JP6665437B2 - Method for producing tertiary alkyl silane and tertiary alkyl alkoxy silane - Google Patents
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Description
本発明は、第3級アルキルシラン及び第3級アルキルアルコキシシランの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a tertiary alkylsilane and a tertiary alkylalkoxysilane.
t−ブチルシラン類に代表される第3級アルキルシランの製造方法は、一般にアルキルリチウムとクロロシランとの反応がよく知られている。この方法は、アルキルリチウムのコストが高いことが問題となっている。そのため、より安価なグリニャール試薬を使用した製造方法が必要とされている。第3級アルキルグリニャール試薬とクロロシランの反応において、CN、SCN、NCS等のイオンを触媒量加えることで、反応が進行することが知られている(非特許文献1参照)。しかし、CNイオンは毒性の強い化合物を形成する恐れが強く、製造工程における使用や廃棄には大きな問題がある。また、SCNイオンやNCSイオンは製造物中に硫黄が残留し、その臭いが製品品質上大きな問題となる。その他、ハロゲン化銅を触媒とすることでも反応が進行することが知られている(特許文献1参照)。しかしながら、当該特許文献中の実施例、並びに本願発明者の追試するところによると(比較例参照)、当該文献の方法による合成法は、目的物を充分効率よく生成し得ていない。 In a method for producing a tertiary alkylsilane represented by t-butylsilanes, a reaction between alkyllithium and chlorosilane is generally well known. This method has a problem that the cost of alkyl lithium is high. Therefore, there is a need for a production method using a less expensive Grignard reagent. It is known that in the reaction of a tertiary alkyl Grignard reagent with chlorosilane, the reaction proceeds by adding a catalytic amount of ions such as CN, SCN, and NCS (see Non-Patent Document 1). However, CN ions are liable to form highly toxic compounds, and there is a major problem in use and disposal in the production process. Further, SCN ions and NCS ions have sulfur remaining in the product, and the odor becomes a serious problem in product quality. In addition, it is known that the reaction proceeds even when copper halide is used as a catalyst (see Patent Document 1). However, according to the examples in the patent document and the follow-up test by the inventor of the present application (see Comparative Examples), the synthesis method according to the method of the document does not produce the target product sufficiently efficiently.
第3級アルキルシランは汎用の化合物であり、公知の様々な化学製品及び中間体として使用されている。例えば第3級アルキルアルコキシシランは、対応するテトラアルコキシシランとアルキルリチウムとの反応により製造することができる。この方法は、上述の第3級アルキルシランの製造方法と同様に、アルキルリチウムのコストが高いことが問題となっている(特許文献2参照)。また、第3級アルキルアルコキシシランは、Si−Cl結合を有する第3級アルキルシランとアルコールとの反応によっても合成することができる。第3級アルキルアルコキシシランは、例えば含ケイ素高分子前駆体、含ケイ素薄膜前駆体、官能基保護試薬、コーティング剤、シランカップリング剤、シリカ粒子前駆体、表面改質剤等に使用されている。 Tertiary alkylsilanes are general-purpose compounds and are used as various known chemical products and intermediates. For example, a tertiary alkylalkoxysilane can be produced by reacting a corresponding tetraalkoxysilane with an alkyl lithium. This method has a problem that the cost of alkyllithium is high as in the above-mentioned method for producing a tertiary alkylsilane (see Patent Document 2). The tertiary alkylalkoxysilane can also be synthesized by reacting a tertiary alkylsilane having a Si—Cl bond with an alcohol. Tertiary alkylalkoxysilanes are used, for example, as silicon-containing polymer precursors, silicon-containing thin film precursors, functional group protecting reagents, coating agents, silane coupling agents, silica particle precursors, surface modifiers, and the like. .
本発明の目的は、安価な材料を用いた、効率の良い第3級アルキルシランの製造方法を提供し、さらに、そのようにして製造された、Si−Cl結合を有する第3級アルキルシランを用いた、第3級アルキルアルコキシシランの製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an efficient method for producing a tertiary alkyl silane using an inexpensive material, and further provide a tertiary alkyl silane having a Si—Cl bond thus produced. An object of the present invention is to provide a method for producing a tertiary alkylalkoxysilane used.
本発明者らは先の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、第3級アルキルグリニャール試薬とクロロシランの反応において、触媒の共存下、反応を低温で行うことにより、効率よく第3級アルキルシランを製造可能であることを見出し、さらに、そのようにして製造された、Si−Cl結合を有する第3級アルキルシランをアルコールと反応させることによって、第3級アルキルアルコキシシランを製造可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventors have conducted intensive studies to solve the above problems, and as a result, in the reaction of a tertiary alkyl Grignard reagent with chlorosilane, the reaction is carried out at a low temperature in the coexistence of a catalyst, so that the tertiary alkyl is efficiently used. It has been found that a silane can be produced, and furthermore, a tertiary alkylalkoxysilane can be produced by reacting the tertiary alkylsilane having a Si—Cl bond thus produced with an alcohol. This led to the completion of the present invention.
すなわち本発明は、第3級アルキルグリニャール試薬とクロロシランとを、ハロゲン化銅の存在下、−130℃〜−20℃で反応させる、第3級アルキルシランの製造方法に関する。 That is, the present invention relates to a method for producing a tertiary alkylsilane, which comprises reacting a tertiary alkyl Grignard reagent with chlorosilane at -130 ° C to -20 ° C in the presence of copper halide.
さらに本発明は、上述のようにして製造された、Si−Cl結合を有する第3級アルキルシランと、アルコールとを反応させる、第3級アルキルアルコキシシランの製造方法に関する。 Furthermore, the present invention relates to a method for producing a tertiary alkylalkoxysilane, which comprises reacting the tertiary alkylsilane having a Si—Cl bond produced as described above with an alcohol.
以下、本発明について詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
最初に、第3級アルキルグリニャール試薬とクロロシランとを、ハロゲン化銅の存在下、−130℃〜−20℃で反応させる第3級アルキルシランの製造方法について説明する。 First, a method for producing a tertiary alkylsilane in which a tertiary alkyl Grignard reagent and chlorosilane are reacted at −130 ° C. to −20 ° C. in the presence of copper halide will be described.
第3級アルキルグリニャール試薬としては、t−ブチルマグネシウムハライド、t−ペンチルマグネシウムハライド、1,1−ジメチル−2−プロペニルマグネシウムハライド、1,1,2−トリメチルプロピルマグネシウムハライド、1−メチルシクロペンチルマグネシウムハライド、テキシルマグネシウムハライド、1−アダマンチルマグネシウムハライド等を例示することができる。特に反応効率が良い点で、t−ブチルマグネシウムハライドが好ましい。ハライドとして用いるハロゲン化合物としては特に制限はなく、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素などを例示することができる。取扱いが容易な点で、特に塩素、臭素が好ましい。具体的な第3級グリニャール試薬としてはt−ブチルマグネシウムフルオリド、t−ブチルマグネシウムクロリド、t−ブチルマグネシウムブロミド、t−ブチルマグネシウムヨージド、t−ペンチルマグネシウムクロリド、t−ペンチルマグネシウムブロミド、1,1−ジメチル−2−プロペニルマグネシウムクロリド、1,1−ジメチル−2−プロペニルマグネシウムブロミド、1,1,2−トリメチルプロピルマグネシウムクロリド、1,1,2−トリメチルプロピルマグネシウムブロミド、1−メチルシクロペンチルマグネシウムクロリド、1−メチルシクロペンチルマグネシウムブロミド、テキシルマグネシウムクロリド、テキシルマグネシウムブロミド、1−アダマンチルマグネシウムクロリド、1−アダマンチルマグネシウムブロミド、1−アダマンチルマグネシウムヨージド等が挙げられ、反応効率が良い点で、特にt−ブチルマグネシウムクロリド、t−ブチルマグネシウムブロミド、t−ペンチルマグネシウムブロミド等が好ましく、t−ブチルマグネシウムクロリド、t−ブチルマグネシウムブロミドが殊更好ましい。これら第3級アルキルグリニャール試薬は、例えばマグネシウムと対応する第3級アルキルハライドとの反応のような一般的な方法によって調製することができるし、市販のものをそのまま用いることもできる。 Examples of the tertiary alkyl Grignard reagent include t-butyl magnesium halide, t-pentyl magnesium halide, 1,1-dimethyl-2-propenyl magnesium halide, 1,1,2-trimethylpropyl magnesium halide, and 1-methylcyclopentyl magnesium halide. , Texyl magnesium halide, 1-adamantyl magnesium halide and the like. Particularly, t-butylmagnesium halide is preferred in terms of good reaction efficiency. The halogen compound used as the halide is not particularly limited, and examples thereof include fluorine, chlorine, bromine, and iodine. Particularly, chlorine and bromine are preferable in terms of easy handling. Specific tertiary Grignard reagents include t-butylmagnesium fluoride, t-butylmagnesium chloride, t-butylmagnesium bromide, t-butylmagnesium iodide, t-pentylmagnesium chloride, t-pentylmagnesium bromide, 1-dimethyl-2-propenylmagnesium chloride, 1,1-dimethyl-2-propenylmagnesium bromide, 1,1,2-trimethylpropylmagnesium chloride, 1,1,2-trimethylpropylmagnesium bromide, 1-methylcyclopentylmagnesium chloride , 1-methylcyclopentyl magnesium bromide, texyl magnesium chloride, texyl magnesium bromide, 1-adamantyl magnesium chloride, 1-adamantyl magnesium And t-butylmagnesium chloride, t-butylmagnesium bromide, t-pentylmagnesium bromide and the like are particularly preferable in terms of good reaction efficiency, and t-butylmagnesium chloride and t-butylmagnesium chloride are preferable. Butylmagnesium bromide is particularly preferred. These tertiary alkyl Grignard reagents can be prepared by a general method such as a reaction of magnesium with a corresponding tertiary alkyl halide, or commercially available ones can be used as they are.
クロロシランとしては、テトラクロロシランの他、ケイ素上に1〜3個の塩素以外の置換基が入っていてもよく、トリクロロシラン、メチルトリクロロシラン、メチルジクロロシラン、エチルトリクロロシラン、ビニルトリクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、フェニルジクロロシラン、メチルフェニルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン等を例示することができる。 As chlorosilane, in addition to tetrachlorosilane, silicon may have a substituent other than 1 to 3 chlorine atoms. Trichlorosilane, methyltrichlorosilane, methyldichlorosilane, ethyltrichlorosilane, vinyltrichlorosilane, phenyltrichlorosilane Chlorosilane, phenyldichlorosilane, methylphenyldichlorosilane, trimethylchlorosilane and the like can be exemplified.
ハロゲン化銅としては、塩化銅(I)、塩化銅(II)、臭化銅(I)、臭化銅(II)、ヨウ化銅(I)等を例示することができる。反応収率が高い点、安価で入手が容易な点で、特に塩化銅(I)臭化銅(I)、ヨウ化銅(I)が好ましく、塩化銅(I)が殊更好ましい。 Examples of the copper halide include copper (I) chloride, copper (II) chloride, copper (I) bromide, copper (II) bromide, and copper (I) iodide. Copper (I), copper (I) bromide, and copper (I) iodide are preferred, and copper (I) chloride is particularly preferred, in terms of high reaction yield, low cost and easy availability.
本発明の製造方法で得られる第3級アルキルシランとしては、t−ブチルトリクロロシラン、t−ブチルジクロロシラン、t−ブチルメチルジクロロシラン、t−ブチルメチルクロロシラン、t−ブチルエチルジクロロシラン、t−ブチルビニルジクロロシラン、t−ブチルフェニルジクロロシラン、t−ブチルフェニルクロロシラン、t−ブチルメチルフェニルクロロシラン、t−ブチルトリメチルシラン、t−ペンチルトリクロロシラン、t−ペンチルジクロロシラン、t−ペンチルメチルジクロロシラン、t−ペンチルメチルクロロシラン、t−ペンチルエチルジクロロシラン、t−ペンチルビニルジクロロシラン、t−ペンチルフェニルジクロロシラン、t−ペンチルフェニルクロロシラン、t−ペンチルメチルフェニルクロロシラン、t−ペンチルトリメチルシラン、1,1−ジメチル−2−プロペニルトリクロロシラン、1,1−ジメチル−2−プロペニルジクロロシラン、1,1−ジメチル−2−プロペニルメチルジクロロシラン、1,1−ジメチル−2−プロペニルメチルクロロシラン、1,1−ジメチル−2−プロペニルエチルジクロロシラン、1,1−ジメチル−2−プロペニルビニルジクロロシラン、1,1−ジメチル−2−プロペニルフェニルジクロロシラン、1,1−ジメチル−2−プロペニルフェニルクロロシラン、1,1−ジメチル−2−プロペニルメチルフェニルクロロシラン、1,1−ジメチル−2−プロペニルトリメチルシラン、1,1,2−トリメチルプロピルトリクロロシラン、1,1,2−トリメチルプロピルジクロロシラン、1,1,2−トリメチルプロピルメチルジクロロシラン、1,1,2−トリメチルプロピルメチルクロロシラン、1,1,2−トリメチルプロピルエチルジクロロシラン、1,1,2−トリメチルプロピルビニルジクロロシラン、1,1,2−トリメチルプロピルフェニルジクロロシラン、1,1,2−トリメチルプロピルフェニルクロロシラン、1,1,2−トリメチルプロピルメチルフェニルクロロシラン、1,1,2−トリメチルプロピルトリメチルシラン、1−メチルシクロペンチルトリクロロシラン、1−メチルシクロペンチルジクロロシラン、1−メチルシクロペンチルメチルジクロロシラン、1−メチルシクロペンチルメチルクロロシラン、1−メチルシクロペンチルエチルジクロロシラン、1−メチルシクロペンチルビニルジクロロシラン、1−メチルシクロペンチルフェニルジクロロシラン、1−メチルシクロペンチルフェニルクロロシラン、1−メチルシクロペンチルメチルフェニルクロロシラン、1−メチルシクロペンチルトリメチルシラン、テキシルトリクロロシラン、テキシルジクロロシラン、テキシルメチルジクロロシラン、テキシルメチルクロロシラン、テキシルエチルジクロロシラン、テキシルビニルジクロロシラン、テキシルフェニルジクロロシラン、テキシルフェニルクロロシラン、テキシルメチルフェニルクロロシラン、テキシルトリメチルシラン、1−アダマンチルトリクロロシラン、1−アダマンチルジクロロシラン、1−アダマンチルメチルジクロロシラン、1−アダマンチルメチルクロロシラン、1−アダマンチルエチルジクロロシラン、1−アダマンチルビニルジクロロシラン、1−アダマンチルフェニルジクロロシラン、1−アダマンチルフェニルクロロシラン、1−アダマンチルメチルフェニルクロロシラン、1−アダマンチルトリメチルシラン等が挙げられ、反応効率が良い点で、特にt−ブチルトリクロロシラン、t−ブチルメチルクロロシラン、t−ブチルエチルジシクロロシラン、t−ペンチルトリクロロシラン、1,1,2−トリメチルプロピルトリクロロシランが好ましく、t−ブチルトリクロロシラン、t−ブチルメチルクロロシラン、t−ブチルエチルジシクロロシランがさらに好ましく、t−ブチルトリクロロシランが殊更好ましい。 The tertiary alkyl silane obtained by the production method of the present invention includes t-butyltrichlorosilane, t-butyldichlorosilane, t-butylmethyldichlorosilane, t-butylmethylchlorosilane, t-butylethyldichlorosilane, t-butylethyldichlorosilane, Butylvinyldichlorosilane, t-butylphenyldichlorosilane, t-butylphenylchlorochlorosilane, t-butylmethylphenylchlorosilane, t-butyltrimethylsilane, t-pentyltrichlorosilane, t-pentyldichlorosilane, t-pentylmethyldichlorosilane, t-pentylmethylchlorosilane, t-pentylethyldichlorosilane, t-pentylvinyldichlorosilane, t-pentylphenyldichlorosilane, t-pentylphenylchlorosilane, t-pentylmethylphenylchlorosilane , T-pentyltrimethylsilane, 1,1-dimethyl-2-propenyltrichlorosilane, 1,1-dimethyl-2-propenyldichlorosilane, 1,1-dimethyl-2-propenylmethyldichlorosilane, 1,1-dimethyl- 2-propenylmethylchlorosilane, 1,1-dimethyl-2-propenylethyldichlorosilane, 1,1-dimethyl-2-propenylvinyldichlorosilane, 1,1-dimethyl-2-propenylphenyldichlorosilane, 1,1-dimethyl -2-propenylphenylchlorosilane, 1,1-dimethyl-2-propenylmethylphenylchlorosilane, 1,1-dimethyl-2-propenyltrimethylsilane, 1,1,2-trimethylpropyltrichlorosilane, 1,1,2-trimethyl Propyldichlorosilane, 1,1 2-trimethylpropylmethyldichlorosilane, 1,1,2-trimethylpropylmethylchlorosilane, 1,1,2-trimethylpropylethyldichlorosilane, 1,1,2-trimethylpropylvinyldichlorosilane, 1,1,2-trimethyl Propylphenyldichlorosilane, 1,1,2-trimethylpropylphenylchlorosilane, 1,1,2-trimethylpropylmethylphenylchlorosilane, 1,1,2-trimethylpropyltrimethylsilane, 1-methylcyclopentyltrichlorosilane, 1-methylcyclopentyl Dichlorosilane, 1-methylcyclopentylmethyldichlorosilane, 1-methylcyclopentylmethylchlorosilane, 1-methylcyclopentylethyldichlorosilane, 1-methylcyclopentylvinyldichloro Silane, 1-methylcyclopentylphenyldichlorosilane, 1-methylcyclopentylphenylchlorosilane, 1-methylcyclopentylmethylphenylchlorosilane, 1-methylcyclopentyltrimethylsilane, texyltrichlorosilane, texyldichlorosilane, texylmethyldichlorosilane, texylmethyl Chlorosilane, Texylethyldichlorosilane, Texylvinyldichlorosilane, Texylphenyldichlorosilane, Texylphenylchlorosilane, Texylmethylphenylchlorosilane, Texyltrimethylsilane, 1-adamantyltrichlorosilane, 1-adamantyldichlorosilane, 1- Adamantylmethyldichlorosilane, 1-adamantylmethylchlorosilane, 1-adamantylethyldichlorosilane, -Adamantylvinyldichlorosilane, 1-adamantylphenyldichlorosilane, 1-adamantylphenylchlorosilane, 1-adamantylmethylphenylchlorosilane, 1-adamantyltrimethylsilane, and the like, and in terms of high reaction efficiency, particularly t-butyltrichlorosilane, t-butylmethylchlorosilane, t-butylethyldichlorosilane, t-pentyltrichlorosilane, 1,1,2-trimethylpropyltrichlorosilane are preferred, t-butyltrichlorosilane, t-butylmethylchlorosilane, t-butylethyldicyclolosilane Is more preferable, and t-butyltrichlorosilane is particularly preferable.
本発明の方法による第3級アルキルシランの製造の典型的な例としては、上述したクロロシランにハロゲン化銅を加えたものを調製し、これを低温下で攪拌しながら第3級アルキルグリニャール試薬を添加し、添加終了後に温度を徐々に室温付近へ戻しながら熟成するものである。 As a typical example of the production of a tertiary alkylsilane according to the method of the present invention, a tertiary alkyl Grignard reagent is prepared by adding the above-mentioned chlorosilane to a copper halide and stirring the mixture at a low temperature. After the addition, the mixture is aged while gradually returning the temperature to around room temperature.
クロロシランとハロゲン化銅の混合物、及び第3級アルキルグリニャール試薬は、溶媒で希釈してもよい。用いる溶媒は、用いるクロロシラン、ハロゲン化銅及び第3級アルキルグリニャール試薬と反応しないものなら特に制限はなく、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、1,2−ジメトキシエタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、トルエン、キシレン、トリエチルアミン等を用いることができる。これらの溶媒を単独で、または混合して用いてもよい。 The mixture of chlorosilane and copper halide, and the tertiary alkyl Grignard reagent may be diluted with a solvent. The solvent used is not particularly limited as long as it does not react with the used chlorosilane, copper halide and tertiary alkyl Grignard reagent, and tetrahydrofuran, diethyl ether, dibutyl ether, 1,2-dimethoxyethane, pentane, hexane, heptane, octane, Toluene, xylene, triethylamine and the like can be used. These solvents may be used alone or as a mixture.
反応行程中の雰囲気として用いることのできるガスは、用いるクロロシラン、ハロゲン化銅及び第3級アルキルグリニャール試薬と反応しないものなら特に制限はなく、乾燥空気、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン等を例示することができる。 The gas that can be used as the atmosphere during the reaction process is not particularly limited as long as it does not react with the chlorosilane, copper halide and tertiary alkyl Grignard reagent used, and examples thereof include dry air, nitrogen, helium, neon, and argon. be able to.
クロロシランと第3級アルキルグリニャール試薬の比率には特に制限はなく、反応が効率よく進行する点で、クロロシランに対し0.5モル当量〜1.5モル当量が好ましく、0.8モル当量〜1.2モル当量が殊更好ましい。 The ratio of the chlorosilane to the tertiary alkyl Grignard reagent is not particularly limited, and is preferably 0.5 to 1.5 molar equivalents, more preferably 0.8 to 1 molar equivalent with respect to chlorosilane, in that the reaction proceeds efficiently. .2 molar equivalents are particularly preferred.
添加するハロゲン化銅の量には特に制限はなく、反応が効率よく進行する点で、クロロシランに対し0.01モル当量〜1モル当量が好ましく、0.01モル当量〜0.1モル当量が殊更好ましい。 The amount of copper halide to be added is not particularly limited, and from the viewpoint that the reaction proceeds efficiently, 0.01 molar equivalent to 1 molar equivalent relative to chlorosilane is preferable, and 0.01 molar equivalent to 0.1 molar equivalent is preferable. Particularly preferred.
第3級アルキルグリニャール試薬を添加する速度に特に制限はなく、低温を維持し、また反応が効率よく進行する点で、10分〜24時間が好ましい。 The rate at which the tertiary alkyl Grignard reagent is added is not particularly limited, and is preferably 10 minutes to 24 hours from the viewpoint of maintaining a low temperature and efficiently proceeding the reaction.
反応温度は、−130℃〜−20℃である。反応温度が高温になると、望ましくない副反応が発生し、合成効率が低下する。副反応を充分抑制しながら、望みの反応が速やかに進行する点で、特に−80℃〜−20℃が好ましい。 The reaction temperature is from -130C to -20C. When the reaction temperature is high, undesirable side reactions occur and the synthesis efficiency is reduced. The temperature is particularly preferably from -80 ° C to -20 ° C in that the desired reaction proceeds quickly while sufficiently suppressing side reactions.
反応時間には特に制限はなく、反応を十分完結させる点で、0.5時間〜24時間が好ましく、1時間〜12時間がさらに好ましく、2時間〜6時間が殊更好ましい。 The reaction time is not particularly limited, and is preferably 0.5 hours to 24 hours, more preferably 1 hour to 12 hours, particularly preferably 2 hours to 6 hours, from the viewpoint of completing the reaction sufficiently.
添加終了後に温度を室温付近へ戻すまでの時間には特に制限はなく、副反応が抑制され、かつ速やかに処理が可能である点で、10分〜24時間が好ましく、1時間〜18時間がさらに好ましく、2時間〜12時間が殊更好ましい。 There is no particular limitation on the time until the temperature is returned to around room temperature after completion of the addition, and 10 minutes to 24 hours are preferable, and 1 hour to 18 hours is preferable in that side reactions are suppressed and the treatment can be performed promptly. More preferably, 2 hours to 12 hours are particularly preferable.
得られた反応溶液は、1H NMRやガスクロマトグラフィー等の方法によって反応の終結を確認した後、ろ過、溶媒留去、蒸留等の一般的な方法によって、目的とする第3級アルキルシランを精製することができる。また、得られた反応溶液、または反応溶液を精製して得られた第3級アルキルシランをさらに反応に用いることで、第3級アルキルシリル基を有する化合物を種々合成することができる。 After the completion of the reaction is confirmed by a method such as 1 H NMR or gas chromatography, the obtained tertiary alkylsilane is obtained by a general method such as filtration, solvent distillation, or distillation. It can be purified. In addition, various compounds having a tertiary alkylsilyl group can be synthesized by further using the obtained reaction solution or a tertiary alkylsilane obtained by purifying the reaction solution for the reaction.
次に、本発明の製造方法で得られた第3級アルキルシランと、アルコールとを反応させる、第3級アルキルアルコキシシランの製造方法について説明する。 Next, a method for producing a tertiary alkylalkoxysilane by reacting the tertiary alkylsilane obtained by the production method of the present invention with an alcohol will be described.
用いるアルコールに特に制限はなく、製造したいアルキルクロロシランに対応したアルコールを任意に用いることができる。反応効率が良い点で炭素数1から3のアルキルアルコールが好ましく、メタノール又はエタノールが殊更好ましい。 There is no particular limitation on the alcohol used, and an alcohol corresponding to the alkylchlorosilane to be produced can be used arbitrarily. Alkyl alcohols having 1 to 3 carbon atoms are preferred from the viewpoint of good reaction efficiency, and methanol or ethanol is particularly preferred.
アルコールにあらかじめトリエチルアミンやピリジンのような塩基を加えておくことで、第3級アルキルクロロシランとアルコールとの反応により生成する酸を中和し、反応を効率よく進めることができる。 By adding a base such as triethylamine or pyridine to the alcohol in advance, the acid generated by the reaction between the tertiary alkylchlorosilane and the alcohol can be neutralized, and the reaction can proceed efficiently.
本発明の方法による第3級アルキルアルコキシシランの製造の典型的な例としては、上述のようにして製造された、Si−Cl結合を有する第3級アルキルシランをアルコールに添加し、添加終了後に攪拌しながら熟成するものである。 As a typical example of the production of a tertiary alkylalkoxysilane according to the method of the present invention, the tertiary alkylsilane having a Si—Cl bond produced as described above is added to an alcohol, and after the addition is completed. Aged while stirring.
第3級アルキルシランとアルコールは、溶媒で希釈してもよい。用いる溶媒は、用いる第3級アルキルシランやアルコールと反応しないものなら特に制限はなく、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、1,2−ジメトキシエタン、1,4−ジオキサン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、トルエン、キシレン、トリエチルアミン等を用いることができる。これらの溶媒を単独で、または混合して用いてもよい。 The tertiary alkyl silane and the alcohol may be diluted with a solvent. The solvent used is not particularly limited as long as it does not react with the tertiary alkylsilane or alcohol used, and tetrahydrofuran, diethyl ether, dibutyl ether, 1,2-dimethoxyethane, 1,4-dioxane, pentane, hexane, heptane, octane , Toluene, xylene, triethylamine and the like can be used. These solvents may be used alone or as a mixture.
第3級アルキルシランを添加するアルコールの量は特に制限はなく、反応が効率よく進行する点で、第3級アルキルシランに含まれるSi−Cl結合に対し0.1モル当量〜50モル当量が好ましく、1モル当量〜10モル当量がさらに好ましく、1モル当量〜3モル当量が殊更好ましい。 The amount of the alcohol to which the tertiary alkylsilane is added is not particularly limited. From the viewpoint that the reaction proceeds efficiently, 0.1 to 50 molar equivalents relative to the Si—Cl bond contained in the tertiary alkylsilane is used. Preferably, 1 to 10 molar equivalents are more preferred, and 1 to 3 molar equivalents are particularly preferred.
アルキルシランの添加時間には特に制限はなく、望みの反応を選択性良く得る点で、10分〜48時間が好ましく、30分〜6時間がさらに好ましい。 The addition time of the alkylsilane is not particularly limited, and is preferably from 10 minutes to 48 hours, more preferably from 30 minutes to 6 hours, from the viewpoint of obtaining a desired reaction with good selectivity.
反応温度には特に制限はなく、−130℃〜200℃が好ましい。また、アルキルシランの添加や熟成の途中で、必要に応じて温度を変えてもよい。 The reaction temperature is not particularly limited, and is preferably from -130C to 200C. Further, the temperature may be changed as needed during the addition or aging of the alkylsilane.
熟成時間には特に制限はなく、望みの反応を充分進行させる点で、30分〜48時間が好ましく、1時間〜24時間がさらに好ましい。熟成時の反応温度は、アルキルシランの添加時よりも高いことが殊更好ましい。 The aging time is not particularly limited, and is preferably 30 minutes to 48 hours, more preferably 1 hour to 24 hours, from the viewpoint that the desired reaction proceeds sufficiently. It is particularly preferred that the reaction temperature during aging is higher than during the addition of the alkylsilane.
得られた反応溶液は、1H NMRやガスクロマトグラフィー等の方法によって反応の終結を確認した後、ろ過、溶媒留去、蒸留等の一般的な方法によって、目的とする第3級アルキルアルコキシシランを精製することができる。 After the completion of the reaction is confirmed by a method such as 1 H NMR or gas chromatography, the obtained tertiary alkylalkoxysilane is obtained by a general method such as filtration, solvent distillation, or distillation. Can be purified.
本発明の製造方法で得られた第3級アルキルシランと、アルコールとを反応させる、第3級アルキルアルコキシシランとしては、t−ブチルトリメトキシシラン、t−ブチルトリエトキシシラン、t−ブチルトリイソプロポキシシラン、t−ペンチルトリメトキシシラン、t−ペンチルトリエトキシシラン、t−ペンチルトリイソプロポキシシラン等が挙げられ、反応効率が良い点で、特にt−ブチルトリエトキシシラン、t−ペンチルトリエトキシシランが好ましく、t−ブチルトリエトキシシランが殊更好ましい。 The tertiary alkyl silane obtained by the production method of the present invention is reacted with an alcohol. Examples of the tertiary alkyl alkoxy silane include t-butyltrimethoxysilane, t-butyltriethoxysilane, and t-butyltriisosilane. Propoxy silane, t-pentyl trimethoxy silane, t-pentyl triethoxy silane, t-pentyl triisopropoxy silane, and the like are mentioned, and particularly, t-butyl triethoxy silane, t-pentyl triethoxy silane is preferable in terms of high reaction efficiency. And t-butyltriethoxysilane is particularly preferred.
本発明の製造方法を用いることにより、安価な材料を用いて、効率良く第3級アルキルシランを製造することができる。また、そのようにして製造した、Si−Cl結合を有する第3級アルキルシランとアルコールから、第3級アルキルアルコキシシランを製造することができる。 By using the production method of the present invention, a tertiary alkylsilane can be efficiently produced using an inexpensive material. Further, a tertiary alkylalkoxysilane can be produced from the tertiary alkylsilane having a Si—Cl bond and an alcohol thus produced.
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.
実施例1(t−ブチルトリクロロシランの製造)
テトラクロロシラン8.11g(47.7mmol)と塩化銅(I)0.150g(1.51mmol)をテトラヒドロフラン42.8gに混合し、ドライアイスとメタノールの混合冷媒(−72℃)で冷却した。これに、濃度2.0Mのt−ブチルマグネシウムクロリド24mL(48mmol)を40分かけて滴下した。冷媒温度を維持したまま4時間撹拌し、さらに2時間かけて温度を10℃まで戻しながら撹拌した。得られた混合物を1H NMRで分析し、テトラヒドロフランを内部標準として収率を算出したところ、t−ブチルトリクロロシラン90%、ビス(t−ブチル)ジクロロシラン2%であった。
Example 1 (Production of t-butyltrichlorosilane)
8.11 g (47.7 mmol) of tetrachlorosilane and 0.150 g (1.51 mmol) of copper (I) chloride were mixed with 42.8 g of tetrahydrofuran, and cooled with a mixed refrigerant of dry ice and methanol (-72 ° C). To this, 24 mL (48 mmol) of 2.0 M t-butylmagnesium chloride was added dropwise over 40 minutes. The mixture was stirred for 4 hours while maintaining the refrigerant temperature, and further stirred for 2 hours while returning the temperature to 10 ° C. The obtained mixture was analyzed by 1 H NMR, and the yield was calculated using tetrahydrofuran as an internal standard. As a result, t-butyltrichlorosilane was 90% and bis (t-butyl) dichlorosilane was 2%.
実施例2(t−ブチルトリエトキシシランの製造)
実施例1で得たt−ブチルトリクロロシラン7.43g(38.8mmol)を、エタノール10.7g(232mmol)とトリエチルアミン11.9g(118mmol)の混合溶液に、21分かけて23〜26℃で滴下し、さらに滴下終了後3時間加熱還流を行った。得られた混合物を1H NMR及びガスクロマトグラフィーで分析したところ、ケイ素化合物はt−ブチルトリエトキシシランのみが観測された。
Example 2 (Production of t-butyltriethoxysilane)
7.43 g (38.8 mmol) of t-butyltrichlorosilane obtained in Example 1 was added to a mixed solution of 10.7 g (232 mmol) of ethanol and 11.9 g (118 mmol) of triethylamine at 23 to 26 ° C. over 21 minutes. After the dropwise addition, the mixture was heated under reflux for 3 hours. When the obtained mixture was analyzed by 1 H NMR and gas chromatography, only t-butyltriethoxysilane was observed as the silicon compound.
実施例3(t−ペンチルトリクロロシランの製造)
テトラクロロシラン5.92g(34.8mmol)と塩化銅(I)0.367g(3.71mmol)をテトラヒドロフラン27.1gに混合し、冷却器を用いて−40℃まで冷却した。これに、濃度1.5Mのt−ペンチルマグネシウムブロミド18mL(27mmol)を36分かけて滴下した。冷媒温度を維持したまま277分撹拌し、さらに3.5時間かけて温度を17℃まで戻しながら撹拌し、さらに室温で14時間攪拌した。得られた混合物をGCで分析し、n−ドデカンを内部標準として収率を算出したところ、t−ペンチルトリクロロシラン66%であった。
Example 3 (Production of t-pentyltrichlorosilane)
5.92 g (34.8 mmol) of tetrachlorosilane and 0.367 g (3.71 mmol) of copper (I) chloride were mixed with 27.1 g of tetrahydrofuran, and cooled to −40 ° C. using a cooler. To this, 18 mL (27 mmol) of 1.5 M t-pentylmagnesium bromide was added dropwise over 36 minutes. The mixture was stirred for 277 minutes while maintaining the temperature of the refrigerant, further stirred for 3.5 hours while returning the temperature to 17 ° C., and further stirred for 14 hours at room temperature. The obtained mixture was analyzed by GC, and the yield was calculated using n-dodecane as an internal standard. As a result, t-pentyltrichlorosilane was 66%.
実施例4(t−ブチルメチルクロロシランの製造)
メチルジクロロシラン6.92(60.2mmol)と塩化銅(I)0.60g(6.1mmol)をテトラヒドロフラン53.9gに混合し、冷却器を用いて−40℃まで冷却した。これに、濃度2.2Mのt−ブチルマグネシウムクロリド29mL(64mmol)を70分かけて滴下した。冷媒温度を維持したまま240分撹拌し、さらに3時間かけて温度を14℃まで戻しながら撹拌し、さらに室温で14時間攪拌した。得られた混合物をGCで分析し、n−ドデカンを内部標準として収率を算出したところ、t−ブチルメチルクロロシラン85%であった。
Example 4 (Production of t-butylmethylchlorosilane)
6.92 (60.2 mmol) of methyldichlorosilane and 0.60 g (6.1 mmol) of copper (I) chloride were mixed with 53.9 g of tetrahydrofuran, and cooled to −40 ° C. using a cooler. To this, 29 mL (64 mmol) of 2.2 M concentration of t-butylmagnesium chloride was added dropwise over 70 minutes. The mixture was stirred for 240 minutes while maintaining the refrigerant temperature, and further stirred for 3 hours while returning the temperature to 14 ° C., and further stirred for 14 hours at room temperature. The obtained mixture was analyzed by GC, and the yield was calculated using n-dodecane as an internal standard. As a result, the yield was 85% of t-butylmethylchlorosilane.
実施例5(t−ブチルエチルジクロロシランの製造)
エチルトリクロロシラン9.75g(59.6mmol)と塩化銅(I)0.589g(5.95mmol)をテトラヒドロフラン53.5gに混合し、冷却器を用いて−40℃まで冷却した。これに、濃度2.2Mのt−ブチルマグネシウムクロリド29mL(64mmol)を70分かけて滴下した。冷媒温度を維持したまま240分撹拌し、さらに2.5時間かけて温度を14℃まで戻しながら撹拌し、さらに室温で15時間攪拌した。得られた混合物をGCで分析し、n−ドデカンを内部標準として収率を算出したところ、t−ブチルエチルジクロロシラン91%であった。
Example 5 (Production of t-butylethyldichlorosilane)
9.75 g (59.6 mmol) of ethyltrichlorosilane and 0.589 g (5.95 mmol) of copper (I) chloride were mixed with 53.5 g of tetrahydrofuran, and cooled to −40 ° C. using a cooler. To this, 29 mL (64 mmol) of 2.2 M concentration of t-butylmagnesium chloride was added dropwise over 70 minutes. The mixture was stirred for 240 minutes while maintaining the refrigerant temperature, and further stirred for 2.5 hours while returning the temperature to 14 ° C., and further stirred for 15 hours at room temperature. The obtained mixture was analyzed by GC, and the yield was calculated using n-dodecane as an internal standard. As a result, the yield was 91% of t-butylethyldichlorosilane.
比較例1
テトラクロロシラン37.3g(220mmol)と塩化銅(I)0.563g(5.69mmol)をテトラヒドロフラン23.5gに混合した。これにマグネシウム5.87g(242mmol)、t−ブチルクロリド20.3g(219mmol)、及びテトラヒドロフラン195gから調製したt−ブチルマグネシウムクロリドを、148分かけて27〜35℃で滴下し、さらに滴下終了後3時間加熱還流を行った。得られた混合物を1H NMRで分析し、テトラヒドロフランを内部標準として収率を算出したところ、t−ブチルトリクロロシラン44%、ビス(t−ブチル)ジクロロシラン5%であった。
Comparative Example 1
37.3 g (220 mmol) of tetrachlorosilane and 0.563 g (5.69 mmol) of copper (I) chloride were mixed with 23.5 g of tetrahydrofuran. To this, 5.87 g (242 mmol) of magnesium, 20.3 g (219 mmol) of t-butyl chloride, and t-butylmagnesium chloride prepared from 195 g of tetrahydrofuran were added dropwise at 27 to 35 ° C. over 148 minutes. The mixture was heated under reflux for 3 hours. The obtained mixture was analyzed by 1 H NMR, and the yield was calculated using tetrahydrofuran as an internal standard. As a result, t-butyltrichlorosilane was 44% and bis (t-butyl) dichlorosilane was 5%.
比較例2
テトラクロロシラン8.05g(47.4mmol)とチオシアン酸銅(I)0.312g(2.56mmol)をテトラヒドロフラン42.7gに混合した。これに濃度2.0Mのt−ブチルマグネシウムクロリド24mL(48mmol)を、120分かけて24〜28℃で滴下した。得られた混合物は強い硫黄臭を呈した。これを1H NMRで分析し、テトラヒドロフランを内部標準として収率を算出したところ、t−ブチルトリクロロシラン78%、ビス(t−ブチル)ジクロロシラン13%であった。
Comparative Example 2
8.05 g (47.4 mmol) of tetrachlorosilane and 0.312 g (2.56 mmol) of copper (I) thiocyanate were mixed with 42.7 g of tetrahydrofuran. To this, 24 mL (48 mmol) of 2.0 M t-butylmagnesium chloride was added dropwise at 24 to 28 ° C. over 120 minutes. The resulting mixture exhibited a strong sulfur odor. This was analyzed by 1 H NMR, and the yield was calculated using tetrahydrofuran as an internal standard. As a result, t-butyltrichlorosilane was 78% and bis (t-butyl) dichlorosilane was 13%.
比較例3
テトラクロロシラン27.4g(161mmol)と塩化銅(I)0.472g(4.76mmol)をテトラヒドロフラン152gに混合した。これを氷浴(0℃)の冷却漕で冷却し、濃度2.0Mのt−ブチルマグネシウムクロリド80mL(160mmol)を56分かけて滴下し、さらに滴下終了後24℃で16時間攪拌した。得られた混合物を1H NMRで分析し、テトラヒドロフランを内部標準として収率を算出したところ、t−ブチルトリクロロシラン71%、ビス(t−ブチル)ジクロロシラン13%であった。この混合物を濾過して固形分を除去し、これをエタノール44.5g(966mmol)とトリエチルアミン49.0g(484mmol)の混合溶液に、74分かけて25〜32℃で滴下し、さらに滴下終了後3時間加熱還流を行った。得られた混合物を濾過して固形分を除去し、溶媒を減圧留去した。残渣を減圧蒸留(92℃、8kPa)して無色透明の液体を15.7g得た。GCで分析したところ、この液体はt−ブチルトリエトキシシランを70%含む混合物であり、t−ブチルトリエトキシシランを単離することはできなかった。
Comparative Example 3
27.4 g (161 mmol) of tetrachlorosilane and 0.472 g (4.76 mmol) of copper (I) chloride were mixed with 152 g of tetrahydrofuran. This was cooled in a cooling bath of an ice bath (0 ° C.), and 80 mL (160 mmol) of 2.0 M t-butylmagnesium chloride was added dropwise over 56 minutes. After the addition was completed, the mixture was stirred at 24 ° C. for 16 hours. The obtained mixture was analyzed by 1 H NMR, and the yield was calculated using tetrahydrofuran as an internal standard. As a result, it was found that t-butyltrichlorosilane was 71% and bis (t-butyl) dichlorosilane was 13%. The mixture was filtered to remove solids, and the mixture was added dropwise to a mixed solution of 44.5 g (966 mmol) of ethanol and 49.0 g (484 mmol) of triethylamine at 25 to 32 ° C. over 74 minutes. The mixture was heated under reflux for 3 hours. The resulting mixture was filtered to remove solids, and the solvent was distilled off under reduced pressure. The residue was distilled under reduced pressure (92 ° C., 8 kPa) to obtain 15.7 g of a colorless and transparent liquid. According to analysis by GC, this liquid was a mixture containing 70% of t-butyltriethoxysilane, and it was not possible to isolate t-butyltriethoxysilane.
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