KR20210003222A - 할로실란 화합물의 제조 방법 - Google Patents

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KR20210003222A
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Abstract

본 발명은 (a) 제1 할로실란 화합물을 제공하는 단계, (b) 내부에 배치된 할라이드 공급원을 함유하는 반응 용기를 제공하는 단계, (c) 상기 할로실란 화합물을 상기 반응 용기에 공급하는 단계, 및 (d) 제2 할로실란을 함유하는 생성물 스트림을 상기 반응 용기로부터 수집하는 단계를 포함하는, 할로실란 화합물의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

할로실란 화합물의 제조 방법
본 발명은 고 순도 할로실란 화합물을 고 수율로 제조하는 방법에 관한 것이다.
할로실란 화합물은 다양한 산업 적용례에 사용된다. 예를 들어, 할로실란 화합물(예컨대, 클로로실란)은 광전지 및 전자공학 적용례(예컨대, 반도체 웨이퍼)를 위한 다결정질 규소의 제조에 사용된다. 최근에, 이러한 산업은 클로로실란에 대한 대안으로서 고급 할로실란 화합물(예컨대, 요오도실란)을 사용하기 시작하였다. 이러한 고급 할로실란 화합물은 일반적으로 저급 할로실란 화합물(예컨대, 클로로실란)보다 제조하기 더욱 어렵고, 특히 광전지 및 전자공학 산업에 요구되는 순도 수준을 갖는다. 예를 들어, 이러한 고급 할로실란을 합성하는 공지된 방법은 일반적으로 유기 용매에 수행된다. 이러한 방법은 반응이 수행된 후 목적 할로실란 화합물을 유기 용매로부터 단리하는 것을 필요로 한다. 이러한 분리/단리 공정은, 특히 용매 오염을 광전지 및 전자공학 산업에 요구되는 극히 낮은 수준까지 감소시키는 것이 필요할 때, 지루할 수 있다.
따라서, 산업 규모에 대해 상업적으로 이용가능하고 할로실란 화합물을 산업에서 요구되는 고 순도로 생산하는, 할로실란 화합물, 특히 고급 할로실란 화합물의 제조 방법에 대한 요구가 여전히 존재한다. 또한, 유기 용매에서 수행되지 않고, 이에 따라 이러한 용매를 생산된 할로실란 화합물로부터 제거할 필요가 없는 방법에 대한 요구가 존재한다. 본원에 기술된 방법은 이러한 요구를 모두 충족하는 것으로 여겨진다.
제1 양태에서, 본 발명은 하기 단계를 포함하는, 할로실란 화합물의 제조 방법을 제공한다:
(a) 규소 원자에 공유 결합된 제1 할로겐을 함유하는 제1 할로실란 화합물을 제공하는 단계;
(b) 유입구, 유출구 및 내부 용적을 갖는 반응 용기를 제공하는 단계로서, 상기 반응 용기가 상기 내부 용적에 배치된 할라이드 공급원을 포함하고, 상기 할라이드 공급원이 상기 제1 할로겐보다 큰 원자 번호를 갖는 제2 할로겐을 포함하는, 단계;
(c) 상기 제1 할로실란 화합물을 상기 반응 용기의 상기 유입구에 공급하고, 상기 반응 용기의 상기 내부 용적을 통해 상기 할라이드 공급원과 접촉시키고 반응시켜 제2 할로실란 화합물을 형성하는 단계로서, 상기 제2 할로실란 화합물이 규소 원자와 공유 결합된 하나 이상의 제2 할로겐을 포함하는, 단계; 및
(d) 상기 제2 할로실란 화합물을 포함하는 생성물 스트림을 상기 반응 용기의 상기 유출구로부터 수집하는 단계.
제1 양태에서, 본 발명은 할로실란 화합물의 제조 방법을 제공한다. 상기 방법은 일반적으로 제1 할로실란 화합물이 할라이드 공급원을 함유하는 반응 용기를 통과하도록 하는 단계를 수반한다. 제1 할로실란 화합물은 반응 용기에 공급될 때, 바람직하게는 유체(즉, 액체 또는 기체)이다. 제1 할로실란 화합물 및 할라이드 공급원은 반응하여 제1 할로실란 화합물과 상이한 제2 할로실란 화합물을 생산한다(즉, 제2 할로실란 화합물은 제1 할로실란 화합물에 존재하지 않는 하나 이상의 할로겐을 함유함). 이어서, 제2 할로실란 화합물은 반응 용기의 유출구로부터 수집된다. 더욱 구체적으로, 상기 방법은 (a) 제1 할로실란 화합물을 제공하는 단계, (b) 내부에 배치된 할라이드 공급원을 함유하는 반응 용기를 제공하는 단계, (c) 상기 할로실란 화합물을 상기 반응 용기에 공급하는 단계, 및 (d) 제2 할로실란을 함유하는 생성물 스트림을 반응 용기로부터 수집하는 단계를 포함한다.
제1 할로실란 화합물은 바람직하게는 할로실란 화합물의 규소 원자에 공유 결합된 하나 이상의 제1 할로겐을 포함한다. 제1 할로실란 화합물은 이러한 할로겐을 갖는 임의의 적합한 할로실란 화합물일 수 있다. 바람직한 양태에서, 제1 할로실란 화합물은 클로로실란, 브로모실란 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 바람직하게는, 제1 할로실란 화합물은 하기 화학식 I, 화학식 X, 화학식 XX 또는 화학식 XL의 화합물이다. 화학식 I의 구조는 다음과 같다:
[화학식 I]
SiaHbRcXd.
화학식 I의 구조에서, 변수 a는 1 내지 3의 정수이다. 변수 b, c 및 d의 합은 2a+2이다. 변수 b는 0 내지 2a+1의 정수이고, 바람직하게는 1 내지 2a+1의 정수이다. 변수 c는 0 내지 2a+1의 정수이고, 변수 d는 1 내지 2a+2의 정수이다. 화학식 X의 구조는 다음과 같다:
[화학식 X]
N(SiHeRfXg)3.
화학식 X의 구조에서, 규소 원자에 부착된 e, f 및 g의 합은 3이다. 각각의 변수 e는 0 내지 3으로부터 독립적으로 선택되는 정수이고, 바람직하게는 하나 이상의 변수 e는 1 이상(즉, 1 내지 3)이다. 각각의 변수 f는 0 내지 3으로부터 독립적으로 선택되는 정수이고, 각각의 변수 g는 0 내지 3으로부터 독립적으로 선택되는 정수이다. 화학식 X의 구조에서, 하나 이상의 변수 g는 1 이상이다. 화학식 XX의 구조는 다음과 같다:
[화학식 XX]
(SiHsRtXv)2CH2.
화학식 XX의 구조에서, 각각의 규소 원자에 부착된 s, t 및 v의 합은 3이다. 각각의 s는 0 내지 3으로부터 독립적으로 선택되는 정수이고, 바람직하게는 하나 이상의 변수 s는 1 이상(즉, 1 내지 3)이다. 각각의 변수 t는 0 내지 3으로부터 독립적으로 선택되는 정수이다. 각각의 변수 v는 0 내지 3으로부터 독립적으로 선택되는 정수이다. 화학식 XX의 구조에서, 하나 이상의 변수 v는 1 이상이다. 화학식 XL의 구조는 다음과 같다:
[화학식 XL]
(HmRnXpSiO)qSiHmRnXp.
화학식 XL의 구조에서, 각각의 규소 원자에 부착된 m, n 및 p의 합은 3이다. m은 0 내지 3으로부터 독립적으로 선택되는 정수이고, 바람직하게는 하나 이상의 변수 m은 1 이상(즉, 1 내지 3)이다. 각각의 변수 n은 0 내지 3으로부터 독립적으로 선택되는 정수이다. 각각의 변수 p는 0 내지 3으로부터 독립적으로 선택되는 정수이다. 화학식 XL의 구조에서, 하나 이상의 변수 p는 1 이상이다. 변수 q는 1 내지 50의 정수이다.
화학식 I, 화학식 X, 화학식 XX 및 화학식 XL의 구조에서, 각각의 R은 하이드로카빌 기 및 ZR1 3 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고, 각각의 Z는 규소 및 게르마늄(규소가 특히 바람직함)으로부터 독립적으로 선택되고, 각각의 R1은 수소 및 하이드로카빌 기로부터 독립적으로 선택되고; 각각의 X는 염소 및 브롬으로부터 독립적으로 선택된다. 바람직한 양태에서, 각각의 R 기는 알킬 기(예컨대, C1-C10 알킬 기)로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된다. 더욱 바람직하게는, 각각의 R 기는 C1-C4 알킬 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고, 메틸 기가 특히 바람직하다. 다른 바람직한 양태에서, 각각의 R1 기는 알킬 기(예컨대, C1-C10 알킬 기)로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된다. 더욱 바람직하게는, 각각의 R1 기는 C1-C4 알킬 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고, 메틸 기가 특히 바람직하다. 바람직한 양태에서, 화학식 I, 화학식 X, 화학식 XX 또는 화학식 XL의 제1 할로실란 화합물은 염소인 하나 이상의 X를 함유한다.
상기 방법의 한 바람직한 양태에서, 제1 할로실란 화합물은 다이클로로실란이다. 상기 방법의 다른 바람직한 양태에서, 제1 할로실란 화합물은 트라이클로로실란이다. 또 다른 바람직한 양태에서, 제1 할로실란 화합물은 규소 테트라클로라이드(테트라클로로실란)이다. 다른 바람직한 양태에서, 제1 할로실란 화합물은 펜타클로로다이실란이다. 다른 바람직한 양태에서, 제1 할로실란 화합물은 1-클로로-N,N-다이실릴-실란아민이다. 한 바람직한 양태에서, 제1 할로실란 화합물은 알킬클로로실란, 예컨대 클로로트라이메틸실란이다. 다른 바람직한 양태에서, 제1 할로실란 화합물은 알킬다이클로로실란, 더욱 바람직하게는 메틸다이클로로실란이다. 다른 바람직한 양태에서, 제1 할로실란 화합물은 다이알킬다이클로로실란, 더욱 바람직하게는 다이메틸다이클로로실란이다. 또 다른 바람직한 양태에서, 제1 할로실란 화합물은 아릴클로로실란, 예컨대 트라이클로로페닐실란 또는 클로로메틸페닐비닐실란이다. 다른 바람직한 양태에서, 제1 할로실란 화합물은 클로로다이실록산, 예컨대 다이클로로테트라메틸다이실록산이다.
본 발명의 방법은 제1 할로실란 화합물의 적어도 일부가 제2 할로실란 화합물로 전환되는 반응 용기를 이용한다. 반응 용기는 바람직하게는 유입구, 유출구 및 내부 용적을 포함한다. 유입구 및 유출구는 바람직하게는 내부 용적에 연결되어 유입구를 통과하는 물질(예컨대, 유체)이 반응 용기의 내부 용적에 도입되고, 유출구를 통해 내부 용적을 통과하여 나올 때까지 유지되도록 한다. 유입구 및 유출구는 서로를 기준으로 임의의 적합한 위치에 존재한다. 바람직하게는, 반응 용기에서 제1 할로실란 화합물의 적절한 체류를 보장하기 위하여, 유입구 및 유출구는 서로를 기준으로 내부 용적의 실질적인 반대 단부에 위치된다. 반응 용기는 전술된 특징을 갖는 임의의 적합한 용기일 수 있다. 예를 들어, 한 가능한 양태에서, 반응 용기는 바람직하게는 한 단부의 유입구, 반대 단부의 유출구, 및 이들 사이에 배치된 내부 용적을 갖는 튜브이다. 반응 용기는 임의의 적합한 물질로 구축될 수 있다. 바람직하게는, 반응 용기는 제1 할로실란, 할라이드 공급원 및 제2 할로실란에 불활성인 물질로 구축된다.
반응 용기는 이의 내부 용적에 배치된 할라이드 공급원을 함유한다. 할라이드 공급원은 본원에 기술된 제1 할로실란 화합물과 반응할 수 있는 할라이드의 임의의 적합한 공급원일 수 있다. 할라이드 공급원은 고체(즉, 고체 할라이드 공급원) 또는 유체, 예컨대 액체일 수 있다. 적합한 액체 할라이드 공급원은, 비제한적으로, 본원에 기술된 할로겐을 함유하는 이온성 액체를 포함한다. 본원에 기술된 용어 "고체 할라이드 공급원"은 반응 온도(즉, 제1 할로실란 화합물 및 할라이드 공급원이 반응하여 제2 할로실란 화합물을 형성하는 온도)에서 고체인 할라이드 공급원을 지칭한다. 바람직하게는, 할라이드 공급원은 제1 할로실란 화합물의 하나 이상의 할로겐보다 큰 원자 번호를 갖는 할로겐을 포함한다. 할라이드 공급원은 1개 초과의 할로겐(즉, 2개 이상의 상이한 할로겐)을 함유할 수 있다. 할라이드 공급원이 1개 초과의 할로겐을 함유할 때, 하나 이상의 이들 할로겐은 바람직하게는 제1 할로실란 화합물의 하나 이상의 할로겐보다 큰 원자 번호를 갖는다. 바람직한 양태에서, 할라이드 공급원은 무수 브로마이드 염, 무수 요오다이드 염 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 다른 바람직한 양태에서, 할라이드 공급원은 알칼리 금속 할라이드, 알칼리토 금속 할라이드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 바람직한 양태에서, 할라이드 공급원은 무수 할라이드 염(즉, 수화의 물을 전혀 함유하지 않는 결정질 할라이드 염)이다. 본원에 기술된 바와 같이, 무수 할라이드 염은 적절한 양의 유리 수분, 예컨대 약 10 중량% 이하, 약 5 중량% 이하, 약 4 중량% 이하, 약 3 중량% 이하, 약 2 중량% 이하 또는 약 1 중량% 이하의 물을 함유할 수 있다. 한 바람직한 양태에서, 할라이드 공급원은 브로마이드 염, 더욱 바람직하게는 무수 브로마이드 염이다. 한 특히 바람직한 양태에서, 할라이드 공급원은 리튬 브로마이드, 더욱 바람직하게는 무수 리튬 브로마이드이다. 한 바람직한 양태에서, 할라이드 공급원은 요오다이드 염, 더욱 바람직하게는 무수 요오다이드 염이다. 다른 바람직한 양태에서, 할라이드 공급원은 리튬 요오다이드, 마그네슘 요오다이드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 바람직하게는, 할라이드 공급원은 리튬 요오다이드, 더욱 바람직하게는 무수 리튬 요오다이드이다.
반응 용기는 임의의 적합한 양의 할라이드 공급원을 함유할 수 있다. 특정 양태에서, 반응 용기는 할라이드 공급원 이외에 불활성 충전제(즉, 제1 할로실란 화합물, 할라이드 공급원 또는 제2 할로실란 화합물과 반응성이 아닌 충전제를 함유할 수 있다). 이러한 불활성 충전제가 사용될 수 있지만, 이들의 사용은 제1 할로실란 화합물과 반응하는 데 이용가능한 할라이드 공급원의 양을 감소시킬 것이다. 할라이드 공급원이 반응기에 연속적으로 첨가되는 시스템에서, 충전제의 사용은 반응 용기가 분리되고 비어지고, 공정이 재시작되기 전에 할라이드 공급원으로 재충전되어야 하는 제2 할로실란 화합물의 양을 감소시킬 것이다. 바람직하게는, 반응 용기는 반응 용기의 내부 용적을 실질적으로 충전하기에 충분한 할라이드 공급원을 함유한다. 본원에 사용된 용어 "실질적으로 충전하는"은 반응 용기의 내부 용적이 할라이드 공급원으로 충전되고, 단지 비점유 용적이 할라이드 공급원의 인접한 그레인 사이의 간격일 수 있음을 의미한다. 이러한 간격의 조합된 용적은 다수의 인자, 예컨대 할라이드 공급원의 그레인/입자 크기, 및 할라이드 공급원의 그레인/입자 크기의 기하학에 따라 변할 것이다.
상기 방법 중에, 반응 용기는 제1 할로실란 화합물과 할라이드 공급원 사이의 반응이 일어나는 임의의 적합한 온도로 유지될 수 있다. 반응 용기는 전형적으로 제1 할로실란 화합물 및 제2 할로실란 화합물 둘 다 유체(즉, 기체 또는 액체)로 존재하는 온도에서 유지되고, 반응은 이러한 온도 및 압력에서 수행된다. 바람직하게는, 반응은 약 -50℃ 이상, 약 -25℃ 이상, 약 -20℃ 이상, 약 -10℃ 이상, 약 -5℃ 이상, 약 0℃ 이상, 약 5℃ 이상, 약 10℃ 이상, 약 15℃ 이상 또는 약 20℃ 이상의 온도에서 수행된다. 상부 단부에서, 반응 용기는 임의의 적합한 온도에서 유지되고 이러한 온도에서 반응이 수행되지만, 온도는 제1 할로실란 화합물 및/또는 제2 할로실란 화합물이 분해될 정도로 높지 않아야 한다(즉, 반응 용기는 제1 및 제2 할로실란 화합물의 분해 온도 미만의 온도에서 유지되고, 이러한 온도에서 반응이 수행됨). 바람직하게는, 반응은 약 100℃ 이하, 약 75℃ 이하, 약 70℃ 이하, 약 65℃ 이하, 약 60℃ 이하, 약 55℃ 이하, 약 50℃ 이하, 약 45℃ 이하, 약 40℃ 이하, 약 35℃ 이하 또는 약 30℃ 이하의 온도에서 수행된다. 따라서, 일련의 바람직한 양태에서, 반응은 약 -50 내지 약 100℃(예컨대, 약 -50 내지 약 75℃, 약 -50 내지 약 70℃, 약 -50 내지 약 65℃, 약 -50 내지 약 60℃, 약 -50 내지 약 55℃, 약 -50 내지 약 50℃, 약 -50 내지 약 45℃, 약 -50 내지 약 40℃, 약 -50 내지 약 35℃ 또는 약 -50 내지 약 30℃), 약 -25 내지 약 100℃(예컨대, 약 -25 내지 약 75℃, 약 -25 내지 약 70℃, 약 -25 내지 약 65℃, 약 -25 내지 약 60℃, 약 -25 내지 약 55℃, 약 -25 내지 약 50℃, 약 -25 내지 약 45℃, 약 -25 내지 약 40℃, 약 -25 내지 약 35℃ 또는 약 -25 내지 약 30℃), 약 -20 내지 약 100℃(예컨대, 약 -20 내지 약 75℃, 약 -20 내지 약 70℃, 약 -20 내지 약 65℃, 약 -20 내지 약 60℃, 약 -20 내지 약 55℃, 약 -20 내지 약 50℃, 약 -20 내지 약 45℃, 약 -20 내지 약 40℃, 약 -20 내지 약 35℃ 또는 약 -20 내지 약 30℃), 약 -15 내지 약 100℃(예컨대, 약 -15 내지 약 75℃, 약 -15 내지 약 70℃, 약 -15 내지 약 65℃, 약 -15 내지 약 60℃, 약 -15 내지 약 55℃, 약 -15 내지 약 50℃, 약 -15 내지 약 45℃, 약 -15 내지 약 40℃, 약 -15 내지 약 35℃ 또는 약 -15 내지 약 30℃), 약 -10 내지 약 100℃(예컨대, 약 -10 내지 약 75℃, 약 -10 내지 약 70℃, 약 -10 내지 약 65℃, 약 -10 내지 약 60℃, 약 -10 내지 약 55℃, 약 -10 내지 약 50℃, 약 -10 내지 약 45℃, 약 -10 내지 약 40℃, 약 -10 내지 약 35℃ 또는 약 -10 내지 약 30℃), 약 -5 내지 약 100℃(예컨대, 약 -5 내지 약 75℃, 약 -5 내지 약 70℃, 약 -5 내지 약 65℃, 약 -5 내지 약 60℃, 약 -5 내지 약 55℃, 약 -5 내지 약 50℃, 약 -5 내지 약 45℃, 약 -5 내지 약 40℃, 약 -5 내지 약 35℃ 또는 약 -5 내지 약 30℃), 약 0 내지 약 100℃(예컨대, 약 0 내지 약 75℃, 약 0 내지 약 70℃, 약 0 내지 약 65℃, 약 0 내지 약 60℃, 약 0 내지 약 55℃, 약 0 내지 약 50℃, 약 0 내지 약 45℃, 약 0 내지 약 40℃, 약 0 내지 약 35℃ 또는 약 0 내지 약 30℃), 약 5 내지 약 100℃(예컨대, 약 5 내지 약 75℃, 약 5 내지 약 70℃, 약 5 내지 약 65℃, 약 5 내지 약 60℃, 약 5 내지 약 55℃, 약 5 내지 약 50℃, 약 5 내지 약 45℃, 약 5 내지 약 40℃, 약 5 내지 약 35℃ 또는 약 5 내지 약 30℃), 약 10 내지 약 100℃(예컨대, 약 10 내지 약 75℃, 약 10 내지 약 70℃, 약 10 내지 약 65℃, 약 10 내지 약 60℃, 약 10 내지 약 55℃, 약 10 내지 약 50℃, 약 10 내지 약 45℃, 약 10 내지 약 40℃, 약 10 내지 약 35℃ 또는 약 10 내지 약 30℃), 약 15 내지 약 100℃(예컨대, 약 15 내지 약 75℃, 약 15 내지 약 70℃, 약 15 내지 약 65℃, 약 15 내지 약 60℃, 약 15 내지 약 55℃, 약 15 내지 약 50℃, 약 15 내지 약 45℃, 약 15 내지 약 40℃, 약 15 내지 약 35℃ 또는 약 15 내지 약 30℃), 또는 약 20 내지 약 100℃(예컨대, 약 20 내지 약 75℃, 약 20 내지 약 70℃, 약 20 내지 약 65℃, 약 20 내지 약 60℃, 약 20 내지 약 55℃, 약 20 내지 약 50℃, 약 20 내지 약 45℃, 약 20 내지 약 40℃, 약 20 내지 약 35℃ 또는 약 20 내지 약 30℃)의 온도에서 수행된다.
반응 용기의 온도 및 반응은 임의의 적합한 수단을 사용하여 목적 수준으로 유지될 수 있다. 예를 들어, 반응기 용기는 온도 제어 장치에 연결된 냉장/냉각 장치, 열 교환기, 가열 소자 또는 이들의 조합이 장착될 수 있다. 이러한 냉각, 열 교환 및/또는 가열 장비는 반응 용기의 외부에 장착될 수 있거나(예컨대, 반응 용기의 외부 표면에 배치됨), 반응 용기의 내부 용적 내에 배치될 수 있다. 당업자에게 이해되는 바와 같이, 큰 용적의 반응 용기는 반응 용기 내에서 반응물의 온도를 더 양호하게 제어하기 위해 내부 용적 내에 배치된 장비를 필요로 할 수 있다.
반응 용기는 임의의 적합한 압력으로 유지될 수 있다. 예를 들어, 반응 용기의 압력은 주변 대기압보다 낮은 수준, 실질적으로 주변 대기압과 같은 수준, 또는 주변 대기압보다 높은 수준으로 유지될 수 있다. 전형적으로, 반응 용기의 압력은 주변 대기압 이상으로 유지된다. 바람직하게는, 반응 용기의 압력은 주변 대기압보다 약 6.5 kPa 이상, 약 32.5 kPa 이상 또는 약 65 kPa 이상 높다. 바람직하게는, 반응 용기의 압력은 주변 대기압보다 약 350 kPa 이하, 약 280 kPa 이하 또는 약 210 kPa 이하 높다. 일련의 바람직한 양태에서, 반응 용기의 압력은 주변 대기압보다 약 6.5 내지 약 350 kPa(예컨대, 약 6.5 내지 약 280 kPa 또는 약 6.5 내지 약 210 kPa), 주변 대기압보다 약 32.5 내지 약 350 kPa(예컨대, 약 32.5 내지 약 280 kPa 또는 약 32.5 내지 약 210 kPa), 또는 주변 대기압보다 약 65 내지 약 350 kPa(예컨대, 약 65 내지 약 280 kPa 또는 약 65 내지 약 210 kPa) 높다.
제1 할로실란 화합물은 반응 용기에 임의의 적합한 속도로 공급될 수 있다. 반응 용기가 밀폐된 시스템이므로, 생성물 스트림(예컨대, 제2 할로실란 화합물 및 미반응된 제1 할로실란 화합물의 혼합물)은, 추가적인 제1 할로실란 화합물이 반응 용기에 공급됨에 따라 유입구에서 밀려난다. 따라서, 제1 할로실란 화합물은 제1 할로실란 화합물과 할라이드 공급원 사이의 반응이 진행되기에 충분한 체류 시간을 제공하는 속도로 반응 용기에 공급된다. 바람직하게는, 반응 용기에서의 체류 시간은 약 30 초 이상, 약 60 초 이상, 약 90 초 이상, 약 120 초 이상, 약 150 초 이상, 약 180 초 이상, 약 210 초 이상 또는 약 240 초 이상이다. 반응물은 임의의 적합한 시간량 동안 반응 용기에 잔류할 수 있다. 그러나, 상기 방법의 처리량을 최대화시키도록 의도된 이러한 양태에서, 반응 용기에서의 체류 시간은 너무 길지 않아야 한다. 바람직하게는, 체류 시간은 약 4,000 초 이하(예컨대, 약 3,600 초 이하), 약 3,000 초 이하, 약 2,500 초 이하, 약 2,000 초 이하, 약 1,500 초 이하, 약 1,000 초 이하, 약 900 초 이하, 약 840 초 이하, 약 780 초 이하, 약 720 초 이하, 약 660 초 이하 또는 약 600 초 이하이다. 따라서, 일련의 양태에서, 반응 용기에서의 체류 시간은 바람직하게는 약 30 내지 약 4,000 초(예컨대, 약 30 내지 약 3,600 초, 약 30 내지 약 3,000 초, 약 30 내지 약 2,500 초, 약 30 내지 약 2,000 초, 약 30 내지 약 1,500 초, 약 30 내지 약 1,000 초, 약 30 내지 약 900 초, 약 30 내지 약 840 초, 약 30 내지 약 780 초, 약 30 내지 약 720 초, 약 30 내지 약 660 초 또는 약 30 내지 약 600 초), 약 60 내지 약 4,000 초(예컨대, 약 60 내지 약 3,600 초, 약 60 내지 약 3,000 초, 약 60 내지 약 2,500 초, 약 60 내지 약 2,000 초, 약 60 내지 약 1,500 초, 약 60 내지 약 1,000 초, 약 60 내지 약 900 초, 약 60 내지 약 840 초, 약 60 내지 약 780 초, 약 60 내지 약 720 초, 약 60 내지 약 660 초 또는 약 60 내지 약 600 초), 약 90 내지 약 4,000 초(예컨대, 약 90 내지 약 3,600 초, 약 90 내지 약 3,000 초, 약 90 내지 약 2,500 초, 약 90 내지 약 2,000 초, 약 90 내지 약 1,500 초, 약 90 내지 약 1,000 초, 약 90 내지 약 900 초, 약 90 내지 약 840 초, 약 90 내지 약 780 초, 약 90 내지 약 720 초, 약 90 내지 약 660 초 또는 약 90 내지 약 600 초), 약 120 내지 약 4,000 초(예컨대, 약 120 내지 약 3,600 초, 약 120 내지 약 3,000 초, 약 120 내지 약 2,500 초, 약 120 내지 약 2,000 초, 약 120 내지 약 1,500 초, 약 120 내지 약 1,000 초, 약 120 내지 약 900 초, 약 120 내지 약 840 초, 약 120 내지 약 780 초, 약 120 내지 약 720 초, 약 120 내지 약 660 초 또는 약 120 내지 약 600 초), 약 180 내지 약 4,000 초(예컨대, 약 180 내지 약 3,600 초, 약 180 내지 약 3,000 초, 약 180 내지 약 2,500 초, 약 180 내지 약 2,000 초, 약 180 내지 약 1,500 초, 약 180 내지 약 1,000 초, 약 180 내지 약 900 초, 약 180 내지 약 840 초, 약 180 내지 약 780 초, 약 180 내지 약 720 초, 약 180 내지 약 660 초 또는 약 180 내지 약 600 초), 또는 약 240 내지 약 4,000 초(예컨대, 약 240 내지 약 3,600 초, 약 240 내지 약 3,000 초, 약 240 내지 약 2,500 초, 약 240 내지 약 2,000 초, 약 240 내지 약 1,500 초, 약 240 내지 약 1,000 초, 약 240 내지 약 900 초, 약 240 내지 약 840 초, 약 240 내지 약 780 초, 약 240 내지 약 720 초, 약 240 내지 약 660 초 또는 약 240 내지 약 600 초)이다.
반응 용기에서, 제1 할로실란 화합물은 제1 할로실란 화합물이 반응 용기의 유입구로부터 내부 용적을 통해 유출구로 통과함에 따라, 할라이드 공급원과 밀접하게 접촉한다. 할라이드 공급원과 접촉하면서, 제1 할로실란 화합물 및 할라이드 공급원의 일부가 반응하여 할로겐을 교환한다. 특히, 제1 할로실란 화합물로부터의 할로겐은 할라이드 공급원으로부터의 더 높은 원자 번호를 갖는 할로겐으로 교환된다. 결과는 (i) 제1 할로실란 화합물에 함유된 할로겐보다 높은 원자 번호를 갖고, (ii) 할로실란 화합물의 규소 원자에 공유 결합된 하나 이상의 할로겐을 포함하는 신규한 할로실란 화합물(제2 할로실란 화합물)이다.
반응 중에, 제1 할로실란 화합물이 반응 용기를 통해 공급되는 동안, 할라이드 공급원은 반응 용기 내에서 교반될 수 있다. 할라이드 공급원의 교반은 용기 내의 반응 속도를 증가시킬 수 있고, 이에 의해 반응 용기 내에서 제공된 체류 시간 동안 수율을 증가시킬 수 있는 것으로 여겨진다. 할라이드 공급원은 임의의 적합한 수단 또는 메카니즘에 의해 교반될 수 있다. 예를 들어, 반응 용기는 반응 용기의 내부 용적 내에 배치된 교반 메카니즘(예컨대, 패들 교반기)을 함유할 수 있다.
제1 할로실란 화합물이 반응 용기에서 상당한 체류 시간을 가지지만, 체류 시간은 모든 제1 할로실란 화합물이 반응하여 제2 할로실란 화합물을 형성하기에 충분하지 않을 수 있다. 또한, 제1 할로실란 화합물이 교환될 2개 이상의 할로겐을 함유하는 경우, 이들 모든 할로겐보다 적은 할로겐이 반응 용기를 통과하는 단일 통과에 의해 교환될 수 있다. 따라서, 한 바람직한 양태에서, 반응 용기를 나오는 생성물 스트림은 수집되고, 두 번째로 반응할 수 있다. 예를 들어, 생성물 스트림은 수집되고, 동일한 반응 용기를 통해 두 번째로 통과할 수 있다. 다르게는, 생성물 스트림은 수집되고, 제1 반응 용기에 직렬로 연결된 제2 반응 용기를 통과할 수 있다. 이러한 양태에서, 전체 생성물 스트림은 두 번째로 반응할 수 있거나, 목적 제2 할로실란 화합물은 먼저 생성물 스트림으로부터 단리되고, 생성물 스트림의 나머지는 두 번째로 반응할 수 있다. 따라서, 다른 바람직한 양태에서, 상기 방법은 반응 용기의 유출구를 나오는 생성물 스트림으로부터의 미반응된 제1 할로실란 화합물의 회수를 수반한다. 이어서, 회수된 미반응된 제1 할로실란 화합물은 반응 용기의 유입구에 공급될 수 있다. 이러한 양태에서, 상기 방법은 (e) 미반응된 제1 할로실란 화합물을 생성물 스트림으로부터 회수하는 단계; 및 (f) 회수된 미반응된 제1 할로실란 화합물을 반응 용기의 유입구에 공급하는 단계를 추가로 포함한다. 이러한 양태에서, 회수된 미반응된 제1 할로실란 화합물은 유입구에 단독으로 공급될 수 있거나, 제1 할로실란 화합물(즉, 이전에 반응 용기를 통과하지 않은 제1 할로실란 화합물)과 혼합될 수 있다. 추가적으로, 생성물 스트림이 중간체 할로실란 화합물(예컨대, 할로겐의 목적 수보다 적은 할로겐이 교환된 할로실란 화합물)을 함유하는 경우, 이러한 중간체 할로실란 화합물은 또한 생성물 스트림으로부터 회수되고, 반응 용기에 다시 공급될 수 있다. 이러한 중간체 할로실란 화합물은 유입구에 단독으로 공급될 수 있거나, 신선한 제1 할로실란 화합물과 혼합될 수 있다.
미반응된 제1 할로실란 화합물 및/또는 중간체 할로실란 화합물은 임의의 적합한 방법에 의해 생성물 스트림으로부터 회수될 수 있다. 할로겐이 더 높은 원자 번호의 할로겐으로 교환됨에 따라, 할로실란 화합물의 몰 질량이 증가할 수 있으므로, 미반응된 제1 할로실란 화합물 및/또는 중간체 할로실란 화합물의 비등점은 전형적으로 생성물 스트림에 함유된 임의의 목적 할로실란 화합물의 비등점보다 낮다. 비등점의 이러한 차이를 고려하면, 미반응된 제1 할로실란 화합물 및/또는 중간체 할로실란 화합물은 증류에 의해 생성물 스트림으로부터 회수될 수 있다. 임의의 적합한 증류 공정, 예컨대 플래시(평형) 증류, 분별 증류, 또는 직렬로 수행되는 2개의 조합이 사용될 수 있다. 예를 들어, 미반응된 제1 할로실란 화합물 및/또는 중간체 할로실란 화합물은 생성물 스트림의 제1 분별 증류 및 이어서 제1 분별 증류로부터의 "저부(bottom)"의 제2 분별 증류에 의해 생성물 스트림으로부터 회수될 수 있다. 바람직하게는, 미반응된 제1 할로실란 화합물 및/또는 중간체 할로실란 화합물은 생성물 스트림의 제1 플래시 증류 및 이어서 플래시 증류로부터의 "저부"의 분별 증류에 의해 생성물 스트림으로부터 회수될 수 있다. 이러한 증류로부터의 저부는 목적 제2 할로실란 화합물을 함유할 수 있지만, 각각의 증류 단계로부터의 증류물은 미반응된 제1 할로실란 화합물 및/또는 중간체 할로실란 화합물을 함유할 수 있다. 저부가 반응기를 나오는 생성물 스트림의 증류로부터 회수되면, 이러한 저부는 추가로 처리되어 저부에 함유된 제2 할로실란 화합물을 단리하고 정제할 수 있다. 예를 들어, 생성물 스트림의 증류로부터 회수된 저부는 후속 분별 증류에서 처리되어 증류물로서 제2 할로실란 화합물이 단리될 수 있고, 이에 의해 제2 할로실란 화합물을 저부에 함유된 금속 또는 다른 고 비등 불순물로부터 분리할 수 있다.
전술된 바와 같이, 반응에 의해 제조된 제2 할로실란 화합물은 (i) 제1 할로실란 화합물에 함유된 할로겐보다 높은 원자 번호를 갖고, (ii) 할로실란 화합물의 규소 원자에 공유 결합된 하나 이상의 할로겐을 포함한다. 따라서, 반응에 의해 제조된 할로실란 화합물은, 비제한적으로, 하기 제시된 화학식 IA, 화학식 XA, 화학식 XXA 또는 XXLA의 화합물을 포함한다. 화학식 IA의 구조는 다음과 같다:
[화학식 IA]
SiaHbRcX1 d.
화학식 IA의 구조에서, 변수 a, b, c 및 d는 화학식 I의 화합물에 대해 전술된 바와 같다. 화학식 XA의 구조는 다음과 같다:
[화학식 XA]
N(SiHeRfX1 g)3.
화학식 XA의 구조에서, 변수 e, f 및 g는 화학식 X의 화합물에 대해 전술된 바와 같다. 화학식 XXA의 구조는 다음과 같다:
[화학식 XXA]
(SiHsRtX1 v)2CH2.
화학식 XXA의 구조에서, 변수 s, t 및 v는 화학식 XX의 화합물에 대해 전술된 바와 같다. 화학식 XLA의 구조는 다음과 같다:
[화학식 XLA]
(HmRnX1 pSiO)qSiHmRnX1 p.
화학식 XLA의 구조에서, 변수 m, n, p 및 q는 화학식 XL의 화합물에 대해 전술된 바와 같다.
화학식 IA, 화학식 XA, 화학식 XXA 및 화학식 XLA의 구조에서, 각각의 R, Z 및 R1은 화학식 I, 화학식 X, 화학식 XX 및 화학식 XLA의 화합물에 대해 전술된 바와 같다. 화학식 IA, 화학식 XA, 화학식 XXA 및 화학식 XLA의 구조에서, 각각의 X1은 염소, 브롬 및 요오드로부터 독립적으로 선택되되, 하나 이상의 X1은 제1 할로실란 화합물에 존재하는 하나 이상의 X보다 높은 원자 번호를 갖는다. 바람직한 양태에서, 각각의 R 기는 알킬 기(예컨대, C1-C10 알킬 기)로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된다. 더욱 바람직하게는, 각각의 R 기는 C1-C4 알킬 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고, 메틸 기가 특히 바람직하다. 다른 바람직한 양태에서, 각각의 R1 기는 알킬 기(예컨대, C1-C10 알킬 기)로부터 독립적으로 선택된다. 더욱 바람직하게는, 각각의 R1 기는 C1-C4 알킬 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고, 메틸 기가 특히 바람직하다. 바람직한 양태에서, 화학식 IA, 화학식 XA 또는 화학식 XXA의 제2 할로실란 화합물은 요오드인 하나 이상의 X1을 함유한다.
제2 할로실란 화합물의 적합한 예는, 비제한적으로, 클로로브로모실란, 클로로요오도실란, 다이브로모실란, 다이요오도실란, 클로로브로모다이실란(예컨대, 테트라클로로브로모다이실란), 클로로요오도다이실란(예컨대, 테트라클로로요오도다이실란), 브로모다이실란(예컨대, 펜타브로모다이실란), 요오도다이실란(예컨대, 펜타요오도다이실란), 1-브로모-N,N-다이실릴-실란아민, 1-요오도-N,N-다이실릴-실란아민, 알킬브로모실란(예컨대, 브로모트라이메틸실란), 알킬클로로브로모실란(예컨대, 메틸클로로브로모실란), 알킬클로로요오도실란(예컨대, 메틸클로로요오도실란), 알킬다이브로모실란(예컨대, 메틸다이브로모실란), 알킬다이요오도실란(예컨대, 메틸다이요오도실란), 다이알킬클로로브로모실란(예컨대, 다이메틸클로로브로모실란), 다이알킬클로로요오도실란(예컨대, 다이메틸클로로요오도실란), 다이알킬다이브로모실란(예컨대, 다이메틸다이브로모실란), 다이알킬다이요오도실란(예컨대, 다이메틸다이요오도실란), 트라이알킬요오도실란(예컨대, 요오도트라이메틸실란), 할로아릴실란(예컨대, 다이클로로요오도페닐실란, 클로로요오도페닐실란, 트라이요오도페닐실란, 요오도메틸페닐비닐실란), 및 할로알킬다이실록산(예컨대, 클로로요오도테트라메틸다이실록산, 다이요오도테트라메틸다이실록산)을 포함한다.
전술된 방법 및 반응은 용매의 존재 또는 부재 하에 수행될 수 있다. 본원에 사용된 용어 "용매"는 상기 방법에 사용되는 반응물 또는 상기 방법에 의해 제조되는 생성물을 용해시키거나 분산하거나 현탁하는 데 사용되는 외부 물체 또는 물질(즉, 반응/공정에 사용된 반응물 또는 반응/공정에 의해 제조된 생성물이 아닌 물체 또는 물질)을 지칭하는 데 사용된다. 특정 양태에서, 제1 할로실란 화합물 및/또는 제2 할로실란 화합물을 위한 담체로서 작용하는 용매를 반응 용기에 도입하는 것이 바람직할 수 있다. 적합한 용매는, 비제한적으로, 알칸 및 치환된 알칸(예컨대, 프로판, 부탄, 펜탄, 헥산, 헵탄, 클로로메탄, 다이클로로메탄, 클로로포름, 탄소 테트라클로라이드, 메틸렌 클로라이드, 아세토니트릴 및 이들의 혼합물)을 포함한다. 바람직한 양태에서, 상기 방법 및 반응은 알칸 또는 치환된 알칸 용매의 사용 없이 수행되었다. 또 다른 양태에서, 용어가 본 문단에서 상기 정의된 바와 같으므로, 상기 방법 및 반응은 임의의 용매의 사용 없이 수행된다.
상기 반응에 의해 제조된 제2 할로실란 화합물은 본원에 기술된 대부분의 반응 조건 하에 액체이다. 이러한 액체는 통상적으로 반응 용기 내에 함유된 할라이드 공급원 상에서 수집되어, 제2 할로실란 화합물의 회수가 용매의 사용 없이 달성되기 어렵게 한다. 그러나, 전술된 바와 같이, 용어가 선행 문단에서 정의된 바와 같으므로, 본 발명의 방법은 용매의 사용 없이 수행될 수 있다(바람직하게는 수행된다). 본 발명의 방법에 사용된 독특한 설정이 임의의 상기 용매에 대한 요구를 제거한 것으로 여겨진다. 특히, 제1 할로실란 화합물을 반응 용기를 통해 유동시킴으로써, 제1 할로실란 화합물이 제2 할로실란 화합물을 위한 담체로서 작용할 수 있는 것으로 여겨지고, 이에 따라 수집 및 정제를 위해 반응 용기로부터 제거한다. 또한, 제2 할로실란 화합물을 제거하는 담체가 제2 할로실란 화합물의 제조에 사용된 반응물이므로, 본 발명의 방법은 목적 제2 할로실란 화합물로부터 분리되어야 하는 외부 물체의 도입을 회피한다. 따라서, 본 발명의 방법은 제2 할로실란 화합물의 후속 분리 및 정제를 단순화시킨다.
본 발명의 방법은 표적 할로실란 화합물을 비교적 고 순도로 생산하는 데 사용될 수 있다. 이러한 맥락에서, 표적 할로실란 화합물의 순도는 미반응된 제1 할로실란 화합물 및 임의의 중간체 할로실란 화합물이 전술된 생성물 스트림으로부터 회수된 후에 측정된다. 바람직하게는, 표적 할로실란 화합물은 약 95% 이상, 약 96% 이상, 약 97% 이상, 약 98% 이상, 약 99% 이상 또는 약 99.5% 이상의 순도(몰/몰)를 갖는다. 임의의 특정 이론에 얽매이려는 것은 아니지만, 본원에 기술된 방법 및 반응이, 원치 않는 생성물이 생산될 수 있는 경로를 비교적 적게 제공하므로, 표적 할로실란 화합물이 이러한 고 순도로 제조될 수 있는 것으로 여겨진다. 또한, 용매(예컨대, 유기 용매)의 사용을 피하는 것은 전술된 공정에 의해 달성된 고 순도에 공헌하는 것으로 여겨진다. 용매는 상기 반응에 의해 제조된 표적 할로실란 화합물을 오염시킬 수 있는 불순물을 함유한다. 용매가 사용될 때, 용매 자체 및 이에 의해 도입된 불순물은 표적 할로실란 생성물로부터 제거되어야 한다. 목적 순도를 달성하는 데 요구되는 정제 단계의 유형 및 수는 사용된 특정 용매 및 용매에 의해 도입된 각각의 불순물의 유형 및 양에 따라 변할 수 있다. 따라서, 용매의 사용을 회피하는 것은 표적 할로실란 화합물을 전술된 목적 고 순도 수준으로 단리하고 회수하는 공정을 단순하게 한다.
하기 실시예는 전술된 대상 발명을 추가로 설명하지만, 당연히, 어떠한 방식으로도 이의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다.
실시예 1
본 실시예는 다이클로로실란이 다이요오도실란으로 전환되는 본 발명의 방법을 증명한다.
길이가 29 인치이고 직경이 0.5 인치인, 재킷(jacket)이 장착된 수직 스테인레스-강 튜브를 상부 유출구에서 표면 온도가 100℃로 유지된 유리 환저 플라스크까지 배관하였다. 상기 플라스크에 드라이 아이스 냉각된 스테인레스-강 캔으로 배출되는 수돗물 응축기를 장착하였다. 온도 제어된 유체를 재순환시킴으로써, 상기 튜브 재킷을 25℃로 유지하였다. 시스템을 질소로 퍼징하고, 튜브에 80 g의 무수 리튬 요오다이드를 로딩하였다. 10 내지 30 psig의 배압을 유지하면서, 튜브 내에서 6.4 분의 체류 시간을 달성하는 속도로, 203 g의 다이클로로실란을 튜브의 저부 단부에 공급하였다. 용리제 플라스크의 내부 온도가 표면 온도의 5℃ 이내이면, 자기 교반기가 장착되고 유기 패킹으로 패킹된 8 인치 컬럼이 장착된 환저 플라스크로 구성되는 증류 장치로 혼합물을 옮겼다. 증류 컬럼에 수돗물 응축기를 장착하였다. 증류 시스템의 압력을 30 mmHg로 감소시키고, 컬럼 위의 온도가 상승하기 시작하여 다이클로로실란의 완전한 제거를 나타낼 때까지 가열하였다. 64.5 g의 다이요오도실란을 GC-TCD에 의해 지시된 99.8% 순도로 증류 저부로부터 단리하였다.
실시예 2
본 실시예는 다이클로로실란이 다이요오도실란으로 전환되는 본 발명의 방법을 증명한다.
길이가 29 인치이고 직경이 0.5 인치인, 재킷이 장착된 수직 스테인레스-강 튜브를 저부 유출구에서 표면 온도가 100℃로 유지된 유리 환저 플라스크까지 배관하였다. 상기 플라스크에 드라이 아이스 냉각된 스테인레스-강 캔으로 배출되는 수돗물 응축기를 장착하였다. 온도 제어된 유체를 재순환시킴으로써, 상기 튜브 재킷을 25℃로 유지하였다. 시스템을 질소로 퍼징하고, 튜브에 80 g의 무수 리튬 요오다이드를 로딩하였다. 10 내지 30 psig의 배압을 유지하면서, 튜브 내에서 5.2 분의 체류 시간을 달성하는 속도로, 579 g의 다이클로로실란을 튜브의 상부 단부에 공급하였다. 용리제 플라스크의 내부 온도가 표면 온도의 5℃ 이내이면, 자기 교반기가 장착되고 유기 패킹으로 패킹된 8 인치 컬럼이 장착된 환저 플라스크로 구성되는 증류 장치로 혼합물을 옮겼다. 증류 컬럼에 수돗물 응축기를 장착하였다. 증류 시스템의 압력을 30 mmHg로 감소시키고, 컬럼 위의 온도가 상승하기 시작하여 다이클로로실란의 완전한 제거를 나타낼 때까지 가열하였다. 81.5 g의 다이요오도실란을 GC-TCD에 의해 지시된 98.5% 순도로 증류 저부로부터 단리하였다.
실시예 3
본 실시예는 다이클로로실란이 다이요오도실란으로 전환되는 본 발명의 방법을 증명한다.
길이가 29 인치이고 직경이 0.5 인치인, 재킷이 장착된 수직 스테인레스-강 튜브를 저부 유출구에서 표면 온도가 100℃로 유지된 유리 환저 플라스크까지 배관하였다. 상기 플라스크에 드라이 아이스 냉각된 스테인레스-강 캔으로 배출되는 수돗물 응축기를 장착하였다. 온도 제어된 유체를 재순환시킴으로써, 상기 튜브 재킷을 -6℃로 유지하였다. 시스템을 질소로 퍼징하고, 튜브에 80 g의 무수 리튬 요오다이드를 로딩하였다. 10 내지 30 psig의 배압을 유지하면서, 튜브 내에서 4.9 분의 체류 시간을 달성하는 속도로, 416 g의 다이클로로실란을 튜브의 상부 단부에 공급하였다. 용리제 플라스크의 내부 온도가 표면 온도의 5℃ 이내이면, 자기 교반기가 장착되고 유기 패킹으로 패킹된 8 인치 컬럼이 장착된 환저 플라스크로 구성되는 증류 장치로 혼합물을 옮겼다. 증류 컬럼에 수돗물 응축기를 장착하였다. 증류 시스템의 압력을 30 mmHg로 감소시키고, 컬럼 위의 온도가 상승하기 시작하여 다이클로로실란의 완전한 제거를 나타낼 때까지 가열하였다. 45.2 g의 다이요오도실란을 GC-TCD에 의해 지시된 99.4% 순도로 증류 저부로부터 단리하였다.
실시예 4
본 실시예는 다이클로로실란이 다이요오도실란으로 전환되는 본 발명의 방법을 증명한다.
길이가 29 인치이고 직경이 0.5 인치인, 재킷이 장착된 수직 스테인레스-강 튜브를 저부 유출구에서 표면 온도가 100℃로 유지된 유리 환저 플라스크까지 배관하였다. 상기 플라스크에 드라이 아이스 냉각된 스테인레스-강 캔으로 배출되는 수돗물 응축기를 장착하였다. 온도 제어된 유체를 재순환시킴으로써, 상기 튜브 재킷을 40℃로 유지하였다. 시스템을 질소로 퍼징하고, 튜브에 80 g의 무수 리튬 요오다이드를 로딩하였다. 10 내지 30 psig의 배압을 유지하면서, 튜브 내에서 24.8 분의 체류 시간을 달성하는 속도로, 402 g의 다이클로로실란을 튜브의 상부 단부에 공급하였다. 용리제 플라스크의 내부 온도가 표면 온도의 5℃ 이내이면, 자기 교반기가 장착되고 유기 패킹으로 패킹된 8 인치 컬럼이 장착된 환저 플라스크로 구성되는 증류 장치로 혼합물을 옮겼다. 증류 컬럼에 수돗물 응축기를 장착하였다. 증류 시스템의 압력을 30 mmHg로 감소시키고, 컬럼 위의 온도가 상승하기 시작하여 다이클로로실란의 완전한 제거를 나타낼 때까지 가열하였다. 45.3 g의 다이요오도실란을 GC-TCD에 의해 지시된 99.7% 순도로 증류 저부로부터 단리하였다.
본원에 인용된 공보, 특허출원 및 특허를 비롯한 모든 참고문헌은, 각각의 참고문헌이 개별적이고 구체적으로 참고로 혼입됨을 지시되고, 이의 전문이 제시된 것과 동일한 정도로 본 발명에 참고로 혼입된다.
본원의 대상발명을 기술함과 관련하여(특히, 하기의 청구범위와 관련하여), 단수형 용어 및 유사한 지시어의 사용은 본원에서 달리 지시되거나 문맥상 명백히 반박되지 않는 한, 단수형 및 복수형 둘 다를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. "포함하는", "갖는", "비롯한" 및 "함유하는"이란 용어는 달리 나타내지 않는 한 개방형 용어(즉 "비제한적으로 포함하는"을 의미함)로서 해석되어야 한다. 본원에서 값의 범위의 인용은 본원에 달리 나타내지 않는 한 단지 상기 범위 내에 있는 각각의 별도의 값을 개별적으로 지칭하는 속기 방법으로서 제공되고, 각각의 별도의 값은 상기 값이 본원에 개별적으로 인용되는 것처럼 명세서에 인용된다. 본원에 개시된 모든 방들은 본원에 달리 나타내거나 문맥상 달리 명백히 반박되지 않는 한, 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 본원에 제공된 모든 예, 또는 예시적인 언어(예를 들어, "와 같은")의 사용은 단지 본원의 주제를 보다 양호하게 설명하고자 하는 것이고, 달리 청구되지 않는 한, 상기 대상발명의 범위에 대한 제한을 주장하는 것은 아니다. 명세서의 임의의 언어는 임의의 비-청구된 요소를 본원에 기술된 대상발명의 실시에 필수적인 것으로서 나타내는 것으로 해석해서는 안된다.
청구된 대상발명을 수행하기 위해 본 발명자들에게 공지된 최선의 방식을 비롯한 본원의 대상발명의 바람직한 양태가 본원에 기술된다. 상기 바람직한 양태의 변화는 상기 명세서의 판독시 당해 분야의 통상적인 숙련가들에게 자명해질 수 있다. 본 발명자들은 당업자가 상기와 같은 변화를 적합하게 사용할 것으로 예상하고, 본 발명자들은 본원에 기술된 대상발명을 본원에 구체적으로 기술된 바와 다르게도 실시하고자 한다. 따라서, 본 개시내용은 적용가능한 법에 의해 허가되는, 본원에 첨부된 청구범위에 인용된 대상발명의 모든 변형 및 등가물을 포함한다. 또한, 전술된 요소의 모든 가능한 변화의 임의의 조합은 본원에 달리 나타내지 않는 한 또는 문맥상 달리 명백히 반박되지 않는 한 본 개시내용에 의해 포괄된다.

Claims (23)

  1. (a) 규소 원자에 공유 결합된 제1 할로겐을 포함하는 제1 할로실란 화합물을 제공하는 단계;
    (b) 유입구, 유출구 및 내부 용적를 갖는 반응 용기를 제공하는 단계로서, 상기 반응 용기가 상기 내부 용적에 배치된 할라이드 공급원을 함유하고, 상기 할라이드 공급원이 상기 제1 할로겐보다 큰 원자 번호를 갖는 제2 할로겐을 포함하는, 단계;
    (c) 상기 제1 할로실란 화합물을 상기 반응 용기의 상기 유입구에 공급하고, 상기 반응 용기의 상기 내부 용적을 통해 상기 할라이드 공급원과 접촉시키고 반응시켜 제2 할로실란 화합물을 형성하는 단계로서, 상기 제2 할로실란 화합물이 규소 원자와 공유 결합된 하나 이상의 제2 할로겐을 포함하는, 단계; 및
    (d) 상기 제2 할로실란 화합물을 포함하는 생성물 스트림을 상기 반응 용기의 상기 유출구로부터 수집하는 단계
    를 포함하는, 할로실란 화합물의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    (e) 미반응된 제1 할로실란 화합물을 생성물 스트림으로부터 회수하는 단계; 및
    (f) 회수된 미반응된 제1 할로실란 화합물을 반응 용기의 유입구에 공급하는 단계
    를 추가로 포함하는 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    반응 용기의 유입구에 공급될 때, 제1 할로실란 화합물이 유체인, 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    할라이드 공급원이 무수 브로마이드 염, 무수 요오다이드 염 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    할라이드 공급원이 알칼리 금속 할라이드, 알칼리토 금속 할라이드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    할라이드 공급원이 무수 요오다이드 염인, 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    할라이드 공급원이 리튬 요오다이드인, 제조 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    반응이 약 0 내지 약 40℃의 온도에서 수행되는, 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    반응이 약 20 내지 약 30℃의 온도에서 수행되는, 제조 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 할로실란 화합물이 클로로실란, 브로모실란 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 제조 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 할로실란 화합물이 하기 화학식 I, 화학식 X, 화학식 XX 또는 화학식 XL의 화합물인, 제조 방법:
    [화학식 I]
    SiaHbRcXd
    [화학식 X]
    N(SiHeRfXg)3
    [화학식 XX]
    (SiHsRtXv)2CH2
    [화학식 XL]
    (HmRnXpSiO)qSiHmRnXp
    상기 식에서,
    변수 a는 1 내지 3의 정수이고, 변수 b, c 및 d의 합은 2a+2이고, 변수 b는 0 내지 2a+1의 정수이고, 변수 c는 0 내지 2a+1의 정수이고, 변수 d는 1 내지 2a+2의 정수이고;
    각각의 규소 원자에 부착된 e, f 및 g의 합은 3이고, 각각의 변수 e는 0 내지 3으로부터 독립적으로 선택되는 정수이고, 각각의 변수 f는 0 내지 3으로부터 독립적으로 선택되는 정수이고, 각각의 변수 g는 0 내지 3으로부터 독립적으로 선택되는 정수이되, 화학식 X에서 하나 이상의 변수 g는 1 이상이고;
    각각의 규소 원자에 부착된 s, t 및 v의 합은 3이고, 각각의 변수 s는 0 내지 3으로부터 독립적으로 선택되는 정수이고, 각각의 변수 t는 0 내지 3으로부터 독립적으로 선택되는 정수이고, 각각의 변수 v는 0 내지 3으로부터 독립적으로 선택되는 정수이되, 화학식 XX의 하나 이상의 변수 v는 1 이상이고;
    각각의 규소 원자에 부착된 m, n 및 p의 합은 3이고, 각각의 m은 0 내지 3으로부터 독립적으로 선택되는 정수이되, 하나 이상의 변수 m은 1 이상이고, 각각의 변수 n은 0 내지 3으로부터 독립적으로 선택되는 정수이고, 각각의 변수 p는 0 내지 3으로부터 독립적으로 선택되는 정수이되, 하나 이상의 변수 p는 1 이상이고, 변수 q는 1 내지 50의 정수이고;
    각각의 R은 하이드로카빌 기 및 ZR1 3 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고;
    각각의 Z는 규소 및 게르마늄으로부터 독립적으로 선택되고;
    각각의 R1은 수소 및 하이드로카빌 기로부터 독립적으로 선택되고;
    각각의 X는 염소 및 브롬으로부터 독립적으로 선택된다.
  12. 제11항에 있어서,
    변수 b가 1 내지 2a+1의 정수인, 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    화학식 X의 하나 이상의 변수 e가 1 이상인, 제조 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    화학식 XX의 하나 이상의 변수 s가 1 이상인, 제조 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    각각의 R 기가 독립적으로 선택되는 알킬 기인, 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    각각의 R 기가 독립적으로 선택되는 C1-C4 알킬 기인, 제조 방법.
  17. 제11항에 있어서,
    제1 할로실란 화합물이 다이클로로실란인, 제조 방법.
  18. 제11항에 있어서,
    제1 할로실란 화합물이 펜타클로로다이실란인, 제조 방법.
  19. 제11항에 있어서,
    제1 할로실란 화합물이 1-클로로-N,N-다이실릴-실란아민인, 제조 방법.
  20. 제11항에 있어서,
    제1 할로실란 화합물이 알킬다이클로로실란인, 제조 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    제1 할로실란 화합물이 메틸다이클로로실란인, 제조 방법.
  22. 제11항에 있어서,
    제1 할로실란 화합물이 다이알킬다이클로로실란인, 제조 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    제1 할로실란 화합물이 다이메틸다이클로로실란인, 제조 방법.
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