JPH0688774B2 - Disproportionation method for halogenated silanes - Google Patents

Disproportionation method for halogenated silanes

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JPH0688774B2
JPH0688774B2 JP9389085A JP9389085A JPH0688774B2 JP H0688774 B2 JPH0688774 B2 JP H0688774B2 JP 9389085 A JP9389085 A JP 9389085A JP 9389085 A JP9389085 A JP 9389085A JP H0688774 B2 JPH0688774 B2 JP H0688774B2
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JP
Japan
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disproportionation
reactor
polymer
halogenated silanes
silanes
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隆夫 田中
浅沼  正
淳子 武田
淳彦 日合
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三井東圧化学株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はハロゲン化シラン類の不均化方法に関する。さ
らに詳しくは、特定の触媒を用いるハロゲン化シラン類
の不均化方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a disproportionation method of halogenated silanes. More specifically, it relates to a disproportionation method of halogenated silanes using a specific catalyst.

従来の技術 モノシラン、ジクロロシランなどのシラン類は、半導体
用、太陽電池用、感光体ドラム用などの用途に用いら
れ、近年その需要が大幅に増大している。これらのモノ
シラン、ジクロロシラン等を製造する方法としては、四
ハロゲン化シランを還元する方法、或は、ケイ素の合金
と塩酸を反応する方法、或はトリハロゲン化シランを不
均化する方法などが知られている。
2. Description of the Related Art Silanes such as monosilane and dichlorosilane are used in applications such as semiconductors, solar cells, and photoconductor drums, and the demand for them has increased significantly in recent years. Examples of methods for producing these monosilanes, dichlorosilanes and the like include a method of reducing a tetrahalogenated silane, a method of reacting an alloy of silicon with hydrochloric acid, or a method of disproportionating a trihalogenated silane. Are known.

発明が解決すべき問題点 しかしてトリハロゲン化シランを不均化してモノシラ
ン、モノハロゲン化シラン、ジハロゲン化シランなどと
する方法は工業的にもっとも安価にモノシラン、モノハ
ロゲン化シラン、ジハロゲン化シラン等(以下単にシラ
ン類と総称する)を得る方法として期待されており、ア
ジポニトリル等のニトリル類を用いる方法(米国特許第
2732282号)、脂肪族シアナミドを用いる方法(米国特
許第273228号)などの均一系の触媒を用いる多くの方法
が知られているが触媒と反応生成物及び/又は原料との
分離に多大なエネルギー、時間等を要するという問題が
ある。これに対しては陰イオン交換樹脂を用いる方法
(特公昭52−18678号)、アミノアルコールとシリカの
反応生成物を用いる方法(特開昭59−156907号)などの
固体触媒を用いる方法が知られているが前者では触媒が
高価である上に耐熱性に問題があり、又後者では触媒活
性が低く実用的でないなどの問題があった。
Problems to be Solved by the Invention However, the method of disproportionating a trihalogenated silane into a monosilane, a monohalogenated silane, a dihalogenated silane, etc. is industrially the cheapest in the monosilane, monohalogenated silane, dihalogenated silane, etc. (Hereinafter, simply referred to as silanes) is expected to be a method of using nitriles such as adiponitrile (US Patent No.
2732282), a method using an aliphatic cyanamide (US Pat. No. 273228), and many other methods using a homogeneous catalyst are known, but a large amount of energy is required for separating the catalyst from the reaction product and / or the raw material. However, there is a problem that it takes time. On the other hand, methods using a solid catalyst such as a method using an anion exchange resin (Japanese Patent Publication No. 52-18678) and a method using a reaction product of amino alcohol and silica (Japanese Patent Laid-Open No. 156907) are known. However, in the former case, the catalyst is expensive and there is a problem in heat resistance, and in the latter case, there is a problem that the catalyst activity is low and it is not practical.

発明の開示 本発明者らは上記問題を解決して、高活性な固体触媒を
用いたハロゲン化シラン類の不均化方法について鋭意検
討し本発明を完成した。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present inventors have completed the present invention by solving the above problems and earnestly investigating a disproportionation method of halogenated silanes using a highly active solid catalyst.

即ち本発明はハロゲン化シラン類をピロール類の重合体
と接触せしめることを特徴とするハロゲン化シラン類の
不均化方法である。
That is, the present invention is a disproportionation method for halogenated silanes, which comprises bringing the halogenated silanes into contact with a polymer of pyrroles.

本発明においてハロゲン化シラン類とはモノクロロシラ
ン、ジクロロシラン、トリクロロシランなどの塩化シラ
ン類;モノフロロシラン、ジフロロシラン、トリフロロ
シランなどのフッ化シラン類が一般的な化合物として例
示できる。本発明において不均化とは出発ハロゲン化シ
ラン類に比較してハロゲン原子の少ないシラン類が生成
する反応であると定義される。例えばトリクロロシラン
を不均化することでモノシラン、モノクロロシラン、ジ
クロロシラン、トリクロロシラン、テトラクロロシラン
の混合物とするが如き反応である。工業的にはトリクロ
ロシラン及び/又はトリフロロシランを出発原料として
前述のシラン類を製造するのが有用である。
Examples of the halogenated silanes in the present invention include chlorosilanes such as monochlorosilane, dichlorosilane and trichlorosilane; and fluorinated silanes such as monofluorosilane, difluorosilane and trifluorosilane as typical compounds. In the present invention, disproportionation is defined as a reaction that produces silanes with fewer halogen atoms than the starting halogenated silanes. For example, trichlorosilane is disproportionated to form a mixture of monosilane, monochlorosilane, dichlorosilane, trichlorosilane and tetrachlorosilane, which is a reaction. Industrially, it is useful to produce the above-mentioned silanes using trichlorosilane and / or trifluorosilane as a starting material.

本発明において触媒として使用するピロール類の重合体
とはピロール、N−アルキルピロール、N−アリールピ
ロール、3−アルキルピロール、3−アリールピロー
ル、3,4−ジアルキルピロール、3,4−ジアリールピロー
ルなどのピロール類の重合体でありこれらの重合体を得
る方法としては酸化剤を用いる方法(Advances in Hete
ro-cyclic chemistry15巻67ページ(1973))、電解重
合による方法(Journal of chemical Society chemica
l.communication(1979年)635ページ)が知られてい
る。
Polymers of pyrroles used as catalysts in the present invention include pyrrole, N-alkylpyrrole, N-arylpyrrole, 3-alkylpyrrole, 3-arylpyrrole, 3,4-dialkylpyrrole, 3,4-diarylpyrrole and the like. These pyrrole polymers are used as a method of obtaining these polymers (Advances in Hete
Ro-cyclic chemistry, Vol. 15, p. 67 (1973), Electropolymerization method (Journal of chemical Society chemica)
l.communication (1979) page 635) is known.

不均化反応用の触媒としてピロール類の重合体を用いる
に際しては上述の方法で得られたものをそのまま利用す
ることも可能であるが適当な担体に担持して用いること
も可能である。
When a polymer of pyrroles is used as a catalyst for the disproportionation reaction, the one obtained by the above method can be used as it is, but it can also be used by supporting it on a suitable carrier.

かかる担体に担持したピロール類の重合体を得る方法と
しては、ピロール類の重合体と担体を共粉砕処理する方
法或は特開昭59−168010に示されているような電解重合
法による方法或は、耐熱性の樹脂粒子、或はシリカ、ア
ルミナ、タルク、ケイソウ土などの無機化合物の粒子に
酸化剤を含浸せしめ、次いでピロール又はその誘導体と
接触せしめることで担体に担持したピロールの重合体を
得ることができ、これらのものがハロゲン化シラン類の
不均化反応に使用できる。これらのピロール類の重合体
は30℃以上の温度で加熱処理することで活性化される場
合もあり、30℃〜500℃で使用に先立って熱処理するこ
ともできる。
As a method for obtaining a polymer of pyrroles supported on such a carrier, a method of co-grinding a polymer of pyrroles and a carrier or an electrolytic polymerization method as disclosed in JP-A-59-168010 or Is a polymer of pyrrole supported on a carrier by impregnating heat-resistant resin particles or particles of an inorganic compound such as silica, alumina, talc, diatomaceous earth with an oxidizing agent, and then contacting them with pyrrole or a derivative thereof. And can be used for the disproportionation reaction of halogenated silanes. Polymers of these pyrroles may be activated by heat treatment at a temperature of 30 ° C. or higher, and may be heat treated at 30 ° C. to 500 ° C. prior to use.

本発明における接触方法としては、液相にしたハロゲン
化シラン類中に上述のピロール類の重合体を分散せしめ
る方法、或は、好ましくは担体に担持したピロール類の
重合体を充填した流動床或は固定床反応器で気相或は液
相でハロゲン化シラン類を接触せしめる方法などが採用
できる。不均化反応の温度としては常温〜300℃、好ま
しくは20〜200℃が採用できる。
As the contacting method in the present invention, a method of dispersing the above-mentioned polymer of pyrroles in a halogenated silane in a liquid phase, or preferably a fluidized bed filled with a polymer of pyrroles supported on a carrier or Can be employed in which a halogenated silane is brought into contact with the gas phase or liquid phase in a fixed bed reactor. The temperature of the disproportionation reaction may be room temperature to 300 ° C, preferably 20 to 200 ° C.

反応時間については特に制限はなく、所望の組成となる
ように適当な反応時間を定めれば良く通常数秒〜数時間
である。
The reaction time is not particularly limited, and an appropriate reaction time may be set so as to obtain a desired composition, and it is usually several seconds to several hours.

効果 本発明の方法を実施することにより極めて効率よくハロ
ゲン化シラン類を不均化して所望シラン類を製造するこ
とが可能となり工業的に極めて価値がある。
Effects By carrying out the method of the present invention, it becomes possible to disproportionate halogenated silanes extremely efficiently to produce desired silanes, which is of great industrial value.

実施例 以下に実施例を挙げ本発明をさらに説明する。Examples The present invention will be further described below with reference to Examples.

実施例1 (重合体の製造) 担体として乾燥シリカゲル(粒度10〜40メッシュ)を用
い、重合触媒としては塩化第二鉄を用いた。なお反応は
すべて窒素気流下で行った。上記シリカゲル10g、塩化
第二鉄0.3gをメタノール20ml中で混合した塩化第二鉄を
シリカゲルに含浸せしめた後にメタノールを蒸発させ
た。このように処理したシリカゲルをガラス管につめ、
ピロールを窒素ガスと共に0.1ml/hrで20時間流し反応さ
せた。反応後、ソックスレー抽出器を用いてメタノール
で2時間還流し塩化鉄及び未反応モノマーを除いた。収
量は10.9gであった。
Example 1 (Production of Polymer) Dry silica gel (particle size: 10 to 40 mesh) was used as a carrier, and ferric chloride was used as a polymerization catalyst. All reactions were performed under a nitrogen stream. The silica gel was impregnated with ferric chloride prepared by mixing 10 g of the above silica gel and 0.3 g of ferric chloride in 20 ml of methanol, and then the methanol was evaporated. The silica gel treated in this way was packed in a glass tube,
Pyrrole was allowed to react by flowing with nitrogen gas at 0.1 ml / hr for 20 hours. After the reaction, the mixture was refluxed with methanol using a Soxhlet extractor for 2 hours to remove iron chloride and unreacted monomers. The yield was 10.9g.

(不均化反応) 前記の方法で調製した重合体10g.を内径8mm長さ40cmの
U字型SUS管製流通式反応器に充填した。その後ヘリウ
ムを流し反応器内を十分ヘリウム置換しながら、反応器
を油浴にて140℃に加熱した。反応器が140℃になった後
ヘリウムの供給を止め、純度99.9%のトリクロロシラン
を16cc/min.で供給した。生成物はメタノール−ドライ
アイスにて冷却してある捕集器にて捕集し、ガスクロマ
トグラフにより生成物の組成を分析した。
(Disproportionation reaction) 10 g. Of the polymer prepared by the above method was filled in a U-shaped SUS tube flow type reactor having an inner diameter of 8 mm and a length of 40 cm. Thereafter, while flowing helium to sufficiently replace the inside of the reactor with helium, the reactor was heated to 140 ° C. in an oil bath. After the reactor reached 140 ° C., the supply of helium was stopped and trichlorosilane having a purity of 99.9% was supplied at 16 cc / min. The product was collected by a collector cooled with methanol-dry ice, and the composition of the product was analyzed by gas chromatography.

結果はトリクロロシランが95.8mole%、ジクロロシラン
が1.5mole%、四塩化珪素が2.1mole%と、本発明で使用
するピロール類の重合体は十分な不均化活性を示すこと
がわかった。
The results showed that trichlorosilane was 95.8 mole%, dichlorosilane was 1.5 mole%, and silicon tetrachloride was 2.1 mole%, showing that the pyrrole polymers used in the present invention have sufficient disproportionation activity.

実施例2 (重合体の製造) 5%塩化第二鉄水溶液50mlと10%ピロールのトルエン溶
液50mlを三角フラスコに入れて10時間攪拌した後に重合
した粒状ポリピロールを取した。この粒状ポリピロー
ルを乾燥した後実施例1と同様にソックスレー抽出器を
用いて塩化鉄を除いた。得られた粒状ポリピロールは2.
1gであった。同様の操作を繰り返して粒状ポリピロール
を約6g得た。
Example 2 (Production of Polymer) 50 ml of a 5% ferric chloride aqueous solution and 50 ml of a 10% toluene solution of pyrrole were placed in an Erlenmeyer flask and stirred for 10 hours, and then polymerized granular polypyrrole was taken. After drying this granular polypyrrole, iron chloride was removed using a Soxhlet extractor in the same manner as in Example 1. The granular polypyrrole obtained is 2.
It was 1g. The same operation was repeated to obtain about 6 g of granular polypyrrole.

(不均化反応) 前記の方法で調製した重合体3gを内径8mm長さ40cmのU
字型SUS管製流通式反応器に充填した。その後ヘリウム
を流し反応器内を十分ヘリウム置換しながら、反応器を
油浴にて140℃に加熱した。反応器が140℃になった後ヘ
リウムの供給を止め、純度99.9%のトリクロロシランを
16cc/min.で供給した。生成物はメタノール−ドライア
イスにて冷却してある捕集器にて捕集し、ガスクロマト
グラフにより生成物の組成を分析した。
(Disproportionation reaction) 3 g of the polymer prepared by the above method was added to U having an inner diameter of 8 mm and a length of 40 cm.
It was filled in a letter-shaped SUS tube flow type reactor. Thereafter, while flowing helium to sufficiently replace the inside of the reactor with helium, the reactor was heated to 140 ° C. in an oil bath. After the temperature of the reactor reached 140 ° C, the supply of helium was stopped and trichlorosilane with a purity of 99.9% was added.
Supplied at 16 cc / min. The product was collected by a collector cooled with methanol-dry ice, and the composition of the product was analyzed by gas chromatography.

結果はトリクロロシランが94.0mole%、ジクロロシラン
が2.4mole%、四塩化珪素が2.9mole%と、十分な不均化
活性を示すことがわかった。
The results showed that 94.0 mole% of trichlorosilane, 2.4 mole% of dichlorosilane and 2.9 mole% of silicon tetrachloride showed sufficient disproportionation activity.

実施例3 (重合体の製造) 塩化第二鉄1.0gとピロールのかわりにN−メチルピロー
ルを0.2ml/minの割合で吹き込んで実施例1と同様の操
作を行ったところ塩化鉄を除去した後のポリ−N−メチ
ルピロールをコーティングされたシリカゲルの重量は1
1.1gであった。
Example 3 (Production of polymer) N-methylpyrrole was blown in at a rate of 0.2 ml / min instead of 1.0 g of ferric chloride and pyrrole, and the same operation as in Example 1 was performed to remove iron chloride. The weight of the subsequent poly-N-methylpyrrole coated silica gel is 1
It was 1.1 g.

(不均化反応) 前記の方法で調製した重合体10gを内径8mm長さ40cmのU
字型SUS管製流通式反応器に充填した。その後ヘリウム
を流し反応器内を十分ヘリウム置換しながら、反応器を
油浴にて120℃に加熱した。反応器が120℃になった後ヘ
リウムの供給を止め、純度99.9%のトリクロロシランを
16cc/min.で供給した。生成物はメタノール−ドライア
イスにて冷却してある捕集器にて捕集し、ガスクロマト
グラフにより生成物の組成を分析した。
(Disproportionation reaction) 10 g of the polymer prepared by the above method was used for U having an inner diameter of 8 mm and a length of 40 cm.
It was filled in a letter-shaped SUS tube flow type reactor. After that, while flowing helium to sufficiently replace the inside of the reactor with helium, the reactor was heated to 120 ° C. in an oil bath. After the reactor reached 120 ° C, the helium supply was stopped and trichlorosilane with a purity of 99.9% was added.
Supplied at 16 cc / min. The product was collected by a collector cooled with methanol-dry ice, and the composition of the product was analyzed by gas chromatography.

結果はトリクロロシランが82.3mole%、ジクロロシラン
が8.8mole%、四塩化珪素が8.9mole%と、十分高い活性
及び選択性を示すことがわかった。
The results showed that trichlorosilane had 82.3 mole%, dichlorosilane had 8.8 mole%, and silicon tetrachloride had 8.9 mole%, showing sufficiently high activity and selectivity.

実施例4 (重合体の製造) 活性アルミナ(住友アルミニウム製錬(株)製KHD-46)
15gと塩化第二鉄1.5gをメタノール30ml中で攪拌した後
メタノールを蒸発させて塩化第二鉄含浸担体をつくっ
た。この活性アルミナ粒子をガラス管につめ、N−メタ
ルピロール0.25ml/minを窒素ガスと共に20時間流通せし
めた。このポリ−N−メタルピロール含有活性アルミナ
をソックスレ−抽出器を用いてメタノールで4時間還流
して塩化鉄を除いた。乾燥後の収量は17.7gであった。
Example 4 (Production of polymer) Activated alumina (KHD-46 manufactured by Sumitomo Aluminum Smelting Co., Ltd.)
After stirring 15 g and 1.5 g of ferric chloride in 30 ml of methanol, methanol was evaporated to prepare a ferric chloride-impregnated carrier. The activated alumina particles were packed in a glass tube, and 0.25 ml / min of N-metal pyrrole was passed along with nitrogen gas for 20 hours. The activated alumina containing poly-N-metalpyrrole was refluxed with methanol for 4 hours using a Soxhlet extractor to remove iron chloride. The yield after drying was 17.7 g.

(不均化反応) 前記の方法で調製した重合体10g.を内径8mm長さ40cmの
U字型SUS管製流通式反応器に充填した。その後ヘリウ
ムを流し反応器内を十分ヘリウム置換しながら、反応器
を油浴にて120℃に加熱した。反応器が120℃になった後
ヘリウムの供給を止め、純度99.9%のトリクロロシラン
を16cc/min.で供給した。生成物はメタノールードライ
アイスにて冷却してある捕集器にて捕集し、ガスクロマ
トグラフにより生成物の組成を分析した。
(Disproportionation reaction) 10 g. Of the polymer prepared by the above method was filled in a U-shaped SUS tube flow type reactor having an inner diameter of 8 mm and a length of 40 cm. After that, while flowing helium to sufficiently replace the inside of the reactor with helium, the reactor was heated to 120 ° C. in an oil bath. After the reactor reached 120 ° C., the supply of helium was stopped and trichlorosilane having a purity of 99.9% was supplied at 16 cc / min. The product was collected by a collector cooled with methanol-dry ice, and the composition of the product was analyzed by gas chromatography.

結果はトリクロロシランが84.6mole%、ジクロロシラン
が7.3mole%四塩化珪素が7.8mole%と、十分高い活性及
び選択性を示すことがわかった。
The results showed that trichlorosilane had 84.6 mole%, dichlorosilane had 7.3 mole%, and silicon tetrachloride had 7.8 mole%, showing sufficiently high activity and selectivity.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ハロゲン化シラン類をピロール類の重合体
と接触せしめることを特徴とするハロゲン化シラン類の
不均化方法。
1. A method of disproportionating halogenated silanes, which comprises contacting the halogenated silanes with a polymer of pyrroles.
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