wurde im Vakuum fraktioniert.
Ausbeute: 93 Gew.-%;
Kp 87-90°C/10 mm Hg;n 1,5222.
Beispiel 2 N,N-Bis(trimethylsilyl)anilin
Verfahren analog Beispiel 1. Nach dem Erwärmen auf 158°C wurde ungetrockneter Stickstoff durch das Reaktionsgemisch geleitet und innerhalb von 12 Stunden weitere 1,1 Mol Hexamethyldisilazan so zugetropft, daß die Temperatur im Kolben 160°C nicht unterschritt. Danach wurde noch eine Stunde unter Stickstoffstrom am Rückfluß erhitzt. Nach Anlegen von Vakuum wurde fraktionierend destilliert.
Ausbeute: 91 Gew.-%;
Kp 98-99°C/11 mm Hg;n 1,4860.
Beispiel 3 N,N-Bis-(trimethylsilyl)anilin
Verfahren analog Beispiel 1 mit folgenden Änderungen: Wiederverwendung des in Beispiel 2 eingesetzten Kationenaustauschers und Entfernen des Ammoniaks mit ungetrockneter Preßluft während der Umsetzung.
Reaktionsdauer 11 Stunden;
Ausbeute: 95 Gew.-%;
Kp 98-99°C/11 mm Hg;n 1,4900.
Beispiel 4 N-Trimethylsilylimidazol
Es wurden 0,5 Mol Imidazol, 0,25 Mol Hexamethyldisilazan mit einem Gehalt von 0,5 Gew.-% Trimethylsilanol (potentielles Wasser) und 1,5 g Kationenaustauscher OK 80 bis zum Sieden erwärmt. Nach 1,5 Stunden war die Ammoniakentwicklung beendet. Es wurde vom Kationenaustauscher dekantiert und destilliert.
Ausbeute: 88 Gew.-%;
Kp 128°C/50 mm Hg;n 1,4756.
Beispiel 5 1-Trimethylsilyl-1,2,4-triazol
Es wurden 0,5 Mol 1,2,4-Triazol, 0,25 Mol Hexamethyldisilazan mit einem Gehalt von 0,5 Gew.-% Trimethylsilanol und 1,5 g Kationenaustauscher bis zum Sieden erhitzt. Nach 0,5 Stunden war die Ammoniakentwicklung beendet. Es wurde destilliert,.
Ausbeute: 80 Gew.-%;
Kp 89-90°C/20 mm Hg;n 1,4604.
Beispiel 6 N-Methyl-N-Trimethylsilylanilin
Es wurden 0,5 Mol N-Methylanilin, 0,25 Mol Hexamethyldisilazan mit einem Gehalt von 0,5 Gew.-% Trimethylsilanol und 1,5 g Kationenaustauscher bis zum Sieden erhitzt. Nach 5 Stunden war die Ammoniakentwicklung abgeschlossen. Es wurde fraktionierend destilliert.
Ausbeute: 73 Gew.-%;
Kp 90-91°C/20 mm Hg;
Beispiel 7 N-Trimethylsilylallylamin
Es wurden 60 g Allylamin (Kp 53°C) mit 85 g Hexamethyldisilazan und 1 g Kationenaustauscher nach Zugabe von 0,3 g Wasser 2 Stunden zum Sieden erhitzt. Anschließend wurde destilliert.
Ausbeute: 98 Gew.-%;
Kp 109-110°C;n 1,4127.
Beispiel 8 N,N′-Bis-(trimethylsilyl)-p-phenylendiamin
Es wurden 20 g p-Phenylendiamin mit 32 g Hexamethyldisilazan, 1 g Kationenaustauscher und 0,1 g Wasser unter Durchleiten von Stickstoff auf 110°C erhitzt. Innerhalb von 2,5 Stunden löst sich der Feststoff unter Ammoniakentwicklung vollständig auf. Beim Abkühlen kristallisiert das Produkt in reiner Form aus.
Ausbeute: 93 Gew.-%;
Fp 97°C.
Beispiel 9 N-Trimethylsilylmorpholin
Es wurden 80 g Morpholin, 80 g Hexamethyldisilazan, 1 g Kationenaustauscher und 0,2 g Wasser 2 Stunden am Sieden gehalten.
Ausbeute: 95 Gew.-%;
Kp 160°C;n 1,4410.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung von silylierten primären und sekundären Aminen durch Reaktion von primären und sekundären Aminen mit einem Siedepunkt oberhalb 50°C mit Hexamethyldisilazan in Gegenwart eines sauren Katalysators, vorzugsweise eines Kationenaustauschers, gegebenenfalls unter Durchleiten eines Trägergases sowie unter Zusatz von Feuchtigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassergehalt im Reaktionsgemisch über die gesamte Reaktion 0,001 bis 2,0 Gew.-% beträgt.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassergehalt 0,01 bis 0,5 Gew.-% beträgt.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser durch die Reaktionspartner, den Katalysator, das Trägergas und/oder in Form von unter Reaktionsbedingungen Wasser abspaltenden Verbindungen in das Reaktionsgemisch eingetragen wird.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die unter Reaktionsbedingungen Wasser abspaltende Verbindung Trimethylsilanol ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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