[go: up one dir, main page]

RU2842998C1 - Method of producing organoalkoxy silanes - Google Patents

Method of producing organoalkoxy silanes Download PDF

Info

Publication number
RU2842998C1
RU2842998C1 RU2024130192A RU2024130192A RU2842998C1 RU 2842998 C1 RU2842998 C1 RU 2842998C1 RU 2024130192 A RU2024130192 A RU 2024130192A RU 2024130192 A RU2024130192 A RU 2024130192A RU 2842998 C1 RU2842998 C1 RU 2842998C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
silicon
copper
ether
organoalkoxysilanes
producing
Prior art date
Application number
RU2024130192A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Максим Николаевич Темников
Екатерина Олеговна Миняйло
Илья Николаевич Кржановский
Андрей Кириллович Ратников
Антон Александрович Анисимов
Сергей Михайлович Чистовалов
Азиз Мансурович Музафаров
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова Российской академии наук (ИНЭОС РАН)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова Российской академии наук (ИНЭОС РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова Российской академии наук (ИНЭОС РАН)
Application granted granted Critical
Publication of RU2842998C1 publication Critical patent/RU2842998C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to methods of producing organoalkoxysilanes. Disclosed is a method of producing organoalkoxysilanes by direct reaction of silicon with a simple symmetric or asymmetric ether, which involves reaction of technical crude silicon and an ether of general formula R1OR2, where R1 and R2 independently denote Me, Et, n-Pr, n-Bu, Ar, using copper catalyst in presence of promoting additives in vibrofluidized bed of grinding bodies at temperature of 100-300 °C. Method enables to obtain organoalkoxysilanes via direct synthesis without using carcinogenic organohalides and organic precursors susceptible to thermal decomposition with virtually complete conversion of silicon.
EFFECT: reducing the number of process steps and minimizing the total duration of the process, reducing power consumption and providing environmental friendliness of production.
8 cl, 2 dwg, 1 tbl, 18 ex

Description

Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates

Изобретение относится к химической технологии, в частности к способам получения кремнийорганических соединений, а именно к способам получения органоалкоксисиланов. Органоалкоксисиланы представляют собой важные с промышленной и коммерческой точки зрения продукты, которые применяются в производстве связующих агентов для многих отраслей промышленности, включая производство клеящих веществ и уплотнителей, покрытий, пластмасс, тканей, медицинского оборудования, косметики и др. Наиболее эффективно изобретение может быть использовано в химической и фармацевтической промышленности.The invention relates to chemical technology, in particular to methods for producing organosilicon compounds, namely to methods for producing organoalkoxysilanes. Organoalkoxysilanes are important products from an industrial and commercial point of view, which are used in the production of binding agents for many industries, including the production of adhesives and sealants, coatings, plastics, fabrics, medical equipment, cosmetics, etc. The invention can be most effectively used in the chemical and pharmaceutical industries.

Уровень техникиState of the art

Основным промышленным способом получения органоалкоксисиланов является этерификация соответствующих хлорсиланов. Недостатками этого способа являются образование большого количества солянокислых отходов, низкий выход целевых алкоксисиланов и использование в качестве исходных веществ хлорсиланов.The main industrial method for obtaining organoalkoxysilanes is the esterification of the corresponding chlorosilanes. The disadvantages of this method are the formation of a large amount of hydrochloric acid waste, a low yield of target alkoxysilanes, and the use of chlorosilanes as starting materials.

Известен способ получения метилдиметоксилана взаимодействием металлического кремния и метанола в проточном реакторе в присутствии катализатора хлорида меди (I) и тиофена при температуре 280-450°С [Okamoto, М.; Abe, Н.; Kusama, Y.; Suzuki, Е.; Ono, Y. Direct Synthesis of Methyldimethoxysilane from Metallic Silicon and Methanol Using Copper(I) Chloride Catalyst. J. Organomet. Chem. 2000, 616 (1-2), 74-79. https://doi.org/10.1016/S0022-328X(00X)0543-X1. Способ позволяет получать метилдиметоксисилан с селективностью 22% при конверсии кремния 40%. Недостатками способа являются: необходимость предварительной обработки зерен кремния фтороводородной кислотой для удаления оксидной пленки, предварительный прогрев смеси кремния и хлорида меди в токе гелия при температуре 450°С, меньшая востребованность метил - по сравнению с диметилдиметоксисиланом.A method for producing methyldimethoxysilane by reacting metallic silicon and methanol in a flow reactor in the presence of copper(I) chloride catalyst and thiophene at a temperature of 280-450°C is known [Okamoto, M.; Abe, H.; Kusama, Y.; Suzuki, E.; Ono, Y. Direct Synthesis of Methyldimethoxysilane from Metallic Silicon and Methanol Using Copper(I) Chloride Catalyst. J. Organomet. Chem. 2000, 616 (1-2), 74-79. https://doi.org/10.1016/S0022-328X(00X)0543-X1. The method allows to obtain methyldimethoxysilane with a selectivity of 22% at a silicon conversion of 40%. The disadvantages of the method are: the need for preliminary treatment of silicon grains with hydrofluoric acid to remove the oxide film, preliminary heating of a mixture of silicon and copper chloride in a helium stream at a temperature of 450°C, and a lower demand for methyl compared to dimethyldimethoxysilane.

Известен способ получения этилдиметоксисилана взаимодействием металлического кремния с этиленом и метанолом в присутствии хлорида меди (I) в проточном реакторе высокого давления [Okamoto, М.; Komai, J.I.; Uematsu, M.; Suzuki, E.; Ono, Y. Direct Synthesis of Alkyldialkoxysilanes by the Reaction of Silicon, Alcohol and Alkene Using a High-Pressure Row Reactor. J. Organomet. Chem.2001, 619 (1-2), 235-240. https://doi.org/10.1016/S0022-328X(00)00681-1]. Способ позволяет получать этил-диметоксисилан с селективностью 33% при конверсии кремния 60%. Недостатками способа являются: необходимость предварительной активации кремния фтористоводородной кислотой для удаления оксидной пленки, обработка внутренней стенки реактора слоем оксида кремния для предотвращения образования медного сплава в результате реакции нержавеющей стали с медью и побочных реакций реагентов и/или продуктов на нержавеющей стали, обработка продуктов реакции этилбензолом, низкий выход получаемого алкоксисилана, меньшая востребованность этилдиметоксисилана по сравнению с диметилдиметоксисиланом.A method for producing ethyl dimethoxysilane by reacting metallic silicon with ethylene and methanol in the presence of copper (I) chloride in a high-pressure flow reactor is known [Okamoto, M.; Komai, J. I.; Uematsu, M.; Suzuki, E.; Ono, Y. Direct Synthesis of Alkyldialkoxysilanes by the Reaction of Silicon, Alcohol and Alkene Using a High-Pressure Row Reactor. J. Organomet. Chem. 2001, 619 (1-2), 235-240. https://doi.org/10.1016/S0022-328X(00)00681-1]. The method allows one to obtain ethyl dimethoxysilane with a selectivity of 33% at a silicon conversion of 60%. The disadvantages of the method are: the need for preliminary activation of silicon with hydrofluoric acid to remove the oxide film, treatment of the inner wall of the reactor with a layer of silicon oxide to prevent the formation of a copper alloy as a result of the reaction of stainless steel with copper and side reactions of reagents and/or products on stainless steel, treatment of the reaction products with ethylbenzene, low yield of the resulting alkoxysilane, lower demand for ethyldimethoxysilane compared to dimethyldimethoxysilane.

Известен способ получения метилметоксисиланов из металлического кремния и диметилкарбоната в присутствии хлорида меди(I) добавлением хлорида олова (SnCl2) в реакторе с неподвижным слоем при температуре 350°С [Patent US11319335 В2 (2022)]. Способ позволяет получать диметилдиметоксисилан с селективностью 56-62%. Недостатками способа являются: необходимость предварительной подготовки кремниймедной контактной массы нагреванием при 400°С в атмосфере водорода для ее активации, а также разложение диметилкарбоната в условиях реакции, что приводит к значительному снижению производительности процесса и появлению большого количества побочных продуктов.A method for producing methylmethoxysilanes from metallic silicon and dimethyl carbonate in the presence of copper(I) chloride by adding tin chloride (SnCl 2 ) in a fixed-bed reactor at a temperature of 350°C is known [Patent US11319335 B2 (2022)]. The method allows for producing dimethyldimethoxysilane with a selectivity of 56-62%. The disadvantages of the method are: the need for preliminary preparation of the silicon-copper contact mass by heating at 400°C in a hydrogen atmosphere for its activation, as well as the decomposition of dimethyl carbonate under the reaction conditions, which leads to a significant decrease in the productivity of the process and the appearance of a large number of by-products.

Известен способ получения органоалкоксисиланов взаимодействием металлического кремния с диалкиловым эфиром в присутствии каталитических количеств хлор- или бромсодержащих соединений (галогениды металлов, галогеноводороды, галогеносиланы и силоксаны, органогалогениды) в автоклаве при температуре от 200 до 300°С [US 4088669 А, 1978]. Способ позволяет получать органоалкоксисиланы, конкретно метилметоксисиланы, с селективностью по диметилдиметоксисилану 13-64%. Недостатками способа являются: необходимость предварительной активации кремния в присутствии медного порошка в растворе гексана, низкая скорость реакции, наличие в продуктах реакции галогенсодержащих примесей.A method is known for producing organoalkoxysilanes by reacting metallic silicon with a dialkyl ether in the presence of catalytic amounts of chlorine- or bromine-containing compounds (metal halides, hydrogen halides, halosilanes and siloxanes, organohalides) in an autoclave at a temperature of 200 to 300°C [US 4088669 A, 1978]. The method makes it possible to produce organoalkoxysilanes, specifically methylmethoxysilanes, with a selectivity for dimethyldimethoxysilane of 13-64%. The disadvantages of the method are: the need for preliminary activation of silicon in the presence of copper powder in a hexane solution, a low reaction rate, and the presence of halogen-containing impurities in the reaction products.

Известен способ получения метилметоксисиланов взаимодействием металлического кремния с диметиловым эфиром (ДМЭ) и диоксидом углерода (СО2) в присутствии хлорида меди(I) (CuCl) с добавлением хлорида олова (SnCl2) при температуре 150-400°С [US 20210292346 А1, 2021]. Способ позволяет получать метилметоксисиланы, конкретно диметилдиметоксисилан (Me2Si(OMe)2) с селективностью 52 мол.%, метилтриметоксисилан (MeSi(OMe)3) с селективностью 26 мол. %, тетраметоксисилан (TMOS) с селективностью 13 мол.%, также наблюдается образование линейных диметилсилоксанов (9 мол.%). Конверсия Me2O составляет 0.1 мол.%. Недостатками способа являются: необходимость предварительной подготовки контактной массы нагреванием при 400°С в атмосфере водорода для ее активации, использование СО2, что приводит к снижению скорости реакции и уменьшению производительности процесса, ограничения по загрузке промотирующих добавок, что приводит к низким значениям конверсии ДМЭ и кремния.A method for producing methylmethoxysilanes by reacting metallic silicon with dimethyl ether (DME) and carbon dioxide (CO 2 ) in the presence of copper(I) chloride (CuCl) with the addition of tin chloride (SnCl 2 ) at a temperature of 150-400 ° C is known [US 20210292346 A1, 2021]. The method allows to obtain methylmethoxysilanes, specifically dimethyldimethoxysilane (Me 2 Si(OMe) 2 ) with a selectivity of 52 mol.%, methyltrimethoxysilane (MeSi(OMe) 3 ) with a selectivity of 26 mol.%, tetramethoxysilane (TMOS) with a selectivity of 13 mol.%, the formation of linear dimethylsiloxanes (9 mol.%) is also observed. The conversion of Me 2 O is 0.1 mol.%. The disadvantages of the method are: the need for preliminary preparation of the contact mass by heating at 400°C in a hydrogen atmosphere for its activation, the use of CO2 , which leads to a decrease in the reaction rate and a decrease in the productivity of the process, limitations on the loading of promoting additives, which leads to low values of conversion of DME and silicon.

Общими недостатками известных способов получения органоалкоксисиланов являются: низкий выход получаемых конечных продуктов, многостадийность процессов, включающая предварительную подготовку кремния с использованием агрессивных реагентов, таких как HF и активацию кремниймедной контактной массы, проводимую при высоких температурах, низкая производительность процессов.The common disadvantages of the known methods for obtaining organoalkoxysilanes are: low yield of the final products obtained, multi-stage processes, including preliminary preparation of silicon using aggressive reagents such as HF and activation of the silicon-copper contact mass, carried out at high temperatures, low productivity of the processes.

Альтернативой вышеуказанным способам получения органоалкоксисиланов являются механохимические бесхлорные экологически чистые способы синтеза, которые позволяют отказаться от массового использования хлорсиланов и создают возможности для производства силиконов на любом химическом предприятии.An alternative to the above-mentioned methods for obtaining organoalkoxysilanes are mechanochemical, chlorine-free, environmentally friendly synthesis methods, which make it possible to abandon the mass use of chlorosilanes and create opportunities for the production of silicones at any chemical plant.

Из уровня техники известны способы механохимического синтеза три- и тетраалкоксисиланов, включающие взаимодействие металлического кремния с алифатическим спиртом, содержащим от 1 до 4 атомов углерода, при температуре 200-300°С в присутствии медьсодержащего катализатора или с использованием мелющих тел, изготовленных из меди или медьсодержащего сплава, которые осуществляют в виброкипящем слое мелющих тел при ускорении колебаний от 26,6 до 985,9 м/с [патент РФ 2628299, МПК C07F 7/02, C07F 7/04, Бюл. 23, 2017; патент РФ 2801799, МПК C07F 7/04, C07F 7/18, Бюл. 23, 2023]. В процессе измельчения происходит механоактивация кремния, т.е. перевод его в реакционноспособное состояние за счет разрушения оксидной пленки кремния, многократного увеличения и обновления его удельной поверхности. Одновременно с процессом измельчения, поступающие в реактор пары спирта вступают во взаимодействие с механоактивированным кремнием, в результате чего образуются алкоксисиланы. Пары алкоксисилана удаляются из реактора, конденсируются в холодильнике, и готовый продукт поступает в приемник.The prior art discloses methods for the mechanochemical synthesis of tri- and tetraalkoxysilanes, including the interaction of metallic silicon with an aliphatic alcohol containing 1 to 4 carbon atoms at a temperature of 200-300°C in the presence of a copper-containing catalyst or using grinding media made of copper or a copper-containing alloy, which are carried out in a vibrofluidized bed of grinding media with an oscillation acceleration of 26.6 to 985.9 m/s [RU Patent 2628299, IPC C07F 7/02, C07F 7/04, Bulletin 23, 2017; RU Patent 2801799, IPC C07F 7/04, C07F 7/18, Bulletin 23, 2023]. During the grinding process, silicon is mechanically activated, i.e. its transfer to a reactive state due to the destruction of the silicon oxide film, multiple increase and renewal of its specific surface. Simultaneously with the grinding process, the alcohol vapors entering the reactor interact with the mechanically activated silicon, resulting in the formation of alkoxysilanes. The alkoxysilane vapors are removed from the reactor, condensed in the refrigerator, and the finished product enters the receiver.

Недостатком указанных способов является то, что они не позволяют получать органоалкоксисиланы, которые являются более ценными и востребованными продуктами, по сравнению с алкоксисиланами.The disadvantage of these methods is that they do not allow the production of organoalkoxysilanes, which are more valuable and in-demand products compared to alkoxysilanes.

Актуальной технической проблемой является устранение перечисленных выше недостатков известных технических решений и разработка технологичного способа получения органоалкоксисиланов для создания экологически чистого многотоннажного производства.The current technical problem is the elimination of the above-mentioned shortcomings of known technical solutions and the development of a technological method for obtaining organoalkoxysilanes to create an environmentally friendly large-tonnage production.

Задачей настоящего изобретения является разработка эффективного, экологически чистого способа получения органоалкоксисиланов, позволяющего сократить общее время его проведения, исключить использование агрессивных реагентов, растворителей и органогалогенидов, который мог бы стать перспективным для создания промышленного производства.The objective of the present invention is to develop an effective, environmentally friendly method for obtaining organoalkoxysilanes, which allows for a reduction in the overall time of its implementation, eliminating the use of aggressive reagents, solvents and organohalides, which could become promising for the creation of industrial production.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention

Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, состоит в сокращении числа стадий процесса и минимизации общего времени его проведения, уменьшении энергопотребления и обеспечении экологической чистоты производства.The technical result, which the claimed invention is aimed at achieving, consists in reducing the number of stages of the process and minimizing the total time of its implementation, reducing energy consumption and ensuring environmentally friendly production.

Технический результат достигается заявленным способом полученияThe technical result is achieved by the declared method of obtaining

органоалкоксисиланов общей формулы R1 (4-a)Si(OR2)а, где R1 и R2 независимо обозначают Me, Et, н-Pr, н-Bu, Ar, индекс а обозначает целое число от 1 до 4, прямым синтезом из кремния и симметричного или несимметричного простого эфира общей формулы R1OR2, где R1 и R2 независимо обозначают Me, Et, н-Pr, н-Bu, Ar, включающим механоактивацию кремния в присутствии медьсодержащего катализатора и промотирующих добавок в виброкипящем слое мелющих тел диаметром 1-20 мм и последующее взаимодействие активированного кремния с парами простого эфира при 100-300°С, которое приводит к образованию органоалкоксисиланов.organoalkoxysilanes of the general formula R 1 (4-a) Si(OR 2 ) a , where R 1 and R 2 independently denote Me, Et, n-Pr, n-Bu, Ar, the index a denotes an integer from 1 to 4, by direct synthesis from silicon and a symmetrical or asymmetrical ether of the general formula R 1 OR 2 , where R 1 and R 2 independently denote Me, Et, n-Pr, n-Bu, Ar, including mechanical activation of silicon in the presence of a copper-containing catalyst and promoting additives in a vibratory fluidized bed of grinding bodies with a diameter of 1-20 mm and subsequent interaction of activated silicon with ether vapors at 100-300°C, which leads to the formation of organoalkoxysilanes.

В качестве простого эфира используют симметричный эфир, выбранный из группы, включающей диметиловый, диэтиловый, дипропиловый, дибутиловый, дифениловый эфир, или несимметричный эфир, выбранный из группы, включающей метилэтиловый, метилпропиловый, метилфениловый эфир.The simple ether used is a symmetrical ether selected from the group including dimethyl, diethyl, dipropyl, dibutyl, diphenyl ether, or an unsymmetrical ether selected from the group including methyl ethyl, methyl propyl, methyl phenyl ether.

В качестве медного катализатора используют соли меди (I) (галогениды, нитрат, сульфат), соли меди (II) (галогениды, нитрат, сульфат) оксид меди (I), оксид меди (II), порошок меди, смеси двух или более соединений меди в количестве 0,1-20 масс. %.Copper (I) salts (halides, nitrate, sulfate), copper (II) salts (halides, nitrate, sulfate), copper (I) oxide, copper (II) oxide, copper powder, mixtures of two or more copper compounds in an amount of 0.1-20 wt.% are used as a copper catalyst.

В качестве промотирующих добавок используют цинк (Zn), соединения цинка, олово (Sn), соединения олова, ртуть (Hg), соединения ртути, алюминий (Al), соединения алюминия, фосфор (Р), соединения фосфора, мышьяк (As), соединения мышьяка, сурьма (Sb), соединения сурьмы, смеси двух или более соединений в количестве 0.1 - 20000 м.д. В способе используют мелющие тела, изготовленные из таких материалов, как оксид циркония, нержавеющая сталь, латунь, карбид вольфрама, нитрид кремния.The following are used as promoting additives: zinc (Zn), zinc compounds, tin (Sn), tin compounds, mercury (Hg), mercury compounds, aluminum (Al), aluminum compounds, phosphorus (P), phosphorus compounds, arsenic (As), arsenic compounds, antimony (Sb), antimony compounds, mixtures of two or more compounds in an amount of 0.1 - 20,000 ppm. The method uses grinding bodies made of materials such as zirconium oxide, stainless steel, brass, tungsten carbide, silicon nitride.

Заявленный способ прямого синтеза органоалкоксисиланов проводят в реакторе, включающем рабочую камеру, снабженную мелющими телами, изготовленными из меди или медьсодержащего сплава, электрообогревателем, технологическими патрубками и установленную на виброприводе, или аналогичном [патент РФ №2671732, Бюл. №31, 2018; патент РФ №2752507, Бюл. №22, 2021]. В реактор загружают исходную навеску кремния, мелющие тела, медьсодержащий катализатор, промотирующие добавки и простой эфир. Включают обогрев рабочей камеры в диапазоне температур 100-300°С и вибропривод реактора при ускорении колебаний от 26,6 до 985,9 м/с2. Под действием колебаний мелющие тела переходят в виброкипящее состояние, благодаря чему происходит измельчение и механоактивация кремния, т.е. перевод его в реакционноспособное состояние за счет разрушения оксидной пленки, многократного увеличения и обновления его удельной поверхности. Активированный кремний вступает во взаимодействие с эфиром, и в течение 50-300 мин происходит прямой синтез органоалкоксисиланов. По истечении указанного времени смесь охлаждают до комнатной температуры. Жидкие продукты реакции анализируют методами газовой хроматографии (ГХ), газовой хроматографии-масс-спектрометрии (ГХ-МС), ИК-спектроскопии, ЯМР-спектроскопии. Контактную массу анализируют методами порошковой рентгеновской дифракции, сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС).The claimed method for the direct synthesis of organoalkoxysilanes is carried out in a reactor comprising a working chamber equipped with grinding bodies made of copper or a copper-containing alloy, an electric heater, process pipes and mounted on a vibration drive or similar [RU Patent No. 2671732, Bulletin No. 31, 2018; RU Patent No. 2752507, Bulletin No. 22, 2021]. The reactor is loaded with an initial sample of silicon, grinding bodies, a copper-containing catalyst, promoting additives and ether. The working chamber is heated in the temperature range of 100-300 °C and the reactor vibration drive is turned on with an oscillation acceleration of 26.6 to 985.9 m/s 2 . Under the action of vibrations, the grinding bodies pass into a vibroboiling state, due to which the grinding and mechanical activation of silicon occurs, i.e. its transfer into a reactive state due to the destruction of the oxide film, multiple increase and renewal of its specific surface. Activated silicon enters into interaction with ether, and direct synthesis of organoalkoxysilanes occurs within 50-300 min. After the specified time, the mixture is cooled to room temperature. Liquid reaction products are analyzed by gas chromatography (GC), gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS), IR spectroscopy, NMR spectroscopy. The contact mass is analyzed by powder X-ray diffraction, scanning electron microscopy (SEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).

Способ по изобретению позволяет получать органоалкоксисиланы общей формулы R1 (4-a)Si(OR2)a, где R1 и R2 независимо обозначают Me, Et, n-Pr, n-Bu, Ar, индекс а обозначает целое число от 1 до 4. Примеры органоалкоксисиланов, полученных настоящим способом, включают диметилдиэтоксисилан (Me2Si(OEt)2), триметилметоксисилан (Me3SiOMe), диэтилдиметоксисилан (Et2Si(OMe)2), диметилдиметоксисилан (Me2Si(OMe)2), метилтриметоксисилан (MeSi(OMe)3), тетраметоксисилан (ТМОС) и комбинации двух или более из Me2Si(OEt)2, Me3SiOMe, Et2Si(OMe)2, Me2Si(OMe)2, MeSi(OMe)3 и ТМОС.The method according to the invention makes it possible to obtain organoalkoxysilanes of the general formula R 1 (4-a) Si(OR 2 ) a , where R 1 and R 2 independently denote Me, Et, n-Pr, n-Bu, Ar, the index a denotes an integer from 1 to 4. Examples of organoalkoxysilanes obtained by the present method include dimethyldiethoxysilane (Me 2 Si(OEt) 2 ), trimethylmethoxysilane (Me 3 SiOMe), diethyldimethoxysilane (Et 2 Si(OMe) 2 ), dimethyldimethoxysilane (Me 2 Si(OMe) 2 ), methyltrimethoxysilane (MeSi(OMe) 3 ), tetramethoxysilane (TMOS) and combinations of two or more of Me 2 Si(OEt) 2 , Me 3 SiOMe, Et 2 Si(OMe) 2 , Me 2 Si(OMe) 2 , MeSi(OMe) 3 and TMOS.

Преимуществами заявленного способа являются: отсутствие стадии очистки технического кремния от оксидной пленки в присутствии фтористоводородной кислоты, исключение процесса предварительной подготовки контактной массы при высоких температурах в атмосфере водорода. Использование механоактивации позволяет значительно снизить температуру реакции и увеличить скорость процесса. Способ позволяет использовать большую концентрацию промотора, что имеет определяющее значение для активации молекул простых эфиров. Простые эфиры являются бесхлорными аналогами алкилхлоридов, что позволяет проводить прямой синтез органоалкоксисиланов без использования канцерогенных органогалогенидов и органических прекурсоров, склонных к термической деструкции. Заявляемый способ делает возможным получение органоалкоксисиланов с высокой селективностью по диорганодиалкоксисилану при практически полной конверсии кремния.The advantages of the claimed method are: the absence of the stage of purification of technical silicon from the oxide film in the presence of hydrofluoric acid, the exclusion of the process of preliminary preparation of the contact mass at high temperatures in a hydrogen atmosphere. The use of mechanical activation allows to significantly reduce the reaction temperature and increase the process rate. The method allows to use a high concentration of the promoter, which is of decisive importance for the activation of ether molecules. Simple ethers are chlorine-free analogues of alkyl chlorides, which allows to carry out the direct synthesis of organoalkoxysilanes without the use of carcinogenic organohalides and organic precursors prone to thermal destruction. The claimed method makes it possible to obtain organoalkoxysilanes with high selectivity for diorganodialkoxysilane with almost complete conversion of silicon.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

На Фиг. 1 приведена хроматограмма (ГХ) смеси продуктов, полученной в примере 1. Отнесение продуктов проводилось в соответствии с методом ГХ-МС.На основании хроматограммы проведена идентификация полученных метилметоксисиланов и определена селективность их образования.Fig. 1 shows a chromatogram (GC) of the product mixture obtained in Example 1. The products were assigned in accordance with the GC-MS method. Based on the chromatogram, the obtained methylmethoxysilanes were identified and the selectivity of their formation was determined.

На Фиг. 2 приведены дифрактограммы проб контактной массы, используемой в примере 1, отобранные по истечении 20, 60. 120 и 240 мин одновременного нагрева и вибрации реакционной смеси. Фигура 2 что демонстрирует 100% конверсию кремния по окончании реакции (пример 1).Fig. 2 shows diffraction patterns of samples of the contact mass used in Example 1, taken after 20, 60, 120 and 240 min of simultaneous heating and vibration of the reaction mixture. Figure 2 demonstrates 100% conversion of silicon upon completion of the reaction (Example 1).

Технический результат достигается совокупностью всех существенных признаков изобретения. Полученные результаты представлены в таблице. Изобретение иллюстрируется приведенными ниже примерами его осуществления.The technical result is achieved by a combination of all essential features of the invention. The results obtained are presented in the table. The invention is illustrated by the examples of its implementation given below.

В результате поиска аналогов заявленного изобретения в патентных и научно-технических источниках информации не удалось обнаружить аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного способа.As a result of searching for analogues of the claimed invention in patent and scientific and technical sources of information, it was not possible to find an analogue characterized by features identical to all essential features of the claimed method.

Осуществление изобретения:Implementation of the invention:

Пример 1Example 1

Кремний КР-1 технический (размер частиц 1-1,5 мм, 1 г, 36 ммоль), хлорид меди(I) (0,2 г), порошок Zn (0,02 г), порошок Sn (0,03 г) и мелющие тела (шары диаметром 1 - 20 мм (ZrO2(стабилизированный Y2O3))14 шт., 38,38 г) загружают в рабочую камеру и заполняют ее диметиловым эфиром (3.3 г) при охлаждении с помощью массового расходомера INFLOW (Bronkhorst, Нидерланды). После этого включают вибропривод и электронагреватель. Реакцию проводят при температуре 250°С. По истечении 240 мин одновременного нагрева и вибрации смесь охлаждают до комнатной температуры. Жидкие продукты реакции анализируют методами ГХ, ГХ-МС, ЯМР, ИК. Контактную массу (КМ) отделяют от продуктов и исследуют методом порошковой рентгеновской дифракции. Результаты исследования представлены в таблице.Silicon KR-1 technical (particle size 1-1.5 mm, 1 g, 36 mmol), copper(I) chloride (0.2 g), Zn powder (0.02 g), Sn powder (0.03 g) and grinding media (balls with a diameter of 1 - 20 mm (ZrO 2 (stabilized Y 2 O 3 )) 14 pcs., 38.38 g) are loaded into the working chamber and filled with dimethyl ether (3.3 g) while cooling using an INFLOW mass flow meter (Bronkhorst, Netherlands). After that, the vibration drive and electric heater are turned on. The reaction is carried out at a temperature of 250 °C. After 240 min of simultaneous heating and vibration, the mixture is cooled to room temperature. Liquid reaction products are analyzed by GC, GC-MS, NMR, IR. The contact mass (CM) is separated from the products and examined by powder X-ray diffraction. The results of the study are presented in the table.

Пример 2Example 2

Прямой синтез метилметоксисиланов осуществляют так же, как описано в примере 1, с тем же количеством кремния, хлорида меди(I), порошка Zn, порошка Sn и мелющих тел, но температура проведения реакции 100°С. Время проведения реакции 300 мин. Результаты представлены в таблице.Direct synthesis of methylmethoxysilanes is carried out in the same way as described in Example 1, with the same amount of silicon, copper(I) chloride, Zn powder, Sn powder and grinding media, but the reaction temperature is 100°C. The reaction time is 300 min. The results are presented in the table.

Пример 3Example 3

Прямой синтез метилметоксисиланов осуществляют так же, как описано в примере 1, с тем же количеством кремния, хлорида меди(I), порошка Zn, порошка Sn и мелющих тел, но температура проведения реакции 290°С. Время проведения реакции 70 мин. Результаты представлены в таблице.Direct synthesis of methylmethoxysilanes is carried out in the same way as described in Example 1, with the same amount of silicon, copper(I) chloride, Zn powder, Sn powder and grinding media, but the reaction temperature is 290°C. The reaction time is 70 min. The results are presented in the table.

Пример 4Example 4

Прямой синтез метилметоксисиланов осуществляют так же, как описано в примере 1, с тем же количеством кремния, хлорида меди(I), порошка Sn и мелющих тел, но без использования порошка Zn. Результаты представлены в таблице.Direct synthesis of methylmethoxysilanes is carried out in the same way as described in Example 1, with the same amount of silicon, copper(I) chloride, Sn powder and grinding media, but without using Zn powder. The results are presented in the table.

Пример 5Example 5

Прямой синтез этилэтоксисиланов осуществляют так же, как описано в примере 1, с тем же количеством кремния, хлорида меди(I), порошка Sn, порошка Zn и мелющих тел, но с использованием диэтилового эфира (5.3 г) и при температуре 220°С. Конверсия кремния составила 40%, смесь продуктов состояла из тетраэтоксисилана, этилтриэтоксисилана и силоксанов. Результаты представлены в таблице.Direct synthesis of ethylethoxysilanes is carried out in the same way as described in Example 1, with the same amount of silicon, copper(I) chloride, Sn powder, Zn powder and grinding media, but using diethyl ether (5.3 g) and at a temperature of 220°C. The silicon conversion was 40%, the product mixture consisted of tetraethoxysilane, ethyltriethoxysilane and siloxanes. The results are presented in the table.

Пример 6Example 6

Прямой синтез диметилдифеноксисилана осуществляют так же, как описано в примере 1, с тем же количеством кремния, хлорида меди(I), порошка Sn, порошка Zn и мелющих тел, но с использованием анизола (7.7 г) при температуре 290°С. Конверсия кремния составила 80-90%, в результате была получена смесь метилфеноксисиланов и их производных. Результаты представлены в таблице.Direct synthesis of dimethyldiphenoxysilane is carried out in the same way as described in Example 1, with the same amount of silicon, copper(I) chloride, Sn powder, Zn powder and grinding media, but using anisole (7.7 g) at a temperature of 290°C. The silicon conversion was 80-90%, resulting in a mixture of methylphenoxysilanes and their derivatives. The results are presented in the table.

Пример 7Example 7

Прямой синтез метилметоксисиланов осуществляют так же, как описано в примере 1, с тем же количеством кремния, хлорида меди(I), мелющих тел, но с использованием порошка Al в количестве 0,02 г и мелющих тел, изготовленных из латуни, в количестве 14 шт. Результаты представлены в таблице.Direct synthesis of methylmethoxysilanes is carried out in the same way as described in Example 1, with the same amount of silicon, copper(I) chloride, and grinding media, but using Al powder in an amount of 0.02 g and grinding media made of brass in an amount of 14 pcs. The results are presented in the table.

Пример 8Example 8

Прямой синтез метилметоксисиланов осуществляют так же, как описано в примере 1, с тем же количеством кремния, хлорида меди(I), но с использованием порошка Р в количестве 0,02 г и мелющих тел, изготовленных из нержавеющей стали, в количестве 14 шт. Результаты представлены в таблице.Direct synthesis of methylmethoxysilanes is carried out in the same way as described in Example 1, with the same amount of silicon, copper(I) chloride, but using powder P in the amount of 0.02 g and grinding bodies made of stainless steel in the amount of 14 pcs. The results are presented in the table.

Пример 9Example 9

Прямой синтез метилметоксисиланов осуществляют так же, как описано в примере 1, с тем же количеством кремния, хлорида меди(I), мелющих тел, но с использованием порошка Sb в количестве 5000 м.д. Результаты представлены в таблице.Direct synthesis of methylmethoxysilanes is carried out in the same way as described in Example 1, with the same amount of silicon, copper(I) chloride, and grinding media, but using Sb powder in an amount of 5000 ppm. The results are presented in the table.

Пример 10Example 10

Прямой синтез метилметоксисиланов осуществляют так же, как описано в примере 1, с тем же количеством кремния, хлорида меди(I), но с использованием порошка Са в количестве 0,02 г и мелющих тел, изготовленных из карбида вольфрама, в количестве 14 шт. Результаты представлены в таблице.Direct synthesis of methylmethoxysilanes is carried out in the same way as described in Example 1, with the same amount of silicon, copper(I) chloride, but using Ca powder in the amount of 0.02 g and grinding bodies made of tungsten carbide in the amount of 14 pcs. The results are presented in the table.

Пример 11Example 11

Прямой синтез метилметоксисиланов осуществляют так же, как описано в примере 1, с тем же количеством кремния, хлорида меди(I), мелющих тел, но с использованием порошка Fe в количестве 0,01 г. Результаты представлены в таблице.Direct synthesis of methylmethoxysilanes is carried out in the same way as described in Example 1, with the same amount of silicon, copper(I) chloride, grinding media, but using Fe powder in an amount of 0.01 g. The results are presented in the table.

Пример 12Example 12

Прямой синтез метилметоксисиланов осуществляют так же, как описано в примере 1, с тем же количеством кремния, хлорида меди(I), мелющих тел, но с использованием порошка Hg в количестве 0,01 г. Результаты представлены в таблице.Direct synthesis of methylmethoxysilanes is carried out in the same way as described in Example 1, with the same amount of silicon, copper(I) chloride, grinding media, but using Hg powder in an amount of 0.01 g. The results are presented in the table.

Пример 13Example 13

Прямой синтез метилметоксисиланов осуществляют так же, как описано в примере 1, с тем же количеством кремния, хлорида меди(I), но с использованием порошка Cr в количестве 0,01 г и мелющих тел, изготовленных из нитрида кремния, в количестве 14 шт. Результаты представлены в таблице.Direct synthesis of methylmethoxysilanes is carried out in the same way as described in Example 1, with the same amount of silicon, copper(I) chloride, but using Cr powder in the amount of 0.01 g and grinding bodies made of silicon nitride in the amount of 14 pcs. The results are presented in the table.

Пример 14Example 14

Прямой синтез метилметоксисиланов осуществляют так же, как описано в примере 1, с тем же количеством кремния, хлорида меди(I), мелющих тел, но с использованием порошка Mn в количестве 0,01 г. Результаты представлены в таблице.Direct synthesis of methylmethoxysilanes is carried out in the same way as described in Example 1, with the same amount of silicon, copper(I) chloride, grinding media, but using Mn powder in an amount of 0.01 g. The results are presented in the table.

Пример 15Example 15

Прямой синтез метилметоксисиланов осуществляют так же, как описано в примере 1, с тем же количеством кремния, хлорида меди(I), мелющих тел, но с использованием порошка Со в количестве 5000 м.д. Результаты представлены в таблице.Direct synthesis of methylmethoxysilanes is carried out in the same way as described in Example 1, with the same amount of silicon, copper(I) chloride, and grinding media, but using Co powder in an amount of 5000 ppm. The results are presented in the table.

Пример 16Example 16

Прямой синтез метилметоксисиланов осуществляют так же, как описано в примере 1, с тем же количеством кремния, хлорида меди(I), мелющих тел, но с использованием порошка Pd в количестве 5000 м.д. Результаты представлены в таблице.Direct synthesis of methylmethoxysilanes is carried out in the same way as described in Example 1, with the same amount of silicon, copper(I) chloride, and grinding media, but using Pd powder in an amount of 5000 ppm. The results are presented in the table.

Пример 17Example 17

Прямой синтез метилметоксисиланов осуществляют так же, как описано в примере 1, с тем же количеством кремния, хлорида меди(I), но с использованием мелющих тел, изготовленных из нержавеющей стали, покрытой оловом, в количестве 14 шт без добавления промотирующих добавок. Результаты представлены в таблице.Direct synthesis of methylmethoxysilanes is carried out in the same way as described in Example 1, with the same amount of silicon, copper(I) chloride, but using grinding bodies made of tin-coated stainless steel in the amount of 14 pieces without adding promoting additives. The results are presented in the table.

Пример 18Example 18

Прямой синтез метилметоксисиланов осуществляют, с тем же количеством кремния, хлорида меди(I), порошка Zn, порошка Sn и мелющих тел, что ив примере 1, но в полунепрерывном реакторе с виброкипящим слоем. ДМЭ подавали в нагретый до 250°С реактор с объемным расходом 250 мл/мин. Образующиеся метилметоксисиланы и непрореагировавший ДМЭ конденсировали в приемнике, охлажденном до -25°С. Время проведения реакции 300 мин. Результаты представлены в таблице.Direct synthesis of methylmethoxysilanes is carried out with the same amount of silicon, copper(I) chloride, Zn powder, Sn powder and grinding bodies as in Example 1, but in a semi-continuous reactor with a vibrating fluidized bed. DME was fed into a reactor heated to 250°C with a volumetric flow rate of 250 ml/min. The resulting methylmethoxysilanes and unreacted DME were condensed in a receiver cooled to -25°C. The reaction time was 300 min. The results are presented in the table.

Claims (8)

1. Способ получения органоалкоксисиланов общей формулы R1 (4-a)Si(OR2)а, где R1 и R2 независимо обозначают Me, Et, н-Pr, н-Bu, Ar, индекс а обозначает целое число от 1 до 4, прямым синтезом из кремния и симметричного или несимметричного простого эфира общей формулы R1OR2, где R1 и R2 независимо обозначают Me, Et, н-Pr, н-Bu, Ar, включающий механоактивацию кремния в присутствии медьсодержащего катализатора и промотирующих добавок в виброкипящем слое мелющих тел диаметром 1-20 мм и последующее взаимодействие активированного кремния с парами простого эфира при 100-300°С с образованием органоалкоксисиланов.1. A method for producing organoalkoxysilanes of the general formula R 1 (4-a) Si(OR 2 ) a , where R 1 and R 2 independently denote Me, Et, n-Pr, n-Bu, Ar, the index a denotes an integer from 1 to 4, by direct synthesis from silicon and a symmetrical or asymmetrical ether of the general formula R 1 OR 2 , where R 1 and R 2 independently denote Me, Et, n-Pr, n-Bu, Ar, comprising mechanical activation of silicon in the presence of a copper-containing catalyst and promoting additives in a vibratory fluidized bed of grinding bodies with a diameter of 1-20 mm and subsequent interaction of activated silicon with ether vapors at 100-300°C to form organoalkoxysilanes. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что простой эфир представляет собой симметричный эфир, выбранный из группы, включающей диметиловый, диэтиловый, дипропиловый, дибутиловый, дифениловый эфир.2. The method according to claim 1, characterized in that the simple ether is a symmetrical ether selected from the group including dimethyl, diethyl, dipropyl, dibutyl, and diphenyl ether. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что простой эфир представляет собой несимметричный эфир, выбранный из группы, включающей метилэтиловый, метилпропиловый, метилфениловый эфир.3. The method according to claim 1, characterized in that the simple ether is an unsymmetrical ether selected from the group including methyl ethyl, methyl propyl, and methyl phenyl ether. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что медьсодержащий катализатор представляет собой медный порошок.4. The method according to claim 1, characterized in that the copper-containing catalyst is copper powder. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что медьсодержащий катализатор представляет собой оксид меди или соль меди.5. The method according to claim 1, characterized in that the copper-containing catalyst is copper oxide or a copper salt. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что промотирующие добавки представляют собой соединения цинка (Zn), олова (Sn), алюминия (Al), фосфора (Р), сурьмы (Sb), кальция (Са), железа (Fe), ртути (Hg), хрома (Cr), марганца (Mn), кобальта (Со), никеля (Ni), палладия (Pd), смесь двух или более соединений Zn, Sn, Al, Р, Sb, Са, Fe, Hg, Cr, Mn, Co, Ni, Pd.6. The method according to claim 1, characterized in that the promoting additives are compounds of zinc (Zn), tin (Sn), aluminum (Al), phosphorus (P), antimony (Sb), calcium (Ca), iron (Fe), mercury (Hg), chromium (Cr), manganese (Mn), cobalt (Co), nickel (Ni), palladium (Pd), a mixture of two or more compounds of Zn, Sn, Al, P, Sb, Ca, Fe, Hg, Cr, Mn, Co, Ni, Pd. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что мелющие тела изготовлены из таких материалов, как оксид циркония, нержавеющая сталь, латунь, карбид вольфрама, нитрид кремния.7. The method according to item 1, characterized in that the grinding bodies are made of materials such as zirconium oxide, stainless steel, brass, tungsten carbide, silicon nitride. 8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что промотирующие добавки нанесены на мелющие тела, изготовленные из нержавеющей стали.8. The method according to item 1, characterized in that the promoting additives are applied to grinding bodies made of stainless steel.
RU2024130192A 2024-10-07 Method of producing organoalkoxy silanes RU2842998C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2842998C1 true RU2842998C1 (en) 2025-07-07

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4088669A (en) * 1977-04-08 1978-05-09 Dow Corning Corporation Method for preparing organosilicon compounds from elemental silicon and hydrocarbon ethers
RU2235726C1 (en) * 2003-05-28 2004-09-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений" Method for preparing alkoxysilanes
RU2417228C1 (en) * 2009-10-07 2011-04-27 Учреждение Российской академии наук Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН Method of producing alkoxysilanes
RU2628299C1 (en) * 2016-08-30 2017-08-15 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова Российской академии наук (ИНЭОС РАН) Method of producing alkoxysilanes
US11168098B2 (en) * 2018-09-07 2021-11-09 Dow Silicones Corporation Method for preparing alkylalkoxysilanes
RU2801799C1 (en) * 2022-12-05 2023-08-15 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова Российской академии наук (ИНЭОС РАН) Mechanochemical method for obtaining alkoxysilanes

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4088669A (en) * 1977-04-08 1978-05-09 Dow Corning Corporation Method for preparing organosilicon compounds from elemental silicon and hydrocarbon ethers
RU2235726C1 (en) * 2003-05-28 2004-09-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений" Method for preparing alkoxysilanes
RU2417228C1 (en) * 2009-10-07 2011-04-27 Учреждение Российской академии наук Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН Method of producing alkoxysilanes
RU2628299C1 (en) * 2016-08-30 2017-08-15 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова Российской академии наук (ИНЭОС РАН) Method of producing alkoxysilanes
US11168098B2 (en) * 2018-09-07 2021-11-09 Dow Silicones Corporation Method for preparing alkylalkoxysilanes
RU2801799C1 (en) * 2022-12-05 2023-08-15 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова Российской академии наук (ИНЭОС РАН) Mechanochemical method for obtaining alkoxysilanes

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5527520B2 (en) Preparation process of alkoxysilane
EP2576573B1 (en) A method for preparing a diorganodihalosilane
TW200412348A (en) Process for the production and purification of Bis (tertiary-butylamino) silane
WO2015184214A1 (en) Process of synthesizing diisopropylaminw-disilanes
RU2842998C1 (en) Method of producing organoalkoxy silanes
EP2780347B1 (en) A method for preparing a diorganodihalosilane
JP5836489B2 (en) Method for producing trialkoxysilane
JPS6341919B2 (en)
JP6014771B2 (en) Monosilane production method using trialkoxysilane
JP6087448B2 (en) Method for producing alkylchlorosilane using rearrangement reaction
Kim et al. Development of continuous process for the preparation of tetraethyl orthosilicate through the reaction of metallurgical silicon with ethanol in the presence of base salt catalyst
JP2006111548A (en) Method for producing silylalkoxymethyl halide
JP3658901B2 (en) Method for producing alkoxysilane
CN119080820B (en) Preparation method of dienyldichlorosilane
JP2008174535A (en) Method for producing mercapto group-containing silane compound
JP6565448B2 (en) Method for producing aluminum oxide film and raw material for producing aluminum oxide film
JP4470886B2 (en) Method for producing cyclic organosilicon compound
JP5919882B2 (en) Cobalt compound mixture and method for producing cobalt-containing thin film using the cobalt compound mixture
RU2807921C1 (en) Method for producing fluoralkyl-containing tributylstannane
JP4663079B2 (en) Method for producing silane from trialkoxysilane and method for producing trialkoxysilane from tetraalkoxysilane
JP5321414B2 (en) Method for producing dimethylvinylsilyl triflate
CN102898459B (en) Preparation method of diethyldimethoxysilane
Feddouli et al. Photo‐induced single electron transfer addition of triphenylgermane to conjugated carbonyl compounds: competitive radical addition
RU2417228C1 (en) Method of producing alkoxysilanes
JPH05178864A (en) Production of trialkoxysilane