JPH0352892A - アルケニルシラン調製方法 - Google Patents

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】 本発明は、アルケニルシラン類を調製するための方法に
関する。より詳しく述べるならば、本発明は、ガス状の
アセチレン列炭化水素をケイ素と結合した水素原子を含
有しているガス状シランと、所望のアルケニルシランの
収率を最大限にし且つ望ましくない副生物とガス状のア
セチレン列炭化水素を処理することに関連する危険との
両方を最小限にする条件下にヒドロシリル化触媒の存在
下で反応させることによって、アルケニルシラン類を調
製することに関する。

本発明の目的は、ケイ素と結合した１又は２個の炭化水
素基を任意的に含むアルケニルシラン類、特にビニルハ
ロシラン類及びビニルアルコキシシラン類の調製方法を
提供することである。この方法は、少量の望まれない副
生物、特にジシリルアルカン類、のみを生じ、その上ア
セチレン列炭化水素反応物の爆発的分解に寄与しない条
件下での、アセチレン列炭化水素とＳｉＨ含有シランと
の反応を伴う。

本発明の方法は、アセチレン列炭化水素とＳｉＨ含有シ
ランとのガス状混合物と接触させられる比較的薄い移動
液体層の形をした反応媒体を特徴とする。この反応媒体
は、可溶化されたヒドロシリル化触媒と反応の生成物と
して生成されるアルケニルシランとを含んでなる。この
反応媒体は任意的に、上記の触媒、アルケニルシラン及
びアセチレン列炭化水素反応物のための溶媒である有機
液体を含むことができる。

本発明は、アセチレン列炭化水素とケイ素結合水素原子
を含有しているシランとの反応によりアルケニルシラン
を調製するための改良方法であって、反応が当該アルケ
ニルシランと可溶化されたヒドロシリル化触媒とを含ん
でなる液体媒体の存在下で行われる方法を提供する。改
良点には次に掲げる（ａ）　，（ｂ）及び（ｃ）、すな
わち、（ａ）上記アセチレン列炭化水素及び上記シラン
から本質的になる均質ガス状混合物を、この混合物が上
記アルケニルシラン及び上記触媒を含んでなる、当該ア
セチレン列炭化水素のための効果的な溶媒である液体反
応媒体の少なくとも一つの移動層の表面と接触させられ
る反応器へ導き入れることによって、当該アセチレン列
炭化水素の臨界爆発分解圧力より低い圧力下に上記の反
応を行なわせること、 （ｂ）上記混合物中のアセチレン列炭化水素及びガス状
シランの相対濃度を炭化水素のシランに対する１よりも
大きいモル比に相当する濃度に維持すること、そして、 （ｃ）上記均質混合物及び上記液体層の流量を調整して
、上記反応器内の温度を上記アルケニルシランの生戊に
有利であり且つ当該アルケニルシランのそれ以上の反応
及び上記アセチレン列炭化水素の分解には寄与しない水
準に維持すること、が含まれる。

本発明の方法を特徴づける反応条件は、液体反応媒体の
形態と、アセチレン列不飽和炭化水素とＳｉＨ含有シラ
ンとの混合物がこの反応媒体と接触する様式である。

この反応媒体は、ヒドロシリル化触媒と、そして本発明
の方法の主要生成物として生成されるアルケニルシラン
とを含んでなる。下記において検討するように、反応媒
体は任意的に、アルケニルシラン、ヒドロシリル化触媒
そしてアセチレン列炭化水素反応物のための溶媒である
有機液体を含有する。

生戒物収率の向上及び望ましくない副生物、特にジシリ
ルアルカン、の量の減少は、反応媒体として比較的薄い
移動液体層又は膜が存在することに由来する。反応媒体
のこの形態は、アーセチレン列炭化水素とＳｉＨ含有シ
ランとの発熱反応により発生した熱が反応の場から運び
去られる速度を大いに増大させる。この熱は、除去され
ないとすれば、アセチレン列炭化水素の分解及び／又は
本発明の方法の生戒物として生成されたアルケニルシラ
ンとＳｉＨ含有シランとが反応してジシリルアルカンを
生成する速度を増大させることの原因となりかねない。

本発明の方法を実施するための反応器の好ましい態様で
は、二つのガス状反応物の混合物を反応媒体の少なくと
も一つの薄層と、この層が反応器内の表面を流下してい
る時に接触させる。好ましくは、上記の表面は垂直方向
に配置される。移動層の厚さは一般に２　ＩＩｍ未満で
ある。反応媒体は、熱の均一な発生及び移動を保証する
ため層の全体を通して均一に配分すべきである。反応媒
体の移動層の厚さ及びこの層が移動する速度についての
最適な範囲は、反応器の大きさ及びガス状反応物の流量
に応じてこれらの典型的範囲から多少変動しても差支え
ない、ということを理解すべきである。ガス状反応物と
反応媒体との相対的な方向は本発明の方法の運転可能性
に関して重要ではないながらも、最も好ましくは、液体
層とガス状反応物混合物とは反対方向に移動する。移動
液体層とガス状反応物の流れとの接触の角度は、一般に
は９０〜１８０゜である。実験室規模の反応器における
液体層の流量は、一般には、反応器表面積１　ｃｔｌ当
り約４ｃｃ／ｍｉｎから約２４ｃｃ／＋ｔ＋ｉｎまでの
範囲内である。

ガス状反応物の混合物が反応器へ導き入れられそして反
応媒体の移動層と接触する速度は、アセチレン列炭化水
素とＳｉＨ含有シランとの反応により発生する熱の量に
影響を及ぼす。実験室規模の反応器におけるガス状反応
物の流量は、一般には、標準温度及び圧力（２５℃及び
１気圧）の条件下で測定して約４００ｃｃ／ｍｉｎから
約１０００Ｃｃ／ｍｉｎまでである。ガス状反応物につ
いての最適流量は、少なくとも幾分かは反応器の容量に
よって決められる。

液体の反応媒体がそれに沿って流れる表面は、反応器内
に位置する１又は２以上の管の内面又は外面でよく、あ
るいは反応器自体の外殻でよい。

ガス状のアセチレン列炭化水素とＳｉＨ含有シランとの
反応は発熱反応であるから、液体層の全表面積とこれら
のガス状反応物が液体層へ吸収される速度とは、移動す
る液体層の温度を決定する二つの最も重要な因子である
、ということは明らかなはずである。本発明の方法に従
えば、この温度は一般に約３０℃から約１２０℃までで
ある。アセチレン炭化水素としてアセチレンを使用すれ
ば、この温度範囲は好ましくは５０℃から約８０℃まで
である。この温度範囲外で運転すると、望まれないジシ
リルアルカンの収率が上昇する。

液体反応混合物を反応のために所望される温度範囲内に
至るまで加熱してからガス状反応物混合物を導き入れる
方が、一般には好ましい。反応がいったん開始されると
、液体反応混合物を冷却して温度を所望の範囲内に維持
することが必要とされるかもしれない。

本発明の方法の反応条件（２気圧より低い圧力及び３０
℃から約１２０℃までの温度）下でガスとして存在する
末端に不飽和のあるアセチレン列炭化水素はいずれも、
本発明の方法に従ってＳＩＨ含有シランと反応させるこ
とができる。これらのアセチレン列炭化水素は、式Ｒ’
ＣＥ−ＣＨにより表すことができ、この式でＲ’　は水
素原子又は１〜４個の炭素原子を有するアルキル基を表
す。一般にはアセチレンが好ましい炭化水素であるが、
これは、その価格、入手可能性、高い反応性、そしてこ
の反応物を使用して製造されるビニルシラン類の商業的
な有用性に基づくものである。

ケイ素と結合した水素原子を有し且つ本発明の方法の条
件下でガスとして存在するシランはいずれも、シラン反
応物として使用することができる。

これらのシランは、一般式ＨＳｔＲ２ｎ　Ｘｓ−ｎで表
すことができ、この式においてＲ２は一価の炭化水素基
又は一価のハロゲン化炭化水素基を表し、Ｘはハロゲン
原子か又は炭素原子数１〜４個のアルコキシ基を表し、
そしてｎは０，１又は２である。

好ましいシランでは、Ｒ２が存在する場合それはメチル
基を表し、モしてＸは塩素又はメトキシ基を表す。選択
された特定のシランが周囲圧力下で約１２０℃より低い
温度で沸騰しない場合、そのシランが沸騰する温度は反
応器内の圧力を大気圧より低い圧力まで低下させること
により低下させることができる。

好ましいシラン類には、トリクロロシラン、トリメトキ
シシラン、メチルジクロロシラン、ジメチルクロロシラ
ン及びメチルジメトキシシランが含まれるが、これらに
限定されるものではなく、この選択は、これらのシラン
を調製するのに必要とされる中間体の価格と入手可能性
、及び最終のアルケニルシランの有用性に基づいている
。

発明者らは、所望のアルケニルシランの収率は、ＳｉＨ
含有シランに対するアセチレン列炭化水素のモル比が少
なくとも１：１である場合に、少量のジシリルアルカン
副生物の生成を伴うだけで最小限にすることができる、
ということを発見した。

反応がアセチレンとメチルジクロロシランかあるいはジ
メチルクロロシランのいずれかとの反応である場合には
、この比は好ましくは１．１：１とＬ３：１との間であ
る。反応物にはかかわりなく、ＳｉＨ含有シラン１モル
当り約３モルのアセチレン列炭化水素よりも高いアセチ
レン列炭化水素の相対濃度は、反応完了後の未反応アセ
チレン列炭化水素の存在を埋め合わせるようには所望の
アルケニルシランの収率又は純度を実質上少しも向上さ
せない。

過剰の炭化水素反応物は、回収しそして再循環させるか
、あるいは化学反応もしくはガス抜きにより処分しなく
てはならない。アセチレン列炭化水素の毒性及び爆発性
は、これらの物質の処分を甚だしく厄介にしかねず、ま
たアルケニルシランを製造する経費を有意に増加させか
ねない。

未反応のアセチレン列炭化水素の量を減少させるための
一つの方法は、直列につながれた二つの反応器を使用し
て、それにより第一の反応器から出てくる未反応のアセ
チレン列炭化水素をケイ素と結合した水素を有する追加
のシランと混合し、第二の反応器へ進ませて、そして本
発明の方法に従って処理することを必要とする。

液体反応媒体に溶ける公知のヒドロシリル化触媒のうち
のいずれを使用しても、アセチレン列炭化水素とＳｉＨ
含有シランとの反応を促進することができる。ヒドロシ
リル化触媒の最もよく使用される部類の一つは、周期表
の白金族からの金属及びこれらの金属の化合物である。

塩化白金酸のような白金ハロゲン化物は、これらの化合
物の触媒活性と、アルケニルシラン及びこの明細書の後
の部分で検討される１又は２種以上の任意的な有機液体
により形或される反応媒体におけるそれらの溶解度とに
基づいて、本発明の方法にとっての触媒の好ましい群で
ある。

ヒドロシリル化触媒の最適濃度は、少なくとも部分的に
は、液体反応媒体中に存在している二つの反応物といず
れかの有機液体との組或に、そして反応条件に依存する
。典型的には、アセチレン列炭化水素とＳｉＨ含有シラ
ンとの反応を促進するのに必要とされる触媒の量は、反
応器内に存在しているケイ素と結合した水素の１００万
モル当り約１グラム原子から約１００グラム原子までの
白金に相当する。連続プロセスの間には追加の触媒を加
えて、反応媒体が反応器から抜き出されるにつれて失わ
れた量に取って代えなくてはならない、ということが理
解されよう。

可溶化されたヒドロシリル化触媒及び本発明の方法の所
望の生成物として生成されたアルケニルシランのほかに
、液体反応媒体は当該触媒及び当詠アルケニルシランの
ための溶媒である少なくとも１種の有機液体を任意的に
含むことができる。

副生物、特に対応するジシリルアルカンの収率を低下さ
せるために、有機液体はまたアセチレン列炭化水素のた
めの効果的な溶媒であるべきである。

有機液体についての一つの追加の必要条件は、反応帯域
において生じる温度において沸騰又は急速に蒸発しない
ことである。

好ましい有機液体には、液体の脂肪族及び芳香族炭化水
素、アルキレングリコールのアルキルエーテル、エーテ
ル類及びケトン類が含められるが、これらには限定され
ない。好ましい有機液体には、トルエン、キシレン、エ
チレングリコールのジメチルエーテル、テトラヒドロフ
ラン、メチルエチルケトン及びメチルイソブチルケトン
が含まれるが、好ましい有機液体はこれらには限定され
ない。

これらの有機液体は、個々に使用することができ、ある
いは個々の液体が互いに相溶性である限りは混合物とし
て使用することができる。

本発明の液体反応媒体中に１又は２種以上の有機液体が
存在している場合、それらは典型的には、液体反応媒体
の１０重量％から約８０重量％まで、好ましくは１０重
量％から４０重量％までを構戒する。

この明細書の先の部分に開示されたように、アセチレン
列炭化水素とＳｉＨ含有シランとの反応は移動する層又
は膜の形をしている液体反応媒体中で起こる。本発明の
方法の一つの態様によれば、上記の層又は膜は、液体反
応媒体の流れを反応器内に位置する少なくとも一つの垂
直方向の管の内壁に沿って導くことにより形或される。

反応器は、これらの管を少なくとも一つ有し、そしてそ
れは、管の上端部及び下端部に位置する不浸透性の板で
支持される。これらの板は、管の周囲全体を取囲んで管
の外壁と接触し、そして反応器の外殻に達する。これら
の板の形状配置は、反応器を上室、中央室及び下室に分
ける。

反応器の上室には、液体反応媒体がそれを通って反応器
へ入って上部の板の上面を流れ、そして管に入る、口が
装備される。反応器の上室はまた、未反応のガス状物質
を反応器からそれを通して抜き出すことのできる口をも
有する。

液体反応媒体がそれを通って入る管の端邪には、好まし
くは、反応媒体の流れを管の壁に沿うように向けるため
に少なくとも１本のワイヤーが装備される。管の外壁は
、管内で起こる発熱反応により発生しモして管壁を通し
て伝えられる熱を除去するために、循環する液体冷却剤
、好ましくは水、と接触する。この冷却液は、反応器の
中央室を通って循環する。この配置は、時として「管側
反応器」と呼ばれる。この種の反応器の例は、米国特許
第４４２２８９９号明細書に記載された垂直管型の熱交
換器である。本発明の方法に関係して使用するのに適し
た反応器は、上記の参照米国特許明細書の熱交換器の特
徴であるノズル及び溢流管よりも、むしろ孔のあいてい
ない連続管を有する。反応器の下室には、反応媒体をそ
れを通して反応器から抜き出して再循環させることので
きる口が装備される。ガス状反応物の混合物は、反応器
の下室へ導き入れられて、管のそれぞれを通って上方に
向かう。好ましくは、反応物は、液体反応混合物を支え
ている各管の下方の端部の直下に配置される垂直向きの
ノズルを通して導き入れられる。

反応器内の圧力は、アセチレン列炭化水素が反応の温度
において爆発分解を受けそうな圧力よりも低い。アセチ
レン列炭化水素としてアセチレンを使用すれば、この圧
力は典型的には大気圧から絶対圧力で約２気圧までであ
る。安全上の理由と、ガス状物質を加圧下で反応させる
のに必要とされる余分な装置がなく、それにより反応器
の設計が簡単になることに基づいて、大気圧がより好ま
しい。

別の種類の反応器操作によれば、ガス状反応物の混合物
は管の外壁と反応器の外殻の内面とにより定められる前
述の中央室へ導き入れられる。好ましい態様によれば、
ガス状反応物の流れは液体反応媒体の各層又は膜に突き
当るように向けられる。液体反応媒体は、この中央室の
上部から入って、管の外壁に沿ってそして任意的に外殻
の壁の内側に沿って下向きに流れ、またガス状反応物の
流れは液体反応媒体の各層又は膜に突き当るように向け
られる。この別の配置は、時として「外殻側反応器」と
称される。この種の配置の利点には、より効率的な物質
移動と、気相及び液相の混合のより以上の管理とが含め
られる。この態様では、冷媒は管の中を流れる。

外殻側反応器では、ガス状反応物の流れの方向及び流体
反応媒体の流れの方向は９０゜と１８０゜の間の角度を
なすことができる。この種の好ましい反応器では、反応
媒体がガス状反応物と接触する時に反応媒体の管の表面
との接触を維持するため邪魔板が用意される。

以下に掲げる例は、本発明の一つの態様を説明しようと
するものであって、特許請求の範囲に定義された本発明
の範囲を限定するものと解釈すべきではない。別段の指
示がない限りは、この例において明示された部数及び百
分率は、全て重量によるものである。

外殻により完全に取囲まれた長さ２０ｃｍの管を３本有
する実験室規模の垂直管反応器を使って、アセチレンと
メチルジクロロシランとの反応を行わせた。上記の管は
、水平方向に合わせた直径１０ｃｍの不浸透性の板によ
り上端部及び下端部で支持され、そしてこの板は、管を
完全に取囲みそして反応器の外殻とその周長に沿って接
触して、それにより反応器を上室、中央室及び下室に分
けた。管の上端部及び下端部は、それぞれの板から約５
　ｍｎ＋突き出し、そして管の下端部は反応器の底から
ＩＯ備の距離で終えていた。反応器の下室には、反応器
内の３本の管のおのおのの開放端へアセチレン／メチル
ジクロロシラン混合物の個々の流れを向ける三つのノズ
ルを備えたガス導管が装備された。

これらのノズルは管の下端のＩＣＩｌ１下方に位置した
。

反応器の下方部分には、液体反応媒体をそれを通して抜
き出す出口も設けられ、そして液体反応媒体を反応器の
上室にある入口へポンプにより再循環させた。

上室には、上記の入口のほかに、未反応のガス状物質を
それを通して抜き出すことのできる出口が用意された。

反応器の中央室には、反応器の運転中に水をそれらを通
して循環させて管の外表面と接触させる入口及び出口を
用意した。

入口を通って反応器の上室に入った液体反応媒体は、こ
の液体の流れを管の内壁に沿う方向に向ける堰を越えて
流れることにより管の上端部に入った。

反応器の運転中は、ガス供給ノズルを通って反応器の下
室に入るアセチレン及びメチルジクロロシランの三つの
流れを１反応媒体がその中を下向きに流れる管を通して
上方へ向かわせた。

第１表に列挙された量のメチルビニルジクロロシラン及
び溶媒を混ぜ合わせて、最初の反応媒体を調製した。こ
の混合物の１００部と０．０５部の触媒溶液。溶媒は、
キシレン（１）、メチルエチルケトン（２）　又はエチ
レングリコールのジメチルエーテル（３）であった。触
媒溶液は、溶液１一当りに０．　１　ミＩＪモルの白金
を含有している塩化白金酸インプロパノール溶液であっ
た。

反応媒体を反応器を通して２ｌ／ｍｉｎの流量でポンプ
送りして、処理を開始した。反応器の中央室を通って流
れる水は、サーモスタットで６７℃の温度に維持した。

熱電対により反応器の下室の液溜めの温度を監視して、
循環水の温度を制御した。

反応媒体の温度が６７℃に達したところで、ガス状のア
セチレン／シラン混合物の流れを開始した。

アセチレンのシランに対するモル比は１．３：１であり
、ガス状反応物の混合物は６８０ｃｃ／＋ｙ＋ｉｎの流
量で導き入れた。反応媒体の容量は、過剰分を反応器の
壁の溢流口を通して流出させて初期のレベルに維持した
。これを集め、そして８時間の反応期間の終りに蒸留し
て、反応の主生戊物として生成サレたメチルビニルジク
ロロシランを回収した。

メチルビニルジクロロシラン（Ａ）の、反応の副生物で
ある１，２−ビス（メチルジクロロシリル）エタン（Ｂ
）に対する重量比を、気液クロマトグラフィーを使って
測定した。この重量比は第１表で報告される。

第１表 ｂ） 第１ ２０／８０　　　　　　　　１６／　１５０／５０　　
　　　　　　２７／　１・１０／９０　　　　　　　　
２０／　１１０／９０　　　　　　　　２３／　１１＝
キシレン ２＝メチルエチルケトン ３＝エチレングリコールのジメチルエーテル初めの反応
媒体の組或 表のデータは、ジシリルエタン副生物に関するビニルシ
ランの収率はアセチレンにとってより効果的な溶媒であ
る溶媒を使うことにより増加させることができる、とい
うことを証明する。エチレングリコールのジメチルエー
テルは、メチルエチルケトンよりも効果的なアセチレン
のための溶媒であり、そしてメチルエチルケトンはキシ
レンよりも効果的な溶媒である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、アセチレン列炭化水素とケイ素結合水素原子を含有
   しているシランとの反応によりアルケニルシランを調製
   するための、該反応が上記アルケニルシランと可溶化さ
   れたヒドロシリル化触媒とを含んでなる液体媒体の存在
   下で行われる方法であって、 （ａ）上記アセチレン列炭化水素及び上記シランから本
   質的になる均質ガス状混合物を、この混合物が上記アル
   ケニルシラン及び上記触媒を含んでなる、当該アセチレ
   ン列炭化水素のための効果的な溶媒である液体反応媒体
   の少なくとも一つの移動層の表面と接触させられる反応
   器へ導き入れることによって、当該アセチレン列炭化水
   素の臨界爆発分解圧力より低い圧力下に上記の反応を行
   なわせること、 （ｂ）上記混合物中のアセチレン列炭化水素及びガス状
   シランの相対濃度を炭化水素のシランに対する１よりも
   大きいモル比に相当する濃度に維持すること、そして、 （ｃ）上記均質混合物及び上記液体媒体の流量を調整し
   て、上記反応器内の温度を上記アルケニルシランの生成
   に有利であり且つ当該アルケニルシランのそれ以上の反
   応及び上記アセチレン列炭化水素の分解には寄与しない
   水準に維持すること、を特徴とする、アルケニルシラン
   調製方法。 ２、前記アセチレン列炭化水素が式Ｒ＾１Ｃ≡ＣＨで表
   され、この式中のＲ＾１は水素か又は炭素原子数１〜４
   個のアルキル基を表し、前記ガス状シランが式ＨＳｉＲ
   ＾２＿ｎＸ＿３＿−＿ｎで表され、この式中のＲ＾２は
   一価の炭化水素基又は一価のハロゲン化炭化水素基を表
   し、Ｘはハロゲン原子か又は炭素原子数１〜４個のアル
   コキシ基を表し、そしてｎは０、１又は２であって、前
   記液体媒体が当該アセチレン列炭化水素、当該触媒及び
   当該アルケニルシランのための効果的な溶媒である有機
   液体を含有し、前記移動層の厚さが２ｍｍ未満であり、
   そしてこの層の流量が反応器表面積１ｃｍ＾２当り４〜
   ２４ｃｃ／ｍｉｎである、請求項１記載の方法。 ３、アセチレン列炭化水素とガス状シランとのモル比が
   １．１：１から１．３：１までであり、Ｒ＾１が水素で
   あり、Ｒ＾２がアルキル基、フェニル基又は３，３，３
   −トリフルオロプロピル基であり、ｎが１又は２であり
   、前記有機液体が液体炭化水素、エーテル化されたグリ
   コール、又はケトンであって、該グリコール及びケトン
   の炭化水素基は炭素原子数１〜４個のアルキル基であり
   、そして前記ヒドロシリル化触媒が白金又はロジウムの
   化合物である、請求項２記載の方法。 ４、Ｒ＾２がメチル基であり、前記液体媒体の温度が３
   ０℃から約１２０℃までであり、この液体媒体の一部分
   が当該アルケニルシランを回収するために定期的又は連
   続的に取り出されて、そして前記触媒と前記有機液体と
   を含んでなる実質的に等しい容量の溶液により置換され
   、そして当該ヒドロシリル化触媒が塩化白金酸である、
   請求項３記載の方法。５、前記有機液体が前記液体媒体
   の１０重量％から４０重量％までを構成し、当該液体媒
   体の温度が６０℃から８０℃までであって、前記混合物
   の反応が大気圧下で行われ、当該液体媒体の温度がこの
   媒体と接触する表面を加熱又は冷却して制御され、そし
   て未反応のアセチレン列炭化水素が前記反応器から追加
   のガス状シランと混ぜ合わされそして当該方法に従って
   反応させられる別の反応器へ回される、請求項４記載の
   方法。 ６、前記液体媒体が管内を流れ、また当該管の外側が当
   該液体媒体の温度を５０〜８０℃に維持するのに必要と
   される温度の水と接触する垂直管型反応器で実施される
   、請求項５記載の方法。