JPWO2010050579A1 - モノシランおよびテトラアルコキシシランの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
で示されるアルコキシシランを、アルカリ金属フッ化物を含む触媒および触媒活性化剤の存在下で、気相で不均化反応させることにより上記課題を解決できることを見出した。
[1]一般式(1)
で示されるアルコキシシランを、アルカリ金属フッ化物を含む触媒および触媒活性化剤の存在下で、気相で不均化反応に付することを特徴とするモノシランおよびテトラアルコキシシランの製造方法。
[2]前記アルカリ金属フッ化物がフッ化カリウムである前記[1]に記載の方法。
[3]前記フッ化カリウムがフッ化カリウム二水和物である前記[2]に記載の方法。
[4]前記触媒活性化剤が、一般式(2)
で示されるテトラキス(ジアルキルアミノ)ホスホニウムハライドである前記[1]〜[3]のいずれかに記載の方法。
[5]前記テトラキス(ジアルキルアミノ)ホスホニウムハライドが、テトラキス(ジエチルアミノ)ホスホニウムブロマイドである前記[4]に記載の方法。
[6]前記触媒活性化剤が、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタンである前記[1]〜[3]のいずれかに記載の方法。
[7]前記触媒活性化剤が、一般式(3)
で示されるヘキサアルキルグアニジニウムハライドである前記[1]〜[3]のいずれかに記載の方法。
[8]前記ヘキサアルキルグアニジニウムハライドが、ヘキサエチルグアニジニウムクロライドである前記[7]に記載の方法。
[9]前記触媒活性化剤が、一般式(4)
で示されるテトラアルキルアンモニウムクロライドである前記[1]〜[3]のいずれかに記載の方法。
[10]前記テトラアルキルアンモニウムクロライドが、テトラブチルアンモニウムクロライドである前記[9]に記載の方法。
[11]前記触媒活性化剤がフッ化カルシウムである前記[1]〜[3]のいずれかに記載の方法。
[12]前記アルカリ金属フッ化物がフッ化カリウムであり、前記触媒活性化剤がフッ化カルシウムであり、前記フッ化カリウムと前記フッ化カルシウムとがカリウムカルシウム三フッ化物を形成し、触媒と触媒活性剤が一体となったものを使用する前記[2]に記載の方法。
[13]前記アルカリ金属フッ化物がフッ化カリウムであり、前記触媒活性化剤がフッ化カルシウムであり、前記フッ化カリウムと前記フッ化カルシウムとがカリウムカルシウム三フッ化物を形成し、触媒と触媒活性剤が一体となったものを使用する前記[11]に記載の方法。
[14]前記触媒活性化剤が、一般式(5)
で示されるオリゴエチレングリコールジメチルエーテルである前記[1]〜[3]のいずれかに記載の方法。
[15]前記一般式(1)のnが1である前記[1]に記載の方法。
[16]前記一般式(1)のnが1であるアルコキシシランが、トリメトキシシランである前記[15]に記載の方法。
触媒組成物の第2成分である触媒活性化剤は、以下の有機または無機の化合物からなる群から選ばれる。
特に、テトラキス(ジエチルアミノ)ホスホニウムブロマイド(化学式:(Et2N)4PBr。以下、TDAPBと表記する場合がある。)を、触媒活性化剤として好ましく使用することができる。一般式(2)で示されるテトラキス(ジアルキルアミノ)ホスホニウムハライドは、アルカリ金属フッ化物100質量部に対して、0.1〜20質量部の範囲で配合することが好ましい。
具体的には、[(Et2N)2CNEt2]Clで示されるヘキサエチルグアニジニウムクロライド(以下、HEGCと表記する場合がある。)が好ましく使用することができる。一般式(3)で示されるヘキサアルキルグアニジニウムハライドは、アルカリ金属フッ化物100質量部に対して、0.5〜30質量部の範囲で配合することが好ましい。
特に、前記テトラアルキルアンモニウムクロライドとして、テトラブチルアンモニウムクロライド(以下、TBACと表記する場合がある。)が好ましい。特に、アルカリ金属フッ化物がフッ化カリウム二水和物である場合、このフッ化カリウム二水和物へのTBAC添加物は好ましい。このタイプの触媒組成物は、アセトニトリル溶液中、市販のTBACをフッ化カリウム二水和物と撹拌し、乾燥することによって調製することができる。一般式(4)で示されるテトラアルキルアンモニウムクロライドは、アルカリ金属フッ化物100質量部に対して、0.6〜40質量部の範囲で配合することが好ましい。
この触媒活性化剤を使用した場合の触媒組成物としては、例えば60℃に加熱下、フッ化カリウム粒子にヘキサグライム、つまり一般式(5)においてm=6の化合物を直接含浸することによって得ることができる。一般式(5)で示されるオリゴエチレングリコールジメチルエーテルは、アルカリ金属フッ化物100質量部に対して、40〜1000質量部の範囲で配合することが好ましい。
アルカリ金属フッ化物と上記の有機触媒活性化剤を含む触媒組成物は、いくつかの適切な方法によって調製することができる。
したがって、種々の異なるタイプの反応器を使用することができるので工業的な製造プロセスにふさわしい触媒システムと言える。
活性型のフッ化カリウムは、フッ化カリウムと乾燥メタノール溶液(1:13〜20質量部)を減圧下、溶媒をゆっくり蒸発させることによってフッ化カリウムの再結晶を行い、次いで昇温させながら乾燥することによって調製した。
精製に使用されるメタノールは、純度が99.9%超のアメリカ薬局方試験適合(A.C.S.)であることだけでなく、乾燥窒素雰囲気を利用することが好ましい。メタノールを蒸発させる段階では、25〜35℃の温度がよい。
続く真空での乾燥は、少なくとも5〜6時間の間、75〜120℃の範囲で行うべきである。
フッ化カリウム担持アルミナは、以下のように調製される。粒径0.3〜1.0mmの中性アルミナ30gとフッ化カリウム20gを200mlの脱イオン水と混合する。弱く脱気しながら、溶媒を50〜60℃で蒸発させる。残った生成物を3時間、脱気しながら乾燥する。
モノシランおよびテトラアルコキシシランを調製するプロセスは次のように実施した。
電気炉を備えたPyrex(登録商標)ガラス製反応チューブに1.0gのフッ化カリウム担持アルミナを充填し、120℃に加熱した。蒸発されたトリメトキシシラン(流速3.5ml/min)およびヘリウム(流速35ml/min)の混合物を予熱器中で120℃に加熱し、次いで反応チューブに供給し、120℃で不均化反応を実施した。反応チューブから出てきたガス状の反応混合物は、20分ごとにガスクロマトグラフィー(GC)によって分析した。
反応開始10分後、未反応のトリメトキシシラン、モノシランおよびテトラメトキシシランの割合は、反応生成物中で実質的に一定であった。ジメトキシシランおよびモノメトキシシランは、最初の1時間経過後の反応中で不検出であった。
5時間の流通反応を行った後の分析は次の結果を示した。
すなわち、トリメトキシシランの転化率は63%、供給されたトリメトキシシランに対するモノシランの収率は63%(転化したトリメトキシシランに対するモノシランの収率は100%)、供給されたトリメトキシシランに対するテトラメトキシシランの収率は63%(転化したトリメトキシシランに対するテトラメトキシシランの収率は100%)であった。いかなる副生物もGCで検出されなかった。
表1に示す各種の触媒活性化剤を使用したフッ化カリウムをベースとする触媒組成物の活性について試験を行い、その結果を表1に示した。トリメトキシシランの不均化反応と生成物の分析は、比較例と同様の方法で実施した。触媒の調製方法に関する特徴点についても表1に示した。フッ化カリウムは比較例と同様に調製した。
表1に記載したすべての実施例において、ガスクロマトグラフィー分析では、モノシランおよびテトラメトキシシラン以外の生成物は検出されず、アルコールやヘキサメトキシジシロキサンの二量体のような他の反応生成物は反応混合物に見出すことはできなかった。
したがって、プロセスの選択率は、転化したトリメトキシシランに関しては100%であった。
使用されたすべての触媒は、出発物質および反応生成物に不溶であった。反応の間、触媒の質量減少も見られなかった。5時間の反応の間、触媒活性の低下も見られなかった。
表1に示した結果から、本発明の触媒の効率は高いことが分かる。これらの結果は流通式の反応で得られ、それは連続的な工業的規模でモノシランおよびテトラアルコキシシランを製造するために容易に適用できる。
アルカリ金属フッ化物を使用せずに、触媒活性化剤単独の触媒活性について比較実験を行った。これらの比較実験は、比較例1に記載した条件で行った。触媒活性化剤は比較例1と同様の方法でアルミナ担体に塗布した。
その結果、触媒活性剤自体の触媒活性は低く、トリメトキシシランの転化率は14%未満であった。アルミナ担持TBACだけはトリメトキシシランの転化率が26%、選択率が66%であった。したがって、触媒活性化剤自体の触媒活性は低いことが判明した。
その他の触媒組成物の触媒活性について試験し、その結果を表1に示した。トリメトキシシランの不均化反応および生成物については比較例と同様に行った。触媒組成物は、触媒活性化剤が実施例1〜6で使用した触媒活性化剤と同種の場合は、それと同様の方法で調製した。フッ化カリウム等のアルカリ金属フッ化物は比較例1と同様の方法で調製した。
選択率は、モノ、ジ、トリおよびテトラアルコキシシランの合計量に対するテトラアルコキシシランの割合をモル%で計算した。アルコールあるいはシロキサン二量体のような他の不純物は、反応生成物中に検出されなかった。
表1から試験した触媒組成物の効率は高いことが分かる。
尚、ガス状の反応混合物と反応器中の触媒との接触時間を長くすると転化率は向上する傾向がある。例えば実施例3において、ヘリウムガスの流速を35ml/minから70ml/min、150ml/minにそれぞれ変化させた場合、トリメトキシシランの転化率は89%から、52%、33%と変化した。つまり、触媒と反応混合物との接触時間が短くなれば転化率は低下する。
Claims (16)
- 前記アルカリ金属フッ化物がフッ化カリウムである請求項1に記載の方法。
- 前記フッ化カリウムがフッ化カリウム二水和物である請求項2に記載の方法。
- 前記テトラキス(ジアルキルアミノ)ホスホニウムハライドが、テトラキス(ジエチルアミノ)ホスホニウムブロマイドである請求項4に記載の方法。
- 前記触媒活性化剤が、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタンである請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
- 前記ヘキサアルキルグアニジニウムハライドが、ヘキサエチルグアニジニウムクロライドである請求項7に記載の方法。
- 前記テトラアルキルアンモニウムクロライドが、テトラブチルアンモニウムクロライドである請求項9に記載の方法。
- 前記触媒活性化剤がフッ化カルシウムである請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
- 前記アルカリ金属フッ化物がフッ化カリウムであり、前記触媒活性化剤がフッ化カルシウムであり、前記フッ化カリウムと前記フッ化カルシウムとがカリウムカルシウム三フッ化物を形成し、触媒と触媒活性剤が一体となったものを使用する請求項2に記載の方法。
- 前記アルカリ金属フッ化物がフッ化カリウムであり、前記触媒活性化剤がフッ化カルシウムであり、前記フッ化カリウムと前記フッ化カルシウムとがカリウムカルシウム三フッ化物を形成し、触媒と触媒活性剤が一体となったものを使用する請求項11に記載の方法。
- 前記一般式(1)のnが1である請求項1に記載の方法。
- 前記一般式(1)のnが1であるアルコキシシランが、トリメトキシシランである請求項15に記載の方法。
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