JP2011521006A - 直線状や環状トリシラアルカンの製造方法 - Google Patents

直線状や環状トリシラアルカンの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、ポリカルボシランやシリコンカーバイド前駆物質の製造に有用な物質の直線状や環状トリシラアルカンの製造方法に関する。
【解決手段】本発明によると、4次有機ホスホニウム塩化合物を触媒として用いてSi-H結合を有するビスクロロシリルメタンを単独で、又は、有機塩化物と共に反応させて直線状や環状トリシラアルカンと有機トリクロロシラン誘導体を高収率で同時に合成することができ、又、触媒の使用後に回収が可能であり、非常に経済的であるので、有機無機ハイブリッド物質の前駆物質の大量生産に効果的である。
【選択図】なし

Description

本発明は、直線状や環状トリシラアルカン(Linear and cyclic trisilaalkanes)の製造方法に関し、特に4次有機ホスホニウム塩化合物を触媒として用いてSi-H結合を有するビスクロロシリルメタンを単独で反応させることにより、環状および直線状トリシラアルカンを得ることができ、又は、有機塩化物と共に反応させることにより、有機トリクロロシラン誘導体を同時に製造できる方法に関する。
近年、本発明者らは、テトラアルキルホスホニウムクロリド化合物を触媒として用いてC-Cl結合を有するアルキルクロリドとSi-H結合を有するトリクロロシラン(HSiCl)を反応させてアルキルクロリドから塩素を、トリクロロシランから水素を取り出して塩化水素を作って除去し、ケイ素と炭素結合(Si-C)を形成させて様々な有機ケイ素化合物を合成する方法を報告した(Y. S. Cho;S-H. Kang;J. S. Han;B. R. Yoo;Il Nam Jung;J. Am. Chem. Soc.、123、2001、5583;I. N. Jung et al,U.S. Pat. No. 6,392,077)。この脱塩化水素反応は、ケイ素と炭素との結合を形成させる新しい方法であって、様々な新しい有機ケイ素化合物の合成に非常に有用なものである。
前記アルキルクロリドのような有機塩化物は、ベンジルクロリドやアリルクロリドのように活性の大きい炭素に塩素が結合されたアルキルクロリドだけでなく、活性の大きくないアルキルクロリド、環状アルキルクロリド、および3次アルキルクロリドを反応させても高い収率で有機ケイ素塩化物を合成することができる。また、前記トリクロロシラン(HSiCl)の代わりにメチルジクロロシラン(MeHSiCl)を用いても収率は劣るものの、ケイ素と炭素結合(Si-C)を形成させる反応を起こすことで知られている。
尚、テトラアルキルホスホニウムクロリド化合物触媒を用い、アルキルクロリドの代りに炭素と炭素との二重結合を有するアルケンに適用すると、二重結合の両側の炭素にトリクロロシリル基が含まれる二重ケイ素化反応が起きると報告されているため、これは、前記反応の反応経路がトリクロロシラン(HSiCl)から塩化水素を除去して生成されるジクロロシリレン(:SiCl)の中間体が炭素と炭素との二重結合に付加されるためであることで知られている。
一方、本発明者らは、クロロメチル基を有した様々な有機化合物を塩化水素と混合して金属ケイ素と反応させると、Si-H結合を有しながら1つの炭素に2つのシランが置換されたビスシリルメタンが得られることを知った。また、炭素と塩素の結合を2つ有しているメチレンクロリドと塩化水素を混合し銅触媒を用いてケイ素と反応させると、ビス(ジクロロシリル)メタンと(ジクロロシリル)(トリクロロシリル)メタンが得られる。
一方、従来、1,3-ジシラシクロブタンのような環状有機ケイ素化合物の製造は、ジクロロシラシクロブタンを690℃の高い温度で熱分解させると、中間体のジクロロシラン(CH=SiCl)が生成され、これが二重化(dimerization)されて1,1,3,3-テトラクロロ-1,3-ジシラシクロブタンが生成されると報告されている(N. Auner and J. Grobe,J. Organometal.Chem. 1980、188、151;200、129)。しかしながら、原料のジクロロシラシクロブタンを製造するためにはクリニャール法を用いなければならなく、一般的にこのような高い温度で熱分解させる反応は収率が良くない。
又、メチレンクロリドを直接法で金属ケイ素と反応させると、1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサンが副産物として得られると報告されている。しかしながら、メチレンクロリドと金属ケイ素との反応は、300℃の高い反応温度でメチレンクロリドが分解されて生成された炭素によって金属ケイ素と銅触媒の活性が急激に低下するという問題点と、メチレンクロリドと金属ケイ素とが反応して生成される高分子のカルボシランによる反応物質の活性低下により活用されていない。
本発明者らは、ポリカルボシランや有機無機ハイブリッド物質の製造に有用な前駆物質の直線状や環状トリシラアルカンを高効率で製造し、従来技術の問題点を解決するために本発明を完成するに至った。
そのため、本発明によると、4次有機ホスホニウム塩化合物を触媒として用いてSi-H結合を有するビスクロロシリルメタンを単独で反応させることにより、直線状や環状トリシラアルカンを製造することができる。また、前記反応時にさらに有機塩化物を添加すると有機トリクロロシラン誘導体も同時に製造することが可能となった。
したがって本発明の目的は、直線状および環状トリシラアルカン化合物の製造方法を提供することにある。
本発明は、4次有機ホスホニウム塩化合物を触媒として用いてSi-H結合を有するビスクロロシリルメタンを単独で、若しくは、有機塩化物と共に反応させてポリカルボシランや有機無機ハイブリッド物質の製造に有用な前駆物質の環状や線状トリシラアルカンを新しい合成方法により高収率で同時に合成することができる。また、触媒の使用後に回収が可能であり、非常に経済的であるので、有機無機ハイブリッド物質の前駆物質の大量生産に効果的である。
上記のような目的を達成するために、本発明は、4次有機ホスホニウム塩触媒下で次の一般式(1)で表されるSi-H結合を有するビスクロロシリルメタンを単独で反応させることにより、一般式(2)で表される環状や一般式(3)で表される直線状トリシラアルカンを製造することを特徴とする。
Figure 2011521006
式中、Rは水素、ハロゲン原子又はアルキル基である。
Figure 2011521006
Figure 2011521006
式中、mは0又は1である。
以下、本発明をより詳しく説明する。
本発明に係る環状や直線状トリシラアルカンは、それぞれ前記一般式(2)と(3)で表され、前記一般式(1)で表されるビスクロロシリルメタンを4次有機ホスホニウム塩化合物触媒の存在下で反応させることにより得ることができる。
前記一般式(1)で表されるビスクロロシリルメタン化合物の具体的な例としては、(ジクロロシリルメチル)ジクロロシラン、(トリクロロシリルメチル)ジクロロシラン、(クロロメチル)メチルジクロロシランおよび(メチルジクロロシリルメチル)ジクロロシランからなる群より選ばれる1種以上である。前記ビスクロロシリルメタンはSi-H結合を有し、2つ以上のクロロシリル基を有するものであって、これを単独で反応させることにより前記環状や直線状トリシラアルカンを製造することができる。
本発明の環状や直線状トリシラアルカンの製造に用いられる触媒の4次有機ホスホニウム塩は次の一般式(4a)又は(4b)で表することができる。
Figure 2011521006
Figure 2011521006
式(4a)と(4b)中、Xはハロゲン原子を示し、Rはそれぞれ互いに同じでも異なっていてもよく、C〜C12のアルキル基又は-(CH)-C(ここで、nは0又は1〜6)を示し、2つのRが互いに共有結合して4原子又は8原子環を形成でき、YはC〜C12のアルキレン基を示す。
前記4次有機ホスホニウム塩触媒は、前記一般式(1)で表されるSi-H結合を有するビスクロロシリルメタン1モルに対し0.05〜0.5モルを用いることが望ましい。
又、本発明に係る4次有機ホスホニウム塩触媒は、前記一般式(4a)又は(4b)で表される4次有機ホスホニウム塩化合物を直接用いたり、又はシリコンレジン、シリカ、無機錯体、および有機高分子からなる群より選ばれる1種以上の担体に固定化して用いることもできる。例えば、シリコンレジンの場合は、(ClBu(CH)-SiO3/2)の構造のようにシリコンレジンに触媒活性を有するホスホニウム塩を含む構造を持ち、前記他の担体の場合も類似の構造で高分子の担体に触媒活性を有するホスホニウム塩が固定化された構造を持つ。
前記触媒を様々な担体に固定化させる技術は、特に限定されなく、通常の触媒固定化方法に従い、その詳細な説明は省略する。
又、本発明に係る前記反応は10〜250℃の温度範囲で行われることが望ましい。又、前記反応は反応溶媒が存在しない状態で反応させることが望ましいが、必要に応じて選択的にベンゼン、トルエン、およびキシレンからなる群より選ばれる1種以上の芳香族炭化水素溶媒の存在下で行うこともできる。
上述のように一般式(1)で表されるSi-H結合を有するビスクロロシリルメタンを触媒存在下で単独で反応させると、前記一般式(2)で表される環状トリシラアルカンと前記一般式(3)で表される直線状トリシラアルカンとを同時に得ることができる。
一方、前記反応時に選択的に次の一般式(5)で表される有機塩化物を共に反応させると、前記一般式(2)で表される環状トリシラアルカンと、一般式(3)で表される直線状のトリシラアルカンの他にも、次の一般式(6)で表される有機トリクロロシラン誘導体を同時に得ることができる。
Figure 2011521006
式中、Rは、ハロゲン元素;炭素数1〜6の直線状又は環状アルキル基;-SiCl、-SiMeCl、-SiHCl、-SiMeClおよび-SiMeからなる群より選ばれるシラン誘導体の残基;不飽和結合を含有する炭素数2〜5のアルケン基;-Ar(R')qで表される芳香族基(ここで、Arは炭素数6〜14の芳香族炭化水素、R'は炭素数1〜4のアルキル基、ハロゲン、アルコキシ、又はビニル基であり、qは0〜5の整数である。);-(CH)pClで表される塩化アルキル基(ここで、pは1〜9の整数である。);又は-Ar(CH)Clで表される塩化メチル芳香族基(ここで、Arは炭素数6〜14の芳香族炭化水素である。)の中から選ばれるものであり、Rは、水素原子;ハロゲン原子;炭素数1〜6の直線状又は環状アルキル基;又は-Ar(R')qで表される芳香族基(ここで、Arは炭素数6〜14の芳香族炭化水素、R'は炭素数1〜4のアルキル基、ハロゲン、アルコキシ、又はビニル基であり、qは0〜5の整数である。)の中から選ばれるものである。
前記一般式(5)で表される有機塩化物としては、脂肪族と芳香族有機基が置換された1次あるいは2次アルキルクロリドやシリル基が置換されたメチルクロリドなどが挙げられるが、これに限定されるものではない。
Figure 2011521006
式中、Rは、水素原子;炭素数1〜6の直線状又は環状アルキル基;又は-Ar(R')qで表される芳香族基(ここで、Arは炭素数6〜14の芳香族炭化水素、R'は炭素数1〜4のアルキル基、ハロゲン、アルコキシ、又はビニル基であり、qは0〜5の整数である。)の中から選ばれるものであり、Rは、炭素数1〜6の直線状又は環状アルキル基;-SiCl、-SiMeCl、-SiHCl、-SiMeClおよび-SiMeからなる群より選ばれるシラン誘導体残基;不飽和結合を含有する炭素数2〜5のアルケン基;-Ar(R')qで表される芳香族基(ここで、Arは炭素数6〜14の芳香族炭化水素、R'は炭素数1〜4のアルキル基、ハロゲン、アルコキシ、又はビニル基、qは0〜5の整数である。);および前記一般式(5)のRが-(CH)pCl、-Ar(CH)Clの場合、前記一般式(6)のRはそれぞれ-(CH)pSiCl、-Ar(CH)SiClである。
前記一般式(1)で表されるSi-H結合を有し、2つ以上のクロロシリル基を有するビスクロロシリルメタンを4次有機ホスホニウム塩化合物を触媒として用いて反応させると、前記一般式(2)で表される環状トリシラアルカンや、前記一般式(3)で表される直線状トリシラアルカンが得られ、この反応でさらに一般式(5)で表されるC-Cl結合を有する有機塩化物と共に反応させると、環状や直線状トリシラアルカンの他に前記一般式(6)で表される有機トリクロロシラン誘導体を同時に合成することができる。
この反応で前記一般式(6)で表される有機トリクロロシラン誘導体は、前記一般式(1)で表されるビスクロロシリルメタンが分解されて出たトリクロロシランがアルキルクロリドと反応して生成されたものである。
すなわち、ビスクロロシリルメタンが分解されてトリクロロシランを生成し、その他はジクロロシラン(CH=SiCl)を生成させる。このジクロロシランは非常に反応性の高い中間体であるので、アルコール、アミン、トリメチルメトキシシランのような求核反応を起こす化合物があればこれらと容易に反応し、前記求核反応物質がなければ二重化(dimerization)して1,1,3,3-テトラクロロ-1,3-ジシラシクロブタンを形成する。
しかしながら、本発明ではビスクロロシリルメタンが分解されて生成されたジクロロシランの二重化生成物の1,3-ジシラシクロブタンは得られなかったが、直線状や環状トリシラアルカンが生成された。
これは、1,3-ジシラシクロブタンが、次の反応式(1)のように反応条件で他の1モルのジクロロシラン(CH=SiCl)がさらに付加されて環状三重体の1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサンを形成するか、あるいはトリクロロシランとの開環反応により直線状1,3,5-トリシラペンタンを形成すると推定される。
[反応式1]
Figure 2011521006
一方、本発明では、前記一般式(5)で表される有機塩化物は、前記一般式(1)で表されるSi-H結合を有するビスクロロシリルメタン1モルに対し0.5〜8モルの範囲で反応させることが望ましい。
本発明で4次有機ホスホニウム塩化合物触媒を用いて前記一般式(1)で表されるビスクロロシリルメタンを単独で反応させても直線状や環状有機シラン化合物を得ることができるが、反応で副産されるトリクロロシランが環状有機シラン化合物の 開環反応を起こし、環状有機シラン化合物の収率は低くなった。
これにより、トリクロロシランと反応する前記一般式(5)で表される有機塩化物を共に反応させると、直線状トリシラペンタンの形成を抑制させ、高収率の環状有機シラン化合物を得ることができる。
次の実施例により本発明をより詳しく説明するが、本発明の範囲がこれらの実施例により限定されるものではない。
(実施例)
〈実施例1:(トリクロロシリルメチル)ジクロロシランの反応(触媒:テトラブチルホスホニウムクロリド)〉
オーブンで乾燥した25mlのステンレススチール管からなる反応槽を、乾燥した窒素気体下で冷却させた後に12.4g(0.050mol)の(トリクロロシリルメチル)ジクロロシラン、1.5g(0.005mol)のテトラブチルホスホニウムクロリドを入れた。反応槽の入口を栓で密封し、180℃で3時間反応させた後、気体クロマトグラフィーにより出発物質の消耗と生成物が確認でき、反応物の減圧蒸留により2.8g(収率49.6%)の1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサン、1.4g(収率14.1%)の1,1,1,3,3,5,5,5-オクタクロロ-1,3,5-トリシラペンタンを得ることができた。
得られた生成物は、300MHzの水素核磁気共鳴分析の結果、1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサンは、δ1.46ppm(s、6H)でSi-CH-Siのピークを確認した。1,1,1,3,3,5,5,5-オクタクロロ-1,3,5-トリシラペンタンは、δ1.71ppm(s、4H)でSi-CH-Cのピークを確認した。
〈実施例2:(トリクロロシリルメチル)ジクロロシランの反応(触媒:テトラエチルホスホニウムクロリド)〉
前記実施例1のような方法で、25mlのステンレススチール管に12.4g(0.050mol)の(トリクロロシリルメチル)ジクロロシラン、0.9g(0.005mol)のテトラエチルホスホニウムクロリドを入れて180℃で3時間反応させ、反応物の減圧蒸留により2.5g(収率44.2%)の1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサン、1.1g(収率11.1%)の1,1,1,3,3,5,5,5-オクタクロロ-1,3,5-トリシラペンタンを得ることができた。
得られた生成物は、300MHzの水素核磁気共鳴分析の結果、1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサンは、δ1.46ppm(s、6H)でSi-CH-Siのピークを確認した。1,1,1,3,3,5,5,5-オクタクロロ-1,3,5-トリシラペンタンは、δ1.71ppm(s、4H)でSi-CH-Cのピークを確認した。
〈実施例3:ベンジルクロリドと(トリクロロシリルメチル)ジクロロシランとの反応(触媒:テトラブチルホスホニウムクロリド)〉
前記実施例1のような方法で、25mlのステンレススチール管に3.8g(0.030mol)のベンジルクロリド、7.5g(0.030mol)の(トリクロロシリルメチル)ジクロロシランと0.9g(0.003mol)のテトラブチルホスホニウムクロリドを入れて130℃で2時間反応させ、反応物の減圧蒸留により1.2g(収率35.4%)の1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサン、0.9g(収率15.2%)の1,1,1,3,3,5,5,5-オクタクロロ-1,3,5-トリシラペンタンと0.7g(収率10.3%)のベンジルトリクロロシランを得ることができた。
得られた生成物は、300MHzの水素核磁気共鳴分析の結果、ベンジルトリクロロシランは、δ2.92ppm(s、2H)でSi-CH-C、δ7.31ppm(m、5H)でAr-Hのピークを確認した。1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサンは、δ1.46ppm(s、6H)でSi-CH-Siのピークを確認した。1,1,1,3,3,5,5,5-オクタクロロ-1,3,5-トリシラペンタンは、δ1.71ppm(s、4H)でSi-CH-Cのピークを確認した。
〈実施例4:ベンジルクロリドと(トリクロロシリルメチル)ジクロロシランとの反応(触媒:テトラフェニルホスホニウムクロリドFw374.84)〉
前記実施例1のような方法で、25mlのステンレススチール管に3.8g(0.030mol)のベンジルクロリド、7.5g(0.030mol)の(トリクロロシリルメチル)ジクロロシランと1.1g(0.003mol)のテトラフェニルホスホニウムクロリドを入れて180℃で6時間反応させ、反応物の減圧蒸留により1.3g(収率38.3%)の1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサン、1.0g(収率16.8%)の1,1,1,3,3,5,5,5-オクタクロロ-1,3,5-トリシラペンタンと0.7g(収率10.3%)のベンジルトリクロロシランを得ることができた。
得られた生成物は、300MHzの水素核磁気共鳴分析の結果、ベンジルトリクロロシランは、δ2.92ppm(s、2H)でSi-CH-C、δ7.31ppm(m、5H)でAr-Hのピークを確認した。1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサンは、δ1.46ppm(s、6H)でSi-CH-Siのピークを確認した。1,1,1,3,3,5,5,5-オクタクロロ-1,3,5-トリシラペンタンは、δ1.71ppm(s、4H)でSi-CH-Cのピークを確認した。
〈実施例5:メチレンクロリドと(トリクロロシリルメチル)ジクロロシランとの反応(触媒:テトラブチルホスホニウムクロリド)〉
前記実施例1のような方法で、25mlのステンレススチール管に2.2g(0.026mol)のメチレンクロリド、12.4g(0.050mol)の(トリクロロシリルメチル)ジクロロシランと1.5g(0.005mol)のテトラブチルホスホニウムクロリドを入れて180℃で2時間反応させ、反応物の減圧蒸留により3.7g(収率65.5%)の1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサン、1.4g(収率14.1%)の1,1,1,3,3,5,5,5-オクタクロロ-1,3,5-トリシラペンタンと3.3g(収率44.8%)のビス(トリクロロシリル)メタンを得ることができた。
得られた生成物は、300MHzの水素核磁気共鳴分析の結果、ビス(トリクロロシリル)メタンは、δ1.86ppm(s、2H)でSi-CH-Siのピークを確認した。1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサンは、δ1.46ppm(s、6H)でSi-CH-Siのピークを確認した。1,1,1,3,3,5,5,5-オクタクロロ-1,3,5-トリシラペンタンは、δ1.71ppm(s、4H)でSi-CH-Cのピークを確認した。
〈実施例6:メチレンクロリドと(トリクロロシリルメチル)ジクロロシランとの反応(触媒:ベンジルトリフェニルホスホニウムクロリド)〉
前記実施例1のような方法で、25mlのステンレススチール管に2.2g(0.026mol)のメチレンクロリド、12.4g(0.050mol)の(トリクロロシリルメチル)ジクロロシランと1.9g(0.005mol)のベンジルトリフェニルホスホニウムクロリドを入れて180℃で3時間反応させ、反応物の減圧蒸留により3.5g(収率61.9%)の1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサン、1.2g(収率12.1%)の1,1,1,3,3,5,5,5-オクタクロロ-1,3,5-トリシラペンタンと2.8g(収率38.0%)のビス(トリクロロシリル)メタンを得ることができた。
得られた生成物は、300MHzの水素核磁気共鳴分析の結果、ビス(トリクロロシリル)メタンは、δ1.86ppm(s、2H)でSi-CH-Siのピークを確認した。1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサンは、δ1.46ppm(s、6H)でSi-CH-Siのピークを確認した。1,1,1,3,3,5,5,5-オクタクロロ-1,3,5-トリシラペンタンは、δ1.71ppm(s、4H)でSi-CH-Cのピークを確認した。
〈実施例7:(ジクロロシリルメチル)ジクロロシランの反応(触媒:テトラブチルホスホニウムクロリド)〉
実施例1のような方法で、25mlのステンレススチール管に6.8g(0.032mol)の(ジクロロシリルメチル)ジクロロシランと0.9g(0.003mol)のテトラブチルホスホニウムクロリドを入れて180℃で3時間反応させ、反応物の減圧蒸留により1.4g(収率38.7%)の1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサン、0.1g(収率1.6%)の1,1,1,3,3,5,5,5-オクタクロロ-1,3,5-トリシラペンタンを得ることができた。
得られた生成物は、300MHzの水素核磁気共鳴分析の結果、1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサンは、δ1.46ppm(s、6H)でSi-CH-Siのピークを確認した。1,1,1,3,3,5,5,5-オクタクロロ-1,3,5-トリシラペンタンは、δ1.71ppm(s、4H)でSi-CH-Cのピークを確認した。
〈実施例8:(ジクロロシリルメチル)ジクロロシランの反応(触媒:ベンジルトリブチルホスホニウムクロリド)〉
前記実施例1のような方法で、25mlのステンレススチール管に6.8g(0.032mol)の(ジクロロシリルメチル)ジクロロシランと1.0g(0.003mol)のベンジルトリブチルホスホニウムクロリドを入れて180℃で4時間反応させ、反応物の減圧蒸留により1.4g(収率38.7%)の1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサン、0.1g(収率1.6%)の1,1,1,3,3,5,5,5-オクタクロロ-1,3,5-トリシラペンタンを得ることができた。
得られた生成物は、300MHzの水素核磁気共鳴分析の結果、1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサンは、δ1.46ppm(s、6H)でSi-CH-Siのピークを確認した。1,1,1,3,3,5,5,5-オクタクロロ-1,3,5-トリシラペンタンは、δ1.71ppm(s、4H)でSi-CH-Cのピークを確認した。
〈実施例9:ベンジルクロリドと(ジクロロシリルメチル)ジクロロシランとの反応(触媒:テトラブチルホスホニウムクロリド)〉
前記実施例1のような方法で、25mlのステンレススチール管に3.8g(0.030mol)のベンジルクロリド、7.5g(0.035mol)の(ジクロロシリルメチル)ジクロロシランと0.9g(0.003mol)のテトラブチルホスホニウムクロリドを入れて180℃で3時間反応させ、反応物の減圧蒸留により0.9g(収率27.8%)の1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサン、0.3g(収率4.6%)の1,1,1,3,3,5,5,5-オクタクロロ-1,3,5-トリシラペンタンと2.8g(収率41.7%)のベンジルトリクロロシランを得ることができた。
得られた生成物は、300MHzの水素核磁気共鳴分析の結果、ベンジルトリクロロシランはδ2.92ppm(s、2H)でSi-CH-C、δ7.31ppm(m、5H)でAr-Hのピークを確認した。1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサンは、δ1.46ppm(s、6H)でSi-CH-Siのピークを確認した。1,1,1,3,3,5,5,5-オクタクロロ-1,3,5-トリシラペンタンは、δ1.71ppm(s、4H)でSi-CH-Cのピークを確認した。
〈実施例10:ベンジルクロリドと(ジクロロシリルメチル)ジクロロシランとの反応(触媒:3-(トリブチルホスホニウム)プロピル}クロリドをシリコンレジン担体に固定化させた触媒)〉
前記実施例1のような方法で、25mlのステンレススチール管に3.8g(0.030mol)のベンジルクロリド、7.5g(0.035mol)の(ジクロロシリルメチル)ジクロロシランと1.5gのシリコンレジン[(RSiO3/2)n、R={3-(トリブチルホスホニウム)プロピル}クロリド]を入れて180℃で12時間反応させ、反応物の減圧蒸留により0.9g(収率25.5%)の1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサン、0.2g(収率4.0%)の1,1,1,3,3,5,5,5-オクタクロロ-1,3,5-トリシラペンタンと2.7g(収率39.3%)のベンジルトリクロロシランを得ることができた。
得られた生成物は、300MHzの水素核磁気共鳴分析の結果、ベンジルトリクロロシランは、δ2.92ppm(s、2H)でSi-CH-C、δ7.31ppm(m、5H)でAr-Hのピークを確認した。1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサンは、δ1.46ppm(s、6H)でSi-CH-Siのピークを確認した。1,1,1,3,3,5,5,5-オクタクロロ-1,3,5-トリシラペンタンは、δ1.71ppm(s、4H)でSi-CH-Cのピークを確認した。
〈実施例11:メチレンクロリドと(ジクロロシリルメチル)ジクロロシランとの反応(触媒:テトラブチルホスホニウムクロリド)〉
実施例1のような方法で、25mlのステンレススチール管に2.0g(0.024mol)のメチレンクロリド、8.6g(0.040mol)の(ジクロロシリルメチル)ジクロロシランと1.2g(0.004 mol)のテトラブチルホスホニウムクロリドを入れて180℃で2時間反応させ、反応物の減圧蒸留により3.2g(収率70.1%)の1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサン、1.0g(収率13.0%)の1,1,1,3,3,5,5,5-オクタクロロ-1,3,5-トリシラペンタンと2.3g(収率40.6%)のビス(トリクロロシリル)メタンを得ることができた。
得られた生成物は、300MHzの水素核磁気共鳴分析の結果、ビス(トリクロロシリル)メタンは、δ1.86ppm(s、2H)でSi-CH-Siのピークを確認した。1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサンは、δ1.46ppm(s、6H)でSi-CH-Siのピークを確認した。1,1,1,3,3,5,5,5-オクタクロロ-1,3,5-トリシラペンタンは、δ1.71ppm(s、4H)でSi-CH-Cのピークを確認した。
〈実施例12:(メチルジクロロシリルメチル)ジクロロシランの反応(触媒:テトラブチルホスホニウムクロリド)〉
前記実施例1のような方法で、25mlのステンレススチール管に11.4g(0.043mol)の(メチルジクロロシリルメチル)ジクロロシランと1.26g(0.004 mol)のテトラブチルホスホニウムクロリドを入れて180℃で3時間反応させ、反応物の減圧蒸留により1.56g(収率32.0%)の1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサン、0.5g(収率6.0%)の1,1,1,3,3,5,5,5-オクタクロロ-1,3,5-トリシラペンタンを得ることができた。
得られた生成物は、300MHzの水素核磁気共鳴分析の結果、1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサンは、δ1.46ppm(s、6H)でSi-CH-Siのピークを確認した。1,1,1,3,3,5,5,5-オクタクロロ-1,3,5-トリシラペンタンは、δ1.71ppm(s、4H)でSi-CH-Cのピークを確認した。
〈実施例13:1-クロロヘキサンと(トリクロロシリルメチル)ジクロロシランとの反応(触媒:テトラブチルホスホニウムクロリド)〉
前記実施例1のような方法で、25mlのステンレススチール管に3.8g(0.032mol)の1-クロロヘキサン、7.5g(0.030mol)の(トリクロロシリルメチル)ジクロロシランと0.9g(0.003mol)のテトラブチルホスホニウムクロリドを入れて170℃で2時間反応させ、反応物の減圧蒸留により1.8g(収率53.0%)の1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサン、1.0g(収率17.3%)の1,1,1,3,3,5,5,5-オクタクロロ-1,3,5-トリシラペンタンと3.2g(収率48.2%)のn-ヘキシルトリクロロシランを得ることができた。
得られた生成物は、300MHzの水素核磁気共鳴分析の結果、n-ヘキシルトリクロロシランは、δ0.91ppm(m、3H)で-CH-CH、δ1.30-1.45(m、8H)で-(CH)、δ1.61(m、2H)でClSi-CHのピークを確認し、1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサンは、δ1.46ppm(s、6H)でSi-CH-Siのピークを確認した。1,1,1,3,3,5,5,5-オクタクロロ-1,3,5-トリシラペンタンは、δ1.71ppm(s、4H)でSi-CH-Cのピークを確認した。
〈実施例14:(クロロメチル)メチルジクロロシランと(トリクロロシリルメチル)ジクロロシランとの反応(触媒:テトラブチルホスホニウムクロリド)〉
前記実施例1のような方法で、25mlのステンレススチール管に4.9g(0.030mol)の(クロロメチル)メチルジクロロシラン、7.5g(0.030mol)の(トリクロロシリルメチル)ジクロロシランと0.9g(0.003 mol)のテトラブチルホスホニウムクロリドを入れて150℃で2時間反応させ、反応物の減圧蒸留により1.5g(収率45.5%)の1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサン、1.0g(収率16.3%)の1,1,1,3,3,5,5,5-オクタクロロ-1,3,5-トリシラペンタンと2.8g(収率35.4%)の1,1,1,3,3-ペンタクロロ-1,3-ジシラブタンを得ることができた。
得られた生成物は、300MHzの水素核磁気共鳴分析の結果、1,1,1,3,3-ペンタクロロ-1,3-ジシラブタンは、δ0.94ppm(s、3H)でClSi-CH、δ1.58ppm(s、2H)でSi-CHのピークを確認し、1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサンは、δ1.46ppm(s、6H)でSi-CH-Siのピークを確認した。1,1,1,3,3,5,5,5-オクタクロロ-1,3,5-トリシラペンタンは、δ1.71ppm(s、4H)でSi-CH-Cのピークを確認した。
〈実施例15:アリルクロリドと(トリクロロシリルメチル)ジクロロシランとの反応(触媒:テトラブチルホスホニウムクロリド)〉
前記実施例1のような方法で、25mlのステンレススチール管に2.3g(0.030mol)のアリルクロリド、7.5g(0.030mol)の(トリクロロシリルメチル)ジクロロシランと0.9g(0.003 mol)のテトラブチルホスホニウムクロリドを入れて150℃で2時間反応させ、反応物の減圧蒸留により1.8g(収率54.4%)の1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサン、0.7g(収率12.3%)の1,1,1,3,3,5,5,5-オクタクロロ-1,3,5-トリシラペンタンと2.0g(収率38.3%)のアリルトリクロロシランを得ることができた。
得られた生成物は、300MHzの水素核磁気共鳴分析の結果、アリルトリクロロシランは、δ2.36ppm(d、2H)でC-CH-Si、δ5.22ppm(m、2H)でCH=、δ5.80ppm(m、1H)でCH=のピークを確認した。1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサンは、δ1.46ppm(s、6H)でSi-CH-Siのピークを確認した。1,1,1,3,3,5,5,5-オクタクロロ-1,3,5-トリシラペンタンは、δ1.71ppm(s、4H)でSi-CH-Cのピークを確認した。
〈実施例16:4-クロロベンジルクロリドと(トリクロロシリルメチル)ジクロロシランとの反応(触媒:テトラブチルホスホニウムクロリド)〉
前記実施例1のような方法で、25mlのステンレススチール管に5.3g(0.030mol)の4-クロロベンジルクロリド、7.5g(0.030mol)の(トリクロロシリルメチル)ジクロロシランと0.9g(0.003mol)のテトラブチルホスホニウムクロリドを入れて130℃で4時間反応させ、反応物の減圧蒸留により1.8g(収率52.8%)の1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサン、0.7g(収率12.3%)の1,1,1,3,3,5,5,5-オクタクロロ-1,3,5-トリシラペンタンと3.3g(収率42.3%)の(4-クロロベンジル)トリクロロシランを得ることができた。
得られた生成物は、300MHzの水素核磁気共鳴分析の結果、(4-クロロベンジル)トリクロロシランは、δ2.93ppm(s、2H)でC-CH-Si、δ7.37ppm(m、4H)でAr-Hのピークを確認した。1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサンは、δ1.46ppm(s、6H)でSi-CH-Siのピークを確認した。1,1,1,3,3,5,5,5-オクタクロロ-1,3,5-トリシラペンタンは、δ1.71ppm(s、4H)でSi-CH-Cのピークを確認した。
〈実施例17:イソプロピルクロリドと(トリクロロシリルメチル)ジクロロシランとの反応(触媒:テトラブチルホスホニウムクロリド)〉
前記実施例1のような方法で、25mlのステンレススチール管に2.4g(0.030mol)のイソプロピルクロリド、7.5g(0.030mol)の(トリクロロシリルメチル)ジクロロシランと0.9g(0.003mol)のテトラブチルホスホニウムクロリドを入れて180℃で13時間反応させ、反応物の減圧蒸留により1.4g(収率42.4%)の1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサン、1.0g(収率16.3%)の1,1,1,3,3,5,5,5-オクタクロロ-1,3,5-トリシラペンタンと1.8g(収率33.3%)のイソプロピルトリクロロシランを得ることができた。
得られた生成物は、300MHzの水素核磁気共鳴分析結果、イソプロピルトリクロロシランは、δ1.18ppm(d、6h)でCH-(CH)、δ1.52ppm(m、1H)でSi-CH-(CH)のピークを確認した。1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサンは、δ1.46ppm(s、6H)でSi-CH-Siのピークを確認した。1,1,1,3,3,5,5,5-オクタクロロ-1,3,5-トリシラペンタンは、δ1.71ppm(s、4H)でSi-CH-Cのピークを確認した。
〈実施例18:1,3-ジクロロプロパンと(トリクロロシリルメチル)ジクロロシランとの反応(触媒:テトラブチルホスホニウムクロリド)〉
前記実施例1のような方法で、25mlのステンレススチール管に1.7g(0.015mol)の1,3-ジクロロプロパン、7.5g(0.030mol)の(トリクロロシリルメチル)ジクロロシランと0.9g(0.003mol)のテトラブチルホスホニウムクロリドを入れて150℃の10時間反応させ、反応物の減圧蒸留により1.6g(収率47.2%)の1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサン、0.7g(収率11.8%)の1,1,1,3,3,5,5,5-オクタクロロ-1,3,5-トリシラペンタン、2.5g(収率54.2%)のビス(トリクロロシリル)プロパンと0.4g(収率12.2%)の3-(クロロプロピル)トリクロロシランを得ることができた。
得られた生成物は、300MHzの水素核磁気共鳴分析の結果、1.3-ビス(トリクロロシリル)プロパンは、δ1.56ppm(m、4H)でSi-CH-、δ1.92ppm(m、2H)でC-CH-Cのピークを確認した。3-(クロロプロピル)トリクロロシランは、δ1.58ppm(m、2H)でSi-CH、δ2.06ppm(m、2H)でC-CH-C、δ3.61ppm(t、2H)でCHClのピークを確認した。1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサンは、δ1.46ppm(m、4H)でSi-CH-Siのピークを確認した。1,1,1,3,3,5,5,5-オクタクロロ-1,3,5-トリシラペンタンは、δ1.71ppm(s、4H)でSi-CH-Cのピークを確認した。
〈実施例19:4-メトキシベンジルクロリドと(トリクロロシリルメチル)ジクロロシランとの反応(触媒:テトラブチルホスホニウムクロリド)〉
前記実施例1のような方法で、25mlのステンレススチール管に4.7g(0.030mol)の4-メトキシベンジルクロリド、7.5g(0.030mol)の(トリクロロシリルメチル)ジクロロシランと0.9g(0.003mol)のテトラブチルホスホニウムクロリドを入れて150℃で4時間反応させ、反応物の減圧蒸留により1.9g(収率54.7%)の1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサン、0.64g(収率10.8%)の1,1,1,3,3,5,5,5-オクタクロロ-1,3,5-トリシラペンタンと3.3g(収率42.4%)の(4-メトキシベンジル)トリクロロシランを得ることができた。
得られた生成物は、300MHzの水素核磁気共鳴分析の結果、(4-メトキシベンジル)トリクロロシランは、δ2.88ppm(s、2H)でSi-CH-C、δ3.83ppmで-O-CH、δ7.15ppm(d、2H)とδ6.90ppm(d、2H)でAr-Hのピークを確認した。1,1,3,3,5,5-ヘキサクロロ-1,3,5-トリシラシクロヘキサンは、δ1.46ppm(s、6H)でSi-CH-Siのピークを確認した。1,1,1,3,3,5,5,5-オクタクロロ-1,3,5-トリシラペンタンは、δ1.71ppm(s、4H)でSi-CH-Cのピークを確認した。

Claims (9)

  1. 4次有機ホスホニウム塩触媒下で次の一般式(1)で表されるSi-H結合を有するビスクロロシリルメタンを単独で反応させることにより、一般式(2)で表される環状または一般式(3)で表される直線状トリシラアルカンを製造する方法。
    Figure 2011521006
    式中、Rは水素、ハロゲン原子又はアルキル基である。
    Figure 2011521006
    Figure 2011521006
    式中、mは0又は1である。
  2. 前記4次有機ホスホニウム塩触媒は次の一般式(4a)および(4b)で表されることを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
    Figure 2011521006
    Figure 2011521006
    式(4a)と(4b)中、Xはハロゲン原子を示し、Rはそれぞれ互いに同じでも異なっていてもよく、C〜C12のアルキル基又は-(CH)-C(ここで、nは0又は1〜6)を示し、2つのRが互いに共有結合して4原子又は8原子環を形成でき、YはC〜C12のアルキレン基を示す。
  3. 前記4次有機ホスホニウム塩触媒は、シリコンレジン、シリカ、無機錯体、および有機高分子からなる群より選ばれる1種以上の担体上に固定化された構造を持つことを特徴とする請求項1または2に記載の製造方法。
  4. 前記4次有機ホスホニウム塩触媒は、前記一般式(1)で表されるSi-H結合を有するビスクロロシリルメタン1モルに対し0.05〜0.5モルの範囲で含まれることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の製造方法。
  5. 前記反応は10〜250℃の温度範囲で行われることを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の製造方法。
  6. 前記反応は、反応溶媒が存在しない状態、又は芳香族炭化水素溶媒の存在下で行われることを特徴とする請求項1から5の何れか1項に記載の製造方法。
  7. 次の一般式(5)で表される有機塩化物をさらに含むことを特徴とする請求項1から6の何れか1項に記載の製造方法。
    Figure 2011521006
    式中、Rは、ハロゲン元素;炭素数1〜6の直線状又は環状アルキル基;-SiCl、-SiMeCl、-SiHCl、-SiMeClおよび-SiMeからなる群より選ばれるシラン誘導体残基;不飽和結合を含有する炭素数2〜5のアルケン基;-Ar(R')qで表される芳香族基(ここで、Arは炭素数6〜14の芳香族炭化水素、R'は炭素数1〜4のアルキル基、ハロゲン、アルコキシ、又はビニル基であり、qは0〜5の整数である。);-(CH)pClで表される塩化アルキル基(ここで、pは1〜9の整数である。);又は-Ar(CH)Clで表される塩化メチル芳香族基(ここで、Arは炭素数6〜14の芳香族炭化水素である。)の中から選ばれるものであり、
    は、水素原子;ハロゲン原子;炭素数1〜6の直線状又は環状アルキル基;又は-Ar(R')qで表される芳香族基(ここで、Arは炭素数6〜14の芳香族炭化水素、R'は炭素数1〜4のアルキル基、ハロゲン、アルコキシ、又はビニル基であり、qは0〜5の整数である。)の中から選ばれるものである。
  8. 次の一般式(6)で表される有機トリクロロシラン誘導体がさらに得られることを特徴とする請求項7に記載の製造方法。
    Figure 2011521006
    式中、Rは、水素原子;炭素数1〜6の直線状又は環状アルキル基;又は-Ar(R')qで表される芳香族基(ここで、Arは炭素数6〜14の芳香族炭化水素、R'は炭素数1〜4のアルキル基、ハロゲン、アルコキシ、又はビニル基であり、qは0〜5の整数である。)の中から選ばれるものであり、
    は、炭素数1〜6の直線状又は環状アルキル基;-SiCl、-SiMeCl、-SiHCl、-SiMeClおよび-SiMeからなる群より選ばれるシラン誘導体残基;不飽和結合を含有する炭素数2〜5のアルケン基;-Ar(R')qで表される芳香族基(ここで、Arは炭素数6〜14の芳香族炭化水素、R'は炭素数1〜4のアルキル基、ハロゲン、アルコキシ、又はビニル基であり、qは0〜5の整数である。);および前記一般式(5)のRが-(CH)pCl、-Ar(CH)Clの場合、前記一般式(6)のRはそれぞれ-(CH)pSiCl、-Ar(CH)SiClである。
  9. 前記一般式(5)で表される有機塩化物は、前記一般式(1)で表されるSi-H結合を有するビスクロロシリルメタン1モルに対し0.5〜8モルの範囲で反応させることを特徴とする請求項7または8に記載の製造方法。
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