JPH03109390A - 多有機基置換シラン及びモノアルキル化シランの製造方法 - Google Patents

多有機基置換シラン及びモノアルキル化シランの製造方法

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JPH03109390A
JPH03109390A JP2161466A JP16146690A JPH03109390A JP H03109390 A JPH03109390 A JP H03109390A JP 2161466 A JP2161466 A JP 2161466A JP 16146690 A JP16146690 A JP 16146690A JP H03109390 A JPH03109390 A JP H03109390A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は多有機基置換シランを製造する、シリコンハ
ロゲン化物の有機置換基の再分配に関する。さらに具体
的には、この発明はハロシラン及び有機ハロシラン、例
えば5iCffi4及びCH35(Cl。
をさらに経済価値の高い(CH3) zsic l t
+ (CH3) 5SiC1及び(CHs) asiの
ような多有機基置換種への転化を容易にするアルキル化
段階と再分配段階を結合するプロセスに関する。
〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕シリコ
ン業界においては、(CHI) zsic j! を及
び(CHs) 3sic lのような多有機基置換種は
しばしば需要が供給に追付かない。ジオルガノポリシロ
キサンポリマーを製造するにはジオルガノジハロシラン
を加水分解する。これらのポリマーは流動体及びシリコ
ーンゲル、エラストマー及びレジンの配合成分として多
種多様な用途を生み出す、トリオルガノハロシランは末
端停止剤として及びシリル化剤として需要がある。
〔課題を解決するための手段、作用、及び発明の効果〕
本発明はハロゲン受容金属の存在下で、シリコンハロゲ
ン化物とアルキルハロゲン化物との反応からなる多有機
基置換シランの改良製法に関する。
この改良は再分配プロセスをアルキル化プロセスに組込
んでいる。再分配プロセスは、多有機基置換シランと有
機置換基の少ないハロシラン間の相互作用を含み、それ
によって次式で示すように多有機基置換シランの有機置
換基を有機置換基の少ないハロシランのハロゲン基と交
換スル。
(CH3) asl十CHsSiC123→(CH3)
 xSiCl + (C113) zSiCl z再分
配プロセスは、通常固体担体上に吸着されることで反応
域に支持されるAlCl2のような金属ハロゲン化物で
触媒される。
支持された金属ハロゲン化物は、Si(/!、及びCH
sSiC423のようなハロシラン種の再分配を触媒す
るのに特に有効であり、これらの種はアルキル化プロセ
スでは比較的無反応性であるかあるいは緩慢に反応する
。再分配で生成した種、例えば(CHs) tsicβ
2、は初期のハロシラン及び有機ハロシランよりもアル
キル化プロセスでの反応性が高いし、さらに高次の有機
基置換種に一層容易に転化される。この複合プロセスは
、アルキル化平衡よりもむしろ再分配平衡にもとすく製
品分布にもなっている。このような複合プロセスの特徴
は、ハロシランをさらに付加価値のある多有機基置換種
に、より速くかつ一層完全に転化させることである。
この発明は化学式RmR’bSiX ta−m−b+ 
を持つ多有機基置換シランの改良された製法であり、こ
こにRはメチル、エチル及びn−プロピル基からなる群
から独立に選んだもの;Riはアルキル、置換アルキル
、アルケニル、アリール及びアルカリール基からなる群
から独立に選んだもの;aは1゜2.3又は4、bは0
,1,2、又は3及びa+bの計は2,3又は4;また
Xはハロゲン原子を示す。
このプロセスは下記を含む。
(A)ハロゲン受容体として働く金属の存在下で、化学
式R’bSiX (4−111であるシリコソノ10ゲ
ン化物を化学式RXであるアルキルハロゲン化物と接触
させること。ここにR4,R,b及びXは上述の定義に
よる。
(B)200℃より高い温度でこの金属の存在のもとに
シリコンハロゲン化物をアルキルハロゲン化物と反応さ
せて初期反応混合物を生成すること;及び (C)この初期反応混合物を再分配触媒と接触させるこ
と; (D)多有機基置換シランを単離し分離すること。
本発明で、多有機基置換シランは例えばテトラメチルシ
ラン、テトラエチルシラン、ジメチルジエチルシラン、
トリメチルクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、ト
リエチルフルオロシラン、ジエチルジブロモシラン、エ
チルジメチルクロロシラン、エチルメチルジクロロシラ
ン、プロピルメチルジクロロシラン、ジメチルビニルク
ロロシラン、トリエチルアリルシラン、メチルフエニル
ジクロロシラン及びジフェニルメチルクロロシランとし
てよい。
有機基を富化することができるシリコンハロゲン化物を
ハロシラン及び有機ハロシランから選べる。これらの物
質は化学式がR’bSiX(、、、で示される。ここに
b及びXは前述の定義による。各R1はアルキル基、例
えば1から10の炭素原子を含む炭化水素基;置換アル
キル基、例えばクロロメチル又はトリフルオロプロピル
;アルケニル基、例えばビニル、アリル又はヘキセニル
;又はアリールあるいはアルカリール基、例えばフェニ
ル、トリル又はベンジルとしてよい。
シリコンハロゲン化物はハロシラン又は有機ハロシラン
としてよい。ハロシランは、例えばテトラクロロシラン
、テトラフルオロシラン及びテトラブロモシランとして
よい。有機ハロシランは例えばメチルトリブロモシラン
、メチルトリクロロシラン、メチルトリフルオロシラン
、エチルトリブロモシラン、エチルトリクロロシラン、
エチルトリフルオロシラン、n−プロピルトリクロロシ
ラン、n−ブチルトリクロロシラン、ビニルトリクロロ
シラン、メチルビニルジブロモシラン、アリルトリブロ
モシラン、フェニルトリクロロシラン又はフェニルメチ
ルジクロロシランとしてよい。
この反応に好ましいハロシランはテトラクロロシランで
ある。好ましい有機ハロシランはメチル、ジメチル−及
びトリメチル−置換クロロシランまたエチル−、ジエチ
ル−1及びトリエチル−置換クロロシランである。ハロ
シランと有機)\ロシランの混合物はどちらか単独であ
るいは両方とも本発明のプロセスでアルキル化しかつ再
分配することができる。
この発明のアルキルハロゲン化物は例えばメチルブロマ
イド、メチルクロライド、メチルフロライド、エチルブ
ロマイド、エチルクロライド、エチルフロライドあるい
はn−プロピルブロマイドとしてよい。メチルクロライ
ド及びエチルクロライドが好ましいアルキルハロゲン化
物である。反応益に装入するアルキルハロゲン化物(R
X)とシリコンハロゲン化物(St)のモル比は限定さ
れない0モル比は出発反応系、求める製品及び反応条件
によって変えることができる0通常1.0より大きいR
X : Si比を用いるが、この比が約5を越えても大
した利益はない。
ハロゲン受容体として働く金属の存在下で、シリコンハ
ロゲン化物とアルキルハロゲン化物を接触させることは
、ガス−固体接触の周知の方法で実施できる。このよう
な接触はシリコンハロゲン化物とアルキルハロゲン化物
を蒸発させ、固体金属を詰めた容器にこれらの蒸気を混
合しであるい別々に装入することで実施できる。この固
体を固定床、撹拌床、振動床あるいは流動床のような接
触装置に配置できる。
ハロゲン受容体として働く金属を、アルミニウム及び亜
鉛からなる群から選ぶことができる。好ましい金属はア
ルミニウムである。この金属の物理形状としては例えば
粉体、ワイヤ、フレーク、粒体及びチャンクがある。シ
リコンハロゲン化物とアルキルハロゲン化物の接触を容
易にするためには、金属の形状はその表面積をできるだ
け多くさらすものが好ましい。
本発明の好ましい実施態様では、アルキルハロゲン化物
及びシリコンハロゲン化物のX−原子とハロゲン受容体
として働く金属との交換を改善するのに有効な触媒を用
いる。この触媒は例えば、金属錫及び錫化合物、アンチ
モン及びアンチモン化合物、銅及び銅化合物、臭化アル
ミニウム、ほう素、燐及び燐化合物、パラジウム、よう
素、塩化鉄、ハロゲン化水素、水銀及び水銀化合物及び
これらの混合物を含む。ハロゲン受容金属としてアルミ
ニウムを考える場合、この触媒はさらに亜鉛及び亜鉛化
合物及びこれらの混合物を単独であるいは前述の触媒と
組合せたものを含む。触媒は例として用いたこれらの物
質あるいは化合物に限定されない。本発明は反応系をな
すアルキルハロゲン化物及びシリコンハロゲン化物の蒸
気とハロゲン受容金属との接触を改善する機能をもつい
がなる物質あるいは化合物をも包含するものである。
好ましい触媒は錫及び錫化合物である。もっとも好まし
い触媒は金属錫である。
アルキル化触媒の最適量は個々の触媒で変わるであろう
、しかし、大部分の触媒は、ハロゲン受容金属の重量基
準で約3000ppn+ (百万分の−の単位)より大
きい濃度で有効である。触媒の物理形状は例えば粉体、
粒体、フレーク、チップあるいはベレットとしてよい。
触媒をハロゲン受容金属と混合する。代りに、触媒をハ
ロゲン受容金属と合金にしてもよい。
未反応シリコンハロゲン化物を含んだアルキル化反応の
生成物をさらに再分配触媒と接触させる。
多有機基置換シランの有機基を有機置換基の少ないハロ
シランへの移動を容易ならしめるルュイス酸(Lewi
s actds)を含む群から再分配触媒を選ぶ。
再分配触媒を反応現場で形成するかあるいは反応とは別
に形成しその後添加してもよい、アルキル化反応及び再
分配反応は同時におこってもよい。
ハロシラン及び有機ハロシランの初期原料濃度及び組成
は、最終製品を決めるにあたりアルキル化及び再分配反
応のどちらを重要視するかで決まろう0本発明の好まし
い実施態様では、再分配触媒は本質的に金属ハロゲン化
物から成る。本発明のさらに好ましい実施態様では、再
分配触媒は本質的に固体担体に支持された金属ハロゲン
化物から成る。本発明の再分配触媒として働く金属ハロ
ゲン化物を構成する有用なハロゲン受容金属の例はアル
ミニウム及び亜鉛である。好ましくは塩化アルミニウム
及び塩化亜鉛である。さらに好ましい再分配触媒は塩化
アルミニウムである。
固体担体は反応温度で安定であれば、また再分配触媒が
付着する物質であれば何でもよい。所要の触媒活性を維
持するためにこの担体が十分な量の再分配触媒を支持し
ている限り、再分配触媒を担体に付着させる方法は重要
でない。再分配触媒を反応とは切離して担体に付着させ
しかる後に反応に加えてもよい0代りに、再分配触媒を
反応中に生成させ反応現場で担体に支持させてもよい。
固体担体を金属と混ぜてもよいし、あるいは金属と離し
て下流においてもよい。固体担体は、例えばヒユームド
シリカ、沈降シリカあるいは粉砕シリカ;シリカゲル、
活性炭、酸化アルミニウム、イオン交換樹脂、金属チタ
ン、酸化チタン、粘土、カオリン粘土:及びプラスチッ
ク及び樹脂の粉末、粒子及び膜としてよい、この発明の
好ましい固体担体はヒユームドシリカ、沈降シリカ、活
性炭及び酸化アルミニウムである。
反応で要求される固体担体の濃度は、用いる固体担体や
再分配触媒による。再分配触媒が反応現場で固体担体に
支持される場合は、担体濃度の有用な範囲は担体と金属
の総重量の約5から95重量パーセントであることを見
出した。担体がヒユームドシリカ、金属がアルミニウム
及びハロゲンが塩素の場合は、担体と金属の総重量の約
8から50重量パーセントの濃度が好ましい。
アルキル化及び再分配がおこる接触域の温度は約200
℃より高くなければならない。好ましくは、接触域の温
度は約200’Cから450℃の範囲になければならな
い。さらに好ましくは、温度が約250℃から350℃
の範囲である。200℃より低い温度ではほとんど反応
はおこらない、350℃を越える温度ではシリコンから
の有機基の剥離速度が有意となるのでこのような高い温
度は好ましくない。
その上、高い温度ではアルキル−ハロゲン化物の分解速
度も増加する。
再分配にとって、再分配触媒と接触するガス状シリコン
ハロゲン化物の滞留時間は約0.5秒を越えなければな
らない。
多有機基W換シランの単離及び分離は下記の工程からな
ることができる。
(E)金属ハロゲン化物をガス状多有機基置換シラン、
未反応シリコンハロゲン化物及び未反応アルキルハロゲ
ン化物から分離すること;及び(F)多有機基置換シラ
ンを未反応のシリコンハロゲン化物及びアルキルハロゲ
ン化物から単離すること。
金属ハロゲン化物は反応条件下では蒸気でよい。
金属ハロゲン化物を多有機基置換シラン及び残存する反
応体から分離するには、金属ハロゲン化物を固体あるい
は液体として回収するのに十分な低い温度まで反応容器
を出る蒸気流れを冷却し、−方製品シランと残存する反
応体を蒸気として通過させるというような周知の方法で
実施できる。金属ハロゲン化物を反応器に残すこともで
きる。ガス状製品シラン及び残存する反応体の蒸気流れ
を粗液体製品に凝縮することができる。多有機基置換シ
ランを蒸留のような周知の方法で残存する反応体から高
純度で卑離することができる。
本発明の別の態様では、このプロセスを十分なテトラハ
ロシランの存在下で実施する場合、このプロセスはモノ
アルキル化ハロシランを製造するのに使える。モノアル
キル化ハロシランとの関連で、テトラハロシランは0.
4より大きいモル比で存在する。この実施態様の好まし
い条件はハロシランがテトラクロロシラン;アルキルハ
ロゲン化物がメチルクロライド又はエチルクロライド;
及びハロゲン受容体として働く金属がアルミニウム又は
亜鉛である。
本発明を以下に示す例で具体的に説明するが、本発明は
これに限定されるものではない。
〔実施例〕
■    の   ではない 基準メチル化性能を300’Cの錫触媒−アルミニウム
固定床でMeSiCf3とMeCI!の反応で確証した
。滞留時間が約5.0秒となるような流量において原料
供給比MeCj!:Stを3:1とした。
径が約1.0インチ(25,4mm) テ高さが10イ
ンチ(254aa)の炭素鋼シリンダーに約43.3 
gのアルミニウム粉末を充填した。アルミニウム粉末は
、アルキャンートーヨーアメリカン(Alcan−To
yo Attre−ricanL  ジョリエット(J
oliet)、  イリノイ州(Illinois)か
ら購入した噴霧アルミニウム粉末のアルキャン44(A
lcan 44)であった。約325メツシユより細か
い錫粉末約0.17 gをアルミニウム粉末に混ぜた。
このアルミニウムと錫粉末混合物を入れてグラスウール
で栓をした。このシリンダーと内容物の温度を制御する
ために、このシリンダーを電気加熱流動砂浴に据えた。
この反応器を窒素パージのもとて約300”Cの温度に
加熱した。
メチルクロライド(MeC1,)を圧縮ガスシリンダ−
からガスとして供給した。メチルクロライドを約8.7
g/hの流量に質量流量計で制御した。原料有機ハロシ
ラン、この場合はメチルトリクロロシラン(Me)、を
容積式ポンプから液体で約8.7から8.9 g / 
hの流量で供給した。  MeCj!と有機ハロシラン
の原料を加熱流動砂浴内の約4フイート(1220mm
)のコイル状ステンレス管を通した。
シリンダーへの反応体をシリンダーの上から下へ供給し
た0反応温度における、反応体ガスの滞留時間を約5秒
と計算した。供給体のMeC1/Meモル比は約3.0
 / 1であった。
シリンダーを出る蒸気を約115℃に温度制御した加熱
トラップに通し、蒸気流からAfCj!sを固体として
除去した。残余の蒸気を冷トラップに通し、未反応のM
eCi、と合成メチルクロロシランの混合物を回収した
。粗液体製品を次にガスクロマトグラフィー(CC)で
分析した。この基準試験結果を表1に要約する。“実験
番号”は反応条件の特定セットを示す識別名である。“
R−M”は金属ハロゲン化物再分配触媒を支持するため
に用いた物質を示す、′%R−M″は金属アルミニウム
との関連で存在する支持物質の重量パーセントを示す、
ハロシラン供給体の多メチル化シランへのパーセント転
化率を“St転化率(%)”で示す。
“八〇MB″は反応系に供給したモルSi 当たり新た
に生成したMe−Si配位子である。′%Me4.%M
e3及び%Me2”はそれぞれMe4Si 、 Mes
SiC1及びMeHSiCl2を表わしまた転化した全
ハロシランの重量パーセントで示す。
l−上 アルミニウムの存在下で、メチルクロライドによるメチ
ルトリクロロシランのメチル化:基準試験結果 175   none   0     4.8  .
154  94.3176   none   0  
   5.0  .161  93.42.2 2.0 表1に示すデータは、再分配触媒が存在しない場合はメ
チルトリクロロシランの多メチル化シランへの転化は低
いことを示す。
[L 例1の標準試験結果と比較してメチルトリクロロシラン
のメチル化増を証明することで、反応域の現場で生成し
た金属ハロゲン化物を支持する能力を種々の物質で試験
した。このプロセスに支持物質を加えることを除いて、
他のすべての物質及びプロセスパラメーターは例1と同
じであった。
支持物質とアルミニウム及び錫触媒からなる混合物を用
意し反応シリンダーに装入した。試験した支持物質は活
性炭、カルボン(Calgon)、ピッツバーグ(Pi
 ttsburgh) 、ペンシルバニア州(PA) 
;ヒユームドシリカ、キャボット (Cabot)、タ
スコン(Tuscon) * アリシナ州(八Z);及
びAIl!0.、A−ショウ(flarshaw) 、
  エリリア(Elyria) lオハイオ州(OH)
である、試験した濃度を表2の“%R−M”に示す、濃
度は金属アルミニウムの重量パーセントで示した。他の
見出しは表1の記述と同じである。
、表−」− メチルトリクロロシランのメチル化プロセスにおける支
持物質の効果 177  炭素  42  48.6 .571  6
178  シリカ  8  22.1 .476  1
1186   al、0.  42    9.5  
.276  235   90 52   24 0 表1の標準試験値と比較して、メチルトリクロロシラン
の高次メチル化シランへの転化は担体の存在によって増
加した。
盟主 反応器の構成を評価した。シリカを金属アルミニウムと
錫触媒に混合した例2の実験番号178を、シリカをフ
ァイバーグラス栓で金属アルミニウムと錫触媒から分離
したプロセスと比較した。アルミニウムの8重量パーセ
ントのシリカを金属アルミニウムと錫触媒混合物の下流
に設置した。他のすべての物質及びプロセスパラメータ
ーは例1及び2と同じとした。結果を表3に示す0表3
の見出しは前述のとおりである。
l−主 再分配触媒を支持しメチルトリクロロシランのメチル化
を容易にする支持物質能力における反応器構成の効果 178  シリカ 混合系 8   22.1 .47
6  11182  シリカ 階段状 8   16.
6 .702  89階段状及び混合系の再構成とも、
メチルトリクロロシランのメチル化は表1に示した標準
試験値よりも増加した。
■土 シリカの存在下で、メチルトリクロロシランのメチル化
における温度効果を測定した。測定した温度は200℃
及び250℃であった0例1に記述した供給管と反応器
を含む流動砂床を、試験開始に先立って所要の実験温度
に平衡させた。すべての物質と他のプロセスパラメータ
ーは例1及び2と同じである。測定結果を、300℃で
おこなった例2の試験番号178の結果と合わせて表4
に示す。
表の見出しは前述のとおりである。
l−土 シリカの存在下でメチルトリクロロシランのメチル化に
おける温度効果 190 200℃シリカ  8  0  0181 2
50℃シリカ  8  19  .595  69  
4178 300℃シリカ  8  22  .476
  11  52本研究はこのプロセスの温度下限は2
00℃であり、この温度ではメチル化がおこらないこと
を示す。
このプロセスは温度が250℃及び300℃で有効であ
り、温度250℃でわずかに良いADME値を示した。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、化学式R_aR^i_bSiX_(_4_−_a_
    −_b_)(ここに、各Rはメチル、エチル及びn−プ
    ロピルからなる群から独立に選んだもの;各R^iはア
    ルキル、置換アルキル、アルケニル、アリール及びアル
    カリール基からなる群から独立に選んだもの;aは1、
    2、3又は4の値、bは0、1、2又は3の値、及びa
    +bの合計は2、3、又は4;及びXはハロゲン原子で
    ある。)である多有機基置換シランを製造する方法であ
    って、 (A)ハロゲン受容体として慟く金属の存在下で、化学
    式R^i_bSiX_(_4_−_b_)(ここにR^
    i、b及びXは上述の定義による。)であるシリコンハ
    ロゲン化物を化学式RX(ここにR及びXは上述の定義
    による。)であるアルキルハロゲン化物と接触させ、 (B)200℃より高い温度で前記金属の存在のもとに
    前記シリコンハロゲン化物を前記アルキルハロゲン化物
    と反応させて初期反応混合物を生成し、そして (C)前記初期反応混合物を再分配触媒と接触させ、 (D)多有機基置換シランを単離し分離する工程を含ん
    でなる多有機基置換シランの製造方法。 2、再分配触媒が本質的に固体担体に支持された金属ハ
    ロゲン化物からなるものである特許請求の範囲第1項記
    載の方法。 3、温度が200℃から450℃までの範囲である特許
    請求の範囲第2項記載の方法。 4、金属がアルミニウム及び亜鉛からなる群から選んだ
    ものである特許請求の範囲第3項記載の方法。 5、金属がアルミニウムである特許請求の範囲第4項記
    載の方法。 6、アルキルハロゲン化物及びシリコンハロゲン化物の
    X原子とハロゲン受容体として働く金属との交換を改善
    するのに有効な十分な量の触媒をさらに含む特許請求の
    範囲第4項記載の方法。 7、前記触媒が錫及び錫化合物、アンチモン及びアンチ
    モン化合物、銅及び銅化合物、臭化アルミニウム、ほう
    素、燐及び燐化合物、パラジウム、よう素、鉄ハロゲン
    化物、ハロゲン化水素、水銀及び水銀化合物及びこれら
    の混合物からなる群から選んだものである特許請求の範
    囲第6項記載の方法。 8、多有機基置換シランを単離し分離する前記工程が (E)まず支持されない金属ハロゲン化物をガス状多有
    機基置換シラン、未反応シリコンハロゲン化物及び未反
    応アルキルハロゲン化物から分離し、そして (F)次いで多有機基置換シランを未反応シリコンハロ
    ゲン化物とアルキルハロゲン化物から単離する工程から
    なる特許請求の範囲第1項記載の方法。 9、化学式RSiX_3(ここに、Rはメチル、エチル
    及びn−プロピルからなる群から選んだもの;及びXは
    ハロゲン原子である。)であるモノアルキル化シランを
    製造する方法であって、 (A)ハロゲン受容体として働く金属の存在下で、化学
    式SiX_4(ここにXは上記の定義による。)である
    シリコンハロゲン化物を化学式RX(ここにRとXは上
    記の定義による。)であるアルキルハロゲン化物と接触
    させ、 (B)200℃より高い温度で前記金属の存在のもとに
    シリコンハロゲン化物をアルキルハロゲン化物と反応さ
    せ、初期反応混合物を生成し、そして (C)前記初期反応混合物を再分配触媒と接触させ、 (D)モノアルキル化シランを単離し分離する工程を含
    んでなるモノアルキル化シランの製造方法。 10、金属がアルミニウム及び亜鉛からなる群から選ん
    だものである特許請求の範囲第9項記載の方法。 11、Rがメチル及びエチルからなる群から選んだもの
    である特許請求の範囲第9項記載の方法。
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