JP2024050246A - Method for treating trialkylaluminum-containing residue - Google Patents
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Abstract
【課題】トリアルキルアルミニウムの生成反応における、トリアルキルアルミニウムの蒸留回収後に発生する残渣の処理方法の提供。【解決手段】本発明は、トリアルキルアルミニウムの製造方法において発生したトリアルキルアルミニウム含有残渣を安全に取り扱えるようにする処理方法であって、前記残渣を減圧蒸留に付し、含有するトリアルキルアルミニウムを留去する工程を含む方法を提供する。【選択図】なし[Problem] To provide a method for treating residues generated after the distillation and recovery of trialkylaluminum in the reaction for producing trialkylaluminum. [Solution] The present invention provides a method for treating trialkylaluminum-containing residues generated in the production process of trialkylaluminum, which allows them to be safely handled, and includes a step of subjecting the residue to reduced pressure distillation to distill off the trialkylaluminum contained therein. [Selected Figures] None
Description
本発明は、トリアルキルアルミニウムの生成反応後に発生する残渣の処理方法を提供する。 The present invention provides a method for treating the residue generated after the reaction to produce trialkylaluminum.
アルキルアルミニウムは、代表的なルイス酸として工業的利用価値が高く、プラスチックや合成ゴムなどの重合助触媒として利用されている。近年では、電子材料分野の高度成長に伴い、半導体の絶縁膜や化合物半導体の原料としても使用されている。一般的にアルキルアルミニウムは取扱いが非常に危険な物質であり、空気に触れると自然発火し、水に接触すると爆発的に反応することが知られる。アルキルアルミニウムの中でも、特にトリメチルアルミニウム(TMAL)は反応性が極めて高いことから、安全に取り扱いができ、かつ製造できる方法が望まれている。 As a representative Lewis acid, alkylaluminum has high industrial value and is used as a polymerization promoter for plastics, synthetic rubber, etc. In recent years, with the rapid growth of the electronic materials field, it has also been used as a raw material for insulating films of semiconductors and compound semiconductors. In general, alkylaluminum is a very dangerous substance to handle, and is known to spontaneously combust when exposed to air and to react explosively when in contact with water. Among alkylaluminums, trimethylaluminum (TMAL) in particular is extremely reactive, so a method for safely handling and manufacturing it is desirable.
トリアルキルアルミニウムを簡便に得る方法として、アルミニウム粉末とハロゲン化アルキル(例:塩化メチル、臭化メチル)を反応させて得られるアルキルアルミニウムセスキハライド(Me3Al2X3、X=Cl, Br)をアルカリ金属またはアルカリ土類金属により還元することで得ることができる(非特許文献1)。その他の方法として、アルミニウムを含む合金とハロゲン化アルキルを触媒存在下有機溶媒中で反応させることでも得ることができる(特許文献1、特許文献2)。これら反応で生成したトリアルキルアルミニウムは一般的に減圧蒸留にて分離回収がなされてきた。蒸留後の釜残残渣には回収できなかったトリアルキルアルミニウム、未反応のアルミニウムまたはアルミニウムを含む合金、無機塩(アルカリ金属またはアルカリ土類金属とハロゲンからなる塩)、反応に使用した有機溶剤からなるスラリーが残存する。このスラリーには、トリアルキルアルミニウムを含むため無害化処理を含めた適切な処置が必要となる。 A simple method for obtaining trialkylaluminum is to react aluminum powder with an alkyl halide (e.g., methyl chloride, methyl bromide) to obtain alkylaluminum sesquihalide (Me 3 Al 2 X 3, X = Cl, Br), which is then reduced with an alkali metal or alkaline earth metal (Non-Patent Document 1). Another method is to react an alloy containing aluminum with an alkyl halide in an organic solvent in the presence of a catalyst (Patent Document 1, Patent Document 2). The trialkylaluminum produced by these reactions has generally been separated and recovered by vacuum distillation. The residue left after distillation contains a slurry consisting of trialkylaluminum that could not be recovered, unreacted aluminum or alloy containing aluminum, inorganic salts (salts consisting of alkali metals or alkaline earth metals and halogens), and the organic solvent used in the reaction. This slurry contains trialkylaluminum, so appropriate measures, including detoxification, are required.
一般的にトリアルキルアルミニウムなどのアルキルアルミニウムを蒸留回収した後の残渣の処理方法として、ろ過をする方法が知られている(特許文献3、特許文献4)。上述のとおり、残渣にはアルキルアルミニウムが少なからず残存することから、不活性ガス雰囲気下で行う必要があり、密閉性の高い特殊で高価なろ過器を使用する必要がある。また、アルキルアルミニウムは空気に触れるだけで自然発火するため、ろ過器のメンテナンス、トラブル対応時の操作が煩雑になりやすく、作業員への負荷も大きいことが挙げられる。 Generally, filtration is known as a method for treating the residue after distillation and recovery of alkylaluminum such as trialkylaluminum (Patent Document 3, Patent Document 4). As mentioned above, since a significant amount of alkylaluminum remains in the residue, the filtration must be carried out in an inert gas atmosphere, and a specialized, expensive filter with high sealing properties must be used. In addition, alkylaluminum spontaneously combusts when exposed to air, which can lead to complicated maintenance of the filter and troubleshooting operations, and can place a heavy burden on workers.
従って、トリアルキルアルミニウムの製造方法において、トリアルキルアルミニウムを蒸留回収した後に得られる残渣を安全かつ効率的に処理する方法の出現が望まれる。 Therefore, in the production method of trialkylaluminum, the development of a method for safely and efficiently disposing of the residue obtained after the distillation and recovery of trialkylaluminum is desirable.
本発明は、トリアルキルアルミニウムの製造方法において、トリアルキルアルミニウムを蒸留回収した後に発生する蒸留残渣の新規の処理方法を提供する。 The present invention provides a new method for treating the distillation residue generated after the distillation and recovery of trialkylaluminum in the production method of trialkylaluminum.
本発明者は、上記課題を解決するため、トリアルキルアルミニウムの生成反応でトリアルキルアルミニウムを蒸留で回収した後、反応装置内の残渣について、トリアルキルアルミニウムを得る目的で実施する蒸留精製とは異なる目的で再度蒸留工程にかけ、当該残渣からトリアルキルアルミニウムを留去し無害化するという残渣の処理方法を想到した。 In order to solve the above problems, the inventors have come up with a method of treating the residue in which trialkylaluminum is recovered by distillation in the production reaction of trialkylaluminum, and then the residue in the reaction apparatus is subjected to a distillation process again for a purpose other than the distillation purification carried out for the purpose of obtaining trialkylaluminum, and the trialkylaluminum is distilled off from the residue to render it harmless.
従って、本願は以下の発明を包含する。
(1)トリアルキルアルミニウムの製造方法において発生したトリアルキルアルミニウム含有残渣を処理する方法であって、前記残渣を減圧蒸留に付し、含有するトリアルキルアルミニウムを留去する工程を含む方法。
(2)前記減圧蒸留を0.5~3kPaAの真空度で実施する、(1)に記載の方法。
(3)前記減圧蒸留を60~160℃の内温で実施する、(1)又は(2)に記載の方法。
(4)前記減圧蒸留を、留去する成分がなくなる時点を起点にさらに30分~3時間実施し続ける、(1)~(3)のいずれかに記載の方法。
(5)トリアルキルアルミニウムの製造方法が、アルミニウムと還元剤となる金属を含む混合組成物および/またはそれらの合金とハロゲン化アルキルとを有機溶媒中で反応させることを含む、(1)~(4)のいずれかに記載の方法。
(6)前記有機溶媒が炭化水素溶媒である、(5)に記載の方法。
(7)前記炭化水素溶媒が炭素数5~18の飽和炭化水素溶媒及び炭素数6~12の芳香族炭化水素溶媒から成る群から選ばれる少なくとも1種である、(6)に記載の方法。
(8)有機溶媒がn-ドデカンである、(6)又は(7)に記載の方法。
(9)前記トリアルキルアルミニウムがトリメチルアルミニウムである、(1)~(8)に記載の方法。
Therefore, this application includes the following inventions.
(1) A method for treating a trialkylaluminum-containing residue generated in a method for producing trialkylaluminum, comprising the step of subjecting the residue to reduced pressure distillation to remove the trialkylaluminum contained therein.
(2) The method according to (1), wherein the reduced pressure distillation is carried out at a vacuum level of 0.5 to 3 kPaA.
(3) The method according to (1) or (2), wherein the reduced pressure distillation is carried out at an internal temperature of 60 to 160° C.
(4) The method according to any one of (1) to (3), wherein the reduced pressure distillation is continued for an additional 30 minutes to 3 hours from the point at which no more components are distilled off.
(5) The method according to any one of (1) to (4), wherein the method for producing trialkylaluminum comprises reacting a mixed composition containing aluminum and a metal serving as a reducing agent and/or an alloy thereof with an alkyl halide in an organic solvent.
(6) The method according to (5), wherein the organic solvent is a hydrocarbon solvent.
(7) The method according to (6), wherein the hydrocarbon solvent is at least one selected from the group consisting of saturated hydrocarbon solvents having 5 to 18 carbon atoms and aromatic hydrocarbon solvents having 6 to 12 carbon atoms.
(8) The method according to (6) or (7), wherein the organic solvent is n-dodecane.
(9) The method according to any one of (1) to (8), wherein the trialkylaluminum is trimethylaluminum.
従前のトリアルキルアルミニウム含有残渣の処理は、安全面だけでなく、コストや設備、工程数、操作性の面でも解決すべき課題を抱えていた。本発明により、従前知られている方法に比べ、より安全かつ設備投資、人件費を最小限に抑え、効率的にトリアルキルアルミニウム含有残渣を処理することが可能となる。また、残渣に含まれる有機物量を減らすことができることから、後工程での処理工数減、それに伴うコスト削減、廃棄に必要なエネルギーを節約できる。また、本発明によって、反応に利用した有機溶媒を回収利用できることから、溶媒コスト、処理費用削減にも効果がある。 Previous methods for treating trialkylaluminum-containing residues had issues to be resolved not only in terms of safety, but also in terms of costs, equipment, number of steps, and operability. The present invention makes it possible to treat trialkylaluminum-containing residues more safely and efficiently, while minimizing capital investment and labor costs, compared to previously known methods. In addition, the amount of organic matter contained in the residue can be reduced, which reduces the number of steps required for subsequent processing, thereby reducing costs and saving energy required for disposal. In addition, the present invention allows the organic solvent used in the reaction to be recovered and reused, which is also effective in reducing solvent costs and processing costs.
トリアルキルアルミニウムの製造方法において発生したトリアルキルアルミニウム含有残渣は減圧蒸留に付すことで、トリアルキルアルミニウムを留去することができる。トリアルキルアルミニウムには、例えばトリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム等が含まれ、特に好ましいのはトリメチルアルミニウムである。 The trialkylaluminum-containing residue generated in the method for producing trialkylaluminum can be subjected to reduced pressure distillation to remove the trialkylaluminum. Examples of trialkylaluminum include trimethylaluminum, triethylaluminum, triisobutylaluminum, etc., with trimethylaluminum being particularly preferred.
本発明の減圧蒸留の条件は特に限定されるものではないが、トリアルキルアルミニウムが効率よく留去される条件が好ましい。例えば真空度は0.1~10kPaA、好ましくは0.5~3kPaAの範囲となるように設定してよい。減圧蒸留の際の装置内の温度は60~200℃、好ましくは80~160℃で実施してよい。残渣に残存するトリアルキルアルミニウムの最終含有量は、安全に取り扱うことができるようにするため、最大で0.1重量%、より好ましくは最大で0.05重量%程度にまで、最も好ましくは最大で0.03重量%にまで削減させてよい。そのためにも、減圧蒸留は、留去する成分がなくなる時点を起点に、さらに10分~10時間、好ましくは30分~3時間、より好ましくは1~2時間実施し続けてよい。 The conditions for the vacuum distillation of the present invention are not particularly limited, but conditions under which trialkylaluminum is efficiently distilled off are preferred. For example, the degree of vacuum may be set to a range of 0.1 to 10 kPaA, preferably 0.5 to 3 kPaA. The temperature inside the apparatus during vacuum distillation may be 60 to 200°C, preferably 80 to 160°C. The final content of trialkylaluminum remaining in the residue may be reduced to a maximum of 0.1% by weight, more preferably to a maximum of about 0.05% by weight, and most preferably to a maximum of 0.03% by weight, so that it can be safely handled. For this reason, the vacuum distillation may be continued for an additional 10 minutes to 10 hours, preferably 30 minutes to 3 hours, more preferably 1 to 2 hours, from the point at which no components are left to be distilled off.
また、上記のトリアルキルアルミニウムを留去する方法において、トリアルキルアルミニウムの製造に有機溶剤を使用した場合、残渣中に含まれる有機溶媒も留去することができる。残渣中に含まれる有機溶媒の最終含有量は、廃棄物量を減らすため、最大で50重量%程度にまで、より好ましくは最大で10重量%にまで、最も好ましくは1重量%程度にまで削減させても良い。さらに、留去した有機溶媒は、トリアルキルアルミニウムの反応溶媒として再利用することもできる。 In addition, in the above-mentioned method for distilling off trialkylaluminum, when an organic solvent is used in the production of trialkylaluminum, the organic solvent contained in the residue can also be distilled off. In order to reduce the amount of waste, the final content of the organic solvent contained in the residue may be reduced to a maximum of about 50% by weight, more preferably to a maximum of 10% by weight, and most preferably to about 1% by weight. Furthermore, the distilled off organic solvent can be reused as a reaction solvent for trialkylaluminum.
本発明において、トリアルキルアルミニウムの製造方法は特に限定されるものではなく、トリアルキルアルミニウムの製造後、その精製を目的に蒸留分離する工程を包含する方法であればよい。その具体的な製造方法としては、例えば(i)アルミニウムと還元剤となる金属を含む混合組成物および/またはそれらの合金とハロゲン化アルキルを有機溶媒中で反応させてトリアルキルアルミニウムを製造する方法、(ii)アルミニウムとハロゲン化アルキル等から合成されたアルキルアルミニウムセスキハライドをナトリウム、マグネシウムと接触させ、還元によりトリメチルアルミニウムを得る方法、(iii)アルミニウムをアルキルアルミニウムと水素により活性化し、それに不飽和炭化水素を反応させ、置換反応によりトリアルキルアルミニウムを得る方法、などがある。これらの方法では、いずれもアルミニウムや還元剤となる金属を使用するため、反応後の残渣にはそれらの無機塩が生成し反応釜に残存するため、それらの処理をする工程が必須である。 In the present invention, the method for producing trialkylaluminum is not particularly limited, and any method may be used as long as it includes a step of distilling and separating the trialkylaluminum after its production for the purpose of purification. Specific production methods include, for example, (i) a method of producing trialkylaluminum by reacting a mixed composition containing aluminum and a metal serving as a reducing agent and/or an alloy thereof with an alkyl halide in an organic solvent, (ii) a method of contacting an alkylaluminum sesquihalide synthesized from aluminum and an alkyl halide, etc. with sodium or magnesium to obtain trimethylaluminum by reduction, and (iii) a method of activating aluminum with alkylaluminum and hydrogen, reacting it with an unsaturated hydrocarbon, and obtaining trialkylaluminum by a substitution reaction. In all of these methods, aluminum and a metal serving as a reducing agent are used, and therefore inorganic salts of these are generated in the residue after the reaction and remain in the reaction vessel, so a process for treating these is essential.
これらの無機塩は、例えば、反応剤として塩化アルキルを用いて、還元剤としてナトリウムを使用した場合、塩化ナトリウムが生成し、マグネシウムを使用した場合、塩化マグネシウムが生成する。これらの無機塩は生成するトリアルキルアルミニウム1モルに対して、1.5~3.0モル生成するため、工業的にトリアルキルアルミニウムを合成する場合、これらの処理を含めた工程が必要である。したがって、残渣中に含まれるトリアルキルアルミニウムの量を減らすことで、後工程の処理方法が極めて安全かつ効率的に改善される。 For example, when an alkyl chloride is used as a reactant and sodium is used as a reducing agent, sodium chloride is produced, and when magnesium is used, magnesium chloride is produced. Since 1.5 to 3.0 moles of these inorganic salts are produced for every mole of trialkylaluminum produced, processes including the treatment of these salts are necessary when synthesizing trialkylaluminum industrially. Therefore, by reducing the amount of trialkylaluminum contained in the residue, the treatment method for the subsequent process can be improved in an extremely safe and efficient manner.
特に好ましいトリアルキルアルミニウムの製造方法は、使用する原料の安全性、反応の工程数、反応後の残渣中に残存する無機塩およびそれらの後処理方法を鑑みると、上記(i)のアルミニウムや還元剤となる金属を含む混合組成物および/またはそれらの合金とハロゲン化アルキルを、有機溶媒中で反応させてトリアルキルアルミニウムを製造する方法である。 A particularly preferred method for producing trialkylaluminum is one in which a mixed composition containing aluminum or a metal serving as a reducing agent and/or an alloy thereof as described above in (i) is reacted with an alkyl halide in an organic solvent to produce trialkylaluminum, taking into consideration the safety of the raw materials used, the number of reaction steps, and inorganic salts remaining in the residue after the reaction and the method for post-treating them.
上記反応に用いるアルミニウムと還元剤となる金属を含む混合組成物および/またはそれらの合金は、例えば、アルミニウムを20~99重量%含有する混合組成物または合金であることができ、アルミニウム含有量は30~70重量%であることがより好ましく、35~50重量%がさらに好ましい。還元剤となる金属の具体例には、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属やベリリウム、マグネシウム、カルシウム等のアルカリ土類金属が好ましく、さらに好ましいのはマグネシウムである。アルミニウムと還元剤となる金属を含む合金はアルミニウムと合金を形成する金属であればよく、リチウム合金、ナトリウム合金、カリウム合金、マグネシウム合金、カルシウム合金、バリウム合金、ストロンチウム合金でなどが挙げられる。合金として特に好ましいのはアルミニウム-マグネシウム合金である。 The mixed composition containing aluminum and a metal serving as a reducing agent and/or their alloys used in the above reaction can be, for example, a mixed composition or alloy containing 20 to 99% by weight of aluminum, with the aluminum content being more preferably 30 to 70% by weight, and even more preferably 35 to 50% by weight. Specific examples of the metal serving as a reducing agent include alkali metals such as lithium, sodium, and potassium, and alkaline earth metals such as beryllium, magnesium, and calcium, and magnesium is more preferred. The alloy containing aluminum and a metal serving as a reducing agent may be any metal that forms an alloy with aluminum, such as a lithium alloy, a sodium alloy, a potassium alloy, a magnesium alloy, a calcium alloy, a barium alloy, and a strontium alloy. An aluminum-magnesium alloy is particularly preferred as an alloy.
アルミニウムと還元剤となる金属の混合組成物および/またはそれらの合金は、特に制限されるものではないが、粉砕処理を行い反応に使用することができる。粉砕処理については、ボールミル、ビーズミル、ジェットミル等の従来から知られている一般的な方法を使用することができる。粉末を反応に使用する場合、粒径は特に制限されるものではないが、1μm~1000μmが好ましく、5~500μmがさらに好ましい。 The mixed composition of aluminum and a metal serving as a reducing agent and/or their alloys can be used in the reaction after being pulverized, although there is no particular limitation. For the pulverization, a conventional method such as a ball mill, a bead mill, or a jet mill can be used. When using a powder for the reaction, the particle size is not particularly limited, but is preferably 1 μm to 1000 μm, and more preferably 5 to 500 μm.
ハロゲン化アルキルは、一般的に入手可能なものが使用でき、例えば、塩化メチル、臭化メチル、ヨウ化メチル、塩化エチル、臭化エチル、ヨウ化エチル、塩化イソブチル、臭化イソブチル、ヨウ化イソブチル等が挙げられる。上記の中でも塩化メチルが好ましい。 Any commonly available alkyl halide can be used, such as methyl chloride, methyl bromide, methyl iodide, ethyl chloride, ethyl bromide, ethyl iodide, isobutyl chloride, isobutyl bromide, isobutyl iodide, etc. Of the above, methyl chloride is preferred.
ハロゲン化アルキルの使用量は、特に制限はないが、アルミニウム又はその合金中のアルミニウム1molに対して32mol以上用いれば良いが、32mol以上、54mol以下が好ましく、32.5mol以上、43.5mol以下がさらに好ましい。 There are no particular limitations on the amount of alkyl halide used, but it is sufficient to use 32 mol or more per mol of aluminum in the aluminum or its alloy, and it is preferable to use 32 mol or more and 54 mol or less, and more preferably 32.5 mol or more and 43.5 mol or less.
反応は、回分操作式、半回分操作式、連続操作式のいずれでもよく、特に制限なく実施することができる。反応装置としては、縦型または横型の耐圧反応容器を用いることができる。例えば、耐圧性の撹拌器付オートクレーブを用いることができる。用いる撹拌翼としては、一般に知られているどのようなものでも良いが、例えばプロペラ、タービン、三枚後退翼、大型翼等が挙げられる。さらに、ホモジナイザーなども使用できる。 The reaction may be carried out in a batch, semi-batch or continuous manner without any particular restrictions. As the reaction apparatus, a vertical or horizontal pressure-resistant reaction vessel may be used. For example, a pressure-resistant autoclave equipped with a stirrer may be used. As the stirring blade, any commonly known type may be used, such as a propeller, a turbine, a triple-swept blade, a large blade, etc. Furthermore, a homogenizer may also be used.
ハロゲン化アルキルの反応装置への投入については、連続的に投入しても、断続的に投入しても良い。ハロゲン化アルキルを連続的に投入する場合は、反応が発熱反応であることから、過度の温度の上昇を防止するために、投入量及び加熱温度を制御する必要がある。断続的に投入する場合は、ハロゲン化アルキルを投入した後に加熱し、発熱反応が終了するまで反応を行うことが好ましい。断続的に投入する場合は、上記の反応を繰り返しても良い。本発明においては、アルミニウムと還元剤となる金属を含む混合組成物および/またはそれらの合金を溶媒に懸濁させスラリー状にしてハロゲン化アルキルを投入するのが好ましい。 The alkyl halide may be fed into the reactor continuously or intermittently. When the alkyl halide is fed continuously, the reaction is exothermic, so it is necessary to control the amount fed and the heating temperature to prevent an excessive rise in temperature. When the alkyl halide is fed intermittently, it is preferable to heat the reaction after feeding the alkyl halide and carry out the reaction until the exothermic reaction ends. When feeding intermittently, the above reaction may be repeated. In the present invention, it is preferable to suspend a mixed composition containing aluminum and a metal serving as a reducing agent and/or an alloy thereof in a solvent to form a slurry and feed the alkyl halide.
反応の温度は、特に制限はないが、20℃~200℃が好しく、60℃~160℃がさらに好ましい。反応の時間は、特に制限はないが、1~12時間が好ましく、3~8時間がさらに好ましい。 The reaction temperature is not particularly limited, but is preferably 20°C to 200°C, and more preferably 60°C to 160°C. The reaction time is not particularly limited, but is preferably 1 to 12 hours, and more preferably 3 to 8 hours.
反応には溶媒を用いることができ、例えば、炭化水素を用いることができる。溶媒は、疎水性かつ反応性の乏しい炭化水素溶媒であることが好ましく、そのような有機溶媒としては、例えば、飽和炭化水素および芳香族炭化水素から成る群から選ばれる少なくとも1種を挙げることができる。 A solvent can be used for the reaction, for example, a hydrocarbon. The solvent is preferably a hydrophobic and poorly reactive hydrocarbon solvent, and examples of such organic solvents include at least one selected from the group consisting of saturated hydrocarbons and aromatic hydrocarbons.
炭化水素溶媒は、沸点が30℃以上、250℃以下の範囲のものが好ましい。上記飽和炭化水素溶媒としては、炭素数が5以上18以下の置換もしくは非置換の直鎖飽和炭化水素であっても、置換もしくは非置換の環状飽和炭化水素であっても良い。また、パラフィン油あるいはそれらの混合物が含まれていても良い。 The hydrocarbon solvent preferably has a boiling point in the range of 30°C or higher and 250°C or lower. The saturated hydrocarbon solvent may be a substituted or unsubstituted linear saturated hydrocarbon having 5 to 18 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted cyclic saturated hydrocarbon. It may also contain paraffin oil or a mixture thereof.
上記飽和炭化水素溶媒の具体例としては、n-ペンタン、n-ヘキサン、n-ヘプタン、n-オクタン、n-ノナン、n-デカン、n-ウンデカン、n-ドデカン、n-トリデカン、n-テトラデカン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロへプタン、シクロオクタン、シクロデカン、o-メンタン、m-メンタン、p-メンタン、デカヒドロナフタレン、パラフィン類CnH2n+2、イソパラフィン類CnH2n+2などが例示出来る。特にn-ドデカンが好ましい。 Specific examples of the saturated hydrocarbon solvent include n-pentane, n-hexane, n-heptane, n-octane, n-nonane, n-decane, n-undecane, n-dodecane, n-tridecane, n-tetradecane, cyclopentane, cyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, cyclodecane, o-menthane, m-menthane, p-menthane, decahydronaphthalene, paraffins C n H 2n+2 , isoparaffins C n H 2n+2 , etc. n-Dodecane is particularly preferred.
溶媒として用いられる芳香族炭化水素としては、炭素数1から8のアルキル基、炭素数3から8のシクロアルキル基および炭素数2から8のアルキレン基からなる群から選ばれる置換基を有する芳香族炭化水素または無置換の芳香族炭化水素が好ましい。 As the aromatic hydrocarbon used as the solvent, an aromatic hydrocarbon having a substituent selected from the group consisting of an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 8 carbon atoms, and an alkylene group having 2 to 8 carbon atoms, or an unsubstituted aromatic hydrocarbon is preferred.
芳香族炭化水素の置換基である炭素数1から8のアルキル基としては、メチル、エチル、n-プロピル、イソプロピル、n-ブチル、sec-ブチル、tert-ブチル、n-ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、tert-ペンチル、n-ヘキシル、イソヘキシル、ネオヘキシル、tert-ヘキシル、n-ヘプチル、イソヘプチル、ネオヘプチル、tert-ヘプチル、n-オクチル、イソオクチル、ネオオクチル、tert‐オクチル基が挙げられる。 Examples of alkyl groups having 1 to 8 carbon atoms that are substituents of aromatic hydrocarbons include methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl, isopentyl, neopentyl, tert-pentyl, n-hexyl, isohexyl, neohexyl, tert-hexyl, n-heptyl, isoheptyl, neoheptyl, tert-heptyl, n-octyl, isooctyl, neooctyl, and tert-octyl groups.
芳香族炭化水素の置換基である炭素数3から8のシクロアルキル基としては、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル基が挙げられる。 Examples of cycloalkyl groups having 3 to 8 carbon atoms that are substituents of aromatic hydrocarbons include cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl, and cyclooctyl groups.
芳香族炭化水素の置換基である炭素数2から8のアルキレン基としては、エチレン、プロピレン、ブチレン、ペンテン、ヘキセン、ヘプテン、オクテン基が挙げられる。 Examples of alkylene groups having 2 to 8 carbon atoms that are substituents of aromatic hydrocarbons include ethylene, propylene, butylene, pentene, hexene, heptene, and octene groups.
上記芳香族炭化水素の具体例としては、クメン、o-クメン、m-クメン、p-クメン、プロピルベンゼン、n-ブチルベンゼン、sec-ブチルベンゼン、tert-ブチルベンゼン、1-フェニルペンタン、1-フェニルヘプタン、1-フェニルオクタン、1,2-ジエチルベンゼン、1,4-ジエチルベンゼン、メシチレン、1,3-ジ-tert-ブチルベンゼン、1,4-ジ-tert-ブチルベンゼン、ジ-n-ペンチルベンゼン、トリ-tert-ブチルベンゼン、シクロヘキシルベンゼン、インダン、テトラリンがある。 Specific examples of the aromatic hydrocarbons include cumene, o-cumene, m-cumene, p-cumene, propylbenzene, n-butylbenzene, sec-butylbenzene, tert-butylbenzene, 1-phenylpentane, 1-phenylheptane, 1-phenyloctane, 1,2-diethylbenzene, 1,4-diethylbenzene, mesitylene, 1,3-di-tert-butylbenzene, 1,4-di-tert-butylbenzene, di-n-pentylbenzene, tri-tert-butylbenzene, cyclohexylbenzene, indane, and tetralin.
溶媒の使用量は特に限定されないが、1molのアルミニウムと還元剤となる金属を含む混合組成物および/またはそれらの合金中に含まれるアルミニウムに対して、例えば、0.1mol以上、100mol以下の範囲とすることができ、1mol以上、10mol以下の範囲であることが好ましい。 The amount of the solvent used is not particularly limited, but can be, for example, in the range of 0.1 mol or more and 100 mol or less relative to the aluminum contained in the mixed composition containing 1 mol of aluminum and a metal serving as a reducing agent and/or an alloy thereof, and is preferably in the range of 1 mol or more and 10 mol or less.
アルミニウムと還元剤となる金属を含む混合組成物および/またはそれらの合金とハロゲン化アルキルの反応は、含窒素有機化合物の存在下で実施してもよい。含窒素有機化合物とは窒素原子を一つ以上含有している化合物である。含窒素有機化合物はアミン化合物、窒素原子を含む複素環化合物及び、アミド化合物を挙げることができる。これらの含窒素有機化合物は2つ以上のものを併用しても良い。 The reaction of the alkyl halide with the mixed composition containing aluminum and a metal serving as a reducing agent and/or their alloys may be carried out in the presence of a nitrogen-containing organic compound. A nitrogen-containing organic compound is a compound containing one or more nitrogen atoms. Examples of the nitrogen-containing organic compound include amine compounds, heterocyclic compounds containing a nitrogen atom, and amide compounds. Two or more of these nitrogen-containing organic compounds may be used in combination.
アミン化合物としては、脂肪族アミン化合物、芳香族アミン化合物、窒素原子を含む複素環式化合物等を挙げることができる。 Examples of amine compounds include aliphatic amine compounds, aromatic amine compounds, and heterocyclic compounds containing nitrogen atoms.
脂肪族アミン化合物は、メチルアミン、エチルアミン、ブチルアミン、アミルアミン、イソアミルアミン、シクロヘキシルアミン、ヘキサメチレンジアミン、スペルミジン、スペルミン、アマンタジンのような第1級アミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジイソプロピルアミン、ジブチルアミン、ジイソブチルアミン、ジアミルアミン、ジシクロヘキシルアミンのような第2級アミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、トリイソブチルアミン、トリエタノールアミン、トリシクロヘキシルアミン、N,N-ジイソプロピルエチルアミンのような第3級アミンを挙げることができる。本発明においてはとくに、第3級アミンを用いることが好ましい。 Examples of the aliphatic amine compound include primary amines such as methylamine, ethylamine, butylamine, amylamine, isoamylamine, cyclohexylamine, hexamethylenediamine, spermidine, spermine, and amantadine; secondary amines such as dimethylamine, diethylamine, diisopropylamine, dibutylamine, diisobutylamine, diamylamine, and dicyclohexylamine; and tertiary amines such as trimethylamine, triethylamine, tributylamine, triisobutylamine, triethanolamine, tricyclohexylamine, and N,N-diisopropylethylamine. In the present invention, it is particularly preferable to use a tertiary amine.
芳香族アミン化合物は、アニリン、N,N-ジメチルアニリン、フェネチルアミン、トルイジン、カテコールアミン、1,8-ビス(ジメチルアミノ)ナフタレン等が挙げられる。 Aromatic amine compounds include aniline, N,N-dimethylaniline, phenethylamine, toluidine, catecholamine, 1,8-bis(dimethylamino)naphthalene, etc.
窒素原子を含む複素環式化合物は、ピロリジン、ピペリジン、ピペラジン、モルホリン、キヌクリジン、1,4-ジアザビシクロ[2.2.2.]オクタンのような飽和複素環式化合物、及びピラゾール、イミダゾール、ピリジン、2-メチルピリジン、2,6-ジメチルピリジン、2,4,6-トリメチルピリジン、2,6-ジエチルピリジン、2,6-ジイソプロピルピリジン、2,2-ビピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、オキサゾール、チアゾール、4-ジメチルアミノピリジン、インドール、キノリン、イソキノリン、プリン、イミダゾール、1-メチルイミダゾール、1-エチルイミダゾール、1-ブチルイミダゾールのような不飽和複素環式化合物が挙げられる。本発明においては、不飽和複素環式化合物を用いることが好ましい。 Heterocyclic compounds containing a nitrogen atom include saturated heterocyclic compounds such as pyrrolidine, piperidine, piperazine, morpholine, quinuclidine, and 1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane, and unsaturated heterocyclic compounds such as pyrazole, imidazole, pyridine, 2-methylpyridine, 2,6-dimethylpyridine, 2,4,6-trimethylpyridine, 2,6-diethylpyridine, 2,6-diisopropylpyridine, 2,2-bipyridine, pyridazine, pyrimidine, pyrazine, oxazole, thiazole, 4-dimethylaminopyridine, indole, quinoline, isoquinoline, purine, imidazole, 1-methylimidazole, 1-ethylimidazole, and 1-butylimidazole. In the present invention, it is preferable to use unsaturated heterocyclic compounds.
含窒素有機化合物の存在量は、アルミニウムと還元剤となる金属を含む混合組成物および/またはそれらの合金中に含まれるアルミニウム1molに対して、1mol以下であれば良いが、0.001mol以上、0.2mol以下の範囲が好ましく、0.001mol以上、0.1mol以下の範囲がより好ましく、0.01mol以上、0.08mol以下の範囲がさらに好ましい。 The amount of nitrogen-containing organic compounds present may be 1 mol or less per mol of aluminum contained in the mixed composition containing aluminum and a metal that serves as a reducing agent and/or an alloy thereof, but is preferably in the range of 0.001 mol to 0.2 mol, more preferably 0.001 mol to 0.1 mol, and even more preferably 0.01 mol to 0.08 mol.
アルミニウムと還元剤となる金属を含む混合組成物および/またはそれらの合金とハロゲン化アルキルの反応における含窒素有機化合物の効果は、反応により生成するアルミニウムとマグネシウムと塩素からなる化合物に含窒素有機化合物が錯体形成することにより、トリアルキルアルミニウムの生成を促進する反応系を構築できるためと推察される。ただし、すべてのメカニズムの解明には至っておらず、本発明は、当該推察に拘束されるものではない。 The effect of nitrogen-containing organic compounds in the reaction of alkyl halides with mixed compositions containing aluminum and reducing metals and/or alloys thereof is believed to be due to the formation of a complex between the nitrogen-containing organic compounds and the compounds of aluminum, magnesium, and chlorine produced by the reaction, thereby constructing a reaction system that promotes the production of trialkylaluminum. However, the entire mechanism has not yet been elucidated, and the present invention is not bound by this speculation.
アルミニウムと還元剤となる金属を含む混合組成物および/またはそれらの合金とハロゲン化アルキルの反応においては、含窒素有機化合物に加えて、アルキルアルミニウム化合物、ヨウ素、臭素及びハロゲン化化合物から成る群から選ばれる少なくとも1種の添加剤を共存させることができる。 In the reaction of a mixed composition containing aluminum and a metal that serves as a reducing agent and/or an alloy thereof with an alkyl halide, in addition to the nitrogen-containing organic compound, at least one additive selected from the group consisting of alkylaluminum compounds, iodine, bromine, and halogenated compounds can be present.
アルキルアルミニウム化合物としては、例えば、トリアルキルアルミニウム、アルキルアルミニウムセスキクロライド、ジアルキルアルミニウムクロライド、アルキルアルミニウムジクロライドが挙げられる。アルキルアルミニウム化合物を添加することで、アルミニウム表面が活性化され、トリアルキルアルミニウム選択率及びトリアルキルアルミニウム転化率が向上する。 Examples of alkylaluminum compounds include trialkylaluminum, alkylaluminum sesquichloride, dialkylaluminum chloride, and alkylaluminum dichloride. By adding an alkylaluminum compound, the aluminum surface is activated, improving the trialkylaluminum selectivity and trialkylaluminum conversion rate.
アルキルアルミニウム化合物の添加量は、アルミニウム-マグネシウム合金中のアルミニウム1molに対して、0.001mol以上、0.20mol以下の範囲が好ましく、0.01mol以上、0.10mol以下の範囲がさらに好ましい。 The amount of alkylaluminum compound added is preferably in the range of 0.001 mol or more and 0.20 mol or less per 1 mol of aluminum in the aluminum-magnesium alloy, and more preferably in the range of 0.01 mol or more and 0.10 mol or less.
添加剤としてのハロゲン化化合物としては、例えば、ヨウ化メチル、ヨウ化エチル、臭化エチル、臭化メチルが挙げられる。ヨウ素、臭素及び/又はハロゲン化化合物を添加することで、工程(1)におけるアルミニウムの反応転化率が向上し、かつトリアルキルアルミニウム選択率及びトリアルキルアルミニウム転化率が向上する。 Examples of halogenated compounds as additives include methyl iodide, ethyl iodide, ethyl bromide, and methyl bromide. By adding iodine, bromine, and/or a halogenated compound, the reaction conversion rate of aluminum in step (1) is improved, and the trialkylaluminum selectivity and trialkylaluminum conversion rate are improved.
ヨウ素、臭素、またはハロゲン化化合物の添加量は、アルミニウムと還元剤となる金属を含む混合組成物および/またはそれらの合金中のアルミニウム1molに対して、0.001mol以上、0.2mol以下の範囲が好ましく、0.01mol以上、0.1mol以下の範囲がさらに好ましい。 The amount of iodine, bromine, or a halogenated compound added is preferably in the range of 0.001 mol or more and 0.2 mol or less per mol of aluminum in the mixed composition containing aluminum and a metal that serves as a reducing agent and/or an alloy thereof, and more preferably in the range of 0.01 mol or more and 0.1 mol or less.
添加剤としては、アルキルアルミニウム化合物と、ヨウ素、臭素、またはハロゲン化化合物とを併用することが、トリアルキルアルミニウム選択率及びトリアルキルアルミニウム転化率を向上するため好ましい。特に、アルキルアルミニウムとしてジアルキルアルミニウムハロゲン化物とヨウ素との組み合わせが好ましく、原料であるハロゲン化アルキルが塩化メチルであり、生成物であるトリアルキルアルミニウムがトリメチルアルミニウムである場合、ジアルキルアルミニウムハロゲン化物は、ジメチルアルミニウムクロライドであること、添加剤はジメチルアルミニウムクロライドとヨウ素との組み合わせであることが、好ましい。 As an additive, it is preferable to use an alkylaluminum compound in combination with iodine, bromine, or a halogenated compound, since this improves the trialkylaluminum selectivity and trialkylaluminum conversion rate. In particular, a combination of a dialkylaluminum halide and iodine is preferable as the alkylaluminum, and when the alkyl halide raw material is methyl chloride and the trialkylaluminum product is trimethylaluminum, it is preferable that the dialkylaluminum halide is dimethylaluminum chloride and the additive is a combination of dimethylaluminum chloride and iodine.
本明細書において言及される全ての文献はその全体が引用により本明細書に取り込まれる。 All documents referred to herein are incorporated herein by reference in their entirety.
以下に説明する本発明の実施例は例示のみを目的とし、本発明の技術的範囲を限定するものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載によってのみ限定される。本発明の趣旨を逸脱しないことを条件として、本発明の変更、例えば、本発明の構成要件の追加、削除及び置換を行うことができる。 The examples of the present invention described below are for illustrative purposes only and are not intended to limit the technical scope of the present invention. The technical scope of the present invention is limited only by the claims. Modifications of the present invention, such as additions, deletions, and substitutions of constituent elements of the present invention, may be made without departing from the spirit of the present invention.
以下に、本発明を実施例に基づいて更に詳しく説明するが、これらは本発明を何ら限定するものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but these are not intended to limit the present invention in any way.
[実施例1]
攪拌機構および釜残排出用配管を備えた1.5 Lの反応装置を窒素置換した。その後、メジアン径90μmのアルミニウム-マグネシウム合金(92.3 g、アルミニウムに換算すると39.2 g、 1.45 mol)、n-ドデカン(308.9 g、 1.81 mmol)、ヨウ素(11.1 g、 0.04 mmol)、2,6―ジメチルピリジン(5.5 g、 0.05 mmol)を加え攪拌し、150℃に昇温した。昇温後、塩化メチルを投入し反応を開始した。発熱がなくなった時点を反応終点とし、塩化メチルの投入を終了した。塩化メチルの投入時間は7時間で、投入量は264.2 g (アルミニウム1 molに対して3.59 mol)であった。反応液を冷却した後、引き続き減圧蒸留にて、トリメチルアルミニウムの回収を行った。減圧蒸留の条件として、真空度3.0 kPaAで実施し、内温が110℃に到達した時点を終点とした。留出液中のTMAL量は62.7 g、n-ドデカンは6.2 g、副生物としてジメチルアルミニウムクロリド(DMAC)が14.2 gであった。次に、釜残に残存するTMAL成分およびn-ドデカンを留出させるため、真空度を 1.0 kPaA、内温90℃に保ち、留出しなくなった時点から1時間を終点とした。留出液中のTMAL量は8.5 g、DMAC量は1.9 g、n-ドデカンは300.7 gであった。減圧蒸留後、室温に戻し、大気中で釜残排出配管を抜き出した。釜残総抜出量は203.3gであり、アルキルアルミニウム含有量は0.03 wt%、n-ドデカン含有量は 0.96 wt%(湿量基準)であった。
[Example 1]
A 1.5 L reactor equipped with a stirring mechanism and a piping for discharging the residue was purged with nitrogen. Then, an aluminum-magnesium alloy (92.3 g, 39.2 g, 1.45 mol in terms of aluminum) with a median diameter of 90 μm, n-dodecane (308.9 g, 1.81 mmol), iodine (11.1 g, 0.04 mmol), and 2,6-dimethylpyridine (5.5 g, 0.05 mmol) were added and stirred, and the temperature was raised to 150°C. After the temperature was raised, methyl chloride was added to start the reaction. The reaction was terminated when the heat generation ceased, and the introduction of methyl chloride was stopped. The introduction time of methyl chloride was 7 hours, and the introduction amount was 264.2 g (3.59 mol per 1 mol of aluminum). After cooling the reaction liquid, trimethylaluminum was recovered by vacuum distillation. The vacuum distillation was performed under conditions of a vacuum of 3.0 kPaA, and the end point was when the internal temperature reached 110°C. The amount of TMAL in the distillate was 62.7 g, n-dodecane was 6.2 g, and dimethylaluminum chloride (DMAC) was 14.2 g as a by-product. Next, in order to distill off the TMAL component and n-dodecane remaining in the bottom, the vacuum was kept at 1.0 kPaA and the internal temperature was kept at 90°C, and the end point was set to 1 hour from the time when distillation ceased. The amount of TMAL in the distillate was 8.5 g, the amount of DMAC was 1.9 g, and n-dodecane was 300.7 g. After the vacuum distillation, the temperature was returned to room temperature, and the bottom discharge pipe was removed in the air. The total amount of bottom was removed was 203.3 g, the alkylaluminum content was 0.03 wt%, and the n-dodecane content was 0.96 wt% (wet basis).
[実施例2]
攪拌機構および釜残排出用配管を備えた1.5 Lの反応装置を窒素置換した。その後、メジアン径73.5μmのアルミニウム粉末(38.3 g、1.46 mol)、メジアン径450μmのマグネシウム粉末(69.3 g、2.85 mmol)、n-ドデカン(309.1 g、 1.81 mmol)、ヨウ素(11.1 g、 0.04 mmol)、2,6-ジメチルピリジン(5.5 g、 0.05 mmol)を加え攪拌し、150℃に昇温した。昇温後、塩化メチルを投入し反応を開始した。発熱がなくなった時点を反応終点とし、塩化メチルの投入を終了した。塩化メチルの投入時間は7時間で、投入量は264.7 g (アルミニウム1 molに対して3.59 mol)であった。反応液を冷却した後、引き続き減圧蒸留にて、トリメチルアルミニウムの回収を行った。減圧蒸留の条件として、真空度3.0 kPaAで実施し、内温が110℃に到達した時点を終点とした。留出液中のTMAL量は50.4 g、n-ドデカンは3.1 gであった。次に、釜残に残存するTMAL成分およびn-ドデカンを留出させるため、真空度を 1.0 kPaA、内温160℃まで段階的に昇温し、留出しなくなった時点から1時間を終点とした。留出液中のTMAL量は12.6 g、n-ドデカンは304.9 gであった。減圧蒸留後、室温に戻し、大気中で釜残排出配管を抜き出した。釜残総抜出量は224.0gであり、アルキルアルミニウム含有量は0.02 wt%、n-ドデカン含有量は 0.50 wt%(湿量基準)であった。
[Example 2]
A 1.5 L reactor equipped with a stirring mechanism and a piping for discharging the residue was purged with nitrogen. Then, aluminum powder (38.3 g, 1.46 mol) with a median diameter of 73.5 μm, magnesium powder (69.3 g, 2.85 mmol) with a median diameter of 450 μm, n-dodecane (309.1 g, 1.81 mmol), iodine (11.1 g, 0.04 mmol), and 2,6-dimethylpyridine (5.5 g, 0.05 mmol) were added and stirred, and the temperature was raised to 150°C. After the temperature was raised, methyl chloride was added to start the reaction. The reaction was terminated when the heat generation ceased, and the introduction of methyl chloride was stopped. The introduction time of methyl chloride was 7 hours, and the introduction amount was 264.7 g (3.59 mol per 1 mol of aluminum). After cooling the reaction liquid, trimethylaluminum was subsequently recovered by vacuum distillation. The vacuum distillation was performed under conditions of a vacuum of 3.0 kPaA, and the end point was when the internal temperature reached 110°C. The amount of TMAL in the distillate was 50.4 g, and n-dodecane was 3.1 g. Next, in order to distill off the TMAL component and n-dodecane remaining in the bottom, the vacuum was increased stepwise to 1.0 kPaA and the internal temperature to 160°C, and the end point was set to 1 hour from when distillation ceased. The amount of TMAL in the distillate was 12.6 g, and n-dodecane was 304.9 g. After the vacuum distillation, the temperature was returned to room temperature, and the bottom discharge pipe was removed in the air. The total amount of bottom removed was 224.0 g, the alkylaluminum content was 0.02 wt%, and the n-dodecane content was 0.50 wt% (wet basis).
Claims (9)
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