Способ получения тетраметоксисилана
Иллюстрации
Реферат
1453
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕ Н ИЯ
К ПАТЕНТУ
Союз Советских
Социалистических
Реоптблик
В . EQ(Q- л а
1Г;
A,:, бдио-, Зависимый от патента №
С 071 7/04
Заявлено 19.1Х.1968 (№ 1272941/23-4) с присоединением заявки № 1322607/23-4
Комитет ло делам изобретений и открытий при Совете 1йинистрое
CCCP
Приоритет 21.IX.1967 и 02Л .1968, № Д 54170 IVa/12 и № P 1768339,5, Ф Р Г
Опубликовано 06.1.1971, Бюллетень ¹ 3
547.26 128.07 (088.8) Дата опубликования описания 10.III.1971
Авторы изобретения
Иностранцы
Арнольд Ленц и Вальтер Роглер (Федеративная Республика Германии) Иностранная фирма
«Динамит Нобель АГ» (Федеративная Республика Германии) Заявитель
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕТРАМЕТОКСИСИЛАНА
Изобретение относится к получению тетраметиловых эфиров ортокремневой кислоты, которые находят применение в качестве промежуточных продуктов, например, при получении кремневой кислоты с сильно развитой поверхностью.
Эфиры о токремневой кислоты обычно получают взаимодействием галогенидов кремния с соответствующими спиртами.
Известно также, что вместо галогенидов кремния можно использовать кремний или соединения кремния с железом, или ферросилиций. Такие реакции проводят в присутствии щелочных катализаторов, таких как этилат натрия, гидроокись калия, бифторид аммония, аммиак и дицианамид.
Предлагается в качестве катализатора использовать метилаты щелочных металлов и процесс вести при температуре от 15 С до температуры кипения реакционной смеси предпочтительно при нормальном давлении.
Кроме того, способ может быть проведен так, что вместо метилата щелочного металла в реакционную смесь вводят, например, щелочной металл, который при взаимодействии с метанолом образует метилат щелочного металла до или во время образования эфира кремневой кислоты. Можно также использовать смеси метилатов двух или нескольких щелочных металлов, Это позволяет значительно увеличить скорость реакции, упростить способ за счет снижения температуры и давления, а также повысить выход целевого продукта.
Пример 1. В однолитровый бак с мешалкой и обратным холодильником к 50 г мелкозернистого ферросилиция (содержание силиция 90 вес. %, средний диаметр зерен приблизительно 10 мк) добавляют 1 кг
1п 38 /o-ного раствора натрийметилата в метаноле (проценты даны в отношении раствора).
Уже при комнатной температуре начинается выделение водорода, которое увеличивается при повышении температуры приблизительно и до 100 С. Во время реакции максимально выделяется 200 л водорода в час. Во время реакции выделение газа, однако, медленно снижается. К концу реакции в общем было добавлено 195 г метанола, чтобы препятство20 вать выкристаллизовыванию метилата. По истечении 2 час образование эфира фактически заканчивается. Смесь эфира с метанолом отдистиллировывают и подвергают анализу.
Выпавшие при дистилляции 850 г жидкости
2s содержат 27 вес. % Я(ОСНОВ) 4Выход тетраметилового эфира ортокремневой кислоты, считая по разложившемуся на
95% силицию, составляет 100%; общий выход
30 по силицию, следовательно, 95%, Пример 2. Способ проводят по примеру 1, но берут 15% пый раствор метилата.
Ежечасное выделение водорода составляет максимально 20 л, во время реакции зто выделение, однако, уменьшается. По истечении
4 «ас извлекают 886 г смеси эфира с метанолом. Разложение в отношении применяемого силиция составляет 95%. B этом примере даже к концу реакции не требуется какой бы то ни было добавки метанола. Насыщение раствора метилата при охлаждении до комнатной температуры пе было превышено.
Пример 3. Работу проводят по примеру 1, но применяют крупнозернистый ферросилиций (90 вес. % силиция) с диаметром зерен в среднем 1 см. При реакции с обратным холодильником устанавливается температура приблизительно 100 С. Выделение водорода максимально составляет 240 мл/час, что соответствует расходу силиция 0,15 г/час. K концу реакции были добавлены 195 г метанола. По истечении 280 час смесь эфира с метанолом отдистиллировывают. Выпавшие при этом 840 г жидкости содержат 26,5 вес. %
Si(OCH>)4, что соответствует разложению по примененному силицию 92%. Обменное разложение в желаемый эфир осуществляется практически на 100%.
Наиболее выгодно в техническом отношении проведения реакции при применении курпнозернистого материала достигают, если работу проводят в специальном устройстве.
Это устройство не имеет ситчатого дна, в нем применен насос для перекачивания шламма.
Таким образом, возможно всю реакционную смесь, включая гранулят ферросилиция, подвергать циркуляции и тем самым скорость протекания реакции повышать так, чтобы ежечасно выделялось максимально приблизительно 150 л водорода, Общее время протекания реакции составляет приблизительно
3 час и достигают разложения на 92% в отношении примененного сплиция.
Пример 4, а) 196 г ферросилиция (содержание 90%
Si) совместно с 404 г метанола (молярное соотношение 1: 2) в течение 30 час размалывают в шаровой мельнице до величины зерен приблизительно 10 мк.
Этой суспензией наполняют однолитровый сосуд с мешалкой. При охлаждении сосуда добавляют 248 г метилата натрия, причем образуется 38%-ный раствор метилат-метанола, который нагревают с обратным холодильником и при этом начинается сильное выделение водорода.
По истечении 20 мин реакция заканчивается. Извлекают 478 г смеси эфира с метанолом. Анализ показывает содержание
Si (ОСНз) 4 98%.
Выход составляет 98% по метанолу (49% по Si).
Выход на единицу время/объем составляет
4420 г/куб. фут/час.
65 б) Дальше опыт проводят как в пункте а, только в качестве катализатора вместо натрийметилата применяют аммиак. При введении избытка NH> (размешивая, нагревают с обратным холодильником) наблюдается легкое выделение водорода. По истечении 5,5 час отбирают 402 г смеси эфира с метанолом.
Анализ показывает содержание Si (ОСНз) 4
99%. Выход составляет 0,83% в расчете на метанол (0,42% в расчете на Si). Выход на единицу время/объем составляет
20.,5 г/куб. фут/час.
Пример 5. а) По примеру 4 готовят суспензию из силиция и метанола и вводят в однолитровый ав "оклав с мешалкои. При охлаждении добавляют 248 г метилата натрия, вследствие чего образуется 38%-ный раствор метилатметанола. Автоклав закрывают и нагревают до 160 С, причем давление быстро поднимается до 280 ати. По истечении 10 мин достигают постоянства давления и автоклав охлаждают и разрежают.
Отбирают 475 г смеси эфира с метанолом.
Анализ показывает содержание Si (ОСНз) 4
98 5%.
Выход составляет 97,5% по спирту (49% по Si), выход на единицу время/объем
7950 г/куб. фут/час. б) Дальше опыт проводят как в пункте а, но в качестве катализатора вместо метилата натрия применяют КНз. Суспензию в однолитровом автоклаве с мешалкой соответственно насыщают NH> при давлении 1 ати.
Автоклав нагревают до 160 С, причем в течение 5,5 час давление повышается до
170 ати.
После охлаждения производят разрежение и отбирают 440 г смеси эфира с метанолом.
Анализ показывает содержание $1(ОСНз)
58,6 "о.
Выход составляет 54% по метанолу (27% по Si), выход на единицу время/объем составляет 1330 г/куб. фут/час.
П р и мер 6. В однолитровый сосуд с мешалкой и обратным холодильником к 50 г мелкозернистого ферросилиция (содержание силиция 90 вес. %, средний диаметр зерен
10 мк) добавляют 1 кг 38%-ного раствора метилата калия в метаноле (проценты даны в отношении раствора). Легкое выделение водорода начинается уже при комнатной температуре, которое при нагревании до дистилляции с обратным холодильником увеличивается приблизительно до 200 л Нз/час. К концу реакции необходимо долить всего 195 г метанола, чтобы предотвратить выкристаллизовывание метилата. По истечении 2 час образование эфира практически заканчивается.
Смесь эфира с метанолом отдистиллировывают и подвергают анализу. Выпавшие при дистилляции 850 г жидкости содержат 27 вес. % тетраметилового эфира ортокремневой кислоты. Выход тетраметилового эфира ортокремневой кислоты, считая на прореагировавший
291453
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что метилаты щелочных металлов получают в реакционной смеси. Предмет изобретения 15 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, 1. Способ получения тетраметоксисилана что используют смеси метилатов двух или невзаимодействием кремния или соединения скольких щелочных металлов.
Составитель М. Кожинская
Редактор О. Н. Кузнецова Текред Л. В. Куклина Корректор О. М. Ковалева
Изд. № 114 Заказ 426/10 Тираж 473 Подписное
ЦИИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР
Москва, )К-35, Раушская наб., д. 4/5
Типография, пр. Сапунова, 2
В на 95/о силиций, составляет 100%, общий выход по силицию, следовательно, 95%.
Пример 7. Способ проводят так же, как в примере 6, но применяют 11о/о-ный раствор метилата лития. Выделение водорода составляет в среднем 10 л/час и по истечении
8 час почти заканчивается. К концу реакции необходимо добавить 195 г метанола, чтобы предотвратить выкристаллизовывание метилата лития. Извлекают 926 г смеси эфира с метанолом, которая содержит 25% тетраметилового эфира ортокремневой кислоты. Общий выход составляет 95 /о. кремния с железом, или ферросилиция с метанолом в присутствии алкоголята щелочного металла в качестве катализатора, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода
5 целевого продукта и скорости процесса, в качестве алкоголята щелочного металла используют метилаты щелочных металлов и процесс ведут при температуре от 15 С до температуры кипения реакционной смеси.