JPH11236390A - アルコキシシランの製造方法 - Google Patents
アルコキシシランの製造方法Info
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- JPH11236390A JPH11236390A JP10354685A JP35468598A JPH11236390A JP H11236390 A JPH11236390 A JP H11236390A JP 10354685 A JP10354685 A JP 10354685A JP 35468598 A JP35468598 A JP 35468598A JP H11236390 A JPH11236390 A JP H11236390A
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- C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
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- C07F7/02—Silicon compounds
- C07F7/08—Compounds having one or more C—Si linkages
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- C07F7/1804—Compounds having Si-O-C linkages
- C07F7/1872—Preparation; Treatments not provided for in C07F7/20
- C07F7/188—Preparation; Treatments not provided for in C07F7/20 by reactions involving the formation of Si-O linkages
Abstract
供する。 【解決手段】 一般式:R1 aR2 bR3 cSi(OR4)
4-a-b-c (I)[式中、R 1、R2、R3、R4、a、b
およびcは、明細書中に記載したものを表す]のアルコ
キシシランを、一般式:R1 aR2 bR3 cSiX4-a-b-c
(II)[式中、R1、R2およびR3ならびにa、
bおよびcならびにXは、明細書中に記載したものを表
す]のハロゲンシランと一般式:R4OH (III)
[式中、R4は前記のものを表す]のアルコールとを反
応させることにより製造する方法において、アルコール
IIIと混合不可能な非極性溶剤中にハロゲンシランI
Iを溶解させ、かつ該溶液をアルコールと接触させる。
Description
ルまたはハロゲンアルキルを表し、R2は、水素または
アルキルを表し、R3は、水素またはアルキルを表し、
かつR4は、アルキルまたはアルコキシアルキルを表
し、a、bおよびcは、同じかまたは異なり、かつ0、
1、2または3を表してもよく、ただしこの場合、a+
b+c≦3である]のアルコキシシランを、一般式: R1 aR2 bR3 cSiX4-a-b-c (II) [式中、R1、R2およびR3ならびにa、bおよびc
は、前記のものを表し、かつXはフッ素、塩素、臭素ま
たはヨウ素を表す]のハロゲンシランと一般式: R4OH (III) [式中、R4は前記のものを表す]のアルコールとを反
応させることにより製造する方法の特別な実施態様に関
する。
化学において重要な工業用中間生成物または最終生成物
である。該シランは特に粘着助剤として、複合材料で、
例えば塗料工業およびガラス繊維工業において、鋳造技
術において、および接着剤の製造において、ならびにエ
ラストマーの製造のために使用されている。具体的な例
として、シラン化されたガラス繊維、微粒子状の材料に
より強化されたポリマー系またはシリコーン系、例えば
長期エラストマー性のパッキング材料、ケイ酸を充填し
たゴム製品、例えばタイヤ、ヒドロキシ官能性表面の変
性、ポリオルガノシロキサンへのシラン重縮合および建
造物保護が挙げられる。
数個のハロゲン原子を有していてもよいハロゲンシラン
と、アルコール、例えばアルカノールまたはアルコキシ
アルカノールとを、以下の一般式: R1 aR2 bR3 cSiX4-a-b-c+(4−a−b−c)R4O
H―R1 aR2 bR3 cSi(OR4)4-a-b-c+(4−a−b
−c)HX により反応させることにより行う。
ならびにa、bおよびcは、前記のものを表す。従って
副生成物として常に化学量論的量のハロゲン化水素HX
が生じる。
断続的に、または連続的に実施し、その際に生じるハロ
ゲン化水素は気相に変換させるか、または液相に結合さ
せておく。ハロゲン化水素を気相に変換することにより
分離するための通常の技術は、ストリッピング、蒸留
(反応性蒸留も)である。前記の方法は、特にDE20
61189およびUS4,298,753(連続的反応
性蒸留);DE2800017、DE−OS38016
18、DE−OS2409731およびDE−OS27
44726(塩化水素を除去するための粗生成物の蒸
留);DE−OS3236628(撹拌容器および塔の
直列接続);DE862895およびDD31751
(不活性ガスでの塩化水素のストリッピング)に記載さ
れている。ハロゲン化水素を気相に変換することにより
分離するための前記の方法の実質的な欠点は、ハロゲン
化水素と、生じたアルコキシシランとの、反応式:
応混合物中でのハロゲン化水素の存在に基づいた熱力学
的平衡による、ハロゲンシランのアルコキシシランへの
反応の限定である。このことは特に、1個より多くのハ
ロゲン原子がアルコキシ基と置換されるべき場合に該当
する。この場合、アルコキシル化されていないシラン、
1回および複数回アルコキシル化されたシランが同時に
存在する。トリハロゲンシランとアルコールとの反応の
場合、第1段階から第3段階までに向かって平衡定数が
低下する。つまり特に第3アルコキシ基の導入が困難で
あるか、もしくは導入した第3アルコキシ基が容易にハ
ロゲン化水素と反応してハロゲンシラン構造を逆成する
ということである。
ロプロピル−メチル−ジメトキシシラン(CPMDM
O)であり、これは3−クロロプロピル−メチル−ジク
ロロシランおよびメタノールから生じる。ここでもま
た、第1段階の反応生成物であるモノアルコキシクロロ
シランは、ジアルコキシシランに対して有利である。こ
のことは、第1段階に関して室温で明らかに1より大で
あるが、しかし第2段階に関しては0.4でしかない平
衡定数の比較を示している。従来技術によれば、反応を
断続的に撹拌容器反応器内で実施し、かつ生じるハロゲ
ン化水素を反応混合物から蒸留により分離する。収率は
約60%である。収率は、メタノールのナトリウムメチ
ラート溶液の添加により65%まで増大させることがで
きるが、しかし塩化ナトリウムが生じるという欠点およ
び3−クロロプロピル基からウィリアムソン合成で3−
メトキシプロピル基になるという危険を有する。
するという前記の方法の欠点は特に重大である。という
のは液相から気相へのハロゲン化水素の移行は比較的緩
慢に行われ、ひいてはハロゲン化水素の物質輸送が全工
程を著しく決定づける。従って平衡は比較的緩慢に所望
のアルコキシル化生成物にとって有利に推移し、かつハ
ロゲン化水素は上記の平衡に相応してシロキサンの発生
を促進する。ハロゲン化水素はメタノールとの反応の際
に特に緩慢に気相に移行する。というのも該ハロゲン化
水素はメタノール中に良好に溶解するからである。ハロ
ゲン化水素が徐々に気相に移行するために、アルコキシ
シランの収率が低下する。
離するための、すでに3−クロロ−プロピル−メチル−
ジメトキシシランの合成と関連して述べたもう1つの技
術は、塩基性物質との反応による液相中でのその結合で
ある。しかし酸形成剤、例えばアンモニアまたは(第三
級)アミン(DE913768、該明細書中にはアンモ
ニアでの塩化水素の分離が記載されている)またはアル
コラートを使用する場合には、化学量論的量の塩が生
じ、これを生成物から分離しなくてはならない。
することは、同様に記載されている。この場合、溶剤は
常に単相の反応混合物の粘度を低下させるために(DE
−OS2061189)または常に単相の反応混合物の
沸点を低下させるために(DE−OS2800017、
DE−OS3236628)使用される。これに対して
2相の反応混合物中での溶剤の使用は、従来記載されて
いなかった。
ルとの反応の際に反応温度を100℃より低く選択し、
このことによりシロキサンへの望ましくない副反応を回
避することが有利であることは公知である(DE−OS
2403731)。このことは、できる限り低い温度レ
ベルでのハロゲン化水素の分離を必要とするが、前記の
分離のためには比較的高い温度が有利である。
反応器、つまり撹拌容器(例えばGB674137)、
管型反応器(DE−OS2033373)、塔を有する
撹拌容器(例えばDE−OS3236328)および反
応−蒸留−塔(例えばUS4,298,753)の使用
が記載されている。
は、塩基により塩を形成することなく、しかしそれにも
かかわらずハロゲン化水素を効果的かつ迅速に反応混合
物から除去し、かつこのことにより、ハロゲン化水素を
気相に変換させる従来の方法の欠点を回避するか、また
は少なくとも従来可能であったよりも十分に抑制するよ
うなアルコキシシランの製造方法を提供することであ
る。
り、一般式: R1 aR2 bR3 cSi(OR4)4-a-b-c (I) [式中、R1は、水素、アルキル、アルケニル、アリー
ルまたはハロゲンアルキルを表し、R2は、水素または
アルキルを表し、R3は、水素またはアルキルを表し、
かつR4は、アルキルまたはアルコキシアルキルを表
し、a、bおよびcは、同じかまたは異なり、かつ0、
1、2または3を表してもよく、ただしこの場合、a+
b+c≦3である]のアルコキシシランを、一般式: R1 aR2 bR3 cSiX4-a-b-c (II) [式中、R1、R2およびR3ならびにa、bおよびc
は、前記のものを表し、かつXはフッ素、塩素、臭素ま
たはヨウ素を表す]のハロゲンシランと一般式: R4OH (III) [式中、R4は前記のものを表す]のアルコールとを反
応させることにより製造する方法により解決され、該方
法は、アルコールIIIと混合不可能な非極性溶剤中に
ハロゲンシランIIを溶解させ、かつ該溶液をアルコー
ルと接触させることを特徴とする。
る。というのは、ハロゲンシランIIとアルコールII
Iとの化学反応と同時に、反応生成物、つまり生じるハ
ロゲン化水素を、相の1つ、つまりアルコール相に抽出
するからである。
結びついている。反応は相界面で行われ、生じるアルコ
キシシランは大部分が非極性相中にとどまり、かつこの
ようにして極性のアルコール相に溶解するハロゲン化水
素の作用を阻止する。非極性相は実質的にハロゲン化水
素を含有していないので、一方では、高沸点シロキサン
またはもはや蒸留することのできないシロキサンへのア
ルコキシシランの連続反応は、実質的に完全に阻止さ
れ、かつ他方では、アルコキシル化反応の平衡をアルコ
キシシランの方向へ、もしくは1個より多くのハロゲン
原子を有するハロゲンシランの場合には、完全にアルコ
キシル化されたシランの方向へ推移させる。さらにハロ
ゲンアルキル置換基R1の、アルコキシアルキル基への
転移もおこらない。
ましくない連続反応の抑制に貢献する。特に高沸点アル
コールを、反応性蒸留の場合のように蒸発させる必要が
ない。本発明による方法は、クロロシランII、アルコ
ールIIIおよびアルコキシシランIの沸騰状態とは無
関係である。このことにより反応は一般に標準圧力下で
実施することができる。
(完全にアルコキシル化された)アルコキシシランの形
成の改善された選択率ひいては本方法を連続的に実施す
る際に90%をはるかに上回る高い収率である。ハロゲ
ン原子を1個より多く有するハロゲンシランを使用する
場合、全てのハロゲン原子はアルコキシ基で置換され
る。このことにより非極性相の後処理が容易になる(お
よび収率が改善される)。というのは、不完全にアルコ
キシル化された生成物を分離する必要がないからであ
る。極性アルコール相の後処理は、容易な方法で蒸留に
より行うことができる。場合により分配平衡に相応して
アルコール相中に存在するアルコキシシランを、新鮮な
非極性溶剤で蒸留前に抽出し、かつ反応に再供給しても
よい。分離したハロゲン化水素は、極めて純粋である。
該水素は、多くの目的のために直接使用することがで
き、かつ中和により塩を形成させて廃棄する必要もな
い。
有利なハロゲンシランIIならびにアルコールIII中
で、R1は、1〜6個の炭素原子を有するアルキル基、
アルケニル基またはハロゲンアルキル基あるいは6〜1
0個の炭素原子を有するアリール基を表し、R2ならび
にR3は、互いに無関係に水素または1〜6個の炭素原
子を有するアルキル基を表し、R4は、1〜6個の、特
に1個または2個の炭素原子を有するアルキル基、ある
いは3〜8個の炭素原子および1個または2個の酸素原
子を有するアルコキシアルキル基を表し、かつXは、塩
素またはフッ素を表す。
発物質IIおよびIII中に存在していてもよいアルキ
ル基は、メチル、エチル、1−プロピル、2−プロピ
ル、1−ブチル、2−ブチル、2−メチル−2−プロピ
ル、1−ペンチルおよび1−ヘキシルが挙げられる。有
利なアルケニル基は例えば、ビニル、1−プロペニルお
よび2−プロペニル、1−ブテニルおよび5−ヘキセニ
ルである。有利なハロゲンアルキル基の例は、クロロメ
チル、2−クロロエチル、3−クロロプロピルおよび
3,3,3−トリフルオロプロピルである。有利なアリ
ール基は、フェニル、トリル、スチリル、1−ナフチル
およびベンジルが挙げられる。有利なアルコキシアルキ
ル基は例えば、2−メトキシエチルおよび2−(2′−
メトキシエチル)−エチルが挙げられる。
として例えば、トリクロロシラン、メチルトリクロロシ
ラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラ
ン、ジエチルジクロロシラン、3−クロロプロピルトリ
クロロシラン、3−クロロプロピル−メチル−ジクロロ
シラン、3,3,3−トリフルオロプロピル−メチル−
ジクロロシラン、ビニルトリクロロシラン、プロピルト
リクロロシラン、イソブチルトリクロロシランおよびn
−オクチルトリクロロシランが挙げられる。
タノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパ
ノール、1−ブタノール、1−ヘキサノールおよび2−
メトキシエタノール(またはメチルグリコール)ならび
に2−エトキシエタノール(またはエチルグリコール)
である。
ランに対して、著しい、有利には1〜10倍の化学量論
的過剰量で使用し、このことにより該アルコールは放出
されるハロゲン化水素を溶解することができる。
よび、反応後、アルコキシシランIは、(極性)アルコ
ールIIIと混合可能であってはならない。有利には非
極性溶剤を、アルコールIIIが、20℃で10%より
も多くまでが、有利には5%よりも多くまでが溶解する
ことがないように、かつ反対にアルコールIIIが、非
極性溶剤を相応する範囲で溶解するのみであるように選
択する。溶剤の誘電率は一般に10より大である。適切
な溶剤は、例えば5〜16個の炭素原子を有する液状の
脂肪族または脂環式炭化水素、例えばペンタン、ヘキサ
ン、オクタン、ドデカンならびに前記の炭化水素の異性
体および前記の炭化水素および/またはそれらの異性体
の混合物;および6〜8個の炭素原子を有する芳香族炭
化水素、例えばベンゼン、トルエン、異性体キシレンな
らびに1〜8個の炭素原子を有するハロゲン化脂肪族炭
化水素、例えばジクロロメタン、クロロホルムおよび四
塩化炭素である。
いるハロゲンシランおよび/またはアルコキシシランの
割合が、5〜30重量%、有利には10〜20重量%で
あるような量で使用する。
度で進行する。有利には−20〜+60℃で、特に10
〜30℃で作業する。
様のための装置のブロック図である。容器10から、ハ
ロゲンシラン20を溶剤21と一緒に、かつ容器11か
らアルコール22を、混合容器12、例えば撹拌容器に
充填し、該容器内で両方の液相を互いに混合する。その
際に温度は、使用される物質量に応じて20〜60℃に
上昇する。温度は、ハロゲンシラン20およびアルコー
ル22を徐々に撹拌容器12に計量供給することにより
制御することができる。あるいは撹拌容器は熱交換用流
体を導通するためのジャケットまたは上に置かれた還流
冷却器を有していてもよいので、溶剤の沸点は反応温度
を決定する。
し、かつ反応混合物を分離容器13に移し、該容器内で
軽い非極性生成物相23および重いアルコール相24を
分離する。後者を塔K3に導入し、かつここでハロゲン
化水素28および塔底フラクションに分離し、該フラク
ションを自体から、塔K4内で、アルコールおよびシラ
ンを含有し、かつ新しいバッチに導入することができる
塔頂フラクション31ならびに、高沸点物質(シロキサ
ン)を含有し、かつ廃棄される、例えば燃焼させてもよ
い塔底フラクション30に分解する。
反応生成物であるアルコキシシランを溶剤および少量の
アルコールと一緒に含有し、かつ別の蒸留で分離するこ
とができる塔頂生成物32が得られる。あるいは、アル
コキシシランを塔K1内で側流として、および溶剤なら
びにアルコールを塔頂流として蒸留することも可能であ
る。塔底フラクション27は、再び高沸点物質(シロキ
サン)を含有しており、かつ塔底フラクション30と同
様に処理することができる。
態様のための装置のブロック図である。容器10から、
非極性溶剤21中に溶解したクロロシラン20が軽い相
として連続的に反応−抽出−塔40の下部へ連続的に導
入される。容器11から、アルコール22が重い相とし
て連続的に反応−抽出−塔40の頭部へ供給され、ここ
で該アルコールを連続相として、上昇する重い相中に分
散した軽い非極性相に対して向流で下方に移動させる。
均一な分散は、反応−抽出−塔40の適切な内装または
充填物により、または拍動により達成することができ
る。非極性の軽い相23は、塔頂生成物として、および
重い極性アルコール相は塔底生成物24として除去され
る。
4を、塔内で連続的後処理する。非極性相23から、ま
ず塔K1内で非極性溶剤を少量のアルコールと一緒に留
去し、かつ物質流25として容器10へ再供給する。塔
K1の塔底生成物を塔K2に導通し、該塔から塔頂生成
物として生成物26、つまり(完全に)アルコキシル化
されたアルコキシシランおよび塔底生成物として高沸点
物質27を留去する。
化水素28を除去し、かつ塔K4内で塔頂生成物として
アルコール22を分離し、該アルコールを容器11に再
供給することができる。塔K4の塔底生成物を、塔K5
に導通し、該塔内で塔頂生成物として、部分的にアルコ
キシル化されたクロロシラン29を留去し、かつ容器1
0に再供給することができ、他方高沸点物質30を塔K
2に導通し、該塔内で、蒸留可能な成分を分離した後で
高沸点物質27の一部としてプロセスから排出する。モ
ノハロゲンシランを出発物質として使用する場合、部分
的にアルコキシル化されたシランは生じない。その場合
には塔K5を省略することができ、かつ塔K4の塔底生
成物を直接塔K2に導入する。
に詳細に説明するが、しかし特許請求の範囲に記載され
ているとおり、その適用範囲を制限するものではない。
トキシシラン(CPMDMO)の断続的製造 撹拌容器内に、シクロヘキサン540g中の3−クロロ
プロピル−メチル−ジクロロシラン(CPMDCS)6
0gの溶液600gを装入する。次いでメタノール11
0gを添加し、かつ両方の相を互いに強力に撹拌する。
反応を室温で30分間行う。引き続き両方の相を沈殿さ
せて分離させる。重いメタノール相は、生じた塩化水素
の大部分ならびに少量のCPMDMOおよび1回アルコ
キシル化された3−クロロプロピル−メチル−クロロ−
メトキシシラン(CPMCMO)を含有する。軽いシク
ロヘキサン相は、生じた生成物CPMDMOの大部分を
含有し、その一方でモノアルコキシル化されたCPMC
MOはシクロヘキサン相中に存在していない。以下の第
1表は、ガスクロマトグラフィーにより確認した、両方
の相の組成を示す。
トキシシラン(CPMDMO)の連続的製造 連続的に運転される反応−抽出−塔の頭頂部にメタノー
ルおよび下部にシクロヘキサン中のCPMDCSを供給
する。非極性相は連続相であり、アルコールを塔の塔頂
でリングディストリビュータ(Ringverteiler)を用いて
非極性相に分散させる。反応−抽出−塔の塔頂で、CP
MDMOで負荷したシクロヘキサン相を、反応−抽出−
塔の下部で、塩化水素で負荷したアルコール相を除去す
る。両方の相を、ガスクロマトグラフィーで分析する。
以下の第2表は、物質流を入口流および出口流とを区別
して、ならびに極性および非極性相を区別して、g/h
で示す。
た(および同時に反応した)CPMDCSに対して96
%である。CPMCMO(収率1.7%)は、アルコー
ル相中にのみ、シロキサン(収率2.3%)はシクロヘ
キサン相中にのみ見られる。
装置のブロック図
ことができる装置のブロック図
分離容器、 20ハロゲンシラン、 21 溶剤、
22 アルコール、 23 生成物相、 24 アルコ
ール相、 25 物質流、 26 生成物、 27 塔
底フラクション、 28 ハロゲン化水素、 29 ク
ロロシラン、 30 塔底フラクション、 31 塔頂
フラクション、 32 塔頂生成物、 40 反応−抽
出−塔、 K1 塔、 K2 塔、 K3 塔、 K4
塔、 K5 塔
Claims (9)
- 【請求項1】 一般式: R1 aR2 bR3 cSi(OR4)4-a-b-c (I) [式中、 R1は、水素、アルキル、アルケニル、アリールまたは
ハロゲンアルキルを表し、 R2は、水素またはアルキルを表し、 R3は、水素またはアルキルを表し、かつR4は、アルキ
ルまたはアルコキシアルキルを表し、 a、bおよびcは、同じかまたは異なり、かつ0、1、
2または3を表してもよく、ただしこの場合、a+b+
c≦3である]のアルコキシシランを、一般式: R1 aR2 bR3 cSiX4-a-b-c (II) [式中、R1、R2およびR3ならびにa、bおよびc
は、前記のものを表し、かつXはフッ素、塩素、臭素ま
たはヨウ素を表す]のハロゲンシランと一般式: R4OH (III) [式中、R4は前記のものを表す]のアルコールとを反
応させることにより製造する方法において、アルコール
IIIと混合不可能な非極性溶剤中にハロゲンシランI
Iを溶解させ、かつ該溶液をアルコールと接触させるこ
とを特徴とする、アルコキシシランの製造方法。 - 【請求項2】 アルコキシシランI中で、ならびにハロ
ゲンシランIIおよびアルコールIII中で、 R1が、1〜6個の炭素原子を有するアルキル基、アル
ケニル基またはハロゲンアルキル基あるいは6〜10個
の炭素原子を有するアリール基を表し、 R2ならびにR3が、互いに無関係に水素または1〜6個
の炭素原子を有するアルキル基を表し、 R4が、1〜6個の、特に1個または2個の炭素原子を
有するアルキル基あるいは3〜8個の炭素原子および1
個または2個の酸素原子を有するアルコキシアルキル基
を表し、かつXが、塩素またはフッ素を表す、請求項1
記載の方法。 - 【請求項3】 ハロゲンシランIIが、3−クロロプロ
ピル−メチル−ジクロロシランであり、アルコールII
Iが、メタノールまたはエタノールである、請求項1記
載の方法。 - 【請求項4】 アルコールIIIを、ハロゲンシランに
対して1〜10倍の化学量論的過剰量で使用する、請求
項1から3までのいずれか1項記載の方法。 - 【請求項5】 非極性溶剤が、5〜16個の炭素原子を
有する液状の脂肪族または脂環式炭化水素、6〜8個の
炭素原子を有する芳香族炭化水素あるいは1〜8個の炭
化水素を有するハロゲン化脂肪族炭化水素である、請求
項1から4までのいずれか1項記載の方法。 - 【請求項6】 非極性溶剤を、その中に溶解しているハ
ロゲンシランおよび/またはアルコキシシランの割合
が、5〜30重量%であるような量で使用する、請求項
1から5までのいずれか1項記載の方法。 - 【請求項7】 反応を−20℃〜+60℃で実施する、
請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。 - 【請求項8】 反応を断続的に、混合容器および沈殿容
器を組み合わせて実施する、請求項1から7までのいず
れか1項記載の方法。 - 【請求項9】 反応を連続的に、その中でアルコール相
および溶剤相を向流で導通させる反応−抽出−塔で実施
する、請求項1から7までのいずれか1項記載の方法。
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