KR940011185B1 - Method of preparing heterocylic compound containing silicone - Google Patents

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유복렬
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한국과학기술연구원
박원희
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    • C07F7/00Compounds containing elements of Groups 4 or 14 of the Periodic Table
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Abstract

The silicon-contg. heterocyclic compound of formula (I) is produced by reacting an organic chloride cpd. of formula (II) having two chloromethyl gps. with a silicon in the presence of 5-15 wt.% copper as a catalyst, 0.1-2.0 wt.% cadmium, lead, zinc, silver, manganese, magnesium or chromium as a promotor at 240-370 deg.C in the fluidized or stirred tank reactor. In the formulas, R is -CH2-CH2-, (a) or (b). The compound 9I) is used as a starting material in the manufacture of silicon polymers.

Description

규소를 포함한 헤테로고리 화합물들의 제조방법Method for preparing heterocyclic compounds including silicon

본 발명은 직접법에 의한 규소의 헤테로고리 화합물들(silaheterocyclic compounds)의 제조방법에 관한 것이다. 보다 자세히 설명하면 일반식(Ⅱ)에서와 같은 클로로메틸기를 두 개 가지고 있는 유기염화물을 구리촉매 하에서 금속규소와 직접반응시켜 일반식(Ⅰ)과 같은 규소가 포함된 헤테로고리 화합물들을 제조하는 새롭고도 진보된 제조방법에 관한 것으로 이들 헤테로고리 화합물들은 촉매를 사용하여 개환중합이 가능하므로 실리콘 폴리머 제조에 주요한 출발물질이다.The present invention relates to a method for preparing heterocyclic compounds of silicon by the direct method. In more detail, a novel method for preparing heterocyclic compounds containing silicon such as general formula (I) by directly reacting an organic chloride having two chloromethyl groups as in general formula (II) with metal silicon under a copper catalyst The heterocyclic compounds are an important starting material for the production of silicone polymers because they can be ring-opened polymerized using a catalyst.

C1―CH2―R―CH2―C1 C1-CH 2 -R-CH 2 -C1

일반식(Ⅰ) 일반식(Ⅱ)General formula (Ⅰ) General formula (II)

일반식(Ⅰ)과 (Ⅱ)에 있어서, R은 ―CH2―CH2―, 오르토,를 표시한다.In formulas (I) and (II), R is —CH 2 —CH 2 —, ortho , Is displayed.

금속 규소와 유기할로겐 화합물을 구리촉매 존재하에서 반응시키는 메틸클로로실란류를 제조하는 것이 미국특허 2,380,995호에서 소개된 이후 오늘날 실리콘 공업에서는 이 기술을 기초로 하고 있다.The production of methylchlorosilanes in which metal silicon and organohalogen compounds are reacted in the presence of a copper catalyst is introduced in US Pat. No. 2,380,995 and is based on this technology in today's silicon industry.

상기 반응에서는 디메틸디클로실란 뿐만 아니라 메틸트리클로로실란, 트리메틸클로로실란, 테트라클로로실란등의 생성물이 얻어진다. 이들 외에도 소량의 비점이 높은 물질들도 얻어지고 생성물의 조성이 반응조건에 따라 달라지는 복잡한 반응이다. 그러므로 주생성물인 디메틸디클로로실란을 효과적으로 얻기 위해서는 반응조건 예를들면 출발물질의 순도, 촉매의 종류와 사용량, 조촉매, 반응온도, 반응압력, 사용되는 반응조의 형태 등을 고려해야 할 것이다.In this reaction, not only dimethyl diclosilane, but also products such as methyl trichlorosilane, trimethylchlorosilane and tetrachlorosilane are obtained. Besides these, a small amount of high boiling point material is obtained, and the composition of the product is a complicated reaction depending on the reaction conditions. Therefore, in order to effectively obtain the main product dimethyldichlorosilane, the reaction conditions, for example, the purity of the starting material, the type and amount of the catalyst used, the promoter, the reaction temperature, the reaction pressure, the type of reactor used.

금속 규소와 유기염화물의 직접반응에 있어서 촉매를 사용하지 않으면 반응이 잘 진행되지 않는 것으로 알려져 있으며 구리가 가장 좋은 촉매로 알려져 있다. 어떤 경우에는 아연, 알루미늄, 카드뮴 등의 금속들을 조촉매로 사용하기도 한다. 조촉매는 반응시작시간을 단축시키며 생성물 주에서 디메틸디클로실란 생성의 선택성을 높힌다(E.G. Rochow, J.Am.Chem.Soc., 67, 963(1945)). 구리촉매의 사용량을 늘리면 반응은 빨라지나 생성물들의 염소함량이 높아지는 경향이 있다. 그러므로 규소와 염화메틸과의 반응에서는 규소의 무게에 대하여 10% 정도의 구리를 촉매로 사용한다.It is known that the reaction does not proceed well when the catalyst is not used in the direct reaction between the metal silicon and the organic chloride, and copper is known as the best catalyst. In some cases, metals such as zinc, aluminum and cadmium are used as promoters. The promoter shortens the reaction start time and increases the selectivity of the production of dimethyldiclosilane in the product line (E.G. Rochow, J. Am. Chem. Soc., 67, 963 (1945)). Increasing the amount of copper catalyst increases the reaction but tends to increase the chlorine content of the products. Therefore, in the reaction between silicon and methyl chloride, about 10% of copper is used as a catalyst for the weight of silicon.

촉매로 사용되는 구리는 금속 규소와 η상의 Cu3Si의 규소결합을 형성하고 이 Cu3Si가 유기염화물과 반응한는 것으로 보고되었다.(V.S. Fikhtengolts 및 A.L. Klebanskii, J.Gen.Chem. U.S.S.R., 27,2535(1957). 이 η상의 Cu3Si를 형성시키는 방법으로 불활성기체하에서 구리와 규소를 800℃-1,100℃로 가열하는 물리적인 방법The copper used as catalyst forms silicon bonds of metallic silicon with Cu 3 Si on η, and it has been reported that the Cu 3 Si reacts with organic chlorides (VS Fikhtengolts and AL Klebanskii, J. Gen. Chem. USSR, 27 2535 (1957), a physical method of heating copper and silicon to 800 ° C-1,100 ° C under inert gas by forming Cu 3 Si

(P. Trambouze, 및 B. Imelik, J. Chim. Phys., 51, 505(1954))과 염화 제 1 구리를 규소와 반응시키는 화학적인 방법 (R.J.H, Voorhoeve. 및 J.C. Vlugter, J.Catalysis, 4, 129(1965))이 소개되고 있다.(P. Trambouze, and B. Imelik, J. Chim. Phys., 51, 505 (1954)) and chemical methods of reacting cuprous chloride with silicon (RJH, Voorhoeve. And JC Vlugter, J. Catalysis, 4, 129 (1965).

n Si+CuC1SiC14+Cu3Si+Cu+(n―2)Sin Si + CuC1 SiC1 4 + Cu 3 Si + Cu + (n-2) Si

규소와 클로로메틸과의 반응은 300℃ 이상의 고온에서 일어나며 발열반응이므로 반응열을 효과적으로 제거하지 못하면 반응물질이 엉키고 부분적인 과열상태가 형성된다(A.L. Klebamskii 및 V.S. Fikhten-golts, J.Gen.Chem. U.S.S.R. 27, 2693(1957)). 반응온도가 적정온도 보다 높으면 원하는 디메틸디클로로실란의 생성량이 감소되고 부반응이 많이 일어나며 출발물질인 클로로메틸이나 생성물들이 분해되어 규소의 표면에 탄소가 증착된다. 이로 인하여 규소의 활성은 급격히 저하된다.(J.C. Vlugter, 및 R.J.H.Voorhoeve, Conf.Accad.Lincei, Alta Tech.Chim.1961 p81(1962)). 그러므로 직접법으로 메틸클로로실란을 합성할 때는 반응온도를 조절하는 것이 매우 중요하다.The reaction between silicon and chloromethyl occurs at high temperatures above 300 ° C and is exothermic, so if the heat of reaction cannot be effectively removed, the reactants become entangled and form a partial superheat (AL Klebamskii and VS Fikhten-golts, J.Gen. Chem. USSR). 27, 2693 (1957). If the reaction temperature is higher than the proper temperature, the amount of the desired dimethyldichlorosilane is reduced, many side reactions occur, and the starting material chloromethyl or products are decomposed to deposit carbon on the silicon surface. This leads to a sharp drop in the activity of silicon (J.C. Vlugter, and R.J.H.Voorhoeve, Conf.Accad.Lincei, Alta Tech. Chim. 1961 p81 (1962)). Therefore, it is very important to control the reaction temperature when synthesizing methylchlorosilane by direct method.

직접법에서 사용되는 반응조의 형태는 고정형, 교반형, 유동형 반응조가 있다. 교반형 반응조는 고정형 반응조보다는 온도조절이 쉬우며 고체입자들이 서로 부딪히면서 표면을 새롭게 해주는 효과가 있기 때문에 반응성이 좋다. 촉매로 사용되는 구리는 반응물질인 규소의 밀도보다 약 3배 높아서 두 금속을 효과적으로 혼합하기가 매우 어렵다. 이런 난점을 해결하기 위하여 나선형 교반기를 사용하여 밑에 있는 고체를 위로 퍼올리면서 유기염화물을 기체상태로 밑에서 붙어주면서 반응시키는 방법이 소개되고 있다(J.E.Sellers 및 J.L.Davis, 미국특허 2,448,921호). 그러나 이 공정은 부식성이 강한 유기염화물을 고온에서 반응시켜야 하므로, 이에 적합한 내부식성 교반기를 구하기 어렵고 대량생산과 연속공정에도 적합하지 않다. 이와같은 결점을 보완한 공정으로 클로로메틸을 반응조 밑에서 불어서 규소와 구리촉매를 유동화시키면서 반응시키는 유동층 반응조가 개발되었는데(B.A.Bluestrin, 미국특허 2,887,502호)이 공정은 반응열을 효과적으로 제거 할 수 있어서 메틸클로로실란류 제조에 널이 사용되고 있다.The type of reactor used in the direct method is a fixed type, stirred type, or fluidized type reaction tank. Agitated reactors are easier to control temperature than fixed reactors and are more responsive because solid particles collide with each other to renew the surface. Copper used as a catalyst is about three times higher than the density of the reactant silicon, making it very difficult to mix the two metals effectively. In order to solve this difficulty, a method of using a helical stirrer to spread the underlying solids up and reacting the organic chlorides in a gaseous state from the bottom has been introduced (J.E.Sellers and J.L.Davis, US Patent No. 2,448,921). However, this process requires the reaction of highly corrosive organic chlorides at high temperatures, making it difficult to obtain a corrosion-resistant stirrer and not suitable for mass production and continuous processes. In order to compensate for these drawbacks, a fluidized bed reactor was developed in which chloromethyl was blown under the reactor to react with fluidizing silicon and copper catalysts (BABluestrin, US Patent No. 2,887,502). The board is used for the manufacture of articles.

1958년에 소련 화확자인 니키신과 그의 공동연구자들에 의하여 250℃-380℃의 반응온도에서 1,4-디클로로부탄을 구리촉매하의 금속규소층을 통과시켜 30%의 수율로 1,1-디클로로-1-실리싸이클로펜탄을 합성하였다고 보고하였다.(G.I. Nikishin. D.A. Petrov, 및 S.I. Sadykh-Zade, Khim.i Prakt.Premeneie Kremneorg, Soedinenil. Trudy Konf., Leingrad.1958. No. 1. 68-74. CA., 54, 1959e(1959))In 1958, 1,4-dichlorobutane was passed through a metal silicon layer under a copper catalyst at a reaction temperature of 250 ° C-380 ° C by Soviet chemical Nikkisin and his collaborators, yielding 1,1-dichloro- in 30% yield. 1-Syclocyclopentane was reported to be synthesized (GI Nikishin. DA Petrov, and SI Sadykh-Zade, Khim.i Prakt.Premeneie Kremneorg, Soedinenil. Trudy Konf., Leingrad. 1958. No. 1. 68-74. CA., 54, 1959e (1959))

1972년에 역시 소련의 화학자 미로노브와 그의 공동연구자들은 기체상태의 비스(클로로메틸 디메틸실릴)디실록산을 360℃의 390℃사이에서 구리촉매하의 금속규소와 통과시켜 6각형의 4,4-디클로로-2,2,6,6,- 테트라메틸퍼하이드로-1-옥시-2,4,6-트리실리싸이클로헥산을 합성하였다고 보고하였다.(V.F.Mironov, T.K.Gar, A.A. Buyakov, Zh.Obshch.Khim., 42, 1361(1972), CA., 77, 114484f).In 1972, Soviet chemist Mironov and his co-workers also passed a gaseous bis (chloromethyl dimethylsilyl) disiloxane through metal silicon under copper catalyst at between 390 ° C and 360 ° C, and hexagonal 4,4-dichloro It was reported that -2,2,6,6, -tetramethylperhydro-1-oxy-2,4,6-trisiloxycyclohexane was synthesized (VFMironov, TKGar, AA Buyakov, Zh. Obshch.Khim). , 42, 1361 (1972), CA., 77, 114484f).

한편으로 본 발명자들은 분자의 양쪽 끝에 클로로기를 갖는 유기콜로로화합물과 염화수소 혹은 반응중에 분해하여 염화수소를 발생하는 알킬클로라이드의 혼합기체를 구리를 촉매로하고 카드뮴이나 상납, 아연, 은, 망간등의 금속을 조촉매로 하여 금속규소와 직접반응시켜 비스실릴알칼(bis(silyl)alkanes)들을 제조할수 있는 것을 알았다. 이 제조공정에서 구리촉매와 더불어 조촉매를 사용하면 구리촉매만 사용할 경우 보다 월등히 수율이 좋다는 것을 알았다. 이와같은 금속규소와 유기염물과의 직접반응에서는 촉매와 조촉매의 선택이 매우 중요하며 조촉매로는 카드뮴이나 칼슘, 마그네슘, 크롬, 상납, 아연, 은, 망간등의 금속을 사용할 수 있으나 카드뮴이 가장 좋은 것을 알았다. 또한 반응온도를 잘 조절해야 원하는 생성물이 좋은 수율로 얻어진다는 것을 알았다. 반응온도가 너무 높으면 유기클로로화합물이 분해하여 금속의 표면에 탄소를 퇴적시키므로 반응성을 떨어뜨린다. 그러므로 반응온도를 잘 조절할 수 있는 반응조를 선택하여야 한다. 이 목적에는 유동층 반응조가 적합하며 나선형의 교반기를 가진 반응조도 교반이 없는 조정형의 반응조보다 더 우수한 결과를 얻을 수 있었다.On the other hand, the present inventors use copper as a catalyst for a mixed gas of an organic colo compound having a chloro group at both ends of the molecule and hydrogen chloride or alkyl chloride which decomposes during the reaction to generate hydrogen chloride, and a metal such as cadmium, lead, zinc, silver, and manganese. It was found that bissilyl alkanes (bis (silyl) alkanes) can be prepared by directly reacting with metal silicon as a promoter. It was found that the use of cocatalysts together with the copper catalysts in this manufacturing process yielded significantly better yields than the copper catalysts alone. In the direct reaction between metal silicon and organic salts, the selection of catalyst and promoter is very important. As a promoter, metal such as cadmium, calcium, magnesium, chromium, lead, zinc, silver and manganese can be used. I found the best. It was also found that good control of the reaction temperature yields the desired product in good yield. If the reaction temperature is too high, the organic chloro compound decomposes and deposits carbon on the surface of the metal, thereby decreasing the reactivity. Therefore, choose a reactor that can control the reaction temperature well. A fluidized bed reactor was suitable for this purpose and a reaction vessel with a spiral stirrer was able to obtain better results than a controlled reactor without agitation.

본 발명에서는 일반식(Ⅱ)에서와 같은 클로로메틸기를 두 개 가지고 있는 유기염화물을 금속규소와 직접반응시켜 일반식(Ⅰ)와 같은 규소가 포함된 헤테로고리화합물들은 제조하는데 있어서 기존의 알려진 방법에서와 같이 구리를 촉매로 하되 카드뮴이나 칼슘, 마그네슘, 크롬, 상납, 아연, 은, 망간 등의 금속을 조촉매로 하여 반응시키면 원하는 규소가 포함된 헤테로고리화합물들의 수율이 월등히 좋아지는 것을 알았다. 이들 헤테로고리화합물들은 촉매를 사용하여 개환중합이 가능하므로 실리콘 폴리머 제조에 주요한 출발물질이다.In the present invention, the organic chloride having two chloromethyl groups as in general formula (II) is directly reacted with metal silicon to produce heterocyclic compounds containing silicon as general formula (I). As a catalyst, copper, but cadmium, calcium, magnesium, chromium, lead, zinc, silver, manganese, and other metals as a catalyst to react with it was found that the yield of the heterocyclic compounds containing silicon significantly improved. These heterocyclic compounds are the main starting materials for the production of silicone polymers because they can be ring-opened polymerized using a catalyst.

C1-CH2-R-CH2-C1 C1-CH 2 -R-CH 2 -C1

일반식(Ⅰ) 일반식(Ⅱ)General formula (Ⅰ) General formula (II)

일반식(Ⅰ)과(Ⅱ)에 있어서, R은 -CH2-CH2-, 오르토,를 포함한다.In formulas (I) and (II), R is -CH 2 -CH 2- , ortho , It includes.

본 발명을 보다 자세히 설명하면 유동층 반응조나 교반형 반응조에서 금속규소를 5%-15% 정도의 구리촉매하에서 0.1%-2.0% 정도의 카드뮴이나 상납, 아연, 은, 망간 등의 금속을 조촉매로 하여 일반식(Ⅱ)에서와 같은 분자의 양쪽 끝에 클로로기를 갖는 유기염화물과 250℃-370℃의 반응온도에서 직접반응시켜 일반식(1)에서와 같은 규소가 포함된 헤테로고리화합물들은 좋은 수율로 합성할 수 있다.When explaining the present invention in more detail in the fluidized bed reaction tank or stirred reactor, metal silicon such as cadmium, or lead, zinc, silver, manganese, or the like, as a promoter, in a metal catalyst of 5% -15% under a copper catalyst of 5% -15%. The heterocyclic compounds containing silicon as in formula (1) were reacted directly with organic chloride having chloro group at both ends of the molecule as in formula (II) at the reaction temperature of 250 ℃ -370 ℃. Can be synthesized.

촉매는 구리나 반응조건에서 구리를 낼 수 있는 구리화합물의 사용도 가능하다. 구리의 사용량은 1%에서 20%까지 사용하나 바람직하게는 5%-10%가 적합하다. 구리촉매 이외에 조촉매를 사용하면 반응이 빨라지거나 특정 생성물에 대한 선택성을 높힐 수 있다. 이 반응에 적합한 조촉매의 예를 들면 다음과 같으나 이들에 국한되지는 않는다. 칼슘, 아연, 상납, 카드뮴, 망간, 마그네슘, 은, 크롬 등의 금속이나 그 금속화합물을 최소한 하나를 선택하여 반응고체 전체의 0.01-5%를 사용할 수 있다. 이들 조촉매 중에서 카드뮴이 규소의 반응성과 선택성을 향상시키는데 가장 좋았다.The catalyst may be copper or a copper compound capable of producing copper under reaction conditions. The amount of copper used is from 1% to 20%, but preferably 5% -10%. In addition to the copper catalyst, the use of a promoter can speed up the reaction or increase the selectivity for a particular product. Examples of suitable promoters for this reaction include, but are not limited to: At least one of metals such as calcium, zinc, lead, cadmium, manganese, magnesium, silver, and chromium or a metal compound thereof may be selected to use 0.01-5% of the total reaction solid. Of these promoters, cadmium was the best for improving the reactivity and selectivity of silicon.

반응조는 아무 형태의 것을 사용하여도 놓으나 유동층 반응조 또는 나선형 교반기가 부착된 교반형 반응조가 반응에 효과적이다. 본 발명에서 사용된 반응조는 교반형이나 유동층 반응조가 좋으며 회분식으로나 연속적으로 반응시키는 것이 가능하다. 금속규소는 공업용 규소를 사용하였는데 그 순도가 95% 이상인 것은 사용이 가능하나 바람직하게는 98% 이상인 것이 좋다. 반응에 적합 규소분말의 크기는 1에서 200미크론까지의 분말이 적합하나 반응조의 크기와 모양에 따라 적합한 규소분말 크기와 분포의 선택은 달라질 수 있다. 유동층 반응조를 사용할때는 20에서 200미크론까지의 분말이 적합하다. 반응온도는 220℃에서 350℃ 까지 가능하나 바람직하게는 250℃에서 320℃가 적합하다. 그 이유는 220℃ 이하에서는 반응이 순조롭게 진행되는 못한 반면, 350℃ 이상에서는 목적화합물의 수율을 감소시키고 또 다량의 부생성물이 생성되기 때문이다. 반응압력은 상압에서부터 5기압까지 사용할 수 있으며 압력을 높히면 반응속도가 빨라진다. 반응출발물질인 일반식(Ⅱ)의 유기클로로 화합물은 비점이 비교적 높고 질소를 함께 사용하여 유동화가 잘 되도록한다. 이 질소는 비점이 높은 생성물들을 반응조 밖으로 꺼내는데 도움이 된다. 유동화를 돕기 위하여 규소의 사용량에 대하여 5-50%의 구형의 미세분말 산성 백토를 사용하면 유동화가 더 잘되었으며 규소의 반응성과 선택성도 더 좋은 결과를 얻는다. 유동층 반응조를 사용하지 않고 나선형의 교반기로 규소와 구리로 밑에서 퍼올리면서 잘 섞어주고 반응물질인 클로로메틸기를 가진 실란을 반응조 밑에서 기체상태로 위로 불어주면서 반응시키므로서 유동층 반응조를 사용한 것과 유사한 효과를 얻을 수 있다. 이 경우에도 기화된 실란에 질소를 혼합하여 사용하는 것이 좋다. 이 반응에는 유동층 반응조를 사용할 때 사용되지 못하는 미세분말의 사용이 가능하므로 경제적이다.Any type of reactor may be used, but a fluidized bed reactor or a stirred reactor equipped with a spiral stirrer is effective for the reaction. The reaction tank used in the present invention is preferably a stirred or fluidized bed reaction tank and can be reacted batchwise or continuously. Industrial silicon is used as the industrial silicon, the purity of 95% or more can be used, but preferably 98% or more. Suitable for the reaction The size of the silicon powder is suitable for the powder from 1 to 200 microns, but the selection of the suitable silicon powder size and distribution may vary depending on the size and shape of the reactor. Powders from 20 to 200 microns are suitable when using a fluidized bed reactor. The reaction temperature may be from 220 ° C to 350 ° C, but preferably 250 ° C to 320 ° C. The reason is that the reaction did not proceed smoothly below 220 ° C, while above 350 ° C, the yield of the target compound was reduced and a large amount of byproducts were produced. The reaction pressure can be used from normal pressure to 5 atmospheres. The higher the pressure, the faster the reaction speed. The organic chloro-compound of general formula (II), which is a reaction starting material, has a relatively high boiling point and is well-flowed using nitrogen together. This nitrogen helps to bring high boiling products out of the reactor. The use of 5-50% spherical fine powder acidic clay on the amount of silicon used to aid fluidization results in better fluidization and better reactivity and selectivity of silicon. Spiral stirrer is mixed with silicon and copper under the stirrer without using the fluidized bed reactor, and the silane with the reactant chloromethyl group is reacted by blowing it up in the gaseous state under the reactor to obtain a similar effect to that of the fluidized bed reactor. Can be. Also in this case, it is preferable to use nitrogen mixed with the vaporized silane. This reaction is economical because it is possible to use fine powder that can not be used when using a fluidized bed reactor.

다음의 실시예는 본 발명을 더욱 상세히 해줄 것이나 본 발명을 이에 국한하지는 않는다.The following examples will further illustrate the present invention but are not limited thereto.

[실시예 1]Example 1

Si/Cu 접촉혼합물의 제조(Ⅰ)Preparation of Si / Cu Contact Mixtures (Ⅰ)

금속규소 360g(100-325mesh)과 염화제일구리(CuCl) 62.3g을 반응조에 넣고 반응조의 온도를 350℃ 로 높힌 후 건조된 질소를 흘려 주면서 약 2시간 동안 건조시켰다, 건조후 반응조의 온도를 370℃까지 올리면 그 반응생성물로 사염화실란이 발생하고 그 결과 활성이 큰 Si/Cu 접촉혼합물이 생성된다. 이 온도에서 약 3시간 동안 유지시켜 접촉혼합물을 생성시킨 후에 반응생성물인 사염화실란을 받아냈다. 주촉매인 구리이외의 조촉매로 카드뮴, 주석, 아연등을 사용할때는 접촉 혼합물의 생성이 완료된 후에 반응조 윗부분을 열고 필요한 양만큼의 조촉매를 투입하고 교반시켜 잘 섞어준 후에 반응시켰다.360 g of metal silicon (100-325 mesh) and 62.3 g of cuprous chloride (CuCl) were added to the reactor, and the temperature of the reactor was increased to 350 ° C. and dried for about 2 hours while flowing dried nitrogen. The temperature of the reactor after drying was 370. When raised to ℃, tetrachlorosilane is generated as the reaction product, resulting in a highly active Si / Cu contact mixture. The mixture was held at this temperature for about 3 hours to generate a contact mixture and then the reaction product, tetrachloride silane, was received. When cadmium, tin, and zinc were used as cocatalysts other than the main catalyst, after the formation of the contact mixture was completed, the upper part of the reaction tank was opened, and the required amount of cocatalyst was added, stirred, and mixed well.

[실시예 2]Example 2

Si/Cu 접촉혼합물의 제조(Ⅱ)Preparation of Si / Cu Contact Mixtures (II)

금속규소 360g(100-325mesh)과 구리촉매 40g을 반응조에 넣고 실시예 1에서와 같은 조건에서 건조시켰다. 건조후 반응조의 온도를 350℃로 올리고 염화메틸(CH3Cl)을 반응조 아랫부분의 예열관을 통하여 불어 넣어주면 초기에는 약간의 물이 생성되다가 약 40-70분 후에는 그들의 반응생성물로서 디메틸디클로실란과 메틸트리클로로실란이 생성되기 시작하여 받게 플라스크에 모아지게 된다. 이들이 생성되기 시작하는 것은 바로 Si/Cu 접촉혼합물이 생성되고 있다는 증거이며 약 2시간 동안 염화메틸과 반응시킨 후 염화메틸의 공급을 중단하고 받게 플라스크의 반응생성물을 받아냈다. 반응에 조촉매가 필요한 경우에는 실시예 1에서와 같은 방법으로 투입하고 반응시켰다.360g of metal silicon (100-325mesh) and 40g of copper catalyst were put in a reactor and dried under the same conditions as in Example 1. After drying, the temperature of the reactor was increased to 350 ° C, and methyl chloride (CH 3 Cl) was blown through the preheating tube at the bottom of the reactor. Some water was initially formed, and after about 40-70 minutes, dimethyldi was used as their reaction product. Closilane and methyltrichlorosilane begin to form and are collected in the receiving flask. They started producing Si / Cu contact mixtures, and after reacting with methyl chloride for about 2 hours, the supply of methyl chloride was stopped and the flask received the reaction product. When a promoter was required for the reaction, it was added and reacted in the same manner as in Example 1.

촉매들의 배합비를 달리하는 Si/Cu 접촉혼합물을 준비하여 사용하였는데 그 조성을 보면 다음 표 1에서와 같다.Si / Cu contact mixtures having different mixing ratios of the catalysts were prepared and used, and their composition is shown in Table 1 below.

[표 1]TABLE 1

본 발명에 사용된 Si/Cu 접촉반응물의 조성Composition of Si / Cu Contact Reactions Used in the Invention

[실시예 3]Example 3

1,4-디클로로부탄과 금속규소와의 반응Reaction of 1,4-dichlorobutane with metal silicon

다음의 실시예는 실험번호 2의 전형적인 예이다. 실시예 2에서 접촉혼합물 Ⅰ-3을 준비하고 반응조의 온도를 280℃로 맞춘 후에 주사기 펌프에 1,4-디클로로부탄을 채우고 1,4-디클로로부탄을 46.4g/hr의 속도로 반응조 아랫부분의 예열관에 떨어뜨리므로써 반응조에 유입시켜 금속규소와 반응하도록 하였다. 이때 반응생성물이 반응조 밖으로 쉽게 나올수 있게 하기 위하여 240ml/min의 속도로 건조된 질소를 함께 사용하였다. 이와같은 반응조건에서 3시간 동안 반응시키는데 사용된 1,4-디클로로부탄은 139.2g이었으며 반응생성물의 양은 127.6g이었다. 반응생성물의 조성을 기체크로마토그라프(5% SE-54, 0.9m×1/8" O.D., SS. TCD)로 분석한 후 분별증류하여 각 성분의 구조를 핵자기공명 분광분석기를 이용하여 분석하였다. 반응생성물의 분석결과 1,1-디클로로-1-실리사이클로펜탄(일반식 Ⅰ)(NMR, δ(CDC13; 1.78(m,4H,-CH2-), 1.16(m, 4H, -CH2-), b.p.140.5-143℃)이 86.1g(67.5%) 얻어졌으며, 그외의 부산물로 1,1,6,6-테트라클로로-1,6-디실리헥산(화합물 1)(NMR, δ(CDCl3); 5.54(t,2H,Si-H), 1.66(m,4H,-CH2), 1.25(m,2H,-CH2-)이 7.9g(3.6%), 1, 1, 1, 6, 6-펜타클로로-1,6-디실리헥산(화합물 2)(NMR, δ(CDCl3) ; 5.54 (t, 1H, Si-H), 1.69(m, 4H, -CH2-), 1.45(m, 2H, -CH2), 1.26(m, 2H, -CH2))이 10.2g (8.0%) 그리고 1,1,1,6,6-헥사클로로-1,6-디실리헥산(화합물 3)(NMR, δ(CDC13);1.70(m,4H,-CH2-), 1.46(m,2H,-CH2-))이 5.5g(4.3%) 생성된 것으로 나타났다. 이 화합물들 외에 나머지는 트리클로로실란과 테트라클로로실란이었다.The following example is a typical example of Experiment No. 2. After preparing the contact mixture I-3 in Example 2 and adjusting the temperature of the reactor to 280 ° C, the syringe pump was filled with 1,4-dichlorobutane and 1,4-dichlorobutane was charged at a rate of 46.4 g / hr. Dropping in the preheating tube was introduced into the reactor to react with the metal silicon. At this time, the reaction product was used with nitrogen dried at a rate of 240ml / min to easily come out of the reaction tank. Under these reaction conditions, 1,4-dichlorobutane was 139.2 g and the reaction product was 127.6 g. The composition of the reaction product was analyzed by gas chromatograph (5% SE-54, 0.9m × 1/8 ”OD, SS. TCD) and fractional distillation to analyze the structure of each component using nuclear magnetic resonance spectroscopy. Analysis of the reaction product 1,1-dichloro-1-silylcyclopentane (Formula I) (NMR, δ (CDC1 3 ; 1.78 (m, 4H, -CH 2- ), 1.16 (m, 4H, -CH 2) 86.1g (67.5%) were obtained, and as other by-products, 1,1,6,6-tetrachloro-1,6-disilihexane (Compound 1) (NMR, δ) was obtained. (CDCl 3 ); 5.54 (t, 2H, Si-H), 1.66 (m, 4H, -CH 2 ), 1.25 (m, 2H, -CH 2- ) are 7.9 g (3.6%), 1, 1, 1, 6, 6-pentachloro-1,6-disilihexane (Compound 2) (NMR, δ (CDCl 3 ); 5.54 (t, 1H, Si-H), 1.69 (m, 4H, -CH 2- ), 1.45 (m, 2H, -CH 2 ), 1.26 (m, 2H, -CH 2 )) are 10.2 g (8.0%) and 1,1,1,6,6-hexachloro-1,6-di 5.5 g (4.3%) of silylhexane (Compound 3) (NMR, δ (CDC1 3 ); 1.70 (m, 4H, -CH 2- ), 1.46 (m, 2H, -CH 2- ) In addition to these compounds, the remainder is trichlorosilane And tetrachlorosilane.

다음의 표 2는 1,4-디클로로부탄과 금속규소와의 반응에서 반응온도를 제외한 모든 반응조건을 같게 하여 반응시켜 얻은 결과로서 반응온도에 따른 생성물 조성의 변화를 나타낸 것이다.Table 2 below shows the change in product composition according to the reaction temperature as a result obtained by the reaction of 1,4-dichlorobutane and metal silicon in the same reaction conditions except for the reaction temperature.

일반식(Ⅰ) 화합물 1 화합물 2 화합물3General Formula (I) Compound 1 Compound 2 Compound 3

[표 2]TABLE 2

1,4-디클로로부탄과 금속규소와의 반응에서 반응온도에 따른 생성물 조성의 변화Changes in Product Composition with Reaction Temperature in the Reaction of 1,4-Dichlorobutane with Metal Silicon

[실시예 4]Example 4

1,4-디클로로부탄과 금속규소와의 반응Reaction of 1,4-dichlorobutane with metal silicon

실시예 1에 수록된 표2의 접촉혼합물들을 준비하여 실시예3의 실행번호 2와 접촉혼합물의 종류만 다르고 다른 모든 반응조건은 같은 상태에서 반응시켜 얻은 반응생성물의 조성을 표 3에 수록하였다.The contact mixtures of Table 2 prepared in Example 1 were prepared, and the composition of the reaction product obtained by reacting in the same state except that run number 2 of Example 3 and the type of the contact mixture were different from each other was listed in Table 3.

[표 3]TABLE 3

1,4-디클로로부탄과 금속규소와의 반응에서 촉매조성에 따른 반응생성물 조성의변화Changes in Reaction Product Composition According to Catalyst Composition in the Reaction of 1,4-Dichlorobutane with Metal Silicon

[실시예 5]Example 5

α,α'-디클로로-O-크실렌과 금속규소와의 반응Reaction of α, α'-dichloro-O-xylene with metal silicon

실시예 2에서의 접촉혼합물 1-3을 준비하여 반응조의 온도를 280℃로 맞춘 후에 용매로서 톨루엔 262.3g과 반응물인 α,α'-디클로로-O-크실렌 159.5g의 혼합물 421.8g을 제조하여 주사기 램프에 넣고 이 용액을 40ml/min의 속도로 반응조 아랫부분의 예열관에 떨어뜨려 반응조에 유입되도록 하였다. 이때 생성된 반응생성물을 쉽게 반응조 밖으로 꺼내기 위하여 240ml/min의 속도로 질소를 함께 흘려 주었다. 2시간 동안의 반응에 사용된 반응용액은 77.5g이었으며 여기서 생성된 반응생성물의 양은 71.2g이었다. 이들 반응 생성물은 실시예 3에서와 같은 방법으로 분석하였다. 분석결과 57.4g(80.6%)은 용매인 톨루엔이었으며 나머지 13.8g중에는 3,4-벤조-1,1-디클로로-1-실리사이클로펜탄(Ⅰ)(NMR, δ(CDC13); 7.30-7.18(m,4H,벤조), 2.64 (s, 4H,-CH2-))이 10.8g(77.8%) 포함되어 있었고 나머지 22.2%중에는 3,4-벤조-1-클로로-1-실리사이클로펜탄(화합물 4), 2-트리클로로실릴메틸톨루엔(화합물 5) 등이 각각 7.3%와 2.4% 얻어졌다. 다음의 표 4는 금속규소와 α,α'-디클로로-O-크실렌과의 반응에서 반응온도의 변화에 따른 반응생성물 조성의 변화를 나타낸 것이다.After preparing the contact mixture 1-3 in Example 2 to adjust the temperature of the reaction tank to 280 ° C, 421.8 g of a mixture of 262.3 g of toluene and 159.5 g of α, α'-dichloro-O-xylene as a solvent was prepared and a syringe. The solution was placed in a lamp and dropped into the preheating tube at the bottom of the reactor at a rate of 40 ml / min to enter the reactor. At this time, nitrogen was flowed together at a rate of 240ml / min to easily take out the reaction product produced. The reaction solution used for the reaction for 2 hours was 77.5 g and the amount of reaction product produced was 71.2 g. These reaction products were analyzed in the same manner as in Example 3. As a result, 57.4 g (80.6%) was toluene as a solvent, and among the remaining 13.8 g, 3,4-benzo-1,1-dichloro-1-silylcyclopentane (I) (NMR, δ (CDC1 3 ); 7.30-7.18 ( m, 4H, benzo), 2.64 (s, 4H, -CH 2- )) contained 10.8 g (77.8%) and 3,4-benzo-1-chloro-1-silylcyclopentane (compound) 4) and 2-trichlorosilylmethyltoluene (Compound 5) and the like were obtained in 7.3% and 2.4%, respectively. Table 4 below shows the change of reaction product composition with the change of reaction temperature in the reaction of metal silicon with α, α'-dichloro-O-xylene.

일반식(Ⅰ) 화합물 4 화합물 5Formula (I) Compound 4 Compound 5

[표 4]TABLE 4

α,α'-디클로로-O-크실렌과 금속규소와의 반응에서 반응온도에 따른 반응생성물 조성의 변화Changes in Reaction Product Composition with Reaction Temperature in the Reaction of α, α'-Dichloro-O-Xylene with Metal Silicon

[실시예 6]Example 6

2,4-(비스클로로메틸)2-4-디메틸-2,4-디실록산과 금속규소와의 반응Reaction of 2,4- (bischloromethyl) 2-4-dimethyl-2,4-disiloxane with metal silicon

실시예 2에서의 접촉혼합물 Ⅰ-3을 준비하여 실시예 3과 같은 반응조건에서 반응온도를 320℃로 하여 4시간 동안에 2,4-(비스클로로메틸)-2,4-디메틸-2,4-디실록산 154.4g을 반응시켜 그 반응생성물을 166.9g을 얻었다. 이들 반응생성물을 분별증류하여 확인한 결과 4,4-디클로로-2,2,6,6-테트라메틸-1-옥소-2,4,6-트리실리사이클로헥산(Ⅰ)(NMR,α(CDCl3) ; 0.67(s,4H,-CH3), 0.24(s,12H,-CH3)) 95.3g(57.1%)이 얻어졌고 나머지 화합물들은 미확인 물질들이었다.Contact mixture I-3 prepared in Example 2 was prepared and the reaction temperature was 320 ° C. under the same reaction conditions as in Example 3. 2,4- (bischloromethyl) -2,4-dimethyl-2,4 for 4 hours. 154.4 g of disiloxane was reacted to obtain 166.9 g of the reaction product. The reaction product was fractionated and identified as a result of 4,4-dichloro-2,2,6,6-tetramethyl-1-oxo-2,4,6-trisilylcyclohexane (I) (NMR, α (CDCl 3 0.67 (s, 4H, -CH 3 ), 0.24 (s, 12H, -CH 3 )) 95.3 g (57.1%) were obtained and the remaining compounds were unidentified.

일반식(Ⅰ)General formula (Ⅰ)

(식중, Me는 메틸기를 나타낸다.)(Wherein Me represents a methyl group)

Claims (9)

금속규소와 일반식(Ⅱ)에서와 같은 분자의 양쪽 끝에 클로로메틸기를 두 개 갖는 유기화합물들을 구리를 촉매로 하고 반응온도 240-370℃에서 직접 반응시켜 일반식(Ⅰ)에서와 같은 규소가 포함된 헤테로고리 화합물들을 제조하는 방법.Metallic silicon and organic compounds having two chloromethyl groups at both ends of the same molecule as in general formula (II) are used as the catalyst and copper is reacted directly at the reaction temperature of 240-370 ° C to include silicon as in general formula (I). To prepare the heterocyclic compounds. C1-CH2-R-CH2-C1 C1-CH 2 -R-CH 2 -C1 일반식(Ⅰ) 일반식(Ⅱ)General formula (Ⅰ) General formula (II) 일반식(Ⅰ)과(Ⅱ)에 있어서, R은-CH2-CH2-, 오르토,를 나타낸다.In formulas (I) and (II), R is -CH 2 -CH 2- , ortho , Indicates. 제 1 항에 있어서, 유동층 반응조를 사용하는 방법.The method of claim 1 wherein a fluidized bed reactor is used. 제 1 항에 있어서, 나선형 교반기가 달린 반응조를 사용하는 방법.The method of claim 1 wherein a reactor with a spiral stirrer is used. 제 1 항에 있어서, 불활성기체인 질소나 아르곤을 반응물질과 함께 불어주어 유동화가 잘되고 반응생성물을 반응조로부터 쉽게 꺼내는 방법.The method of claim 1, wherein the inert gas nitrogen or argon is blown together with the reactants to facilitate fluidization and to easily remove the reaction product from the reactor. 제 1 항에 있어서, 반응물질과 불활성 기체를 아래에서 불어 넣고 생성물을 위로 뽑아내는 방법.The method of claim 1 wherein the reactants and the inert gas are blown from below and the product drawn off. 제 1 항에 있어서, 반응물질과 불활성 기체를 1기압에서 5기압까지의 입력하에서 반응시키는 방법.The method of claim 1 wherein the reactant and the inert gas are reacted under an input of from 1 atmosphere to 5 atmospheres. 제 1 항에 있어서, 유동성을 좋게 하기 위하여 규소 무게의 1-50%의 구형의 미세분말 산성백토를 넣고 반응시키는 방법.The method according to claim 1, wherein in order to improve flowability, 1-50% of spherical fine powder acidic clay is added and reacted. 제 1 항에 있어서, 금속구리나 반응조건에서 구리를 내는 구리화합물을 반응물질에 대하여 무게비로 1-20%를 촉매로 사용하여 반응시키는 방법.The method according to claim 1, wherein the copper compound which produces copper under metal copper or reaction conditions is reacted using 1-20% by weight of catalyst as a catalyst. 제 8 항에 있어서, 구리촉매에 대하여 조촉매로 칼슘, 아연, 상납, 카드뮴, 망간, 마그네슘, 은, 크롬등의 금속이나 그 금속화합물을 최소한 하나를 선택하여 반응고체 전체의 0.01-5%를 사용하는 방법.9. The method of claim 8, wherein at least one of metals such as calcium, zinc, lead, cadmium, manganese, magnesium, silver, and chromium, or a metal compound thereof is selected as a cocatalyst to the copper catalyst, to obtain 0.01-5% of the total reaction solid. How to use.
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