WO2004113354A2 - Procede de preparation d'halogenoalkyldialkyl-chlorosilane - Google Patents
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
- C07F7/00—Compounds containing elements of Groups 4 or 14 of the Periodic Table
- C07F7/02—Silicon compounds
- C07F7/08—Compounds having one or more C—Si linkages
- C07F7/12—Organo silicon halides
- C07F7/14—Preparation thereof from optionally substituted halogenated silanes and hydrocarbons hydrosilylation reactions
Definitions
- the present invention relates to a process for the preparation of haloalkyldialkylhalogenosilane.
- the present invention relates to a process for the preparation of 3-halopropyldimethylchlorosilane, by hydrosilylation of dimethylhydrogenochlorosilane by means of allyl chloride and of a catalyst based on a platinum metal, in particular iridium, and possible recovery of said metal.
- Another way of improving the economy of the process would be to optimize the activity of the catalyst. To do this, ensure that the conversion rate (TT) of the hydrogenosilane (II) is increased or that, for a given TT, the selectivity (S) of the catalyst is significantly increased.
- transformation rate (TT) and selectivity (S) meet the following definitions: number of moles of SiH units consumed
- BE-B-785343 (US-B-3 798 252) describes the hydrosilylation of allyl chloride with trichlorohydrogensosilane, in the presence of chloroplatinic acid in solution in cyclohexanone (elimination of water in this solution in l using Na 2 SO).
- the ketone is combined with platinum to improve the selectivity of the reaction.
- one of the essential objectives of the present invention is to propose a means making it possible to optimize the activity of the iridium-based catalyst compared to what is taught in the prior art [in particular
- Another essential objective of the invention is to provide a process for the preparation of a haloalkyldialkylhalosilane of the above type, which is efficient, economical and easy to implement.
- reaction medium comprising:
- Hal represents a halogen atom chosen from chlorine, bromine and iodine atoms
- R 2 and R 3 identical or different, each represent a monovalent hydrocarbon group chosen from an alkyl radical, linear or branched, having from 1 to 6 carbon atoms and a phenyl radical
- CHI unsaturated hydrocarbon compounds having an aromatic character and / or comprising at least one carbon ⁇ carbon double bond and / or at least one C ⁇ C triple bond, these unsaturated bonds being able to be conjugated or unconjugated
- said CHI being linear or cyclic (mono or polycyclic), having from 4 to 30 carbon atoms, having from 1 to 8 ethylenic and / or acetylenic unsaturations and possibly comprising one or more heteroatoms,> (vi) and their mixtures, with the condition that when the auxiliary comprises one or more CHI as defined above, then this (these) CHI is (are ) mixed with at least one other auxiliary other than a CHI.
- mixtures (vi) in particular means auxiliary compounds: o (vi.1). any mixture of compounds (i) and / or (ii) and / or (iii) and / or (iv) and / or
- any compound whose molecule comprises at least two different chemical functions and selected from the group comprising the functions: ketone, ether, anhydride, quinone, C C, and CC, characteristics of compounds (i) to (v), o (vi .3) any mixture of compounds (vi.2), o (vi.4) as well as any mixture based on at least one compound (i) to (v) and at least one compound (vi.2) .
- an iridium-based catalyst of oxidation state I is used, in the structure of which each iridium atom responds to the complex form of the Ir (L) 3 X type where the symbols L and X have the definitions given in the book "Organometallic Chemistry of Didier ASTRUC", published in 2000 by EDP Sciences (cf. notably on page 31 and following).
- the catalyst corresponds to formula (IV):
- Catalysts corresponding to the above-mentioned more preferred definition are well suited in which:
- - R 4 is a ligand comprising at least one carbon ⁇ carbon double bond and / or at least one C ⁇ C triple bond, these unsaturated bonds being able to be conjugated or unconjugated, said ligand: being linear or cyclic (mono or polycyclic), having from 4 to 30 carbon atoms, having from 1 to 8 ethylenic and / or acetylenic unsaturations and optionally comprising one or more heteroatoms, and - R 5 , in addition to Hal, may also represent an LX ligand such as in particular a ligand derived from acetylacetone, a ⁇ -ketoester, a malonic ester, an allylated compound.
- LX ligand such as in particular a ligand derived from acetylacetone, a ⁇ -ketoester, a malonic ester, an allylated compound.
- the ligands R 4 of the preferred catalyst (IV) may be identical or different from the CHI (v) of the auxiliary.
- the iridium-based catalyst can be supported as described for example in US-B-6,177,585 and GB-A-1526324
- the catalytic system used in accordance with the process according to the invention makes it possible to reduce the quantity of catalyst necessary for obtaining a complete TT conversion rate of the silane of formula (II): Hal— (R 2 R 3 ) Si- H and / or to increase the selectivity S for a given and fixed TT.
- auxiliaries can be used in liquid or solid form. As soon as they are liquid, they can be introduced in such a quantity into the reaction medium that they play, in addition to a role of hydrosilylation promoter, a role of solvent for the reaction.
- the optional solvent function of the auxiliary can also make it possible, in particular when it is a heavy solvent (namely a solvent having a boiling point at atmospheric pressure which is higher than that of the compound of formula (I), for example a polyether), to improve the stability of the medium reaction and therefore the safety of the process. In addition, this offers possibilities of easy recovery of the catalyst and therefore recycling of the latter.
- a heavy solvent namely a solvent having a boiling point at atmospheric pressure which is higher than that of the compound of formula (I), for example a polyether
- the auxiliary When the auxiliary is in the free state, it can be introduced into the reaction medium in a molar ratio, relative to the iridium metal, of at least 0.2, preferably at least 1. According to the nature of the ligands, it is more preferable to choose a molar ratio greater than 10 and even greater than 100.
- the concentration of catalyst (preferably IV) is such that the molar ratio
- Iridium / silane of formula (II), expressed in moles, is less than or equal to 400.10, preferably 200.10, and more preferably still 50.10 "6 .
- ketones (i) reference can be made to those defined in US-B-3 798 252 and in PL-A-176036, PL-A-174810, PL-A-145670 and JP-A -75,024,947.
- Suitable ethers (ii) reference may be made to those defined in US-B-4,820,674 and in JP-A-52093718.
- the auxiliary is selected from the group comprising in particular: cyclohexanone, 2-cyclohexen-1-one, isophorone, 2-benzylidenecyclohexanone, 3-Methylene-2-norbornanone, 4-hexen-3-one, 2-allylcyclohexanone, 2 -Oxo-1- cyclohexaneproprionitrile, 2- (1-cyclohexenyl) cyclohexanone, monoglyme, ethylene-glycoldivinyl ether, ethyl ether, benzoquinone, phenyl-benzoquinone, maleic anhydride, allylated succinic anhydride, 3-benzylidene phenothiazine, (methylvinyl) cyclotetrasiloxane (vinylated D4), 4-phenyl-3-butyn-2- one, butadiene-1, 3, hexadiene-1, 5, cyclohexadiene
- the auxiliary is a mixture (vi) comprising at least one CHI (v) - preferably COD - and at least one ketone (i) - preferably cyclohexanone - and / or at least one ether (ii) and / or at least one quinone (iii).
- the concentration of catalyst - preferably of formula (IV) - is such that the Iridium / silane molar ratio of formula (II), expressed in moles, is lower or equal to 100.10, preferably 60.10, and even more preferably is between 40.10 "6 and 1.10 " 6 .
- the components of the mixture (vi): CHI / (i) and / or (ii) and / or (iii) are present in the reaction medium when the reaction starts.
- iridium (IV) complexes which are even more suitable, the following catalysts may be mentioned: d - ⁇ -chlorobis ( ⁇ -1, 5-hexadiene) diiridium, d - ⁇ -bromobis ( ⁇ - 1, 5-hexadiene) diiridium, d - ⁇ -iodobis ( ⁇ -1, 5-hexadiene) diiridium, d - ⁇ -chlorobis ( ⁇ -1, 5-cyclooctadiene) diiridium, d - ⁇ -bromobis ( ⁇ -1, 5-cyclooctadiene) diiridium, d - ⁇ -iodobis ( ⁇ -1, 5-cyclooctadiene) diiridium, d - ⁇ -chlorobis ( ⁇ -2,5-norbomadiene) diiridium, d - ⁇ -bromobis ( ⁇ -2,5- norbornadiene) diiridium, d - ⁇ -chlor
- the method according to the invention can be implemented either continuously, or semi-continuously, or discontinuously.
- the catalyst - preferably IV - is used in a homogeneous liquid medium, according to a preferred arrangement of the invention and as described in JP-B-2 938 731 and EP-A-1 156 052.
- the product of formula (I) is 3-chloropropyl-dimethylchlorosilane
- the product of formula (II) is dimethylhydrogenochlorosilane
- the product of formula (III) is allyl chloride.
- the invention relates to a catalytic system for the preparation of a haloalkyldialkyl-halogenosilane of formula (I):
- CH CH- (CH 2 ) s-2 Hal formulas in which: - the symbol Hal represents a halogen atom chosen from chlorine, bromine and iodine atoms,
- R 2 and R 3 identical or different, each represent a monovalent hydrocarbon group chosen from an alkyl radical, linear or branched, having from 1 to 6 carbon atoms and a phenyl radical, and - s represents an integer included between 2 and 10 inclusive,
- CHI unsaturated hydrocarbon compounds
- said CHI being linear or cyclic (mono or polycyclic), having from 4 to 30 carbon atoms, having from 1 to 8 ethylenic and / or acetylenic unsaturations and optionally comprising one or more heteroatoms, vi) and their mixtures,
- this (these) CHI is (are) mixed with at least one other auxiliary different from a CHI.
- the tests are carried out in parallel reactors.
- Each reactor is equipped with a magnetic stirrer, a reflux condenser and a thermometer.
- the heat transfer fluid is brought to a temperature of -35 ° C, which makes it possible to obtain a material balance always greater than 95% by mass.
- the effect of the hydrosilylation auxiliaries is compared to a control reaction where only di- ⁇ -chlorobis ( ⁇ -1, 5-cyclooctadiene) diiridium was used.
- a deliberately small amount of catalyst was introduced in order to obtain a conversion rate of the SiH functions of the order of 50%.
- Dimethylhydrogenochlorosilane of purity 99% by weight, is added by casting on a foot heated to 35 ° C and consisting of allyl chloride (1.05 eq. Mol / silane) as well as the catalytic system
- silane is poured through a syringe pump at a flow rate of 1.3 ml / minute.
- the temperature of the reaction medium is not regulated.
- reaction medium The analysis of the reaction medium is carried out by gas phase chromatography calibrated with n-tetradecane.
- Dimethylhydrogenochlorosilane purity 99% by weight is introduced by a peristaltic pump into the reaction medium.
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de préparation de 3-chloropropyldiméthylchlorosilane, par réaction d'hydrogénosilylation, dans un milieu réactionnel comportant du diméthylhydrogénochlorosilane et du chlorure d'allyle, en présence d'une quantité catalytiquement efficace de di-µ-chlorobis(η-1,5-cyclooctadiene)d’iridium, ledit procédé étant caractérisé en ce que l'on ajoute dans le milieu réactionnel au moins un auxiliaire à l'état libre ou supporté sélectionné dans le groupe de composés comprenant : (i) les cétones, (ii) les éthers, (iii) les quinones, (iv) les anhydrides, (v) les composés hydrocarbonés insaturés (CHI) ayant un caractère aromatique et/ou comportant au moins une double liaison carbone = carbone et/ou au moins une triple liaison C≡C, ces liaisons insaturées pouvant être conjuguées ou non conjuguées, lesdits CHI : étant linéaires ou cycliques (mono ou polycyclique), ayant de 4 à 30 atomes de carbone, ayant de 1 à 8 insaturations éthyléniques et/ou acétyléniques et comportant éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes, (vi) et leurs mélanges, avec la condition selon laquelle quand l'auxiliaire comprend un ou plusieurs CHI tels que définis supra, alors ce (ces) CHI est (sont) mélangé(s) avec au moins un autre auxiliaire différent d'un CHI.
Description
PROCEDE DE PREPARATION DΗALOGENOALKYLDIALKYLCHLOROSILANE
La présente invention concerne un procédé de préparation d'halogénoalkyldialkylhalogénosilane.
Plus particulièrement, la présente invention concerne un procédé de préparation de 3-halopropyldiméthylchlorosilane, par hydrosilylation du diméthylhydrogénochlorosilane au moyen de chlorure d'allyle et d'un catalyseur à base d'un métal de la mine du platine, en particulier l'iridium, et récupération éventuelle dudit métal.
La réaction en cause dans cet exemple est la suivante :
Me Me
[lr(cod)CI]2 Cl SSiiHH - +*- / s// \ \ Cc|i - U U ^ a | / \ ci
Me Me
(II) (III) 0)
COD = CycloOctaDiène
Me = méthyle +
Me
ClSiCl + CH2-=CH-CH3
Me
Dans ce type de réaction, les quantités de métal de la mine de platine engagées sont souvent élevées dans le but d'obtenir un rendement satisfaisant.
Dans ces conditions, pour que le procédé reste économiquement intéressant, il est nécessaire de récupérer le métal de la mine du platine pour pouvoir le réutiliser comme catalyseur.
Une autre voie d'amélioration de l'économie du procédé serait d'optimiser l'activité du catalyseur. Pour ce faire de faire en sorte que soit accru le taux de transformation (TT) de l'hydrogénosilane (II) ou que, pour un TT donné, la sélectivité (S) du catalyseur soit significativement augmentée.
Dans le présent exposé, le taux de transformation (TT) et la sélectivité (S) répondent aux définitions suivantes :
nombre de moles de motifs SiH consommées
TT = nombre de moles de motifs SiH ou de (II) introduites
nombre de moles de (I)
S = - nombre de moles de motifs SiH ou de (II) introduites
L'hydrosilylation du chlorure d'allyle par le diméthylhydrogénochlorosilane catalysée par un catalyseur à base d'Iridium est décrite dans les documents brevets suivants : JP-B-2938731 & JP-A-7126271. Les catalyseurs décrits dans ces documents brevets sont du type [lr(diène)CI]2 et permettent d'accéder à des taux de transformation complets (TT=100%) du diméthylhydrogénochlorosilane avec une bonne sélectivité de la réaction ( bon rendement RT en 3-chloropro- pyldiméthylchlorosilane). Cependant, ces performances sont atteintes au prix de quantités très importantes de catalyseur.
L' EP-A-1 156 052 (= US-B-6 359 161) ainsi que le DE-A-10053037 (US-A- 2002/0052520) divulguent :
Me Me
[lr(cod)CI]2
Cl SiH + X V -CI Cl- -Cl
Me Me
en présence de COD libre pour augmenter le rendement :
> EP-A-1 156 052 : 4.10"3 mole de COD libre pour 1.10"4 mole de [lr(COD)CI]2 : soit un ratio 40
> versus DE-A-10053037 : 9,2.10-4mole de COD libre pour 4,5.10"6 mole de [lr(COD)CI]2 : soit un ratio de 204.
Le BE-B-785343 (US-B-3 798 252) décrit l'hydrosilylation de chlorure d'allyle par du trichlorohydrogénosilane, en présence d'acide chloroplatinique en solution dans de la cyclohexanone (élimination d'eau dans cette solution à l'aide de Na2SO ). La cétone est combinée au platine afin d'améliorer la sélectivité de la réaction.
Dans cet état de la technique, l'un des objectifs essentiels de la présente invention est de proposer un moyen permettant d'optimiser l'activité du catalyseur à base d'iridium par rapport à ce qui est enseigné dans l'art antérieur [notamment
EP-A-1 156 052 (= US-B-6 359 161 ) ainsi que DE-A-10053037 [US-A-
2002/0052520].
Un autre objectif essentiel de l'invention est de fournir un procédé de préparation d'un halogénoalkyldialkylhalogénosilane du type ci-dessus, qui soit performant, économique et facile à mettre en oeuvre.
Ces objectifs, parmi d'autres, sont atteints par l'invention qui concerne, en premier lieu, un procédé de préparation d'un halogénoalkyldialkylhalogénosilane de formule (1) :
Hal (R2R3)Si— (CH2)S— Hal
par réaction d'hydrosilylation d'un milieu réactionnel comportant :
• un silane de formule (II) :
Hal— (R2R3)Si-H
• et un halogénure d'alcène de formule (III) :
CH=CH-(CH2)s-2Hal « en présence d'une quantité catalytiquement efficace d'un catalyseur d'hydrosilylation à base d'iridium de degré d'oxydation I ou III, formules (I), (II), (III) dans lesquelles :
- le symbole Hal représente un atome d'halogène choisi parmi les atomes de chlore, brome et iode, - les symboles R2 et R3, identiques ou différents, représentent chacun un groupe hydrocarboné monovalent choisi parmi un radical alkyle, linéaire ou ramifié, ayant de 1 à 6 atomes de carbone et un radical phényle, et
- s représente un nombre entier compris entre 2 et 10 inclus,
ledit procédé étant caractérisé en ce que l'on ajoute dans le milieu réactionnel au moins un auxiliaire à l'état libre ou supporté sélectionné dans le groupe de composés comprenant :
> (i) les cétones,
> (ii) les éthers, (iii) les quinones,
> (iv) les anhydrides,
> (v) les composés hydrocarbonés insaturés (CHI) ayant un caractère aromatique et/ou comportant au moins une double liaison carbone≈carbone et/ou au moins une triple liaison C≡C, ces liaisons insaturées pouvant être conjuguées ou non conjuguées, lesdits CHI : étant linéaires ou cycliques (mono ou polycyclique), ayant de 4 à 30 atomes de carbone, ayant de 1 à 8
insaturations éthyléniques et/ou acétyléniques et comportant éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes, > (vi) et leurs mélanges, avec la condition selon laquelle quand l'auxiliaire comprend un ou plusieurs CHI tels que définis supra, alors ce (ces) CHI est (sont) mélangé(s) avec au moins un autre auxiliaire différent d'un CHI.
Conformément à la présente invention, on entend notamment par "mélanges (vi)" de composés auxiliaires : o (vi.1 ). tout mélange de composés (i) et/ou (ii) et/ou (iii) et/ou (iv) et/ou
(v), o (vi.2). tout composé dont la molécule comprend au moins deux fonctions chimiques différentes et sélectionnées dans le groupe comprenant les fonctions : cétone, éther, anhydride, quinone, C=C, et C C, caractéristiques des composés (i) à (v), o (vi.3) tout mélange de composés (vi.2), o (vi.4) ainsi que tout mélange à base d'au moins un composé (i) à (v) et d'au moins un composé (vi.2).
Selon un mode préféré, on utilise un catalyseur à base d'iridium de degré d'oxydation I dans la structure duquel chaque atome d'iridium répond à la forme complexe du type Ir (L)3 X où les symboles L et X ont les définitions données dans l'ouvrage "Chimie Organometallique de Didier ASTRUC", publié en 2000 par EDP Sciences (cf. notamment page 31 et suivantes).
Suivant un mode plus préféré, le catalyseur répond à la formule (IV) :
[Ir ( 4)x (R5)]y (IV) dans laquelle : - le symbole R4 représente soit un ligand monodentate L et dans ce cas x = 2, soit un ligand bidentate (L)2 et dans ce cas x = 1 , et
- le symbole R5 représente, soit Hal tel que défini supra, et dans ce cas y = 2, soit un ligand de type LX et dans ce cas y = 1.
Conviennent bien des catalyseurs répondant à la définition plus préférée précitée dans laquelle :
- R4 est un ligand comportant au moins une double liaison carbone≈carbone et/ou au moins une triple liaison C≡C, ces liaisons insaturées pouvant être
conjuguées ou non conjuguées, ledit ligand : étant linéaire ou cyclique (mono ou polycyclique), ayant de 4 à 30 atomes de carbone, ayant de 1 à 8 insaturations éthyléniques et/ou acétyléniques et comportant éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes, et - R5, outre Hal, peut représenter aussi un ligand LX comme notamment un ligand dérivé de l'acétylacétone, d'un β-cétoester, d'un ester malonique, d'un composé allylé.
Suivant un mode encore plus préféré, le catalyseur répond à la formule (IV) où le symbole R5 du catalyseur représente Hal et y = 2.
Les ligands R4 du catalyseur (IV) préféré peuvent être identiques ou différents des CHI (v) de l'auxiliaire.
Le catalyseur à base d'iridium peut être supporté comme cela est décrit par exemple dans l'US-B-6 177 585 et le GB-A-1526324
Le système catalytique utilisé conformément au procédé selon l'invention, permet de diminuer la quantité de catalyseur nécessaire à l'obtention d'un taux de transformation TT complet du silane de formule (II) : Hal— (R2R3)Si-H et/ou d'augmenter la sélectivité S pour un TT donné et fixe.
Ce système catalytique est avantageusement constitué :
*> d'un catalyseur organometallique à base d'iridium de degré d'oxydation I ou III, •»> d'un ou plusieurs auxiliaires introduits chacun en quantité minimale de
20% molaire par rapport au métal.
Ce ou ces auxiliaires peuvent être utilisés sous forme liquide ou solide. Dès lors qu'ils sont liquides, ils peuvent être introduits en quantité telle dans le milieu réactionnel qu'ils jouent, en plus d'un rôle de promoteur d'hydrosilylation, un rôle de solvant de la réaction.
Le fait de pouvoir être mis en oeuvre sous forme liquide est un avantage opérationnel très fort pour le procédé de l'invention.
L'éventuelle fonction de solvant de l'auxiliaire peut également permettre, en particulier lorsqu'il s'agit d'un solvant lourd (à savoir un solvant ayant un point d'ébullition sous la pression atmosphérique qui est supérieur à celui du composé de formule (I), comme par exemple un polyéther), d'améliorer la stabilité du milieu
réactionnel et donc la sécurité du procédé. En outre, cela offre des possibilités de récupération aisée du catalyseur et donc de recyclage de ce dernier.
Lorsque l'auxiliaire est à l'état libre, il peut être introduit dans le milieu réactionnel selon un rapport molaire, par rapport à l'iridium métal, d'au moins 0,2, de préférence d'au moins 1. Selon la nature des ligands, on peut choisir plus préférentiellement un rapport molaire supérieur à 10 et même supérieur à 100.
Dans le cas où l'auxiliaire comprend au moins un composé sélectionné dans le groupe des CHI (v) pris en eux-mêmes ou en mélanges entre eux, la concentration en catalyseur (de préférence IV) est telle que le rapport molaire
Iridium / silane de formule (II), exprimé en moles, est inférieur ou égal à 400.10 , de préférence à 200.10 , et, plus préférentiellement encore à 50.10"6.
Comme exemples de cétones (i) convenables, on peut se référer à celles définies dans l'US-B-3 798 252 et dans les PL-A-176036, PL-A-174810, PL-A-145670 et JP-A-75024947.
Comme exemples d'éthers (ii) convenables, on peut se référer à ceux définis dans l'US-B-4 820 674 et dans le JP-A-52093718.
Avantageusement, l'auxiliaire est sélectionné dans le groupe comprenant notamment : cyclohexanone, 2-cyclohexen-1-one, isophorone, 2-benzylidenecyclohexanone, 3-Methylene-2-norbornanone, 4-hexen-3-one, 2-allylcyclohexanone, 2-Oxo-1- cyclohexaneproprionitrile, 2-(1-cyclohexenyl)cyclohexanone, monoglyme, éthy- lène-glycoldivinyléther, éther éthylique, benzoquinone, phényl-benzoquinone, anhydride maléïque, anhydride succinique allylé, 3-benzylidène-2,4-pentadione, phénothiazine, (méthylvinyl)cyclotétrasiloxane (D4 vinylé), 4-phényl-3-butyn-2- one, butadiène-1 ,3, hexadiène-1 ,5, cyclohexadiène-1 ,3, cyclooctadiène-1 ,5 (COD), cyclododécatriène-1 ,5,9, divinyltétraméthylsiloxane (DVTMS), norborna- diène et leurs mélanges.
Selon un mode préféré de mise en œuvre de l'invention, l'auxiliaire est un mélange (vi) comportant au moins un CHI (v) -de préférence le COD- et au moins une cétone (i) -de préférence la cyclohexanone- et/ou au moins un éther (ii) et/ou au moins une quinone (iii).
Dans ce mode préféré de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, la concentration en catalyseur -de préférence de formule (IV)- est telle que le rapport molaire Iridium / silane de formule (II), exprimé en moles, est inférieur ou égal à 100.10 , de préférence à 60.10 , et, plus préférentiellement encore est compris entre 40.10"6 et 1.10"6.
Suivant une modalité opératoire propre à ce mode préféré de mise en œuvre, les composants du mélange (vi) : CHI / (i) et/ou (ii) et/ou (iii) sont présents dans le milieu réactionnel lorsque la réaction démarre.
Comme exemples de complexes de l'iridium de formule (IV) qui conviennent spécialement bien, on citera ceux correspondant au mode encore plus préféré, dans la formule desquels : le symbole R4 est un ligand choisi parmi le butadiène-
1 ,3, l'hexadiène-1 ,5, le cyclohexadiène-1 ,3, le cyclooctadiène-1 ,5 (COD), le cyclododécatriène-1 ,5,9, le divinyltétraméthyl-siloxane et le norbornadiène.
A titre d'exemples spécifiques de complexes de l'iridium (IV) qui conviennent encore mieux, on citera les catalyseurs suivants : d -μ-chlorobis(η-1 ,5-hexadiene)diiridium, d -μ-bromobis(η-1 ,5-hexadiene)diiridium, d -μ-iodobis(η-1 ,5-hexadiene)diiridium, d -μ-chlorobis(η-1 ,5-cyclooctadiene)diiridium, d -μ-bromobis(η-1 ,5-cyclooctadiene)diiridium, d -μ-iodobis(η-1 ,5-cyclooctadiene)diiridium, d -μ-chlorobis(η-2,5-norbomadiene)diiridium, d -μ-bromobis(η-2,5-norbornadiene)diiridium, d -μ-iodobis(η-2,5-norbornadiene)diiridium.
Le procédé selon l'invention peut être mis en œuvre soit de façon continue, soit de façon semi-continue, soit de façon discontinue.
Ces trois modes de fonctionnement conviennent notamment lorsque le catalyseur -de préférence IV- est utilisé en milieu liquide homogène, selon une disposition préférentielle de l'invention et comme cela est décrit dans JP-B-2 938 731 et EP-A-1 156 052.
Préférentiellement le produit de formule (I) est le 3-chloropropyl- diméthylchlorosilane, le produit de formule (II) est le diméthylhydrogénochlorosilane et le produit de formule (III) est le chlorure d'allyle.
Selon un autre de ses aspects l'invention concerne, un système catalytique pour la préparation d'un halogénoalkyldialkyl-halogénosilane de formule (I) :
Hal (R2R3)Si— (CH2)S— Hal
par réaction d'hydrosilylation d'un milieu réactionnel comportant : " un silane de formule (II) :
Hal— (R2R3)Si-H " et un halogénure d'alcène de formule (III) :
CH=CH-(CH2)s-2Hal formules dans lesquelles : - le symbole Hal représente un atome d'halogène choisi parmi les atomes de chlore, brome et iode,
- les symboles R2 et R3, identiques ou différents, représentent chacun un groupe hydrocarboné monovalent choisi parmi un radical alkyle, linéaire ou ramifié, ayant de 1 à 6 atomes de carbone et un radical phényle, et - s représente un nombre entier compris entre 2 et 10 inclus,
caractérisé en ce que qu'il comprend :
-1- un catalyseur d'hydrosilylation à base d'iridium de degré d'oxydation I dans la structure duquel chaque atome d'iridium répond à la forme complexe du type Ir (L)3 X où les symboles L et X ont les définitions données dans l'ouvrage "Chimie Organometallique de Didier ASTRUC", publié en 2000 par EDP Sciences (cf. notamment page 31 et suivantes), ce catalyseur répondant de préférence à la formule : [lr (R4)x (R5)]y (IV) dans laquelle :
- le symbole R4 représente soit un ligand monodentate L et dans ce cas x = 2, soit un ligand bidentate (L)2 et dans ce cas x = 1 , et
- le symbole R5 représente, soit Hal, Hal représentant un atome d'halogène choisi parmi les atomes de chlore, brome et iode, et dans ce cas y = 2, soit un ligand de type LX et dans ce cas y = 1
-2- et au moins un auxiliaire, à l'état libre ou supporté, sélectionné dans le groupe de composés comprenant : (i) les cétones,
> (ii) les éthers, (iii) les quinones,
> (iv) les anhydrides,
> (v) les composés hydrocarbonés insaturés (CHI) ayant un caractère aromatique et/ou comportant au moins une double liaison carbone=carbone et/ou au moins une triple liaison C≡C, ces liaisons insaturées pouvant être conjuguées ou non conjuguées, lesdits CHI : étant linéaires ou cycliques (mono ou polycyclique), ayant de 4 à 30 atomes de carbone, ayant de 1 à 8 insaturations éthyléniques et/ou acétyléniques et comportant éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes, vi) et leurs mélanges,
avec la condition selon laquelle quand l'auxiliaire comprend un ou plusieurs CHI tels que définis supra, alors ce (ces) CHI est (sont) mélangé(s) avec au moins un autre auxiliaire différent d'un CHI.
EXEMPLES
Les exemples suivants illustrent l'invention sans en limiter la portée. Ils ont pour objet l'évaluation de systèmes catalytiques :
[di-μ-chlorobis(η-1 ,5-cyclooctadiene)diiridium + auxiliaire(s) d'hydrosilylation] dans la réaction d'hydrosilylation du chlorure d'allyle par le diméthylhydrogénochlorosilane.
Les essais sont réalisés dans des réacteurs parallèles.
Chaque réacteur est muni d'un agitateur magnétique, d'un condenseur à reflux et d'un thermomètre. Le fluide caloporteur est porté à une température de -35°C, ce qui permet d'obtenir un bilan matière toujours supérieur à 95% massique. L'effet des auxiliaires d'hydrosilylation est comparé à une réaction témoin où seul le di-μ-chlorobis(η-1 ,5-cyclooctadiène)diiridium a été utilisé. Pour cet essai témoin, une quantité volontairement faible en catalyseur a été introduite afin d'obtenir un taux de conversion des fonctions SiH de l'ordre de 50%.
Le diméthylhydrogénochlorosilane, de pureté 99% en poids, est ajouté par coulée sur un pied chauffé à 35°C et constitué du chlorure d'allyle (1.05 éq. Mol / silane) ainsi que du système catalytique
[di-μ-chlorobis(η-1 ,5-cyclooctadiene)diiridium + auxiliaire(s) d'hydrosilyla- tion]. Le silane est coulé par l'intermédiaire d'un pousse seringue à un débit de 1.3 ml/minute. La température du milieu réactionnel n'est pas régulée.
L'analyse du milieu réactionnel est réalisée par chromatographie phase gaz étalonnée au n-tetradécane.
I : Auxiliaires d'hydrosilylation utilisés seuls :
1.1- Effet des cétones (i)
TABLEAU I
TABLEAU II
1.3 - effet des quinones (iii):
TABLEAU
1.4 - effet des anhydrides (iv) :
TABLEAU IV
TABLEAU V
Il : Association d'auxiliaires d'hydrosilylation
II.7- association de cyclohexanone et de 1 ,5-cyclooctadiène (1,5-COD)
TABLEAU VI
(1 ) une conversion complète des fonctions SiH peut être obtenue en présence de 1 ,5-COD libre seulement si une concentration plus importante en [lrCODCI]2 est introduite dans le milieu.
2.2- association de l'éther éthylique et de 1 ,5-cyclooctadiène (1,5-COD)
TABLEAU VII
(1 ) une conversion complète des fonctions SiH peut être obtenue en présence de 1 ,5-COD libre seulement si une concentration plus importante en [lrCODCI]2 est introduite dans le milieu.
2.3- association de la benzoquinone et de 1 ,5-cyclooctadiène (1,5-COD)
TABLEAU VIII
(1 ) une conversion complète des fonctions SiH peut être obtenue en présence de 1 ,5-COD libre seulement si une concentration plus importante en [lrCODCI]2 est introduite dans le milieu.
III : exemple 2.4 : reproduction de l'exemple 2.1 avec régulation de la température :
Dans un tétracol de 500 ml, en verre, équipé d'un mobile d'agitation, surmonté d'un réfrigérant, on charge 92.48 g de chlorure d'allyle (1.194 mole), 0,011 g de catalyseur [lr(COD)CI]2 où COD = 1 ,5-cyclooctadiène (2.829 10"5 moles) ainsi que le COD (0.611 g ,5.648 mmoles) et la cyclohexanone (1.067 g, 10.9 mmoles). On agite pour dissoudre complètement le système catalytique.
Le diméthylhydrogénochlorosilane, de pureté 99% en poids est introduit par une pompe péristaltique dans le milieu réactionnel. On en introduit 107.15 g
(1.117 moles) en 2 heures 30 minutes. Le débit d'introduction est ajusté pour maintenir la température du milieu réactionnel entre 20 et 25°C, en tenant compte de la forte exothermie de la réaction. Le milieu réactionnel est maintenu sous agitation pendant 20 minutes après la fin de l'introduction du diméthylhydrogénochlorosilane.
A la fin du temps de maintien, un échantillon est prélevé pour analyse. Les résultats sont les suivants : TT du diméthylhydrogénochlorosilane = 99,8%,
S en chloropropyldiméthylchloro-silane = 98,3% (par analyse par chromatographie en phase gaz).
Claims
1. Procédé de préparation d'un halogénoalkyldialkylhalogénosilane de formule (I) :
Hal (R2R3)Si— (CH2)S— Hal par réaction d'hydrosilylation d'un milieu réactionnel comportant :
• un silane de formule (II) :
Hal— (R2R3)Si-H • et un halogénure d'alcène de formule (III) :
CH=CH-(CH2)s-2Hal
• en présence d'une quantité catalytiquement efficace d'un catalyseur d'hydrosilylation à base d'iridium de degré d'oxydation I ou III, formules (I), (II), (III) dans lesquelles : - le symbole Hal représente un atome d'halogène choisi parmi les atomes de chlore, brome et iode, - les symboles R2 et R3, identiques ou différents, représentent chacun un groupe hydrocarboné monovalent choisi parmi un radical alkyle, linéaire ou ramifié, ayant de 1 à 6 atomes de carbone et un radical phényle, et - s représente un nombre entier compris entre 2 et 10 inclus, ledit procédé étant caractérisé en ce que l'on ajoute dans le milieu réactionnel au moins un auxiliaire à l'état libre ou supporté sélectionné dans le groupe de composés comprenant :
> (i) les cétones, > (ii) les éthers, (iii) les quinones,
> (iv) les anhydrides,
> (v) les composés hydrocarbonés insaturés (CHI) ayant un caractère aromatique et/ou comportant au moins une double liaison carbone=carbone et/ou au moins une triple liaison C≡C, ces liaisons insaturées pouvant être conjuguées ou non conjuguées, lesdits CHI : étant linéaires ou cycliques (mono ou polycyclique), ayant de 4 à 30 atomes de carbone, ayant de 1 à 8 insaturations éthyléniques et/ou acétyléniques et comportant éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes, > (vi) et leurs mélanges, avec la condition selon laquelle quand l'auxiliaire comprend un ou plusieurs CHI tels que définis supra, alors ce (ces) CHI est (sont) mélangé(s) avec au moins un autre auxiliaire différent d'un CHI.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'on utilise un catalyseur à base d'iridium de degré d'oxydation I dans la structure duquel chaque atome d'iridium répond à la forme complexe du type Ir (L)3 X où les symboles L et X ont les définitions données dans l'ouvrage "Chimie Organometallique de Didier ASTRUC", publié en 2000 par EDP Sciences (cf. notamment page 31 et suivantes).
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le catalyseur répond à la formule :
[lr (R4)x (R5)]y (IV) dans laquelle :
- le symbole R4 représente soit un ligand monodentate L et dans ce cas x = 2, soit un ligand bidentate (L)2 et dans ce cas x = 1 , et
- le symbole R5 représente, soit Hal représente un atome d'halogène choisi parmi les atomes de chlore, brome et iode, et dans ce cas y = 2, soit un ligand de type LX et dans ce cas y = 1.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que dans la formule (IV): o R4 est un ligand comportant au moins une double liaison carbone=carbone et/ou au moins une triple liaison C≡C, ces liaisons insaturées pouvant être conjuguées ou non conjuguées, ledit ligand : étant linéaire ou cyclique (mono ou polycyclique), ayant de 4 à 30 atomes de carbone, ayant de 1 à 8 insaturations éthyléniques et/ou acétyléniques et comportant éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes, et o R5, outre Hal, peut représenter aussi un ligand LX comme notamment un ligand dérivé de l'acétylacétone, d'un β-cétoester, d'un ester malonique, d'un composé allylé.
5. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'auxiliaire est introduit dans le milieu réactionnel à l'état libre et selon un rapport molaire, par rapport à l'iridium métal, d'au moins 0,2, de préférence d'au moins 1 et plus préférentiellement d'au moins 100.
6. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé :
> en ce que l'auxiliaire comprend au moins un composé sélectionné dans le groupe des CHI (v) pris en eux-mêmes ou en mélanges entre eux, > et en ce que la concentration en catalyseur (de préférence IV) est telle que le rapport molaire Iridium / silane de formule (II), exprimé en moles, est inférieur ou égal à 400.10 , de préférence à 200.10 , et, plus préférentiellement encore à 50.10"6.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'auxiliaire est sélectionné dans le groupe comprenant : cyclohexanone, 2-cyclohexen-1-one, isophorone, 2-benzylidenecyclohexanone, 3-Methylene-2-norbomanone, 4-hexen-3-one, 2-allylcyclohexanone, 2-Oxo-1- cyclohexaneproprionitrile, 2-(1-cyclohexenyl)cyclohexanone, monoglyme, éthy- lène-glycoldivinyléther, éther éthylique, benzoquinone, phényl-benzoquinone, anhydride maléïque, anhydride succinique allylé, 3-benzylidène-2,4-pentadione, phénothiazine, (méthylvinyl)cyclotétrasiloxane (D4 vinylé), 4-phényl-3-butyn-2- one, butadiène-1 ,3, hexadiène-1 ,5, cyclohexadiène-1 ,3, cyclooctadiène-1 ,5 (COD), cyclododécatriène-1 ,5,9, divinyltétraméthylsiloxane (DVTMS), norboma- diène et leurs mélanges.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'auxiliaire est un mélange (vi) comportant au moins un CHI (v) -de préférence la COD- et au moins une cétone (i) -de préférence la cyclohexanone- et/ou au moins un éther (ii) et/ou au moins une quinone (iii).
9. Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce que la concentration en catalyseur -de préférence de formule (IV)- est telle que le rapport molaire Iridium / silane de formule (II), exprimé en moles, est inférieur ou égal à 100.10 , de préférence à 60.10 , et, plus préférentiellement encore est compris entre 40.10"δ et 1.10"6.
10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les composants du mélange (vi) : CHI / (i) et/ou (ii) et/ou (iii) sont présents dans le milieu réactionnel lorsque la réaction démarre.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le produit de formule (I) est le 3-chloropropyldiméthylchlorosilane, le produit de formule (II) est le diméthylhydro-génochlorosilane et le produit de formule (III) est le chlorure d'allyle.
12. Système catalytique pour la préparation d'un halogénoalkyldialkyl- halogénosilane de formule (I) :
Hal (R2R3)Si— (CH2)S— Hal par réaction d'hydrosilylation d'un milieu réactionnel comportant : • un silane de formule (II) :
Hal— (R2R3)Si-H • et un halogénure d'alcène de formule (III) :
CH=CH-(CH2)s-2Hal formules dans lesquelles : - le symbole Hal représente un atome d'halogène choisi parmi les atomes de chlore, brome et iode, - les symboles R2 et R3, identiques ou différents, représentent chacun un groupe hydrocarboné monovalent choisi parmi un radical alkyle, linéaire ou ramifié, ayant de 1 à 6 atomes de carbone et un radical phényle, et - s représente un nombre entier compris entre 2 et 10 inclus,
caractérisé en ce que qu'il comprend : -1- un catalyseur d'hydrosilylation à base d'iridium de degré d'oxydation I dans la structure duquel chaque atome d'iridium répond à la forme complexe du type Ir (L)3 X où les symboles L et X ont les définitions données dans l'ouvrage "Chimie Organometallique de Didier ASTRUC", publié en 2000 par EDP Sciences (cf. notamment page 31 et suivantes), ce catalyseur répondant de préférence à la formule :
[lr (R4)x (R5)]y (IV) dans laquelle :
- le symbole R4 représente soit un ligand monodentate L et dans ce cas x = 2, soit un ligand bidentate (L)2 et dans ce cas x = 1 , et
- le symbole R5 représente, soit Hal Hal représente un atome d'halogène choisi parmi les atomes de chlore, brome et iode, et dans ce cas y = 2, soit un ligand de type LX et dans ce cas y = 1
-2- et au moins un auxiliaire, à l'état libre ou supporté, sélectionné dans le groupe de composés comprenant :
> (i) les cétones,
> (ii) les éthers,
> (iii) les quinones, > (iv) les anhydrides,
> (v) les composés hydrocarbonés insaturés (CHI) ayant un caractère aromatique et/ou comportant au moins une double liaison carbone≈carbone et/ou au moins une triple liaison C≡C, ces liaisons insaturées pouvant être conjuguées ou non conjuguées, lesdits CHI : étant linéaires ou cycliques (mono ou polycyclique), ayant de 4 à 30 atomes de carbone, ayant de 1 à 8 insaturations éthyléniques et/ou acétyléniques et comportant éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes,
> (vi) et leurs mélanges, avec la condition selon laquelle quand l'auxiliaire comprend un ou plusieurs CHI tels que définis supra, alors ce (ces) CHI est (sont) mélangé(s) avec au moins un autre auxiliaire différent d'un CHI.
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