JP5294537B2 - トリ(第2級アルキル)シラン化合物の製造方法 - Google Patents

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本発明は、シリル化剤、還元剤、クロロシランタイプのシリル化剤であるトリ(第2級アルキル)クロロシラン化合物の原料等として有用な、トリ(第2級アルキル)シラン化合物の製造方法に関するものである。
従来、シリル化剤、還元剤、クロロシランタイプのシリル化剤であるトリ(第2級アルキル)クロロシラン化合物の原料として有用な、トリ(第2級アルキル)シラン化合物の製造方法としては、J.Am.Chem.Soc.,69,1500(1947)(非特許文献1)記載のトリクロロシランと第2級アルキルリチウムとを反応させる方法、ケミカルアブストラクト84(21):150030h(非特許文献2)記載のトリクロロシランと第2級アルキルグリニャール試薬とを反応させる方法が知られている。
しかしながら、第2級アルキルリチウムを用いる方法は高活性の金属リチウムの取り扱いに十分な注意が必要であり、第2級アルキルリチウムが自然発火性を有しているため工業的に製造することが困難である。一方、第2級アルキルグリニャール試薬を用いる方法は、第2級アルキルグリニャール試薬は第2級アルキルリチウムに比べ合成容易であり、自然発火性を有しないため、アルキルリチウムを用いる方法での問題点は解決される。しかしながら、トリクロロシランとの反応を行った場合、トリクロロシランに対し2当量の第2級アルキルグリニャール試薬とは容易に反応するものの、3当量目の反応が非常に遅く、反応完結まで長時間必要であり、アルキルグリニャール試薬の種類によっては目的物がほとんど得られないという問題点を有しているため工業的には有利でない。
このアルキルグリニャール試薬を用いる方法の改良法として、特許第2864985号公報(特許文献1)記載のトリアルコキシシランと第2級アルキルグリニャール試薬とを反応させる方法がある。トリアルコキシシランを用いることにより反応性は向上するものの、トリアルコキシシランは、アルカリ存在下では自然発火性のモノシランを生成する可能性があるため、工業的に実施することは困難である。
特許第2864985号公報 J.Am.Chem.Soc.,69,1500(1947) ケミカルアブストラクト84(21):150030h
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、工業的に製造可能なアルキルグリニャール試薬及びトリクロロシランを用いて、収率よく安全にトリ(第2級アルキル)シラン化合物を製造することができる方法を提供することを目的とする。
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、下記一般式(1)
1MgX (1)
(式中、R1はイソプロピル基又はsec−ブチル基、Xはハロゲン原子である。)
で示されるグリニャール試薬とトリクロロシランを反応させる際に、反応系中に銅化合物、特にヨウ化銅(I)を添加することにより、反応性が著しく向上し、収率よく下記一般式(2)
HSiR1 3 (2)
(式中、R1は上と同様である。)
で示されるトリ(第2級アルキル)シラン化合物を製造できることを知見し、本発明を完成するに至ったものである。
従って、本発明は、下記一般式(1)
1MgX (1)
(式中、R1はイソプロピル基又はsec−ブチル基、Xはハロゲン原子である。)
で示されるグリニャール試薬とトリクロロシランとをヨウ化銅(I)の存在下に反応させることを特徴とする下記一般式(2)
HSiR1 3 (2)
(式中、R1は上と同様である。)
で示されるトリ(第2級アルキル)シラン化合物の製造方法を提供する。
本発明によると、シリル化剤、還元剤、クロロシランタイプのシリル化剤であるトリ(第2級アルキル)クロロシラン化合物の原料等として有用なトリ(第2級アルキル)シラン化合物を、工業的に実施可能な第2級アルキルグリニャール試薬とトリクロロシランとの反応を用いて収率よく安全に製造することができる。
以下、本発明について更に詳しく説明する。
本発明のトリ(第2級アルキル)シラン化合物の製造方法において、原料として用いられるグリニャール試薬は下記一般式(1)
1MgX (1)
(式中、R1は炭素数3〜10の2級炭化水素基又は環状炭化水素基、Xはハロゲン原子である。)
で示されるものである。
ここで、R1は具体的にはイソプロピル基、sec−ブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が例示される。Xのハロゲン原子としては塩素、臭素、ヨウ素等が例示される。
上記一般式(1)で示されるグリニャール試薬としては、具体的にはイソプロピルマグネシウムクロライド、sec−ブチルマグネシウムクロライド、シクロペンチルマグネシウムクロライド、シクロヘキシルマグネシウムクロライド、イソプロピルマグネシウムブロマイド、sec−ブチルマグネシウムブロマイド、シクロペンチルマグネシウムブロマイド、シクロヘキシルマグネシウムブロマイド、イソプロピルマグネシウムアイオダイド、sec−ブチルマグネシウムアイオダイド、シクロペンチルマグネシウムアイオダイド、シクロヘキシルマグネシウムアイオダイド等が例示される。
上記一般式(1)で示されるグリニャール試薬の使用量は特に限定されないが、反応性、生産性の点から、トリクロロシラン1モルに対して3.0〜6.0モル、特に3.0〜5.0モルが好ましい。
また、本発明においては触媒として銅化合物を用いる。用いられる銅化合物としては、具体的にはヨウ化銅(I)であり、反応性向上、触媒活性、安全性の点からヨウ化銅(I)を用いる。
上記銅化合物は化合物そのものを用いてもよいが、例えば上記銅化合物の中でより好ましいヨウ化銅(I)を用いる場合、塩化銅(I)等のヨウ化銅(I)以外の銅塩と、ヨウ化ナトリウムやヨウ化カリウム等のヨウ化銅(I)以外のヨウ化物とを反応系内において調製したヨウ化銅(I)、又は予め混合し調製したヨウ化銅(I)を用いてもよい。
上記銅化合物の使用量は特に限定されないが、反応性及び生産性の点から、上記一般式(2)で示されるグリニャール試薬1モルに対し、0.001モル〜0.1モル、特に0.003〜0.05モルの範囲が好ましい。触媒が0.001モル未満だと触媒の充分な効果が発現しない可能性があり、0.1モルを超えると、触媒の量に見合うだけの反応促進効果がみられない可能性がある。
上記反応の反応温度は特に限定されないが、0〜120℃、特に30〜100℃が好ましい。
上記反応は、非プロトン性の有機溶媒中で行うことが好ましい。用いられる溶媒としては、例えばジエチルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメトキシエタン、ジグライム等のエーテル系溶媒、ペンタン、ヘキサン、イソオクタン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン等の炭化水素系溶媒等が例示される。これらの溶媒は単独で用いてもよく、2種類以上を混合して用いてもよい。
また、上記反応は反応系中に酸素が存在すると、グリニャール試薬と酸素が反応し、収率低下の原因となるので、窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気下で行うのが好ましい。
このような本発明の製造法では、下記一般式(2)
HSiR1 3 (2)
(式中、R1は炭素数3〜10の2級炭化水素基又は環状炭化水素基である。)
で示されるトリ(第2級アルキル)シラン化合物を高収率で得ることができる。
式(2)で示されるハイドロジェンシラン化合物としては、具体的にはトリイソプロピルシラン、トリsec−ブチルシラン、トリシクロペンチルシラン、トリシクロヘキシルシラン等が例示される。
以下、実施例と比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
[実施例1]
撹拌器、還流器、滴下ロート及び温度計を備えたフラスコに、金属マグネシウム77.8g(3.2モル)、テトラヒドロフラン2000mlを仕込み、窒素ガス雰囲気下でイソプロピルクロライド239.4g(3.05モル)を内温40〜50℃で2時間かけて滴下し、更に60℃で1時間撹拌した。グリニャール試薬としてのイソプロピルマグネシウムクロライド液が得られた。
次に、このグリニャール試薬にヨウ化銅(I)3.8g(0.02モル)を添加した後、30〜40℃にてトリクロロシラン135.5g(1.0モル)を2時間かけて滴下し、更に40〜50℃で1時間撹拌した。得られた反応液をガスクロマトグラフィーで分析したところ、目的物であるトリイソプロピルシランと反応中間体であるジイソプロピルクロロシランとのガスクロマトグラフィーチャートの面積比は99.5:0.5であった。
この反応液に20%塩酸600gを添加し、塩を溶解した後、有機層を分液し、蒸留した。トリイソプロピルシランを75−76℃/4kPaの留分として117.3g得た(収率74%)。
参考例1
撹拌器、還流器、滴下ロート及び温度計を備えたフラスコに、金属マグネシウム77.8g(3.2モル)、テトラヒドロフラン2000mlを仕込み、窒素ガス雰囲気下でイソプロピルクロライド239.4g(3.05モル)を内温40〜50℃で2時間かけて滴下し、更に60℃で1時間撹拌した。グリニャール試薬としてのイソプロピルマグネシウムクロライド液が得られた。
次に、このグリニャール試薬に塩化銅(I)2.0g(0.02モル)を添加した後、30〜40℃にてトリクロロシラン135.5g(1.0モル)を2時間かけて滴下し、更に40〜50℃で3時間撹拌した。得られた反応液をガスクロマトグラフィーで分析したところ、目的物であるトリイソプロピルシランと反応中間体であるジイソプロピルクロロシランとのガスクロマトグラフィーチャートの面積比は98:2であった。
この反応液に20%塩酸600gを添加し、塩を溶解した後、有機層を分液し、蒸留した。トリイソプロピルシランを75−76℃/4kPaの留分として113.8g得た(収率72%)。
[実施例
撹拌器、還流器、滴下ロート及び温度計を備えたフラスコに、金属マグネシウム77.8g(3.2モル)、テトラヒドロフラン2000mlを仕込み、窒素ガス雰囲気下でイソプロピルクロライド239.4g(3.05モル)を内温40〜50℃で2時間かけて滴下し、更に60℃で1時間撹拌した。グリニャール試薬としてのイソプロピルマグネシウムクロライド液が得られた。
次に、このグリニャール試薬に塩化銅(I)2.0g(0.02モル)、ヨウ化カリウム3.3g(0.02モル)を添加し、反応系中でヨウ化銅(I)を調製した後、30〜40℃にてトリクロロシラン135.5g(1.0モル)を2時間かけて滴下し、更に40〜50℃で1時間撹拌した。得られた反応液をガスクロマトグラフィーで分析したところ、目的物であるトリイソプロピルシランと反応中間体であるジイソプロピルクロロシランとのガスクロマトグラフィーチャートの面積比は99.4:0.6であった。
この反応液に20%塩酸600gを添加し、塩を溶解した後、有機層を分液し、蒸留した。トリイソプロピルシランを75−76℃/4kPaの留分として112.6g得た(収率71%)。
[比較例1]
ヨウ化銅(I)を添加しなかった以外は実施例1と同様にしてグリニャール試薬とトリクロロシランとの反応を行った。トリクロロシラン添加後40〜50℃で3時間撹拌した反応液をガスクロマトグラフィーで分析したところ、目的物であるトリイソプロピルシランと反応中間体であるジイソプロピルクロロシランとのガスクロマトグラフィーチャートの面積比は75:25であり、さらに60〜70℃で6時間撹拌を行ったところ96:4となった。
この反応液に20%塩酸600gを添加し、塩を溶解した後、有機層を分液し、蒸留した。トリイソプロピルシランを75−76℃/4kPaの留分として96.2g得た(収率60%)。
[実施例
撹拌器、還流器、滴下ロート及び温度計を備えたフラスコに、金属マグネシウム77.8g(3.2モル)、テトラヒドロフラン2000mlを仕込み、窒素ガス雰囲気下でsec−ブチルクロライド282.4g(3.05モル)を内温40〜50℃で2時間かけて滴下し、更に60℃で1時間撹拌した。グリニャール試薬としてのsec−ブチルマグネシウムクロライド液が得られた。
次に、このグリニャール試薬にヨウ化銅(I)5.7g(0.03モル)を添加した後、30〜40℃にてトリクロロシラン135.5g(1.0モル)を2時間かけて滴下し、更に60〜70℃で8時間撹拌した。得られた反応液をガスクロマトグラフィーで分析したところ、目的物であるトリsec−ブチルシランと反応中間体であるジsec−ブチルクロロシランとのガスクロマトグラフィーチャートの面積比は84:16であった。
この反応液に20%塩酸600gを添加し、塩を溶解した後、有機層を分液し、蒸留した。トリsec−ブチルシランを90−91℃/1kPaの留分として109.4g得た(収率55%)。
[比較例2]
ヨウ化銅(I)を添加しなかった以外は実施例と同様にしてグリニャール試薬とトリクロロシランとの反応を行った。トリクロロシラン添加後60〜70℃で8時間撹拌した反応液をガスクロマトグラフィーで分析したところ、目的物であるトリsec−ブチルシランと反応中間体であるジsec−ブチルクロロシランとのガスクロマトグラフィーチャートの面積比は32:68であり、反応の進行は非常に遅かった。

Claims (2)

  1. 下記一般式(1)
    1MgX (1)
    (式中、R1はイソプロピル基又はsec−ブチル基、Xはハロゲン原子である。)
    で示されるグリニャール試薬とトリクロロシランとをヨウ化銅(I)の存在下、反応させることを特徴とする下記一般式(2)
    HSiR1 3 (2)
    (式中、R1は上記の通りである。)
    で示されるトリ(第2級アルキル)シラン化合物の製造方法。
  2. ヨウ化銅(I)以外の銅塩と、ヨウ化銅(I)以外のヨウ化物とを混合し、調製したヨウ化銅(I)を用いることを特徴とする請求項1記載のトリ(第2級アルキル)シラン化合物の製造方法。
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