Процесс гриньяра с увеличенными выходами дифенилхлорсиланов в качестве продуктов - RU2345084C2

Описание

Данное изобретение относится к процессам Гриньяра для получения фенилсодержащих хлорсилановых продуктов. В частности, оно относится к процессам Гриньяра, в которых выход дифенилхлорсиланов в качестве продукта максимизирован, а выход фенилхлорсиланов в качестве продукта минимизирован.

В патенте США 6541651 (1 апреля 2003 г.), озаглавленном "Process for Chlorosilane Intermediate Manufacture" (далее здесь "патент 651"), принадлежащем тому же заявителю, что и настоящее изобретение, описан процесс Гриньяра, в котором выход фенилхлорсиланов в качестве продукта максимизирован, а выход дифенилхлорсиланов в качестве продукта минимизирован. В сущности, дифенилхлорсиланы, получаемые по патенту '651, присутствуют только как побочные продукты.

Данное изобретение, напротив, отличается тем, что оно стремится получить обратный результат, т.е. минимизировать выход фенилхлорсиланов в качестве продукта, максимизируя в то же время выход дифенилхлорсиланов в качестве продукта. Достижение этой цели получено путем проведения процесса Гриньяра с использованием определенных мольных соотношений реагентов, применяемых в процессе Гриньяра.

Данное изобретение относится к процессам Гриньяра для получения дифенилхлорсиланов с максимальным выходом и фенилхлорсиланов с минимальным выходом. В первом осуществлении реагенты процесса Гриньяра включают фенильный реагент Гриньяра, растворитель из класса простых эфиров, трихлорсилан и растворитель для реакции сочетания из класса ароматических углеводородов. В данном первом осуществлении фенильным реагентом Гриньяра предпочтительно является фенилмагнийхлорид; эфирным растворителем является диалкильный эфир, такой как диметиловый эфир, диэтиловый эфир, этилметиловый эфир, н-бутилметиловый эфир, н-бутилэтиловый эфир, ди-н-бутиловый эфир, диизобутиловый эфир, изобутилметиловый эфир и изобутилэтиловый эфир; ароматическим растворителем предпочтительно является толуол; и трихлорсиланом предпочтительно является метилтрихлорсилан, фенилтрихлорсилан или винилтрихлорсилан.

Во втором осуществлении реагенты процесса Гриньяра включают фенильный реагент Гриньяра, растворитель из класса простых эфиров, фенилхлорсилан и растворитель для реакции сочетания из класса ароматических углеводородов. В данном втором осуществлении фенильный реагент Гриньяра, эфирный растворитель и растворитель для реакции сочетания из класса ароматических углеводородов являются теми же, которые указаны выше, а фенилхлорсиланом предпочтительно является фенилметилдихлорсилан, фенилтрихлорсилан, дифенилдихлорсилан, фенилвинилдихлорсилан, гидридофенилдихлорсилан.

В третьем осуществлении реагенты процесса Гриньяра включают фенильный реагент Гриньяра, растворитель из класса простых эфиров, трихлорсилан, фенилхлорсилан и растворитель для реакции сочетания из класса ароматических углеводородов. В данном третьем осуществлении предпочтительные реагенты являются теми же, которые указаны выше в первом и втором осуществлениях.

В первом осуществлении мольное отношение эфирного растворителя к фенильному реагенту Гриньяра составляет от 2 до 5, мольное отношение трихлорсилана к фенильному реагенту Гриньяра составляет от 0,1 до 10, и мольное отношение ароматического углеводородного растворителя реакции сочетания к фенильному реагенту Гриньяра составляет от 3 до 7. Во втором осуществлении мольное отношение эфирного растворителя к фенильному реагенту Гриньяра составляет от 2 до 5, мольное отношение фенилхлорсилана к фенильному реагенту Гриньяра составляет от 0,5 до 5, и мольное отношение ароматического углеводородного растворителя реакции сочетания к фенильному реагенту Гриньяра составляет от 3 до 7. В третьем осуществлении мольное отношение эфирного растворителя к фенильному реагенту Гриньяра составляет от 2 до 5, мольное отношение трихлорсилана к фенильному реагенту Гриньяра составляет от 0,1 до 10, мольное отношение фенилхлорсилана к фенильному реагенту Гриньяра составляет от 0,5 до 5 и мольное отношение ароматического углеводородного растворителя реакции сочетания к фенильному реагенту Гриньяра составляет от 3 до 7.

Эти и другие характерные признаки изобретения станут ясны при рассмотрении подробного описания.

Как использован здесь, термин нормальное сочетание относится к реакциям фенилхлоридного реагента Гриньяра с трихлорсиланом, термин совместное сочетание относится к реакциям фенильного реагента Гриньяра с трихлорсиланом и фенилхлорсиланом, и термин прямое сочетание относится к реакциям фенильного реагента Гриньяра с фенилхлорсиланом.

Процесс Гриньяра, примененный в настоящем изобретении, как он в целом описан в патенте '651, показан ниже в химических реакциях (I) и (II). Данные реакции представляют первое осуществление изобретения, т.е. нормальное сочетание. Толуол является одним из продуктов реакции (II), но он не показан в реакции.

В химической реакции (I) фенилхлорид/хлорбензол (PhCl) соединяется с металлическим магнием (Mg) в присутствии растворителя диэтилового эфира (CH₃CH₂-O-CH₂CH₃), образуя фенилмагнийхлорид (PhMgCl) в диэтиловом эфире. Затем фенилмагнийхлорид в диэтиловом эфире используют в реакции (II), где он соединяется с метилтрихлорсиланом (MeSiCl₃) и растворителем реакции сочетания толуолом. Продуктами химической реакции (II) являются фенилметилдихлорсилан (PhMeSiCl₂), дифенилметилхлорсилан (Ph₂MeSiCl), хлорид магния и толуол.

Второе осуществление изобретения, т.е. прямое сочетание, является практически таким же, как первое осуществление (нормальное сочетание), описанное выше химическими реакциями (I) и (II), за исключением того, что во втором осуществлении вместо метилтрихлорсилана используют фенилметилдихлорсилан, как показано ниже в химической реакции (III). Толуол является одним из продуктов реакции (III), но он не показан в реакции.

Согласно третьему осуществлению изобретения, т.е. совместному сочетанию, описанному ниже как химическая реакция (IV), химические реакции (I) и (II) практически повторены с оговоркой, что в химической реакции (II) фенилметилдихлорсилан добавляют как реагент с метилтрихлорсиланом, и в химической реакции (III) метилтрихлорсилан используют как реагент с фенилметилдихлорсиланом. Толуол является одним из продуктов реакции (IV), но он не показан в реакции.

Различия между способом, описанным в данном изобретении, и способом, описанным в имеющем общих заявителей патенте '651, показаны ниже в таблицах I и II. Из таблицы I можно видеть, что согласно первому осуществлению данного изобретения мольное отношение PhMgCl/эфир/MeSiCl₃/толуол составляет соответственно 1/4/0,5/5 по сравнению с соответствующим мольным отношением PhMgCl/эфир/MeSiCl₃/толуол в патенте '651 - 1/4/3/3.

Мольное отношение PhMgCl/эфир/PhMeSiCl₂/толуол во втором осуществлении способа согласно данному изобретению составляет соответственно 1/4/1,1/1,3, тогда как соответствующее мольное отношение PhMgCl/эфир/PhMeSiCl₂/толуол в патенте '651 не является определенным и не раскрыто.

Мольное отношение PhMgCl/эфир/MeSiCl₃/PhMeSiCl₂/толуол в третьем осуществлении способа согласно данному изобретению составляет соответственно 1/4/1,2/0,3/3, тогда как соответствующее мольное отношение PhMgCl/эфир/MeSiCl₃/PhMeSiCl₂/толуол в патенте '651 не является определенным и не раскрыто.

Как отмечено выше, эти различия являются значительными, поскольку задачей патента '651 является получение фенилметилдихлорсилана в качестве основного продукта реакции, тогда как задачей настоящего изобретения является получение дифенилметилхлорсилана в качестве основного продукта процесса. Так, следуя указаниям способа согласно данному изобретению, специалист может получить продукты процесса, содержащие примерно 14-18 мас.% дифенилметилхлорсилана и только примерно 1-5 мас.% фенилметилдихлорсилана, тогда как в случае согласно способу по патенту '651 обычно имеют обращение этих количеств, хотя патент '651 не представляет конкретно точные количества каждого из хлорсиланов, присутствующих в продукте.

Хлорсиланы, используемые в данном изобретении, имеют общую формулу R_aSiX_4-a, где каждый R может представлять фенильную группу, метильную группу, винильную группу или водород; X представляет хлор или бром, и a имеет значение 0, 1 или 2. Некоторые подходящие и представительные хлорсиланы, которые могут быть использованы, включают тетрахлорид кремния, метилтрихлорсилан, диметилдихлорсилан, фенилметилдихлорсилан, фенилтрихлорсилан, дифенилдихлорсилан, винилтрихлорсилан, гидридотрихлорсилан, дивинилдихлорсилан, метилвинилдихлорсилан, фенилвинилдихлорсилан, гидридометилдихлорсилан, гидридофенилдихлорсилан, гидридовинилдихлорсилан и дигидридодихлорсилан.

Металлический магний, используемый в данном изобретении, может быть любой формой металла, используемой в настоящее время в реакциях типа реакции Гриньяра. Например, металл может быть в форме порошка, чешуек, гранул, опилок, комков или стружки. Контакт металлического магния с фенилгалогенидом может быть осуществлен в реакторах обычного типа, пригодных для проведения реакций типа реакции Гриньяра. Так, реактор может быть реактором периодического, полупериодического или непрерывного типа. Предпочтительным реактором является непрерывный реактор. Для получения лучших результатов среда, в которой осуществляется настоящий способ, должна быть инертной. Поэтому при предпочтительных условиях способа реактор продувают и защищают инертным газом, таким как азот или аргон.

Фенилгалогениды, используемые в данном изобретении, являются фенилгалогенидами формулы RX, где R представляет фенил, а X представляет атом хлора или брома. Предпочтительным фенилгалогенидом для данного изобретения является фенилхлорид (хлорбензол). Растворители для синтеза реагента Гриньяра включают диалкильные простые эфиры, такие как диметиловый эфир, диэтиловый эфир, этилметиловый эфир, н-бутилметиловый эфир, н-бутилэтиловый эфир, ди-н-бутиловый эфир, диизобутиловый эфир, изобутилметиловый эфир и изобутилэтиловый эфир. Наиболее предпочтительным эфирным растворителем является диэтиловый эфир. Однако ароматические растворители, такие как толуол, используются в качестве растворителей для реакции сочетания фенильного реагента Гриньяра PhMgCl c PhMeSiCl₂ или MeSiCl₃ в способе по изобретению. Фенильные реагенты Гриньяра, такие как PhMgCl, могут быть или синтезированы, или закуплены, как желательно.

ПРИМЕРЫ

Последующие примеры представлены для того, чтобы пояснить изобретение более подробно.

Пример 1. Нормальное сочетание PhMgCl с MeSiCl₃ - Сочетание при мольном отношении PhMgCl/эфир/MeSiCl₂/толуол 1/4/0,5/5 - Первое осуществление изобретения

Реакцию нормального сочетания PhMgCl/эфир/MeSiCl₃/толуол проводили при мольном соотношении 1/4/0,5/5 следующим образом. Метилтрихлорсилан и раствор Гриньяра, содержащий PhMgCl и диэтиловый эфир, синтезировали на месте. Мольное соотношение PhMgCl/диэтиловый эфир в растворе Гриньяра составляло 1/4 при концентрации PhMgCl около 2 моль/л. Концентрированный раствор был двухфазным, состоящим из жидкости, содержавшей твердые вещества, которые осаждались на дне. В данном примере использовали и жидкую, и твердую части. Приблизительно 250 мл раствора насосом перемещали в 500 мл капельную воронку. Это эквивалентно примерно 0,500 моль PhMgCl и 2,00 моль диэтилового эфира. Затем в 1000-мл круглодонную колбу добавляли 37,37 г (0,25 моль) MeSiCl₃ и 230,38 г (2,5 моль) толуола.

Присоединяли капельную воронку и подсоединяли источник азота, чтобы обеспечить инертную атмосферу в системе. Добавление раствора Гриньяра занимало период времени в 13,5 минут. Раствор приобретал темный оранжево-коричневый цвет, но оставался текучим на протяжении операции. Максимальная температура экзотермического разогрева, достигнутая во время операции, составляла 58°С. Когда перемешивание прекратили, осаждение твердых веществ началось почти немедленно. Процент массового извлечения составлял 97,45%. Газохроматографический (ГХ) анализ реакционной смеси показал содержание в продукте 17,13 мас.% целевого соединения Ph₂MeSiCl и только 5,7 мас.% PhMeSiCl₂. Массовое соотношение Ph₂MeSiCl и PhMeSiCl₂ составляло 3.

Пример 2. Прямое сочетание PhMgCl с PhMeSiCl₂ - Сочетание при мольном отношении PhMgCl/эфир/PhMeSiCl₂/толуол 1/4/1,1/3 - Второе осуществление изобретения

Реакцию прямого сочетания PhMgCl/эфир/PhMeSiCl₂/толуол проводили при мольном соотношении 1/4/1,1/3 следующим образом. Раствор Гриньяра, содержащий PhMgCl и диэтиловый эфир, синтезировали на месте. Мольное соотношение PhMgCl/диэтиловый эфир в растворе Гриньяра составляло 1/4 при концентрации PhMgCl около 2 моль/л. Концентрированный раствор был двухфазным, состоящим из жидкости, содержавшей твердые вещества, которые осаждались на дне. В данном примере использовали и жидкую, и твердую части. Приблизительно 250 мл раствора насосом перемещали в 500-мл капельную воронку. Это эквивалентно примерно 0,500 моль PhMgCl и 2,00 моль диэтилового эфира. Затем в 1000-мл круглодонную колбу добавляли 105,55 г (0,25 моль) PhMeSiCl₂ и 138,71 г (1,5 моль) толуола.

Присоединяли капельную воронку и подсоединяли источник азота, чтобы обеспечить инертную атмосферу в системе. Добавление раствора Гриньяра занимало период времени в 10 минут. Раствор приобретал темный оранжево-коричневый цвет, но оставался текучим на протяжении операции. Максимальная температура экзотермического разогрева, достигнутая во время операции, составляла 58°С. Когда перемешивание прекратили, осаждение твердых началось почти немедленно. Процент массового извлечения составлял 98,28%. Газохроматографический (ГХ) анализ реакционной смеси показал содержание в продукте 16,26 мас.% целевого соединения Ph₂MeSiCl и только 7,87 мас.% PhMeSiCl₂. Массовое соотношение Ph₂MeSiCl/PhMeSiCl₂ составляло 2,1.

Пример 3. Совместное сочетание со смесью MeSiCl₃ и PhMeSiCl₂- Сочетание при мольном отношении PhMgCl/эфир/MeSiCl₃/PhMeSiCl₂/толуол 1/4/1,2/0,3/3 - Третье осуществление изобретения

Реакцию совместного сочетания PhMgCl/эфир/MeSiCl₃/PhMeSiCl₂/толуол проводили при мольном соотношении 1/4/1,2/0,3/3 следующим образом. Раствор Гриньяра, содержащий PhMgCl и диэтиловый эфир, синтезировали на месте. Мольное соотношение PhMgCl/диэтиловый эфир в растворе Гриньяра составляло 1/4 при концентрации PhMgCl около 2 моль/л. Концентрированный раствор был двухфазным, состоящим из жидкости, содержавшей твердые вещества, которые осаждались на дне. В данном примере использовали и жидкую, и твердую части. Приблизительно 250 мл раствора насосом перемещали в 500-мл капельную воронку. Это эквивалентно примерно 0,500 моль PhMgCl и 2,00 моль диэтилового эфира. Затем в 1000-мл круглодонную колбу добавляли 28,67 г (0,15 моль) PhMeSiCl₂, 89,68 г (0,601 моль) MeSiCl₃ и 138,05 г (1,499 моль) толуола.

Присоединяли капельную воронку и подсоединяли источник азота, чтобы обеспечить инертную атмосферу в системе. Добавление раствора Гриньяра занимало период времени в 10,5 минут. Раствор приобретал темный оранжево-коричневый цвет, но оставался текучим на протяжении операции. Максимальная температура экзотермического разогрева, достигнутая во время операции, составляла 59°С. Когда перемешивание прекратили, осаждение твердых началось почти немедленно. Реакционной смеси давали остыть и переносили ее в банку для образцов с этикеткой. Процент массового извлечения составлял 97,26%. Газохроматографический (ГХ) анализ реакционной смеси показал содержание в продукте 16,46 мас.% целевого соединения Ph₂MeSiCl и только 1,88 мас.% PhMeSiCl₂. Массовое соотношение Ph₂MeSiCl и PhMeSiCl₂ составляло 8,7.

Общеизвестно, что повышение образования Ph₂MeSiCl реакцией сочетания PhMgCl с PhMeSiCl₂ (прямое сочетание) или реакцией PhMgCl с MeSiCl₃ (нормальное сочетание) и затруднительно, и нелегко достижимо. Однако, как показано выше, согласно настоящему изобретению было неожиданно обнаружено, что изменением соотношения PhMgCl/MeSiCl₃ (нормальное сочетание), или PhMgCl/PhMeSiCl₂ (прямое сочетание), или PhMgCl/MeSiCl₃ и PhMgCl/PhMeSiCl₂ (совместное сочетание) можно не только улучшить, но и значительно повысить образование Ph₂MeSiCl. Это является важным, поскольку теперь позволяет специалистам повысить и максимизировать образование Ph₂MeSiCl, минимизируя в то же время образование PhMeSiCl₂ не известными до сих пор способами.

Другие варианты могут быть сделаны в соединениях, композициях и способах, описанных здесь, без отклонения от существенных отличительных признаков изобретения. Осуществления изобретения, конкретно описанные здесь, являются только примерами и не предназначены для ограничения объема за исключением того, что определено в прилагаемой формуле изобретения.

Реферат

Изобретение относится к процессам Гриньяра для получения фенилсодержащих хлорсилановых продуктов. Техническая задача - разработка процесса Гриньяра, в котором выход дифенилхлорсиланов в качестве продукта максимизирован, а выход фенилхлорсиланов в качестве продукта минимизирован. Предложены три варианта процесса Гриньяра для получения дифенилхлорсиланов. В первом варианте реагентами процесса Гриньяра являются фенильный реагент Гриньяра, растворитель из класса простых эфиров, трихлорсилан и толуол. Во втором варианте реагентами процесса Гриньяра являются фенильный реагент Гриньяра, растворитель из класса простых эфиров, фенилхлорсилан и растворитель для реакции сочетания из класса ароматических углеводородов. В третьем варианте реагентами процесса Гриньяра являются фенильный реагент Гриньяра, растворитель из класса простых эфиров, трихлорсилан, фенилхлорсилан и растворитель для реакции сочетания из класса ароматических углеводородов. В каждом варианте реагенты присутствуют в определенном мольном соотношении. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 табл.

Формула