PL145671B1 - Method of obtaining n-2-aminoethyl-3-aminopropylotrimetoxysilane - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania N-2-aminoetylo-3-aminopropylotrime- toksysilanu na drodze trójetapowego procesu, a mianowicie addycji trichlorosilanu do chlorku allilu, alkoholizy powstalego 3-chloropropylotrichlorosilanu do 3-chloropropylotrimetoksysilanu oraz nastepnie jego kondensacji z etylodiamina. Otrzymany produkt znajduje sie szerokie zastoso¬ wanie jako promotor adhezji powszechnie uzywany miedzy innymi do preparacji wlókien szkla¬ nych i modyfikacji mas formierskich. 3-chloropropylotrichlorosilan, wyjsciowy substrat do otrzymania N-2-aminoetylo-3-amino- propylotrimetoksysilanu otrzymuje sie najczesciej na drodze katalitycznej addycji trichlorosilanu do chlorku allilu („Hydrosililowanie", red. B. Marciniec, PWN, Warszawa, Poznan, 1981). Zna¬ nych jest szereg sposobów jego otrzymywania, opartych glównie na zastosowaniu w ukladzie katalizatora platynowego, najczesciej powstalego w wyniku obróbki kwasu heksachloroplatyno- wego. Reakcje prowadzi sie w temperaturze wrzenia substratów, od 1 do 24 godzin, uzyskujac maksymalnie 70-80% produktu przy jednoczesnym wystepowaniu okolo 10% produktów ubo¬ cznych, takich jak propen, propan, propylotrichlorosilan i bis-l,3-/trichlorosililo/propan. W celu ich wyeliminowania poszukuje sie nowych rozpuszczalników kwasu heksachloroplatynowego.Obecnie znana jest addycja trichlorosilanu do chlorku allilu prowadzona w obecnosci kwasu heksachloroplatynowego roztworzonego w cykloheksanonie, w której otrzymuje sie 3-chloropro¬ pylotrichlorosilan z wydajnoscia 78%, przy zawartosci 6% produktów ubocznych (opis patentowy francuski nr 1385 096, opis patentowy RFN nr2131741). Reakcje addycji w tym rozwiazaniu prowadzi sie takze w temperaturze wrzenia substratów, cojestjedna z glównych przyczyn powsta¬ wania duzej ilosci produktów ubocznych. Z kolei obnizenie temperatury procesu prowadzi do znacznego zmniejszenia jego wydajnosci. 3-chloropropylotrimetoksysilan otrzymuje sie na drodze rutynowej alkoholizy 3-chloro¬ propylotrichlorosilanu bezwodnym metanolem (W. Noll „Chemie und Technologie der Silico- new", Verlag Chemie GmbH, Weinheim 1968). Kondensacja 3-chloropropylotrimetoksysilanu z etylenodiamina prowadzi do otrzymania N-2-aminoetylo-3-aminopropylotrimetoksysilanu z wydajnoscia do 87% /J. L. Speier, C. A. Rayan, J. W. Rayan, J. Org. Chem., 36, 3120 (1971)/.2 145 671 Obecnie okazalo sie, ze w pierwszym etapie otrzymywania N-2-aminoetylo-3-aminopropylo- trimetoksysilanu, czyli addycji trichlorosilanu do chlorku allilu mozna wedlug wynalazku zasto¬ sowac uklad katalityczny o ogólnym wzorze 1, w którym R oznacza grupe metylowa, etylowa lub propylowa. Uklad katalityczny zastosowany w wynalazku stanowi kompleks platyny uzyskany w wyniku roztworzenia kwasu heksachloroplatynowego w cykloheksanone i nastepnie zmodyfiko¬ wany winylotrialkoksysilanem o ogólnym wzorze 2, w którym R ma wyzej podane znaczenie.Reakcje prowadzi sie w srodowisku samych reagentów oraz w temperaturze pokojowej.Takotrzymany 3-chloropropylotrichlorosilan poddaje sie nastepnie w znany sposób alkoholi¬ zie metanolem, uzyskujac 3-chloropropylotrimetoksysilan z wydajnoscia do 95%. Nastepna kon¬ densacja tego zwiazku z etylenodiaminowa prowadzi do otrzymania N-2-aminoetylo-3-amino- propylotrimetoksysilanu z wydajnoscia okolo 85%. Kazdy z tych procesów prowadzi sie w temperaturze wrzenia, w atmosferze powietrza, pod normalnym cisnieniem.W wynalazku zastosowano nowy typ ukladu katalitycznego, w którym otoczenie sfery koor¬ dynacyjnej kompleksi platyny uzyskanego w wyniku roztworzenia kwasu heksachloroplatyno¬ wego w cykloheksanonie jest zmodyfikowane winylotrialkeksysilanem o ogólnym wzorze 2, w którym R ma wyzej podane znaczenie. Pozwala to na otrzymanie 3-chloropropylosilanu z bardzo mala iloscia domieszek rzedu 2-3%, przy zachowaniu wysokiej wydajnosci tej reakcji do 80%. Mala ilosc domieszek w 3-chloropropylosilaniejako substracie, pozwala w efekcie zwiekszyc wydajnosc drugiego etapu otrzymywania N-2-aminoetylo-3-aminopropylotrimetoksysilanu. Ponadto, w wyniku prowadzenia reakcji addycji w temperaturze pokojowej orazjej egzotermicznemu charak¬ terowi, energochlonnosc calego procesu otrzymywania N-2-aminoetylo-3-aminopropylotrimetoksy- silanu sposobem wedlug wynalazku jest znacznie nizsza niz w dotychczas znanych sposobach.Sposób wedlug wynalazku ilustruja ponizsze przyklady.Przyklad I. 1,167cm3 uwodnionego kwasu heksachloroplatynowego (o zawartosci 0,1 g Pt) i 10 ml cykloheksanonu ogrzewano w temperaturze 373 K na lazni olejowej przez 15, godziny, pod cisnieniem atmosferycznym. Po ochlodzeniu mieszanine suszono 24 godziny nad bezwodnym siarczanem sodu. Ciecz zdekantowano, osad przemyto cykloheksanonem, polaczono razem i uzupelniono cykloheksanonem do objetosci 10 cm3.Otrzymany kwas heksachloroplatynowy roztworzony w cykloheksanonie o stezeniu 10 mg Pt (5 • 10~5 mola) w 1 cm3 cykloheksanonu umieszczono w ilosci 100 cm3 wraz z 30 cm3 winylotrieto- ksysilanu w kolbie o pojemnosci 100 cm zaopatrzonej w chlodnice zwrotna. Mieszanine otrzymy¬ wano w temperaturze wrzenia przez okres 6 godzin. Ciecz uzupelniono winylotrietoksysilanem do objetosci 40 cm3. Otrzymano katalizator platynowy o ogólnym wzorze 1, w którym R oznacza grupe etylowa o stezeniu 10 mg Pt (5 • 10~5 mola) 4 cm3 mieszaniny cykloheksanonu i winylotrie- toksysilanu.Nastepnie w kolbie trójszyjnej o pojemnosci 250 cm3 zaopatrzonej w chlodnice zwrotna, termometr i wkraplacz, umieszczono 1,2 cm3 otrzymanego katalizatora oraz wkroplono ekwimo- larna mieszanine trichlorosilanu (135,5 g/l mol) i chlorku allilu (76,4g/l mol). Mieszanine reak¬ cyjna utrzymywano w temperaturze pokojowej (reakcja ma charakter egzotermiczny) przez okres 5 godzin. Otrzymano 3-chloropropylotrichlorosilan z wydajnoscia 71% oznaczona chromatogra¬ ficznie.Z kolei do kolby trójszyjnej zaopatrzonej w chlodnice zwrotna termometr i kapilare wlano 212 g (1 mol) otrzymanego 3-chloropropylochlorosilanu,podgrzano go do temperatury 455 K i do wrzacego silanu wkraplano 96,1 g (3 mole) bezwodnego metanolu. Po wkropleniu stechiometry- cznej ilosci metanolu, wrzacy roztwór przedmuchiwano silnym strumieniem azotu w celu odpedze¬ nia chlorowodoru i nadmiaru metanolu. Otrzymano 171 cm3 3-chloropropylotrimetoksysilanu o czystosci 98%. Wydajnosc produktu reakcji oznaczona chromatograficznie wyniosla 94%.W ostatnim etapie do dwuszyjnej kolby o pojemnosci 500 cm3 zaopatrzonej w chlodnice zwrotna i wkraplacz, wlano 150g (2,5 mola) etylenodiaminy i podgrzano ja do temperatury wrzenia. Do wrzacej etylenodiaminy wkraplano 199 g (1 mol) otrzymnego wyzej 3-chloropro- pylotrimetoksysilanu i nastepnie mieszanine reakcyjna utrzymywano w temperaturze wrzenia w przeciagu 2 godzin. Nastepnie mieszanine oziebiono do temperatury 283 K. Roztwórrozdzielil sie na dwie warstwy, które rozdzielono w rozdzielaczu. Górna warstwe ogrzano do temperatury 423 K, oddestylowano nadmiar etylenodiaminy otrzymujac 184g N-2-aminoetylo-3-aminopropylotrime- toksysilanu z wydajnoscia 85% oznaczona chromatograficznie.145 671 3 Przyklad II. W kolbie o pojemnosci 100cm3 zaopatrzonej w chlodnice zwrotna umie¬ szczono 10 cm3 roztworu kwasu heksachloroplatynowego w cykloheksanonie, otrzymanego jak w przykladzie I, oraz 30 cm3 winylotrimetoksysilanu. Mieszanine utrzymywano w temperaturze wrzenia przez okres 6 godzin. Ciecz uzupelniono winylotrimetoksysilanem do objetosci 40 cm3.Otrzymano katalizator platynowy o ogólnym wzorze 1, w którym R oznacza grupe metylowa, o stezeniu 10 mg Pt (5 • 10~5 mola) w 4 cm mieszaniny cykloheksanonu i winylotrimetoksysilanu.Nastepnie w kolbie trójszyjnej o pojemnosci 500 cm3, zaopatrzonej w chlodnice zwrotna, termometr i wkraplacz, umieszczono 3,01 cm3 otrzymanego katalizatora oraz wkroplono ekwimo- larna mieszanine trichlorosilanu 371 g/2 mole) i chlorku allilu (152,8 g/2 mole). Mieszanine reakcyjna utrzymywano w temperaturze pokojowej przez okres 4 godzin. Otrzymano 3- chloropropylotrochlorosilan z wydajnoscia 73% oznaczona chromatograficznie.Z kolei, postepujac jak w przykladzie I, przeprowadzono alkoholize otrzymanego wyzej 3-chloropropylotrichlorosilanu do 3-chloropropylotrimetoksysilanu, który uzyskano o czystosci 97%, w ilosci 166 cm3 z wydajnoscia 93%. Nastepnie uzyskany wyzej 3-chloropropylotrimetoksy- silan poddano kondensacji z etylenodiamina, analogicznie jak w przykladzie I. Otrzymano 176g N-2-aminoetylo-3-aminopropylotrimetoksysilanu, z wydajnoscia 81% oznaczona chromatogra¬ ficznie.Przyklad III. W kolbie o pojemnosci 100cm3, zaopatrzonej w chlodnice zwrotna umie¬ szczono 10 cm3 roztworu kwasu heksachloroplatynowego w cykloheksanonie, otrzymanego jak w przykladzie I, oraz 30 cm3 winylotri-i-propylosilanu. Mieszanine utrzymywano w temperaturze wrzenia przez okres 6 godzin, po czym ciecz uzupelniono winylotri-i-propylosilanem do objetosci 40 cm3. Otrzymano katalizator platynowy o ogólnym wzorze 1, w którym R oznacza grupe propylowa, o stezeniu 10 mg Pt (5 • 10~5 mola) w 4 cm3 mieszaniny cykloheksanonu i winylotri-i- propylosilanu.Nastepnie postepujac jak w przykladzie I i stosujac wyzej otrzymano katalizator, przeprowa¬ dzono addycje trichlorosilanu do chlorku allilu. Otrzymano 3-chloropropylotrichlorosilan z wydajnoscia 76% oznaczona chromatograficznie. Z kolei, postepujac jak w przykladzie I, prze¬ prowadzono alkoholize otrzymanego wyzej 3-chloropropylotrichlorosilanu do 3-chloropropylo- trimetoksysilanu, który uzyskano o czystosci 98%, w ilosci 175 cm3, z wydajnoscia 95%.Uzyskany wyzej 3-chloropropylotrimetoksysilan poddano kondensacji z etylenodiamina, ana¬ logicznie jak w przykladzie I. Otrzymano 182 g N-2-aminoetylo-3-aminopropylotrimetoksysilanu, z wydajnoscia 83% oznaczona chromatograficznie.Zastrzezenie patentowe Sposób otrzymywania N-2-aminoetylo-3-aminopropylotrimetoksysilanu na drodze katality¬ cznej addycji trichlorosilanu do chlorku allilu wobec katalizatora otrzymanego na bazie kwasu heksachloroplatynowego roztworzonego w cykloheksanonie, alkoholizy powstalego 3-chloro¬ propylotrichlorosilanu do 3-chloropropylotrimetoksysilanu oraz nastepnie jego kondensacje z etylenodiamina, znamienny tym, ze reakcje addycji trichlorosilanu do chlorku allilu prowadzi sie wobec ukladu katalitycznego o ogólnym wzorze 1, w którym R oznacza grupe metylowa, etylowa lub propylowa, który stanowi kompleks platyny uzyskany w wyniku roztworzenia kwasu heksa¬ chloroplatynowego w cykloheksanonie i nastepnie zmodyfikowany winylotrialkoksysilanem o ogólnym wzorze 2, w którym R ma wyzej podane znaczenie, przy czym reakcje te prowadzi sie w srodowisku samym reagentów w temperaturze pokojowej.145671 H2PtCL6[O=0) CH2= CHSl(OR%] \4z6r A CH2 = CHSL(0R)3 wzór 2 Pracownia Poligraficzna UP PRL. Naklad 100 egz.Cena 400 zl PL

Claims (3)

1. Zastrzezenie patentowe

2. Sposób otrzymywania N-2-aminoetylo-3-aminopropylotrimetoksysilanu na drodze katality¬ cznej addycji trichlorosilanu do chlorku allilu wobec katalizatora otrzymanego na bazie kwasu heksachloroplatynowego roztworzonego w cykloheksanonie, alkoholizy powstalego 3-chloro¬ propylotrichlorosilanu do

3. -chloropropylotrimetoksysilanu oraz nastepnie jego kondensacje z etylenodiamina, znamienny tym, ze reakcje addycji trichlorosilanu do chlorku allilu prowadzi sie wobec ukladu katalitycznego o ogólnym wzorze 1, w którym R oznacza grupe metylowa, etylowa lub propylowa, który stanowi kompleks platyny uzyskany w wyniku roztworzenia kwasu heksa¬ chloroplatynowego w cykloheksanonie i nastepnie zmodyfikowany winylotrialkoksysilanem o ogólnym wzorze 2, w którym R ma wyzej podane znaczenie, przy czym reakcje te prowadzi sie w srodowisku samym reagentów w temperaturze pokojowej.145671 H2PtCL6[O=0) CH2= CHSl(OR%] \4z6r A CH2 = CHSL(0R)3 wzór 2 Pracownia Poligraficzna UP PRL. Naklad 100 egz. Cena 400 zl PL