Traducción de Luo Qiao
Resumen: La síntesis directa de trialcoxisilano se realiza mediante la síntesis directa de una cantidad catalíticamente efectiva de catalizador y una cantidad catalíticamente efectiva de promotor de catalizador de síntesis directa. La reacción de síntesis directa de silicio. y el alcohol se lleva a cabo en presencia de un acelerador, que es un compuesto orgánico o inorgánico que tiene al menos un enlace fósforo-oxígeno, opcionalmente en un disolvente.
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Método de síntesis directa de trialcoxisilano
Referencia cruzada a solicitudes relacionadas
Esta solicitud requiere la secuencia de la solicitud provisional estadounidense presentada el 13 de septiembre de 2005 No 60/716, prioridad 728, cuyo contenido completo se incorpora aquí como referencia.
Campo de la Invención
La presente invención se refiere a la síntesis directa de trialcoxisilanos mediante la reacción catalítica de silicio y alcohol. En particular, el método de síntesis directa de la presente invención utiliza compuestos de fósforo orgánicos e inorgánicos, tales como fosfato de cobre, trialquilfosfato y dialquilfosfito, para aumentar la velocidad de reacción, promover la selectividad hacia los trialcoxisilanos y controlar la formación de tetraalcoxisilanos y mejorar la estabilidad de la reacción en operaciones por lotes, semicontinuas y continuas.
Antecedentes de la invención
Los trialcoxisilanos, especialmente trimetoxisilano, trietoxisilano y tris(isopropoxi)silano, se utilizan en la producción de agentes de acoplamiento de silano. Un método para sintetizar trialcoxisilanos es la síntesis directa a partir de silicio y alcoholes en presencia de cobre o compuestos de cobre. Este enfoque se conoce en la técnica como síntesis directa, reacción directa, proceso directo o reacción de Rojo. Para los trialcoxisilanos, lo más conveniente es proceder en un reactor de suspensión.
En un reactor de suspensión para la síntesis directa de trialcoxisilanos, las partículas de silicio activadas catalíticamente se suspenden en un disolvente térmicamente estable de alto punto de ebullición y reaccionan con alcoholes a altas temperaturas. La corriente de producto que sale de la zona de reacción contiene una mezcla de alcohol sin reaccionar, trialcoxisilanos, tetraalcoxisilanos, alquildialcoxisilanos, alquiltrialcoxisilanos y silicatos condensados. Los trialcoxisilanos suelen ser el producto deseado. Sin embargo, también hay ejemplos de búsqueda de tetraalcoxisilanos y alquildialcoxisilanos, y métodos y procesos que aumentan la formación de estos coproductos. Los productos de trialcoxisilano y los coproductos deseados se recuperan típicamente mediante destilación.
La velocidad de síntesis directa del trialcoxisilano es el consumo instantáneo de materias primas (es decir, alcohol o silicio), o la formación instantánea de productos (trialcoxisilano, incluyendo opcionalmente subproductos). Las unidades comunes son el porcentaje en peso de conversión de silicio por hora, o kilogramos de producto por kilogramo de silicio por hora.
Bajo las condiciones de reacción, la selectividad es preferencial por el trialcoxisilano. Se expresa aquí como la relación en peso de trialcoxisilano/tetraalcoxisilano. Alternativamente, la selectividad se puede expresar como un porcentaje molar, es decir, 100 moles de trialcoxisilano/la suma de los moles de todos los productos que contienen silicio.
La estabilidad se refiere a mantener el ritmo y la selectividad ideales hasta que se consuman todas las materias primas o el consumo supere un estándar preestablecido. El progreso de la síntesis directa se puede controlar midiendo la composición del producto y/o la velocidad de reacción en función del tiempo o de la conversión de silicio. En términos generales, la curva de reacción muestra una fase inicial de velocidad creciente y concentración de trialcoxisilano en la mezcla de reacción (llamada fase de inducción), después de la cual la reacción alcanza un estado estacionario. En este estado, la composición de la mezcla de reacción permanece aproximadamente constante. Al estado estacionario le sigue un período de velocidad decreciente y contenido de trialcoxisilano decreciente en la mezcla de productos.
En general, se acepta que los verdaderos catalizadores en la síntesis directa de silicio son aleaciones de cobre-silicio o compuestos intermetálicos y soluciones sólidas formadas por difusión de cobre en silicio o por reacción de compuestos de cobre con silicio. Por lo tanto, las materias primas que contienen cobre que activan eficazmente el silicio para la síntesis directa con alcoholes son precursores de catalizadores y se denominarán como tales. Se ha descrito una variedad de tales precursores en la técnica anterior. La patente estadounidense 3.641.077 describe la reacción directa de materiales de cobre-silicio suspendidos en aceite de silicona con alcohol a 250-300 °C. Método de fase de suspensión para preparar trialcoxisilanos. . El material de cobre-silicio contiene aproximadamente un 10 por ciento en peso de cobre. Se prepara calentando cobre y silicio en un horno en una corriente de hidrógeno a más de 1000 °C.
La patente estadounidense 3.775.457 describe el uso de cloruro cuproso y HF o HCl en la síntesis directa en fase de suspensión de silicio y alcoholes. El cloruro de amonio se utiliza para restaurar la reactividad disminuida.
La publicación de patente japonesa 55-28929 (1980) reconoce que la activación del silicio con CuCl no siempre da como resultado la velocidad y selectividad deseadas. Esta patente enseña el tratamiento de CuCl con nitrilos, naftaleno, bifenilo y antraceno antes de su uso en síntesis directa.
La publicación de patente japonesa nº 55-2641 (1980) describe el uso de éteres cíclicos tales como dibenzo-18-corona-6 para aumentar la velocidad de reacción y el rendimiento de trialcoxisilano.
La patente estadounidense 5.362.897 describe el uso de CuCl "húmedo" especialmente preparado (superior al CuCl "seco" comercial) y silicio que contiene entre un 0,30 y un 0,37 % en peso de aluminio para lograr altas velocidades de reacción y una tasa de conversión de silicio. El CuCl "húmedo" se define (columna 2, líneas 51 - 54) como "preparado mediante etapas de cristalización, separación y secado". El CuCl seco se prepara a partir de cobre metálico y cloro gaseoso (columna 2, líneas 62 - 65).
La patente estadounidense 5.527.937 describe un método en fase de suspensión para la síntesis directa de trietoxisilano, en el que CuCl es la fuente de cobre, trimetilbenceno y tetrametilbenceno y/o sus derivados alquil sustituidos son el disolvente y se utiliza dimeticona como antiespumante. agente. No existe ningún método descrito para preparar CuCl.
La solicitud de patente japonesa 3-354055 (1991) describe el uso de alcóxido de cobre con o sin cloruro de cobre como precursor de catalizador para la síntesis directa de trialcoxisilanos.
La solicitud de patente japonesa 6-306083 (1994) describe que cuando compuestos orgánicos de azufre tales como tioles, disulfuros, heterociclos de azufre (tales como tiofeno) o complejos de tio Cu (II) (tales como bis) se mejora la selectividad y velocidad de síntesis directa de trialcoxisilanos que se logra cuando (4-metiltiofenol)cobre(II)) está presente en la reacción
Lechada catalizada con alcóxido de cobre. La patente describe que se pueden añadir cantidades apropiadas de estos compuestos a la reacción cuando se reduce la selectividad. Alternativamente, el compuesto se puede introducir al comienzo de la reacción o de forma continua en la alimentación de alcohol.
La solicitud de patente japonesa nº 10-168084 (1998) y la solicitud de patente japonesa nº 10-338696 (1998) describen ambas la preparación de óxido de cobre con un contenido de agua inferior a 3000 partes por millón y una Tamaño de partícula promedio de 0,1 a 50 micras. Precursor del catalizador en el proceso de trialcoxisilano.
Revelado en la patente estadounidense n.º 6.727.375 y Standke et al., "Silicon for the Chemical Industry", VI, págs. 225-231 (2002)
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