JPH0813822B2 - 有機ケイ素化合物 - Google Patents

有機ケイ素化合物

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JPH0813822B2
JPH0813822B2 JP4462288A JP4462288A JPH0813822B2 JP H0813822 B2 JPH0813822 B2 JP H0813822B2 JP 4462288 A JP4462288 A JP 4462288A JP 4462288 A JP4462288 A JP 4462288A JP H0813822 B2 JPH0813822 B2 JP H0813822B2
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亮 武内
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、一般式(1) (ただし、mは5乃至20の正の整数、nは1、2もしく
は3)で表される有機ケイ素化合物およびその製造方法
に関する。
〔従来の技術〕
有機ケイ素化合物とは、一般にSi−C結合を有する化
合物の総称であり、現在シリコーン(ポリオルガノシロ
キサン)に代表されるように、有機ケイ素化学工業の発
展はすさまじい。有機ケイ素化合物の製造法はいくつか
知られ、代表的なものとして以下の方法があげられる。
(1)Si+RCl→R2SiCl2、R3SiCl、RSiCl3、RSiHCl2 (2)nRMgX+SiCl4→RnSiCl4-n+nMgXCl(Xはハロゲ
ン原子) (3)Na+RCl+≡Si−Cl→Si−R+NaCl (4)CH3SiHCl2+RCH=CH2→R−CH2CH2Si(CH3)Cl2 (1)は、Rochowの直接法で、金属ケイ素とハロゲン化
炭化水素とから直接有機ケイ素化合物を製造するもの
で、現在の有機ケイ素工業において最も重要な基幹原料
であるアルキルクロロシランを製造する方法である。ハ
ロゲン化炭化水素RClとしては、メチルクロライドやク
ロルベンゼンが工業化されていて、これ以外のハロゲン
化炭化水素は収率も低く工業的ではない。
一方、(2)はグリニャール法、(3)は金属ナトリ
ウムによる脱塩素反応であり、任意のアルキル基を導入
できるが、グリニャール試薬、金属ナトリウムが高価で
経済的でない。
しかして、(4)は本発明に類似する方法であるが、
原料はHSiCl3や直接法で副生するCH3SiHCl2などに限定
されるという大きな問題点がある。
その他、(5)、(6)はいずれも高温反応で、原料
CH2=CHCl、HSiCl3やCH3SiHCl2等のごく限られたものに
限定される。
以上述べたように現在の有機ケイ素工業の基礎原料はメ
チルもしくはフェニルクロロシラン類が大部分であり、
れらのケイ素化合物を出発原料に用いて、種々のシリコ
ーン、シランカップリング剤、シリル化剤などの機能性
物質が開発されてきた。
しかしながら、クロロシラン類を基礎原料とする従来
の有機ケイ素工業プロセスの問題点は、概して塩化水
素の発生を伴うなどクロル系であるためプロセス腐食が
大きいこと、反応工程が多く複雑であること、原料
的制約からメチル系が中心で、アルキル基の少なくとも
1個はメチル基を含むものであること、等である。
一方、シリル基類(−SinH2n+1)を含有する化合物
は、従来トリクロロシリル基を有する化合物を還元する
ことで合成は可能であったが、還元剤が高価なこともあ
り、その利用が考えられることは殆どなかった。SiH4
アルケンまたはアルキンとのヒドロシリル化反応(付加
反応)により、アルキルシランやアルケニルシランを合
成することは可能であるが、従来SiH4の入手が困難で高
価であったことからその研究も少なかった。わずかにツ
ァイトシュリフト フュア ナチュールフォルシュンク
(Z,Naturforsch.),56,444(1950);同,76,207(19
52);ツァイトシュリフト フュア アノルガニッシェ
ウント アルゲマイネ ヘミー(Z.Anorg.Allgem,Che
m.)273,275(1953);ジャーナル オブ アメリカン
ケミカル ソサイアティ(J.Am.Chem.Soc.)76,3897
(1954);U,S.Pat.2786862(1957)等に報告例が散見さ
れるに過ぎない。これらの報告によれば、この反応は反
応温度が400乃至500℃と高く、無触媒、熱分解反応であ
り、かつ収率も低く、生成するシラン化合物の選択性の
コントロールも不充分であった。
しかしながら、Si2H6、Si3H3に関しては報告例はな
い。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的は、かかる問題点のない、機能性に優れ
た新しい有機ケイ素化合物およびその製造法を提供する
ものである。
〔課題を解決するための手段および作用〕
本発明者らは、有機ケイ素工業用原料としてのSiH4
着目、SiH4から有機ケイ素化合物を合成する工業的ルー
トの開発に鋭意努力し、特定の原料を使用することによ
って本発明の目的が達成されることを見出し、本発明を
完成させるに至った。
すなわち本発明は、一般式(1) (ただし、mは5乃至20の正の整数、nは1、2もしく
は3)で表される有機ケイ素化合物であり、更に、一般
式CH=CH−(CH2)m-2−CH=CH2(ただし、mは5乃至20
の正の整数)で表される不飽和炭化水素を、一般式SinH
2n+2(ただし、nは1、2もしくは3)で表される水素
化ケイ素化合物でヒドロシリル化することを特徴とする
一般式(1) (ただし、mは5乃至20の正の整数、nは1、2もしく
は3)で表される有機ケイ素化合物の製造方法である。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、一般式CH2=CH−(CH2)mSinH2n+1で示され
る新規な有機ケイ素化合物を提供するものである。具体
的には、 CH2=CH−(CH2)5SiH3、CH2=CH−(CH2)6SiH3、CH2=CH
−(CH2)7SiH3、 CH2=CH−(CH2)8SiH3、CH2=CH−(CH2)10SiH3、CH2=CH
−(CH2)12SiH3、 CH2=CH−(CH2)14SiH3、CH2=CH−(CH2)18SiH3、CH2=C
H−(CH2)5Si2H5、 CH2=CH−(CH2)6Si2H5、CH2=CH−(CH2)8Si2H5、CH2=C
H−(CH2)6Si6H7、 CH2=CH−(CH2)8Si3H7などである。
類似の化合物としては、古い過去にアリルシラン(CH
2=CH−CH2−SiH3)のチーグラー型触媒の重合例が見ら
れるに過ぎない(ジャーナル オブ ポリマー サイエ
ンス(Journal Polymer Science),Vol31,No.122,181
(1958),イタリア特許606018)。
これらの化合物に含まれるシリル基類は反応性に富
み、C=C、C≡C、C=0、 C=N、N=C=0、C≡N、C=Cl、 O−Hなどの種々の結合と反応し得る。これらの化合物
はこの反応性を利用してシランカップリング剤、シリル
化剤、撥水剤等に用いられ、また分子内の二重結合の重
合性を利用してシリル基類を有するポリマーの重合用モ
ノマーとして用いられる。
シリル基類を含有するポリマーは更にコーティング
剤、架橋剤、ハードコート剤、IPNなど種々の機能性材
料として利用できる。
更に本発明にかかわる化合物は非クロル系であり、腐
食等のプロセス上に問題は全くない。
次に本発明にかかわる化合物の製造方法について述べ
る。製造方法はいくつかあり、例えば下式(2)に示す
ように還元剤LiAlH4を用いてクロロシラン化合物を還元
する方法がある。
CH2=CH−(CH2)mSinCl2n+1+((2n+1)/4)LiAlH4 →CH2=CH−(CH2)mSinCl2n+1+((2n+1)/4)LiCl+
((2n+1)/4)AlCl3 (2) しかしこの方法は、還元剤が高価であること、原料と
するクロロシランが得がたいことから望ましい方法とは
言えない。
経済的な方法は下式(3)に示すように、SiH4、Si2H
6、Si3H8によるジエンのヒドロシリル化である。
CH2=CH−(CH2)m-2−CH=CH2+SiH4 →CH2=CH−(CH2)m-2−CH2−CH2−SiH3 (3) 更に、Si2H6、Si3H8の場合も同様な反応性を示す。
原料として用いられるSiH4、Si2H6、Si3H8は、近年の半
導体産業の著しい発展に伴い、半導体用ガスとして大量
生産され、最近、工業的に安価に入手できるようになっ
たものである。SiH4の製造方法としては、例えば、ケイ
素のマグネシウム合金(Mg2Si等)をハロゲン化水素の
水溶液と反応させる方法、四塩化ケイ素を水素化リチウ
ム等の還元剤で還元する方法、トリクロロシランの不均
化反応による方法等が公知であるが、例えば、本発明に
おいては、この何れの方法で生産されたものも好適に使
用することが可能である。一方のa,ω−ジエン類も近
年、種々不飽和化合物の二重結合の異性化、もしく不均
化反応の開発により様々のものが工業的に製造されるよ
うになってきている。
ヒドロシリル化反応は前述のように熱、光などの方法
によっても行い得るが、好ましくは本発明者らが別に提
案しているように(特願昭62−88871、同62−89888、同
62−307429)触媒を用いる方法が好ましい。触媒として
は、周期律表(新実験化学講座、丸善株式会社発行(19
77)における第VIII族、第VIA族、第VIIA族、第V族、
第IVA族、第IIIA族の金属からなる触媒またはこれらの
金属の化合物を触媒構成成分に含む触媒である。例え
ば、Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd,Os、Ir、Pt,Cr、No、W、
Mn、Tc、Re、Sc、Ti、V、Y、Zr、Nb、HfもしくはTaま
たはLaやCeなどのランタン系列の金属、AcやThなどのア
クチニウム系列の金属などの金属;Fe(CO)5、Co2(CO)3
L2Ni(オレフィン)、L2NiCl2、RuCl3、L3RhCl、L4Pd、
L2PdCl2、IrCl2、L4Pt、〔(オレフィン)PtCl22、H2
PtCl6・6H2O、Ru(CO)2、RuCl3(Pφ3)3、Cr(CO)6、Mn2
(CO)10(ただしφはフェニル、LはPPh3もしくはP
R3)、(C5H5)2TiCl2、(C5H5)2Ti(CH3)2、(C5H5)2、Ti(C
H2C6H5)2、TiCl4、Ti(OC2H5)4、TiH2、Ti(OC4H9)2(CH3C
OCHCHCH3)2、TiCl3、TiO(CH3COCHCOCH3)2、Ti(OCH(CH3)
2)4、(C5H5)2ZrCl2、(C5H5)2Zr(CH3)2、ZrH4、ZrCl4、Z
r(OC2H5)4、Zr(CH3COCHCOCH3)4、(C5H5)2ZrH2、(C5H5)2
ZrHCl、(C5H5)2VCl2、(C5H5)2V(CH3)2、V(CH3COCHCOC
H3)3、(C5H5)V(CO)4、V(CO)6、VCl3、VO(CH3COCHCOCH3)
2、Na(C6H14O3)2V(CO)6、VOCl3、TaCl5、TaH、Ta(OCH3)
4、Sm(OOCCH3)3・xH2O、Sm(CH3COCHCOCH3)3、SmCl3、(C
5H5)2HfCl2、CeCl3、Ce(OOCCH3)3、Ce(CH3COCHCOCH3)3
・xH2O、Y(CH3COCHCOCH3)3、YCl3、Y(OOCC10H7)3、Sc(O
OCCH3)3・xH2O、ScCl3、Sc(OCH(CH3)2)3、NbCl5、Nb(OC
2H5)5、NbH5、Th(CH3COCHCOCH3)4、ThCl4などの金属錯
体、または活性炭やシリカ、アルミナなどの金属酸化物
に担持させた金属もしくは過酸化ベンゾイル、アゾビス
イソブチルニトリル等のラジカル開始剤などがあげられ
る。
触媒は均一系または不均一系のものであり、これらは
大部分は市販されていて容易に入手可能である。もちろ
ん、これらは容易に合成することもできる。本発明は上
述の金属またはその化合物を触媒の必須成分とするもの
で、これ以外の触媒成分を同時に含むことは勿論可能で
ある。
本発明において、SiH4と上述の炭化水素との反応は上
記のような触媒の存在下に0〜400℃で行われる。
この反応は、上記の反応温度と触媒を使用することを
除くと特に制限はなく、気相、液相のいずれでも行い得
る。
反応温度は0〜400℃で、好ましくは50〜200℃の範囲
であり、触媒は均一、不均一のいずれでも良い。
反応を気相で行う場合には、SiH4とガス状アルケン、
アルキン等の炭化水素化合物を固体触媒表面に導入し反
応させる方法、液相で行う場合には、例えば触媒を含む
液状の炭化水素化合物にSiH4を吹き込むなどの方法が採
用できる。後者の場合には、ベンゼン、ヘプタン、ヘキ
サン、トルエンなどのSiH4またはアルケン、アルキン化
合物と反応しない有機化合物を溶媒に用いることができ
る。
反応圧には特に制限はないが、平衡上高圧であること
が望ましく、また水素、アルゴン、窒素、ヘリウムなど
のガス共存下で行うこともできる。
反応温度は上記したように0〜400℃、反応圧力は反
応の平衡上、高圧であることが望ましいが、通常0〜10
00気圧、好ましくは0〜100気圧である。また仕込モル
比は目的とする生成物の種類により、任意に変更するこ
とが可能であり、特に臨界的に制限するものではない
が、通常、(不飽和炭化水素/SiH4)=0.01〜100の範
囲である。また反応時間は、数分〜数十時間の範囲で任
意に選択することが可能である。
また、Si2H6、Si3H8の場合もこれに順ずる。
〔実施例〕
以下、本発明を実施例によって説明する。
実施例1 500mlのオートクレーブに、SiH4を705mmol、1,7−オ
クタジエンを1350mmol、触媒としてPt(Pφを0.
23mmol仕込み、攪拌しながら反応温度80℃で20時間反応
させた。この時の反応圧は40kg/cm2であった。反応終了
後、生成物をガスクロマトグラフで分析したところ、主
生成物はCH2=CH(CH2)6−SiH3で、収量は295mmol(Siベ
ースでの収率42%)であった。
分離後のCH2=CH(CH2)6−SiH3に関し以下の結果を得
た。
元素分析 C67.49, H12.84 Si19.63 wt% 理論値 C67.52, H12.75 Si19.73 wt% IR 2150cm-1(νSi−H) 990cm-1(δC−H) 920
cm-1(δSi−H)NMR0.8ppm(CH 2−SiH3)、1.40ppm
(−(CH 2)6−)、2.10ppm(=CH−CH 2−)、3.50ppm
(−SiH 3)、4.90〜5.70ppm(H 2C=CH−) Mass 142(M+) 上記化合物30mmolをLiOC2H5を含むC2H5OH溶液で分解
させ、水素ガス発生量を定量したところ1963ml(理論値
1971ml)であった。
実施例2 実施例1において、1,7−オクタジエンのかわりに1,9
−デカジエン715mmolを用いた以外は実施例1と同様に
実験を行った。得られた主生成物はCH2=CH(CH2)8−SiH
3で、収量は317mmol(Siベースでの収率44%)であっ
た。
元素分析 C70.11, H13.22, Si16.33 wt% 理論値 C70.50, H13.02, Si16.49 wt% IR 2150cm-1(νSi−H)990cm1(δC−H) 920cm
-1(δSi−H) NMR 0.8ppm(−CH2−SiH3)、1.40ppm(−CH 2)、2.10
ppm(=CH−CH 2−)、 3.50ppm(−SiH 3)、4.90〜5.30ppm(H 2C=CH−) Mass 170(M+) 上記化合物30mmolをLiOC2H5を含むC2H5OH溶液で分解
させ、水素ガス発生量を定量したところ1954ml(理論値
1971ml)であった。
実施例3 実施例1において、1,7−オクタジエンのかわりに1,1
3−テトラデカジエン723mmolを用いた以外は実施例1と
同様に実験を行った。得られた主生成物はCH2=CH(CH2)
12−SiH3で、収量は298mmol(Siベースでの収率41%)
であった。
元素分析 C74.04, H13.44, Si12.32 wt% 理論値 C74.25, H13.35, Si12.40 wt% IR 2150cm-1(νSi−H)990cm-1(δC−H)920cm-1
(δSi−H) NMR 0.8ppm(−CH 2−SiH3)、1.40ppm(−CH 2−)、2.
10ppm(=CH−CH 2−) 3.50ppm(−SiH 3)、4.90〜5.30ppm(H 2C=CH−) Mass 226(M+) 上記化合物30mmolをLiOC2H5を含むC2H5OH溶液で分解さ
せ、水素ガス発生量を定量したところ1955ml(理論値19
71ml)であった。
実施例4 実施例1において、SiH4のかわりにSi2H6713mmol、触
媒に活性炭にPtを5wt%担持させたものを0.42mmol(Pt
のモル数)を用い反応温度を250℃とした以外は実施例
1と同様に実験を行った。得られた主生成物はCH2=CH
(CH2)6−Si2H5で、収量は93mmol(Siベースでの収率13
%)であった。
元素分析 C11.47, H55.81, Si32.39 wt% 理論値 C11.69, H55.73, Si32.58 wt% IR 2125cm-1(νSi−H) 990cm-1(δC−H) 930
cm-1(δSi−H) NMR 0.8ppm (−CH 2−SiH3)、1.40ppm(−CH 2−)、
2.10ppm(=CH−CH 2−)、 3.20ppm(−SiH3)、3.65ppm(−SiH2)、4.90〜5.30pp
m(H 2C=CH−) Mass 173(M+) 上記化合物30mmolをLiOC2H5を含むC2H5OH溶液で分解
させ、水素ガス発生量を定量したところ3338ml(理論値
3360ml)であった。
〔発明の効果〕
本発明の方法によれば、近年の半導体産業の発展に伴
い大量生産され、安価に入手できるようになったSiH4
出発原料に用い、新たな有機ケイ素工業用原料として期
待されるアルケニルシラン類およびその経済的で新規な
合成ルートを提供することができる。本発明にかかわる
シラン類は、従来のアルキルクロロシラン系の基礎原料
に好適に代替え可能なものであり、Si−H結合の高い反
応性に起因して高機能性の付与が可能であり、また非ク
ロル系で腐食の心配がないなど多くの利点を有する有機
ケイ素工業プロセスの開発を実現させるものである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式(1) (ただし、mは5乃至20の正の整数、nは1、2もしく
    は3)で表される有機ケイ素化合物。
  2. 【請求項2】一般式 CH=CH2−(CH2)m-2−CH=CH2 (ただし、mは5乃至20の正の整数)で表される不飽和
    炭化水素を、一般式Si n H2+2(ただし、nは1、2もし
    くは3)で表される水素化ケイ素化合物でヒドロシリル
    化することを特徴とする一般式(1) (ただし、mは5乃至20の正の整数、nは1、2もしく
    は3)で表される有機ケイ素化合物およびその製造方
    法。
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