JP3572967B2 - Fluorine-substituted organometallic compound and method for producing the same - Google Patents

Fluorine-substituted organometallic compound and method for producing the same Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フッ素化された有機金属化合物、特に分子の一部をフッ素置換された金属アルコキシドで、酸化シリコン製造用原料、電気絶縁性を利用した半導体プロセス原料や光ファイバ−原料等に使用されるフルオロアルコキシシランおよびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、金属アルコキシドの一部をフッ素化された材料は、そのフッ素の特性により低誘電率、低屈折率を示す材料の原料として利用されている。その中でも特にフルオロアルコキシシランは半導体用の層間絶縁膜用の原料として注目されている。
従来、このフルオロアルコキシシランの製造方法としては、クロロトリエトキシシランと三フッ化アンチモンによるフッ素交換反応によって製造する方法が知られている。
また、米国特許3374247においては、テトラエトキシシランとフェニルメチルフルオロエトキシシランとを塩化アルミニウム触媒の存在下で反応させ、ジフルオロジエトキシシランとフルオロトリエトキシシランを得る方法が記載されている。
更に、無水フッ酸とテトラエトキシシランとを反応させる方法も報告されている(特開平5−86070号公報)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の技術で、テトラエトキシシランと三フッ化アンチモンによるフッ素交換反応にて製造を行うと、反応後に塩化アンチモン化合物を分離して精製する必要があり、工程が複雑となる。更に、フッ素の一、二置換体、原料の混合物として目的物が得られるので、目的物を蒸留分離して単離する必要があり、収率良く目的物を得ることが困難である。
また、米国特許3374247においては、化合物を分離することと、更に、生成するフェニルメチルジエトキシシランを分離・回収することおよび反応に用いる原料の価格、特殊性を考えると効果的な方法とは言い難い。
更に、特開平5−86070号公報に記載された方法では、工業的には安価な原料であるフッ酸を使用する有効性があるが、実際に実験を行うと反応が激しく、実験室規模での少量合成の場合では対応することができても、工業的に考慮した場合では一般的ではないと判断され問題である。
【0004】
【課題を解決しようとする手段】
そこで、本発明者等は、上記問題を鋭意検討し、研究を進めたところ、原料金属アルコキシドを不活性溶媒中で無水フッ酸と反応させるか、酸性フッ化物と金属アルコキシドとを反応させるか、あるいは、金属アルコキシドとフッ素ガスとを不活性溶媒中で反応させることにより、意外にも反応が緩やかとなり、安価な原料を用い、容易かつ収率良く大量合成が可能な形で、目的とするフッ素置換金属アルコキシドを合成することが可能であるとの知見を得たのである。
【0005】
本発明は、上記知見に基づいて得られたものであって、
(1)下記一般式(1)で示されるフッ素置換された有機金属化合物、
FmRnM
(式中Rは、アルカリ基またはアルコキシル基、Mは、金属元素:Ti、Sn、Sbのいずれか、m,nは1以上で、その和が金属元素の価数と一致する整数)、
(2)金属アルコキシドと無水フッ酸とを不活性溶媒中で反応させるフッ素置換された有機金属化合物の製造方法、
(3)金属アルコキシドと酸性フッ化物とを反応させるフッ素置換された有機金属化合物の製造方法、
(4)金属アルコキシドとフッ素ガスとを不活性溶媒中で反応させるフッ素置換された有機金属化合物の製造方法、
(5)(2)、(3)、または(4)記載の製造方法で製造された(1)記載のフッ素置換された有機金属化合物、
に特徴を有するものである。
【0006】
本発明は、上記知見に基づいて得られたものであって、次の(1)〜(6)に特徴を有する者である。
(1)金属アルコキシドとフッ素化剤を反応させることにより、金属アルコキシドのアルコキシル基の一部をフッ素置換させるフッ素置換された有機金属化合物の製造方法において、
前記金属アルコキシドが、Si、TiまたはSnの金属アルコキシドのいずれかであり、
フッ素化剤が、無水フッ酸、酸性フッ化物またはフッ素ガスのいずれかであり、
前記金属アルコキシドのいずれかと、フッ素化剤のいずれかとを反応させ、金属アルコキシドのアルコキシル基の一部をフッ素置換させるることにより、
下記一般式に示す化合物を得ることを特徴とするフッ素置換された有機金属化合物の製造方法。
(OR1)
式中、MはSi、Ti、またはSn
R1はアルキル基
x、yは1以上で、x+yが前記Mの価数と一致する整数
(2)前記(1)記載の有機金属化合物の製造方法において、
原料の金属アルコキシドと、原料の無水フッ酸との反応を不活性溶媒中で行うフッ素置換された有機金属化合物の製造方法。
(3)前記(1)記載の有機金属化合物の製造方法において、
原料の金属アルコキシドと、原料の酸性フッ化物との反応を非プロトン性の極性溶媒中で行うフッ素置換された有機金属化合物の製造方法。
(4)前記(1)記載の有機金属化合物の製造方法において、
原料の金属アルコキシドと、原料のフッ素ガスとの反応を不活性溶媒中で、不活性ガスで希釈されたフッ素ガスを用いて行うフッ素置換された有機金属化合物の製造方法。
(5)前記(1)〜(4)記載の有機金属化合物の製造方法において、
原料の金属アルコキシドが、中心金属にアルコキシル基の他に、アルキル基またはフェニル基を結合しているフッ素置換された有機金属化合物の製造方法。
(6)前記(5)記載の製造方法を用いる、下記一般式に示すフッ素置換された有機金属化合物の製造方法。
R2(OR1)
式中、MはSi、TiまたはSn
R2はアルキル基またはフェニル基
R1はアルキル基(R1とR2は同じでも、異なっても良い)
x、y、zは1以上で、x+y+zが前記Mの価数と一致する整数
【0007】
本発明に用いる材料には、原料として金属アルコキシドがある。この金属アルコキシドは特に限定されないが、その一部をアルキル基置換されていても良い。具体的な例として、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、3−トリフルオロメチルプロピルトリメトキシシラン、3−トリフルオロメチルプロピルトリエトキシシラン、テトラブロポトキシ錫、テトラエトキシ錫、チタンテトラプロポキシド、チタンテトラプトキシド、アンチモンテトラブトキシド、アンチモンテトラエトキシド、アンチモンテトライソプロポキシド等が挙げられる。
【0008】
これらの原料有機アルコキシド化合物を、無水フッ酸と反応しない不活性溶媒中に溶解して、その中に無水フッ酸を導入して目的とする化合物を合成する。
この際、使用される溶媒の具体的な例としては、四塩化炭素、フロン113、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、ヘキサン、テトラヒドロフラン、ジイソプロピルエ−テル、ジエチルエ−テル、ベンゼン、トルエン等が挙げられる。
【0009】
一方、酸性フッ化物と反応させる場合は、無溶媒かあるいは反応温度を高くするために、一般的には、非プロトン性の極性溶媒中で反応が行われる。ここで用いられる非プロトン性の極性溶媒の具体的な例としては、スルホラン、N−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等が挙げられる。
これらの溶媒は、使用前に充分に脱水する必要がある。脱水が不充分であると溶媒中の水分により原料あるいは反応で生成した目的物が加水分解する。
【0010】
一方、これらのフッ素化剤と原料を反応させる際には、好ましくは不活性ガス中や乾燥空気中で行うことが好ましく、これらのガスも充分に脱水されていることが好ましい。
【0011】
また、フッ素ガスを使用する際に用いられる溶媒は、フッ素ガスと反応しない不活性溶媒である必要がある。一般的には、有機金属化合物を十分に溶解する四塩化炭素が好ましい。また、フロン等のフッ素化化合物も用いることが可能である。パ−フルオロ化合物もフッ素ガスに対する不活性性という点では好ましいが、この場合、一般に有機金属化合物を十分に溶解することが出来ない場合がおおいので、有機金属化合物を懸濁させた状態で反応を行うことがこのましい。
【0012】
反応温度は、フッ素化剤として無水フッ酸を使用する場合は、無水フッ酸の沸点以下−30℃程度までの温度で行うことが好ましい。無水フッ酸の沸点以上の温度であれば、揮発する無水フッ酸量が多くて安全上好ましくない。一方−30℃以下の温度であれば反応の進行が遅くなる。反応時間は1時間以下あるいは12時間程度で充分である。これは、このフッ素化置換反応が極めて早く生じることに由来する。
一方、フッ素化剤として酸性フッ化物を使用する場合は、反応温度は60℃以上、好ましくは、溶媒あるいは原料の沸点までの温度で行われる。反応時間も1時間以上で出来るだけ長い方が良い。
また、フッ素ガスを使用する場合は、室温からドライアイス温度、より好ましくは、室温から−20℃程度が良い。フッ素ガスの反応は、激しいので一般に低温で行う方が好ましい。
【0013】
反応に用いる無水フッ酸あるいは酸性フッ化物は、フッ素化する割合に応じて変化され、その割合は特に限定されない。
フッ素ガス使用の場合、その濃度は特に限定されないが、一般に10%以下、好ましくは1%以上5%以下の濃度で実施される。10%以上であると金属アルコキシドとの反応が激しく、目的とする反応の他に多数の副反応が生じ好ましい結果が得られない。ここで使用する希釈ガスは、フッ素ガスに対して不活性なものが用いられる。一般的な例として、窒素、アルゴン、ヘリウム等が挙げられる。
【0014】
また反応後、無水フッ酸をフッ素化剤として使用した場合は、一フッ素置換体、二、三置換体等が同時に得られ、また原料が残留する状態がおおいために、必要に応じて、これらの化合物を蒸発分離する。無水フッ酸を使用しても中和などの操作は行わなく、直接蒸留した方が好ましい。一方、フッ素化剤として酸性フッ化物を使用した場合は、得られる化合物は、一般的にはフッ素の一置換体と未反応の原料であるため、これも蒸留分離により分離することが可能である。
また、フッ素ガス使用した場合は、反応後の試料は、四塩化炭素等の溶媒に有機金属化合物を溶解している場合は直接蒸留により、一方不活性溶媒との懸濁液でフッ素化している場合は、分液等の操作により溶媒と目的物を除去した後に蒸留等の操作によって分離される。
【0015】
本発明により得られた化合物は、金属アルコキシドのフッ素置換体であるので、この分解によりフッ素ド−プの金属酸化物を製造する原料として使用することが可能である。その具体的例として、フルオロトリエトキシシランの分解によりフッ素ド−プのシリカ膜を製造することが可能で、この用途として低誘電率膜が挙げられる。
【0016】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、具体的に説明する。
[実施例1]
予め乾燥窒素で充分に置換された1000mlテフロン製ビ−カ−にモレキュラ−シ−ブ3Aで充分に乾燥されたジイソプロピルエ−テル500ml、テトラエトキシシラン100gを入れ、乾燥窒素を導入しながら外部から氷−水を用いて5℃に冷却し、ここに無水フッ酸20gを3時間かけて滴下した。滴下終了後、15℃で12時間攪拌した。攪拌終了後、ジイソプロピルエ−テルをエバポレ−トし、残留物を蒸留することによりフルオロトリエトキシシラン17.5g、ジフルオロジエトキシシラン22.6gを得た。
【0017】
[実施例2]
予めテトラヒドロフランの10%無水フッ酸溶液を作製した。実施例1と同様の装置を用いて、この中にメチルトリメトキシシラン136g、モレキュラ−シ−ブで充分に脱水されたテトラヒドロフラン300mlを入れ、この中に無水フッ酸30.0gのテトラヒドロフラン500mlに溶解した溶液を10℃に冷却しながら5時間かけて滴下した。滴下終了後、60℃で5時間攪拌した。この反応液を直接蒸留することにより、メチルジメトキシフルオロシラン43.4g、メチルメトキシジフルオロシラン44.8gを得た。
【0018】
[実施例3]
原料としてチタンテトライソプロポキシド28.4g、溶媒としてジクロロメタン300mlを用い、実施例1と同様の装置で無水フッ酸4.0gを5時間かけて滴下した。滴下終了後直ちに蒸留して、チタンフルオロトリイソプロポキシド1.9g、チタンジフルオロジイソプロポキシド2.1gを得た。
【0019】
[実施例4]
100mlナス型フラスコにアンチモントリブトキシド17.0g、酸性フッ化アンモニウム14.5gを入れ、100℃で一晩加熱攪拌した。この反応液を濾過し、蒸留することによりアンチモンモノフルオロジブトキシド1.6gを得た。
【0020】
[実施例5]
100mlナス型フラスコにテトライソプロポキシ錫3.6g、充分に脱水されたスルホラン50mlを入れ、150℃で10時間加熱攪拌した。その後、この反応液のGC−MS分析によりフルオロトリイソプロポキシ錫が生成していることを確認した。
【0021】
[実施例6]
100mlナス型フラスコにジフェニルジエトキシシラン3.0g、テトラブチルアンモニウムフロライド3HF塩の10%THF溶液10mlを入れ、60℃で一晩攪拌した。この反応液のGC−MS分析によりジフェニルフルオロエトキシシランが生成していることを確認した。
【0022】
[実施例7]
磁気攪拌装置、温度計、テフロン製導入管、排ガスラインを備えた100ml三口フラスコに四塩化炭素50ml、テトラエトキシシラン5gを入れ、窒素で十分に置換した後、外部から氷−水で3℃に冷却した。その後、このテフロン製導入管から窒素で5%に希釈されたフッ素ガスを50ml/minの量で2時間吹き込んだ。
反応終了後、この反応液のGC−MS分析により、フルオロトリエトキシシラン、ジフルオロジエトキシシランが生成していることを確認した。
【0023】
以上、実施例1〜7で得られた各種フルオロアルコキシシランは、いずれも半導体技術分野で充分に使用可能な品質のものであることが確認されている。
【0024】
[比較例1]
比較のために、溶媒としてジイソプロピルエ−テルを用いない以外は、実施例1と同様の操作を行った。無水フッ酸を滴下した瞬間に反応が激しくフッ酸が飛び散る状況となり、危険なためそれ以上の操作は出来なかった。
【0025】
[比較例2]
実施例4と同様の操作を酸性フッ化アンモニウムの代わりにフッ化アンモニウムで行った。一晩加熱攪拌しても目的物は得られず、原料が残っているだけだった。
【0026】
[比較例3]
比較のために、実施例7と同様にして、磁気攪拌装置、温度計、テフロン製導入管、排ガスラインを備えた100ml三口フラスコに四塩化炭素50ml、テトラエトキシシラン5gを入れ、窒素で十分に置換した後、外部から氷−水で3℃に冷却した。その後、このテフロン製導入管から直接フッ素ガスを吹き込んだところ、反応が激しく原料が飛び散る状況となり、危険なためそれ以上の操作は出来なかった。
【0027】
【発明の効果】
上述せる実施例1〜7と比較例1〜3の内容から明らかな様に、本発明においては、比較的安価な原料で、容易に且つ収率良く、大量合成が可能な方法で、フッ素置換した有機金属化合物が製造し得、例えば、半導体プロセスの原料として、関連分野で大いに貢献し得るものである。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention is a fluorinated organometallic compound, particularly a metal alkoxide in which a part of the molecule is substituted by fluorine, and is used as a raw material for producing silicon oxide, a semiconductor process raw material utilizing electrical insulation, an optical fiber raw material, and the like. A fluoroalkoxysilane and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a material obtained by partially fluorinating a metal alkoxide has been used as a raw material of a material having a low dielectric constant and a low refractive index due to the characteristics of fluorine. Among them, fluoroalkoxysilane has been particularly noted as a raw material for an interlayer insulating film for semiconductors.
Conventionally, as a method for producing this fluoroalkoxysilane, a method for producing the fluoroalkoxysilane by a fluorine exchange reaction between chlorotriethoxysilane and antimony trifluoride is known.
U.S. Pat. No. 3,374,247 describes a method of reacting tetraethoxysilane and phenylmethylfluoroethoxysilane in the presence of an aluminum chloride catalyst to obtain difluorodiethoxysilane and fluorotriethoxysilane.
Furthermore, a method of reacting hydrofluoric anhydride with tetraethoxysilane has been reported (JP-A-5-86070).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, when production is performed by a fluorine exchange reaction between tetraethoxysilane and antimony trifluoride according to the above-mentioned conventional technique, it is necessary to separate and purify the antimony chloride compound after the reaction, which complicates the process. Furthermore, since the target substance is obtained as a mixture of mono- or di-substituted fluorine and a raw material, it is necessary to separate and isolate the target substance by distillation, and it is difficult to obtain the target substance in high yield.
Also, in US Pat. No. 3,374,247, it is an effective method in consideration of the separation of compounds, the separation and recovery of phenylmethyldiethoxysilane to be produced, and the price and specialty of raw materials used in the reaction. hard.
Furthermore, the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-86070 is effective in using hydrofluoric acid, which is an industrially inexpensive raw material. In the case of the synthesis of a small amount, it can be dealt with, but it is considered to be unusual in the case of industrial consideration and is a problem.
[0004]
[Means to solve the problem]
Therefore, the present inventors have studied the above problem diligently, and proceeded with the research, whether to react the raw material metal alkoxide with hydrofluoric anhydride in an inert solvent, or to react the acid fluoride with the metal alkoxide, Alternatively, by reacting the metal alkoxide with the fluorine gas in an inert solvent, the reaction becomes surprisingly slow, and the desired fluorine is produced in a form that allows easy and high-yield synthesis using inexpensive raw materials. They have found that it is possible to synthesize substituted metal alkoxides.
[0005]
The present invention has been obtained based on the above findings,
(1) a fluorine-substituted organometallic compound represented by the following general formula (1),
FmRnM
(In the formula, R is an alkali group or an alkoxyl group, M is a metal element: any of Ti, Sn, and Sb, m and n are 1 or more, and the sum thereof is the integer corresponding to the valence of the metal element),
(2) a method for producing a fluorine-substituted organometallic compound by reacting a metal alkoxide with hydrofluoric anhydride in an inert solvent;
(3) a method for producing a fluorine-substituted organometallic compound by reacting a metal alkoxide with an acid fluoride;
(4) a method for producing a fluorine-substituted organometallic compound by reacting a metal alkoxide with a fluorine gas in an inert solvent;
(5) The fluorine-substituted organometallic compound according to (1), which is produced by the production method according to (2), (3) or (4),
It is characterized by the following.
[0006]
The present invention has been obtained based on the above findings and has the following characteristics (1) to (6).
(1) A method for producing a fluorine-substituted organometallic compound in which a metal alkoxide is reacted with a fluorinating agent to partially fluorinate an alkoxyl group of the metal alkoxide.
The metal alkoxide is any of metal alkoxides of Si, Ti or Sn,
The fluorinating agent is any of hydrofluoric anhydride, acidic fluoride or fluorine gas,
By reacting any of the metal alkoxides with any of the fluorinating agents, and substituting a part of the alkoxyl group of the metal alkoxide with fluorine,
A method for producing a fluorine-substituted organometallic compound, which comprises obtaining a compound represented by the following general formula.
F x (OR1) y M
Where M is Si, Ti, or Sn
R1 is an alkyl group x, y is 1 or more, and x + y is an integer corresponding to the valence of M. (2) The method for producing an organometallic compound according to (1),
A method for producing a fluorine-substituted organometallic compound, wherein a reaction between a raw material metal alkoxide and a raw material hydrofluoric anhydride is performed in an inert solvent.
(3) In the method for producing an organometallic compound according to the above (1),
A method for producing a fluorine-substituted organometallic compound, wherein a reaction between a raw material metal alkoxide and a raw material acid fluoride is carried out in an aprotic polar solvent.
(4) In the method for producing an organometallic compound according to the above (1),
A method for producing a fluorine-substituted organometallic compound, wherein a reaction between a raw material metal alkoxide and a raw material fluorine gas is performed in an inert solvent using a fluorine gas diluted with an inert gas.
(5) The method for producing an organometallic compound according to any one of (1) to (4),
A method for producing a fluorine-substituted organometallic compound in which a metal alkoxide as a raw material has an alkyl group or a phenyl group bonded to a central metal in addition to an alkoxyl group.
(6) A method for producing a fluorine-substituted organometallic compound represented by the following general formula, using the production method according to (5).
F x R2 z (OR1) y M
Where M is Si, Ti or Sn
R2 is an alkyl group or phenyl group R1 is an alkyl group (R1 and R2 may be the same or different)
x, y, and z are 1 or more, and x + y + z is an integer corresponding to the valence of M.
Materials used in the present invention include metal alkoxides as raw materials. The metal alkoxide is not particularly limited, but may be partially substituted with an alkyl group. As specific examples, tetraethoxysilane, tetramethoxysilane, methyltriethoxysilane, methyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, propyltriethoxysilane, propyltrimethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, dimethyldimethoxysilane Ethoxy silane, diphenyl dimethoxy silane, diphenyl diethoxy silane, trimethyl methoxy silane, trimethyl ethoxy silane, 3-trifluoromethyl propyl trimethoxy silane, 3-trifluoromethyl propyl triethoxy silane, tetrapropoxy tin, tetraethoxy tin, titanium Tetrapropoxide, titanium tetraptoxide, antimony tetrabutoxide, antimony tetraethoxide, antimonte trisopropoxide, etc. And the like.
[0008]
These raw material organic alkoxide compounds are dissolved in an inert solvent which does not react with hydrofluoric anhydride, and hydrofluoric anhydride is introduced therein to synthesize a target compound.
At this time, specific examples of the solvent used include carbon tetrachloride, Freon 113, chloroform, dichloromethane, dichloroethane, hexane, tetrahydrofuran, diisopropyl ether, diethyl ether, benzene, toluene and the like.
[0009]
On the other hand, when reacting with an acidic fluoride, the reaction is generally performed in an aprotic polar solvent in order to increase the reaction temperature without using a solvent. Specific examples of the aprotic polar solvent used here include sulfolane, N-methylpyrrolidone, dimethylsulfoxide, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide and the like.
These solvents need to be sufficiently dehydrated before use. If the dehydration is insufficient, the raw material or the target product produced by the reaction is hydrolyzed by the water in the solvent.
[0010]
On the other hand, when reacting these fluorinating agents with the raw materials, it is preferable to carry out the reaction preferably in an inert gas or dry air, and it is preferable that these gases are also sufficiently dehydrated.
[0011]
Further, the solvent used when using fluorine gas needs to be an inert solvent that does not react with fluorine gas. Generally, carbon tetrachloride that sufficiently dissolves the organometallic compound is preferable. Further, a fluorinated compound such as chlorofluorocarbon can also be used. Perfluoro compounds are also preferable in terms of inertness to fluorine gas, but in this case, in general, it is often impossible to sufficiently dissolve the organometallic compound. Therefore, the reaction is carried out in a state where the organometallic compound is suspended. This is good to do.
[0012]
When hydrofluoric anhydride is used as the fluorinating agent, the reaction is preferably performed at a temperature not higher than the boiling point of hydrofluoric anhydride and up to about -30 ° C. If the temperature is higher than the boiling point of hydrofluoric anhydride, the amount of hydrofluoric anhydride volatilized is large, which is not preferable in terms of safety. On the other hand, if the temperature is lower than −30 ° C., the progress of the reaction will be slow. A reaction time of 1 hour or less or about 12 hours is sufficient. This is because this fluorination substitution reaction occurs very quickly.
On the other hand, when an acid fluoride is used as the fluorinating agent, the reaction is carried out at a temperature of 60 ° C. or higher, preferably at a temperature up to the boiling point of the solvent or the raw material. The reaction time should be as long as possible for at least one hour.
When fluorine gas is used, the temperature is preferably from room temperature to dry ice temperature, more preferably from room temperature to about -20 ° C. Since the reaction of fluorine gas is intense, it is generally preferable to carry out the reaction at a low temperature.
[0013]
The hydrofluoric anhydride or acidic fluoride used in the reaction is changed depending on the ratio of fluorination, and the ratio is not particularly limited.
When fluorine gas is used, the concentration is not particularly limited, but is generally 10% or less, preferably 1% to 5%. If it is at least 10%, the reaction with the metal alkoxide will be violent, and a large number of side reactions will occur in addition to the desired reaction, so that favorable results cannot be obtained. The diluent gas used here is inert to fluorine gas. Common examples include nitrogen, argon, helium, and the like.
[0014]
Further, when hydrofluoric anhydride is used as the fluorinating agent after the reaction, a monofluorinated product, a di- or tri-substituted product, etc. can be obtained at the same time, and the state in which the raw material remains is large. Is separated by evaporation. Even when hydrofluoric anhydride is used, it is preferable to perform direct distillation without performing any operation such as neutralization. On the other hand, when an acid fluoride is used as the fluorinating agent, the resulting compound is generally a raw material that has not been reacted with a monosubstituted fluorine, and thus can be separated by distillation. .
In addition, when fluorine gas is used, the sample after the reaction is fluorinated by direct distillation when the organometallic compound is dissolved in a solvent such as carbon tetrachloride, and in a suspension with an inert solvent. In this case, the solvent and the target substance are removed by an operation such as liquid separation, and then separated by an operation such as distillation.
[0015]
Since the compound obtained by the present invention is a fluorine-substituted metal alkoxide, it can be used as a raw material for producing a fluorine-doped metal oxide by this decomposition. As a specific example, it is possible to produce a fluorine-doped silica film by decomposing fluorotriethoxysilane, and a low dielectric constant film is mentioned as this application.
[0016]
【Example】
Hereinafter, examples of the present invention will be specifically described.
[Example 1]
500 ml of diisopropyl ether and 100 g of tetraethoxysilane sufficiently dried with molecular sieve 3A are put into a 1000 ml beaker made of Teflon which has been sufficiently replaced with dry nitrogen in advance, and external nitrogen is introduced while introducing dry nitrogen. The mixture was cooled to 5 ° C. using ice-water, and 20 g of hydrofluoric anhydride was added dropwise thereto over 3 hours. After completion of the dropwise addition, the mixture was stirred at 15 ° C. for 12 hours. After completion of the stirring, diisopropyl ether was evaporated, and the residue was distilled to obtain 17.5 g of fluorotriethoxysilane and 22.6 g of difluorodiethoxysilane.
[0017]
[Example 2]
A 10% hydrofluoric anhydride solution of tetrahydrofuran was prepared in advance. Using the same apparatus as in Example 1, 136 g of methyltrimethoxysilane and 300 ml of tetrahydrofuran sufficiently dehydrated with a molecular sieve were placed therein, and dissolved in 500 ml of tetrahydrofuran of 30.0 g of hydrofluoric anhydride. The resulting solution was added dropwise over 5 hours while cooling to 10 ° C. After completion of the dropwise addition, the mixture was stirred at 60 ° C. for 5 hours. The reaction solution was directly distilled to obtain 43.4 g of methyldimethoxyfluorosilane and 44.8 g of methylmethoxydifluorosilane.
[0018]
[Example 3]
Using 28.4 g of titanium tetraisopropoxide as a raw material and 300 ml of dichloromethane as a solvent, 4.0 g of hydrofluoric anhydride was added dropwise over 5 hours using the same apparatus as in Example 1. Immediately after the completion of the dropwise addition, distillation was performed to obtain 1.9 g of titanium fluorotriisopropoxide and 2.1 g of titanium difluorodiisopropoxide.
[0019]
[Example 4]
17.0 g of antimony tributoxide and 14.5 g of ammonium acid fluoride were put into a 100 ml eggplant-shaped flask, and heated and stirred at 100 ° C. overnight. The reaction solution was filtered and distilled to obtain 1.6 g of antimony monofluorodibutoxide.
[0020]
[Example 5]
3.6 g of tetraisopropoxy tin and 50 ml of sufficiently dehydrated sulfolane were put in a 100 ml eggplant-shaped flask, and heated and stirred at 150 ° C. for 10 hours. Thereafter, GC-MS analysis of the reaction solution confirmed that fluorotriisopropoxytin was formed.
[0021]
[Example 6]
In a 100 ml eggplant-shaped flask, 3.0 g of diphenyldiethoxysilane and 10 ml of a 10% THF solution of tetrabutylammonium fluoride 3HF salt were added, and the mixture was stirred at 60 ° C. overnight. GC-MS analysis of the reaction solution confirmed that diphenylfluoroethoxysilane was generated.
[0022]
[Example 7]
In a 100 ml three-necked flask equipped with a magnetic stirrer, a thermometer, a Teflon introduction pipe, and an exhaust gas line, 50 ml of carbon tetrachloride and 5 g of tetraethoxysilane were put, and sufficiently purged with nitrogen. Cool. Thereafter, fluorine gas diluted to 5% with nitrogen was blown through the Teflon introduction tube at a rate of 50 ml / min for 2 hours.
After the completion of the reaction, it was confirmed by GC-MS analysis of the reaction solution that fluorotriethoxysilane and difluorodiethoxysilane had been produced.
[0023]
As described above, it has been confirmed that each of the fluoroalkoxysilanes obtained in Examples 1 to 7 is of a quality that can be sufficiently used in the semiconductor technical field.
[0024]
[Comparative Example 1]
For comparison, the same operation as in Example 1 was performed except that diisopropyl ether was not used as a solvent. At the moment when the hydrofluoric anhydride was dropped, the reaction was violent and the hydrofluoric acid was scattered, and further operation could not be performed due to danger.
[0025]
[Comparative Example 2]
The same operation as in Example 4 was performed with ammonium fluoride instead of ammonium acid fluoride. Even with heating and stirring overnight, the desired product was not obtained, and only the raw material remained.
[0026]
[Comparative Example 3]
For comparison, in the same manner as in Example 7, 50 ml of carbon tetrachloride and 5 g of tetraethoxysilane were placed in a 100 ml three-necked flask equipped with a magnetic stirrer, a thermometer, a Teflon introducing tube, and an exhaust gas line, and sufficiently mixed with nitrogen. After the replacement, the mixture was externally cooled to 3 ° C. with ice-water. Thereafter, when fluorine gas was blown directly from the Teflon-made introduction pipe, the reaction was so violent that the raw materials were scattered, and further operations could not be performed due to danger.
[0027]
【The invention's effect】
As is clear from the contents of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 3 described above, in the present invention, fluorine-substitution is carried out using a relatively inexpensive raw material, easily and in good yield, and in a method capable of mass synthesis. The organic metal compound can be produced, and can greatly contribute to the related field, for example, as a raw material for a semiconductor process.

Claims (6)

金属アルコキシドとフッ素化剤を反応させることにより、金属アルコキシドのアルコキシル基の一部をフッ素置換させるフッ素置換された有機金属化合物の製造方法において、
前記金属アルコキシドが、Si、TiまたはSnの金属アルコキシドのいずれかであり、
フッ素化剤が、無水フッ酸、酸性フッ化物またはフッ素ガスのいずれかであり、
前記金属アルコキシドのいずれかと、フッ素化剤のいずれかとを反応させ、金属アルコキシドのアルコキシル基の一部をフッ素置換させるることにより、
下記一般式に示す化合物を得ることを特徴とするフッ素置換された有機金属化合物の製造方法。
(OR1)
式中、MはSi、TiまたはSn
R1はアルキル基
x、yは1以上で、x+yが前記Mの価数と一致する整数
By reacting a metal alkoxide with a fluorinating agent, a method for producing a fluorine-substituted organometallic compound in which a part of the alkoxyl group of the metal alkoxide is fluorinated,
The metal alkoxide is any of metal alkoxides of Si, Ti or Sn,
The fluorinating agent is any of hydrofluoric anhydride, acidic fluoride or fluorine gas,
By reacting any of the metal alkoxides with any of the fluorinating agents, and substituting a part of the alkoxyl group of the metal alkoxide with fluorine,
A method for producing a fluorine-substituted organometallic compound, which comprises obtaining a compound represented by the following general formula.
F x (OR1) y M
Where M is Si, Ti or Sn
R1 is an alkyl group x, y is 1 or more, and x + y is an integer corresponding to the valence of M.
請求項1記載の有機金属化合物の製造方法において、
原料の金属アルコキシドと、原料の無水フッ酸との反応を不活性溶媒中で行うフッ素置換された有機金属化合物の製造方法。
The method for producing an organometallic compound according to claim 1,
A method for producing a fluorine-substituted organometallic compound, wherein a reaction between a raw material metal alkoxide and a raw material hydrofluoric anhydride is performed in an inert solvent.
請求項1記載の有機金属化合物の製造方法において、
原料の金属アルコキシドと、原料の酸性フッ化物との反応を非プロトン性の極性溶媒中で行うフッ素置換された有機金属化合物の製造方法。
The method for producing an organometallic compound according to claim 1,
A method for producing a fluorine-substituted organometallic compound, wherein a reaction between a raw material metal alkoxide and a raw material acid fluoride is carried out in an aprotic polar solvent.
請求項1記載の有機金属化合物の製造方法において、
原料の金属アルコキシドと、原料のフッ素ガスとの反応を不活性溶媒中で、不活性ガスで希釈されたフッ素ガスを用いて行うフッ素置換された有機金属化合物の製造方法。
The method for producing an organometallic compound according to claim 1,
A method for producing a fluorine-substituted organometallic compound, wherein a reaction between a raw material metal alkoxide and a raw material fluorine gas is performed in an inert solvent using a fluorine gas diluted with an inert gas.
請求項1〜4記載の有機金属化合物の製造方法において、
原料の金属アルコキシドが、中心金属にアルコキシル基の他に、アルキル基またはフェニル基を結合しているフッ素置換された有機金属化合物の製造方法。
The method for producing an organometallic compound according to claim 1, wherein
A method for producing a fluorine-substituted organometallic compound in which a metal alkoxide as a raw material has an alkyl group or a phenyl group bonded to a central metal in addition to an alkoxyl group.
請求項5記載の製造方法を用いる、下記一般式に示すフッ素置換された有機金属化合物の製造方法。
R2(OR1)
式中、MはSi、TiまたはSn
R2はアルキル基またはフェニル基
R1はアルキル基(R1とR2は同じでも、異なっても良い)
x、y、zは1以上で、x+y+zが前記Mの価数と一致する整数
A method for producing a fluorine-substituted organometallic compound represented by the following general formula, using the production method according to claim 5.
F x R2 z (OR1) y M
Where M is Si, Ti or Sn
R2 is an alkyl group or phenyl group R1 is an alkyl group (R1 and R2 may be the same or different)
x, y, and z are 1 or more, and x + y + z is an integer that matches the valence of M.
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