JP2003183288A - クロロメチル基を有するシランを製造する方法及び装置 - Google Patents
クロロメチル基を有するシランを製造する方法及び装置Info
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Abstract
の実施のために好適な装置。 【解決手段】 メチルシランと塩素とを、使用される式
(II)のメチルシランの質量に対して少なくとも0.
1質量%の塩化水素の存在下に、塩素化を開始させる電
磁放射線の作用下に反応させ、この際、塩素を、式(I
I)のメチルシランに対して化学量論的量よりも下回る
量で使用し、反応を、式(II)のメチルシランの沸点
よりも下回る温度で行わせることにより、式(I)のク
ロロメチル基を有するシランを製造する。(ClyCH
3−y)a(CH3)bSiCl4−a−b (I)
(CH3)a+bSiCl4−(a+b)
(II) [式中、yは1、2又は3であり、aは1、2、3又は
4であり、bは0、1、2又は3である、但し、a+b
の合計は1、2、3又は4である]
Description
でのメチルシランと塩素との反応によりメチルシランを
塩素化するための方法及びその実施のために好適である
装置に関する。
気相でのメチルクロロシランと塩素との反応によりクロ
ロメチルクロロシランを製造することができることは公
知である。これに関しては、例えばDE-A 2150
718(Bayer AG、1973年4月19日公開)を参照
でき、ここには、出発シランと塩素との反応によるメチ
ルクロロシランの塩素化法が開示されており、この際、
メチルシランと塩素とが第1帯域内で予め混合され、次
いで、この混合物が第2帯域内で、光反応を開始させる
放射線に露呈され、光反応が塩素化すべきメチルシラン
の沸点より下で実施される。DE−A 2614197
(Dynamit Nobel AG 、1977年10月13日公開)
には、塩素によるメチルシランの連続的光塩素化が記載
されており、ここでは、光化学的反応が反応混合物の沸
点で実施されている。
々、殊に経済性及び危険のない実施に関して重大な欠点
を有する。
1、2、3又は4、有利には1であり、bは0、1、2
又は3である、但し、a+bの合計は1、2、3又は4
である]のクロロメチル基を有するシランを製造する方
法である。
チルシランの質量に対して少なくとも0.1質量%の量
の塩化水素の存在下に、塩素化を開始させる電磁放射線
の作用下に反応させ、この際、塩素を式(II)のメチ
ルシランに対して化学量論的量よりも下回る量で使用
し、反応を式(II)のメチルシランの沸点よりも下回
る温度で行なわせることを特徴とする。
ランは、メチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシ
ラン、トリメチルクロロシラン及びテトラメチルシラン
である。
により再現されないが、式中のメチル基が全て又は部分
的に他のアルキル基、例えばエチル-、プロピル-、ブチ
ル基等で代えられている式(II)のシランも使用でき
る。しかしこれは有利ではない。
のメチルシランと塩素とのモル比は2.0:1.0よりも
大きく、特に6.0:1.0〜31.0:1.0の範囲内に
あるのが有利である。
る式(II)のメチルシランの質量に対して少なくとも
0.2質量%の量で使用するのが有利である。特に、塩
化水素を、常圧及び最大40℃で塩化水素で飽和された
メチルシランの形で使用するのが有利である。
(II)のメチルシランの沸点を5〜15℃下回ってい
る温度及び大気圧、即ち約900〜1500hPaの圧
力で実施するのが有利である。しかしながら、本発明の
方法は、より高い又はより低い圧力で実施することもで
きる。
nm、特に有利に300〜400nmの波長領域で照射
が実施される。この際に、放射線源としては、従来メチ
ルシランの光塩素化の際にも使用されている全てのラン
プが使用でき、この際、この放射線源は、反応器の内部
又は外部に存在することができる。
を得るために使用することのできるランプの例は、UV
A-発光体ランプ並びに360〜370nmの有利な波
長を有する水銀-中圧放射線発生器である。
クロロメチルシランの大工業的製造用の装置中で使用可
能であるような有利に15アインシュタイン/hm2の
線密度を有する。
続的にも実施することができ、この際、連続的方法が特
に有利であり、次に、これを詳細に記載する。
のために使用されている全てのタイプの反応器中で、例
えば管形反応器(Rohrreaktor)、ループ管形反応器(Sch
leifenrohrreaktor)及び撹拌容器中で実施することがで
きる。使用反応器は、管形反応器及びループ管形反応器
が有利であり、この際、管形反応器が特に有利に使用さ
れる。選択されるタイプの反応器に依存して、塩素化さ
れた反応生成物を場合により光反応器中に戻すことがで
きる。例えば、ループ管形反応器の場合には、塩素化さ
れた反応生成物を完全に戻すことが可能であるが、管形
反応器の場合には、塩素化された反応生成物を戻さない
のが有利である。
は式(I)のクロロメチルシラン最大35質量%、特に
好ましくは式(I)のクロロメチルシラン5〜15質量
%を含有するように実施するのが有利である。
ルシランを、個々に予め混合することなく反応器に導入
し、放射線に露呈させるのが有利である。塩化水素を個
々にに反応器に導入するか又は出発物質である式(I
I)のメチルシランと共に任意に予め混合する。従っ
て、塩化水素と塩素化すべき式(II)のメチルシラン
とを予め混合するか又は粗生成物の後処理からの塩化水
素を含有するリサイクリング-メチルシランを使用する
か又は塩化水素を含有する反応混合物を使用することが
できる。
素の並流での光反応器中への導入が、特に、塩素化され
た反応生成物の不存在下に又は反応混合物の排除下(純
粋な出発物質のみの使用)で有利である。
I)のメチルシランの沸点より下で、形成される塩化水
素が反応混合物中のその溶解度に応じてできるだけ完全
に既に反応器中で脱ガスされるように実施するのが有利
である。反応温度は、塩素化すべきメチルシランの過剰
を用いて沸点を明らかに下回る温度に制御されるのが有
利である。残留塩化水素は、過剰の塩素化すべき式(I
I)のメチルシランと一緒に反応混合物の蒸留の際に除
去される。
の管形反応器中でUV-放射体での照射下に、下からガ
ス状又は液状であってよい塩素並びにガス状の塩化水素
を一定の速度で、かつ、塩素化すべき式(II)のメチ
ルシランを過剰に、反応混合物の温度が塩素化すべきメ
チルシランの沸点よりも下に留まるような速度で導入
し、この際、UV-放射体は、管形反応器の外又は内部
に存在し、この管形反応器は冷却されていない。この管
形反応器を出る気-液-混合物を、次いで、滞留容器又は
サイクロン中で液状成分とガス状成分に分離するのが有
利である。
(I)の塩素化されたメチルクロロシラン(y=1及び
a=1)、未反応の式(II)のシラン、高塩素化され
た生成物並びに反応混合物中のその溶解度に相応する塩
化水素から成る液状反応混合物は、自体公知の分離法
に、例えば塔による蒸留に供することができ、こうし
て、この方法で所望の生成物が非常に純粋な形で生じ
る。未反応の式(II)のメチルシランは、滞留容器又
はサイクロン中で分離除去されなかった塩化水素と一緒
に管形反応器中に戻すことができる。
れる場合には、滞留容器からの液状の脱ガスされた反応
混合物を冷却し、かつ部分的に管形反応器中に戻すのが
有利である。
水素は、有利に他の使用のために供される。
の管状の水銀-中圧放射線源が石英-保護管及びホウケイ
酸塩ガラス(例えばDuran(R))製のカバー管(Ueber
rohr)と共に同心的に金属外管中に組み込まれていて、
下から出発物質並びに塩化水素が流入及び大量注入され
て作動されることを特徴とする反応器を使用するのが特
に有利である。本発明の方法の実施の際に、UV-放射
体のガラス面の所で生じる塩化水素が有利にガス状で離
れ、引き続き、付加的に流入する出発物質の薄層状境界
層を減少させ、これによりUV-放射体の利用可能な線
密度が高まる。
始させる電磁放射線の作用下にクロロメチル基を有する
シランを製造するための装置であり、これは、管状の水
銀-中圧放射線源が石英-保護管及びホウケイ酸塩ガラス
(例えばDuran(R))製のカバー管と共に同心的に金
属外管中に存在し、下から出発物質及び塩化水素が流入
及び大量注入されて作動されることを特徴とする。
ンの例は、次のものである:(ClCH2)CH3Si
Cl2、(ClCH2)(CH3)2SiCl、(Cl
CH2)SiCl3、(ClCH2)(CH3)3S
i、(ClCH2)2CH3SiCl及び(Cl2C
H)(CH3)2SiCl。
応器の高い作業安全性を有して実施することができる利
点を有する。
に反応混合物の蒸留後処理の際の反応熱の利用により、
エネルギー節約の利点をも有する。
しない利点を有する。
ン基を有するシランを高い変換率で製造することができ
る利点を有し、これは大工業的規模でのクロロメチルシ
ランの経済的製造を可能とする。
り、簡単な方式及び方法で作動することができる利点を
有する。
業安定性を提供し、エネルギーの多い放射線に対する特
別な保護手段を必要としない利点を有する。
気圧、即ち約1000hPa及び室温、即ち約23℃
で、又は付加的な加熱又は冷却なしに室温で反応成分を
一緒にする際に生じる温度で実施する。更に、「部」及
び「%」の全ての記載は、他に記載のない限り、「質量
部」及び「質量%」である。
リクロロシラン720gを装入する。メチルトリクロロ
シラン中に塩化水素35gを40g/hの速度で吹き込
む。
ら40ワット出力及び315〜400nmの波長領域の
UV-放射体(”Osram Eversun"なる商品名で入手しう
るUVA-発光体ランプ)を用いて照射する。同時に、
ガス状塩素30gを44g/hの速度で、露光区域の下
端部中に吹き込む。
部中に連続的に塩素44g/h及びメチルトリクロロシ
ラン(20℃)1200g/hを配量する。
は、後続の滞留容器中で分離し:ガス状塩化水素は塔頂
部から逃出し、液状反応ガス混合物は高サイホン(Hoch
siphon)を介して取り出され、蒸留精製される。
された液状反応混合物を20℃まで冷却させる。
ロロシランのほかにクロロメチルトリクロロシラン5.
0%並びにジクロロメチルトリクロロシラン1.2%及
びトリクロロメチルトリクロロシラン0.7%を含有す
る。
の製造 内部中心に組み込まれた、4kW出力及び有利な366
nmの波長の水銀-中圧放射線発生器(長さ=1450
mm、直径=150mm)を有するVA-鋼製の垂直管
形反応器(長さ=1850mm、直径=200mm)中
に、下から、連続的に液体塩素110kg/h、ジメチ
ルジクロロシラン(30〜33℃)4.0m3/h並びに
ガス状塩化水素1.0m3/hの流れを導入する。
混合物(57℃)をサイクロン中で分離させる:塩化水
素はガス状で塔頂部から逃出し、缶出物からの液状粗生
成物を、個々の成分への連続的蒸留分離に供する。この
サイクロンからの粗生成物は、ジメチルジクロロシラン
のほかにクロロメチルメチルジクロロシラン8.6%並
びにジクロロメチルメチルジクロロシラン0.7%を含
有する。
ったジメチルジクロロシランが蒸留塔の塔頂部から取り
出され、改めて管形反応器に供給される。リサイクリン
グ-ジメチルジクロロシランの使用により、管形反応器
中へのガス状塩化水素の配量が調節される。
に新鮮ジメチルジクロロシラン約210kg/hを補充
して4m3/hまでにする。
れはジメチルジクルロシランの沸点に相当する。缶温度
は、定常状態で130℃である。
-CMM1)は、次の組成を有する:クロロメチルメチ
ルジクロロシラン91.6%、ジメチルジクロロシラン
0.1%、ジクロロメチルメチルジクロロシラン7.1
%、高沸点副産物1.2%。
る。従って、使用された塩素に対する精製-生成物の総
収率は96.6%である。粗製-CMM1を1つの塔を介
して蒸留精製する。クロロメチルメチルジクロロシラン
が主留分として99.0%を上回る純度で得られる。
の製造 製造は例2と同様に行う。組み込まれた水銀-中圧放射
線発生器を有する管形反応器(これは例2に詳細に記載
されている)中に、下から、連続的に液体塩素110k
g/l、トリメチルクロロシラン(30℃)5.0m3/
h並びにガス状塩化水素1.0m3/hを導入する。蒸留
からのリサイクリング-トリメチルクロロシランの使用
により塩化水素の供給は終了される。蒸留の際に生じる
リサイクリング-トリメチルクロロシランに新鮮トリメ
チルクロロシラン約190kg/hを補充して5.0m3
/hまでにする。
ロンからの粗生成物は、トリメチルクロロシランのほか
にクロロメチルジメチルクロロシラン10.2%並びに
高塩素化シラン0.7%を含有している。
(粗製-CMM2)は次の組成を有する:クロロメチル
ジメチルクロロシラン95.5%、トリメチルクロロシ
ラン0.1%、ジクルロメチルジメチルクロロシラン2.
7%、高沸点副産物1.7%。
る。従って、使用された塩素に対する精製生成物の総収
率は、94.6%である。粗製-CMM2を一つの塔で蒸
留精製する。クロロメチルジメチルクロロシランが主留
分として99.0%を上回る純度で得られる。
の製造 内容2.5リットルを有するループ管形反応器にトリメ
チルクロロシラン2.0kgを装入する。トリメチルク
ロロシラン中に塩化水素35gを40g/hの速度で吹
き込む。
ら40W出力及び315〜400nmの波長領域のUV
-放射体(市場で、”Osram Eversun" なる商品名で入手
されるUVA-発光体ランプ)を用いて照射する。
クロロシラン2.0kgに対して)を、88g/hの速度
で、露光区域の下端部中に吹き込み、この際、xは第1
表中に記載の意味を有する。
端部中に連続的に、塩素xモル%/h及びトリメチルク
ロロシラン(20℃)625g/hを配量する。
は、後続の滞留容器中で分離し:ガス状塩化水素は塔頂
部から逃出し、液状反応混合物は高サイホンを介して取
り出され、蒸留精製される。クロロメチルジメチルクロ
ロシランのほかにジクロロメチルジメチルクロロシラン
及びビス(クロロメチル)メチルクロロシランが少なく
とも98%又は96%の純度で得られる。
れた液状反応混合物を20℃まで冷却させる。
の製造 内容27リットルを有するループ管形反応器にトリメチ
ルクロロシラン23kgを装入する。トリメチルクロロ
シラン中に塩化水素1.5kgを2kg/hの速度で吹き
込む。
ら120W出力及び315〜400nmのUV-放射体
(市場で、”Osram Eversun" なる商品名で入手される
UVA-発光体ランプ)を用いて照射する。同時に、ガ
ス状塩素3.75kgを18kg/hの速度で露光区域の
下端部中に吹き込む。
下端部中に連続的に塩素18kg/h及びトリメチルク
ロロシラン(-10℃)103kg/hを配量する。
露光区域から出る気-液-混合物は、後続の滞留容器中で
分離し:ガス状塩化水素は塔頂部から逃出し、液状反応
混合物は高サイホンを介して取り出され、蒸留精製され
る。
れた液状反応混合物を20℃まで冷却する。
は、未反応のトリメチルクロロシランのほかにクロロメ
チルジメチルクロロシラン23.9%並びにジクロロメ
チルジメチルクロロシラン3.3%及び高塩素化シラン
2.7%を含有する。
は非連続的分別蒸留により行う。初留分として生じる未
反応のトリメチルクロロシランは、更なる精製なしに再
び塩素化時に使用される。クロロメチルジメチルクロロ
シランは、主留分として99.0質量%を上回る純度で
得られる。
3)の製造 内容1リットルを有するループ管形反応器にテトラメチ
ルシラン630gを装入する。テトラメチルシラン中に
塩化水素30gを40g/hの速度で吹き込む。
ら、18ワット出力及び400〜800nmの波長領域
を有するUV-放射体(市場で、”Osram Eversun" なる
商品名で入手されるUVA-発光体ランプ)を用いて照
射する。同時に、ガス状塩素86gを34g/hの速度
で露光区域の下端部中に吹き込む。塩素86gの導入の
後に、露光区域の下端部中に、連続的に塩素34g/h
及び予備冷却されたテトラメチルシラン(-10℃)2
50g/hを配量する。
る。露光区域から出てくる気-液-混合物は、後続の滞留
容器中で分離し、液状反応混合物は塔頂部から逃出し、
液状反応混合物は、高サイホンを介して取り出され、蒸
留精製される。
れた液状反応混合物を-10℃まで冷却させる。
は、未反応のテトラメチルシランのほかにクロロメチル
トリメチルシラン7.2%及び高塩素化シラン2.2%を
含有する。
は非連続的分別蒸留により行なう。初留分として生じる
未反応のテトラメチルシランは、更なる精製なしで、再
び塩素化時に使用される。
Claims (7)
- 【請求項1】 式: (ClyCH3−y)a(CH3)bSiCl4−a−b (I) [式中、yは1、2又は3であり、aは1、2、3又は
4であり、bは0、1、2又は3である、但し、a+b
の合計は1、2、3又は4である]のクロロメチル基を
有するシランを製造する方法において、式: (CH3)a+bSiCl4−(a+b) (II) のメチルシランと塩素とを、使用される式(II)のメ
チルシランの質量に対して少なくとも0.1質量%の量
の塩化水素の存在下に、塩素化を開始させる電磁放射線
の作用下に反応させ、この際、塩素を式(II)のメチ
ルシランに対して化学量論的量よりも下回って使用し、
反応を、式(II)のメチルシランの沸点を下回る温度
で行わせることを特徴とする、クロロメチル基を有する
シランを製造する方法。 - 【請求項2】 塩化水素を、使用される式(II)のメ
チルシランの質量に対して少なくとも0.2質量%の量
で使用する、請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 使用される式(II)のメチルシランと
塩素とのモル比は、2.0:1.0よりも大きい、請求項
1又は2に記載の方法。 - 【請求項4】 塩素化すべき式(II)のメチルシラン
の沸点よりも5〜15℃下回る温度及び環境圧、即ち約
900〜1500hPaの圧力で実施する、請求項1か
ら3までのいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項5】 連続的に実施する、請求項1から4まで
のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項6】 垂直な管形反応器中で、UV-線での照
射下に、下からガス状又は液状であってよい塩素及び一
定速度のガス状塩化水素及び過剰の塩素化すべき式(I
I)のメチルシランを、この反応混合物の温度が塩素化
すべきメチルシランの沸点よりも下に留まるような速度
で導入し、この際、UV-放射体が反応管の外又は中に
存在し、かつ管形反応器は冷却されていないことを特徴
とする、請求項1から5までのいずれか1項に記載の方
法。 - 【請求項7】 塩素化を開始させる電磁放射線の作用下
にクロロメチル基を有するシランを製造する装置におい
て、管状の水銀-中圧放射線源が、石英-保護管及びホウ
ケイ酸ガラス製のカバー管と共に同心的に金属外管中に
存在し、下から出発物質及び塩化水素が流入及び大量注
入されて作動されることを特徴とする、クロロメチル基
を有するシランを製造する装置。
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