Способ получения метилбензилалкоксисиланов

Способ получения метилбензилалкоксисиланов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области химической технологии получения мономерных кремнийорганических соединений, которые могут найти применение в качестве исходных веществ для получения кремнийорганических полимеров. Кремнийорганические полимеры обладают уникальным комплексом ценных свойств и соответственно широким спектром практического применения. Их широкое использование и соответственно производство постоянно растет, и поиск новых соединений, расширяющих спектр полезных свойств, и экологичных способов их получения остается актуальной задачей. Разработка технологичных способов получения новых мономерных функциональных органосиланов является необходимым условием создания на их основе новых органосилоксановых полимеров.

Более конкретно, изобретение относится к способу получения новых функциональных органосиланов - метилбензилалкоксисиланов, арилсодержащих аналогов известных метилфенилалкоксисиланов.

Известно, что введение органических заместителей, содержащих ароматическую группу, дает ряд серьезных преимуществ. На примере соединений, содержащих фенильную группу у атома кремния, известно, что такие соединения более термостойки, более устойчивы к нагреванию и окислению, чем метилсилоксаны, причем введенные в молекулу полисилоксана фенильные группы определенным образом стабилизируют также метальные заместители. Введение фенильных заместителей приводит также к достижению более удовлетворительных механических свойств силоксановых полимеров. Получение их аналога - бензилсодержащих кремнийорганических полимеров не было осуществлено по причине отсутствия технологичных процессов получения функциональных бензилсиланов. Алкилфункциональные силаны являются предпочтительными, как более экологичные и по способу получения, и по условиям переработки, по сравнению с более изученными хлорфункциональными органосиланами.

Известно, что бензилхлорсиланы были синтезированы магнийорганическим синтезом [Journal of Organometallic Chemistry 1981, V. 218, №2, P. 147]. Выход бензилдиметилхлорсилана может достигать 70% при проведении реакции с использованием диэтилового эфира.

Известна реакция взаимодействия бензилхлорида с гидридхлорсиланами с использованием различного рода катализаторов, приводящая к получению бензилхлорсиланов [J. Am. Chem. Soc. - 1969, V. 91 №13, P. 3666; Organometallics - 2003, V. 22, P. 529].

Известны бензилсиланолы, полученные из соответствующих бензилхлорсиланов, синтезированных в свою очередь реакцией Гриньяра с использованием бензилмагнийхлорида [Nippon Kagaku Zassi 1960, Vol. 81 P. 11].

Перечисленные процессы используют в качестве исходных соединений агрессивные хлорсиланы, что делает их нетехнологичными и экологически небезопасными.

Известен способ получения метилфенилдиалкоксисиланов на основе метилтриалкоксисилана по реакции Гриньяра в среде эфирных растворителей (CN103113400), в результате чего процесс достаточно опасен и соответственно нетехнологичен.

Известен синтез метилфенилдиэтоксисилана магнийорганическим синтезом в отсутствие органических растворителей взаимодействием метилтриэтоксисилана, хлористого фенила и металлического магния (Патент №470505 Италия, 1952). Условия процесса жесткие, реакцию вели в автоклаве при давлении и высокой температуре 150-160°C в течение 10 ч, при этом выход продуктов составил 70%.

Известен способ получения бензилалкоксисиланов магнийорганическим синтезом на основе тетраметоксисилана и триэтоксисилана [ЖОХ 1955, №25, С. 1124]. Выход целевых соединений очень невысок, не превышает 10%.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения смеси бензилэтоксисиланов взаимодействием бензилмагнийхлорида и триэтоксисилана при кипении в среде безводного эфира [JACS 1951, V. 73 №2, P. 865-865]. Недостатками процесса являются опасное и соответственно нетехнологичное кипение эфирного реакционного раствора и низкий выход целевого бензилдиэтоксисилана, который не превышал 12%.

Задачей заявляемого изобретения является получение нового технического результата, заключающегося в создании нового безопасного и технологичного способа получения функциональных кремнийорганических мономерных соединений - метилбензилалкоксисиланов, пригодных для синтеза новых метилбензилсилоксановых полимеров.

Задача решается тем, что разработан способ получения метилбензилалкоксисиланов, заключающийся в том, что проводят реакцию метилалкоксисилана, бензилхлорида и металлического магния в отсутствие органических растворителей. Метилалкоксисилан выбирают из ряда: метилтриалкоксисилан и диметилдиалкоксисилан, где алкоксигруппа является метоксильной или этоксильной группой.

В частности, проводят реакцию с использованием метилтриалкоксисилана. Общая схема реакции имеет следующий вид:

В частности, проводят реакцию с использованием диметилдиалкоксисилана. Общая схема реакции имеет следующий вид:

В частности, в качестве исходных соединений используют метилалкоксисиланы, в которых алкоксильная группа является этоксильной.

В частности, в качестве исходных соединений используют метилалкоксисиланы, в которых алкильная группа является метоксильной.

В частности, соотношение реагентов метилалкоксисилана, бензилхлорида и металлического магния составляет 2.5:1:1.5.

Синтезированные соединения анализировались с использованием ГЖХ и ¹H ЯМР-спектроскопии. Результаты анализов полностью подтверждали строение соединений.

В отличие от известного способа, недостатками которого являются низкий выход целевого бензилдиэтоксисилана, который не превышал 12%, а также присутствие органического растворителя - эфира, достоинством данного метода является высокий выход целевого продукта, ~70%, значительно превышающий ранее достигнутый, а также отсутствие органических эфирных растворителей, делающих процесс опасным и соответственно нетехнологичным. Это позволило получить новый технический результат, заключающийся в создании эффективного и технологичного способа получения бензилметилалкоксисиланов, благодаря тому, что проводят реакцию метилалкоксисилана, бензилхлорида и металлического магния в отсутствие органических растворителей.

Роль растворителя играет избыток реагента метилалкоксисилана. Оптимальным соотношением является 2,5-й избыток триэтоксисилана и 1,5-й избыток магния относительно количества введенного бензилхлорида. При дальнейшем увеличении содержания этих реагентов выход целевого продукта не растет.

Важной особенностью магнийорганического процесса с участием бензилхлорида является отсутствие необходимости активации реакции стандартными активаторами - дибромэтаном, йодом, фенилбромидом, используемыми в реакции фенилхлорида с этоксисиланами. Это объясняется достаточно высокой активностью хлористого бензила по сравнению с хлористым фенилом в реакции Гриньяра.

Влияние типа органического радикала алкоксильной группы у атома кремния было незначительным, выход целевого продукта в случае исходного метилтриметоксисилана составил 67%. Нужно отметить, что это является важным преимуществом бензилсодержащих соединений по сравнению с фенилсодержащими, для которых невозможно проведение синтеза с использованием метоксисиланов.

На Фиг. 1 приведена ГЖХ-кривая метилбензилдиэтоксисилана, полученного по примеру 1.

На Фиг. 2 приведен ¹H ЯМР (CDCl₃) спектр метилбензилдиэтоксисилана, полученного по примеру 1.

Изобретение может быть проиллюстрировано следующими примерами.

Пример 1. Синтез метилбензилдиэтоксисилана.

К 36 г (1,5 моля) магния приливают смесь, состоящую из 445 г (2,5 моль) метилтриэтоксисилана и 126,5 г (1 моль) бензилхлорида, при кипячении. Реакционную смесь перемешивают 6 часов при температуре 150°C. Далее реакционную массу фильтруют, отгоняют избыток метилтриэтоксисилана. Продукт выделяют фракционированием в вакууме. T_кип.=120-122°C (14 мБар). Бесцветная жидкость. Выход 70%. Спектр ¹H ЯМР (CDCl₃), δ (ppm): 0.05 (с, 3H, SiCH₃) 2.19 (с, 2H, SiCH ₂C₆H₅), 7.21-7.09 (м, 5Н, SiCH₂ C ₆ H ₅), 3.78-3.70 (м, 4H, Si(OCH ₂CH₃)), 1.19 (т, 6H, Si(OCH₂CH ₃)).

Пример 2. Синтез метилбензилдиметоксисилана

К 36 г (1,5 моля) магния приливают смесь, состоящую из 340 г (2,5 моль) метилтриметоксисилана и 126,5 г (1 моль) бензилхлорида, при кипячении. Далее кипятят реакционную смесь в течение 6 часов при температуре 112°C. Далее реакционную массу фильтруют, отгоняют метилтриметоксисилан. Продукт выделяют фракционированием в вакууме. T_кип.=95-96°C (14 мБар). Бесцветная жидкость. Выход 67%. Спектр ¹H ЯМР (CDCl₃), δ (ppm): 0.08 (с, 3H, SiCH₃) 2.22 (с, 2H, SiCH ₂C₆H₅), 7.27-7.08 (м, 5H, SiCH₂ C ₆ H ₅, 3.51 (с, 9H, Si(OCH₃)₃).

Пример 3. Синтез диметилбензилэтоксисилана

К 36 г (2 моля) магния прибавляют смесь, состоящую из диметилдиэтоксисилана 370 г (2,5 моля) и бензилхлорида 126,5 г (1 моля). Далее кипятят реакционную смесь 6 часов при температуре 130°C. Далее реакционную массу фильтруют, отгоняют метилтриметоксисилан. Продукт выделяют фракционированием при атмосферном давлении. T_кип=199°C. Бесцветная жидкость. Выход 65%. Спектр ¹H ЯМР (CDCl₃), δ (ppm): 0.08 (с, 6H, SiCH₃) 2.18 (с, 2H, SiCH ₂C₆H₅), 7.21-7.04 (м, 5H, SiCH₂ C ₆ H ₅), 3.69-3.60 (м, 2H, Si(OCH ₂CH₃)), 1.17 (т, 3H, Si(OCH₂CH ₃)).

1. Способ получения метилбензилалкоксисиланов, заключающийся в том, что проводят реакцию метилалкоксисилана, бензилхлорида и металлического магния в отсутствие органических растворителей.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что метилалкоксисилан выбран из ряда: метилтриалкоксисилан и диметилдиалкоксисилан, где алкоксигруппа является метоксильной или этоксильной группой.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что проводят реакцию с использованием метилтриалкоксисилана.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что проводят реакцию с использованием диметилдиалкоксисилана.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве исходных соединений используют метилалкоксисиланы, в которых алкоксильная группа является этоксильной.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве исходных соединений используют метилалкоксисиланы, в которых алкильная группа является метоксильной.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что соотношение реагентов метилалкоксисилана, бензилхлорида и металлического магния составляет 2,5:1:1,5.