Прямой процесс

Прямой процесс , также называемый прямым синтезом , процессом Рохова и процессом Мюллера-Рохова, является наиболее распространенной технологией получения кремнийорганических соединений в промышленных масштабах. Впервые об этом независимо сообщили Юджин Г. Рохоу и Рихард Мюллер в 1940-х годах. ^[1]^[2]

Процесс включает катализируемые медью реакции алкилгалогенидов с элементарным кремнием, которые протекают в реакторе с псевдоожиженным слоем . Хотя теоретически это возможно с любым алкилгалогенидом, наилучшие результаты с точки зрения селективности и выхода достигаются с хлорметаном (CH ₃ Cl). Типичные условия: 300 °C и давление 2–5 бар. Эти условия позволяют обеспечить конверсию кремния 90–98% и хлорметана 30–90%. около 1,4 млн тонн диметилдихлорсилана (Me ₂ SiCl _{2 ).} С помощью этого процесса ежегодно производится ^[3]

Лишь немногие компании на самом деле применяют процесс Рохова из-за сложной технологии и высоких требований к капиталу. Поскольку кремний измельчается , компании, практикующие эту технологию , перед реакцией в псевдоожиженном слое называются кремниевыми дробилками . ^[4]

Реакция и механизм

Соответствующие реакции (Me = CH ₃ ):

x MeCl + Si → Me ₃ SiCl, Me ₂ SiCl ₂ , MeSiCl ₃ , Me ₄ Si ₂ Cl ₂ , …

диметилдихлорсилан (Me ₂ SiCl ₂Особую ценность представляет ) (предшественник силиконов ), но триметилсилилхлорид (Me ₃ SiCl) и метилтрихлорсилан (MeSiCl _{3 ).} также ценны ^[5]^: 371

Механизм прямого процесса до сих пор недостаточно изучен, несмотря на многочисленные исследования. Медь играет важную роль. Медь и кремний образуют интерметаллиды примерного состава Cu ₃ Si. Этот промежуточный продукт облегчает образование связей Si-Cl и Si-Me. Предполагается, что непосредственная близость Si-Cl к «аддукту» меди и хлорметана позволяет образовывать звенья Me-SiCl. Перенос второго хлорметана позволяет высвободить Me ₂ SiCl ₂ . Таким образом, медь окисляется из нулевой степени окисления, а затем восстанавливается для регенерации катализатора. ^[1]

Цепную реакцию можно остановить разными способами. Эти процессы терминации приводят к образованию других продуктов, которые наблюдаются в реакции. Например, объединение двух групп Si-Cl дает группу SiCl ₂ , которая подвергается катализируемой Cu реакции с MeCl с образованием MeSiCl ₃ . ^[1]

Помимо меди катализатор оптимально содержит металлы-промоторы, облегчающие реакцию. Среди многих металлов-промоторов были упомянуты цинк, олово, сурьма, магний, кальций, висмут, мышьяк и кадмий. ^[1]^[3]

Распределение и изоляция продукта

Основным продуктом прямого процесса должен быть дихлордиметилсилан Me ₂ SiCl ₂ . Однако образуется много других продуктов. В отличие от большинства реакций, такое распределение на самом деле желательно, поскольку выделение продуктов очень эффективно. ^[1] Каждый метилхлорсилан имеет конкретное и часто существенное применение. Me ₂ SiCl ₂ является наиболее полезным. Он является прекурсором большинства кремниевых продуктов, производимых в промышленных масштабах. Другие продукты используются при получении силоксановых полимеров, а также в специализированных целях. ^[1]

Дихлордиметилсилан, как и ожидалось, является основным продуктом реакции и получается с выходом около 70–90%. Следующим по распространенности продуктом является метилтрихлорсилан (MeSiCl ₃ ), его доля составляет 5–15 % от общего количества. Другие продукты включают Me ₃ SiCl (2–4%), MeHSiCl ₂ (1–4%) и Me ₂ HSiCl (0,1–0,5%). ^[1]

Me ₂ SiCl ₂ очищают фракционной перегонкой . Хотя температуры кипения различных хлорметилсиланов схожи (Me ₂ SiCl ₂ : 70 °C, MeSiCl ₃ : 66 °C, Me ₃ SiCl: 57 °C, MeHSiCl ₂ : 41 °C, Me ₂ HSiCl: 35 °C). При перегонке используются колонны с высокой разделительной способностью, соединенные последовательно. Чистота продуктов решающим образом влияет на производство силоксановых полимеров, в противном случае возникает разветвление цепи. ^[1]

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Рёш, Л.; Джон, П.; Рейтмайер, Р. (2003). «Органические соединения кремния». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a24_021 . ISBN 978-3527306732 . .
^ Пачали, Б.; Вайс, Дж. (1997). «Прямой процесс получения метилхлорсиланов: размышления о химии и технологии процесса». Кремнийорганическая химия III . стр. 478–483. дои : 10.1002/9783527619900.ch79 . ISBN 978-3-527-29450-3 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Эльшенбройх, Christoph Organometallics VCH, Вайнхайм, Германия: 1992. ISBN 978-3-527-29390-2 .
^ «Основы химии силикона. Обзор» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 16 мая 2011 г. Проверено 26 января 2010 г.
^ Неорганическая химия Шрайвера и Аткинса . П.В. Аткинс (5-е изд.). Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. 2010. ISBN 978-0-19-923617-6 . OCLC 430678988 . {{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )

[Roesch-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Рёш, Л.; Джон, П.; Рейтмайер, Р. (2003). «Органические соединения кремния». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a24_021 . ISBN 978-3527306732 . .

[2] Пачали, Б.; Вайс, Дж. (1997). «Прямой процесс получения метилхлорсиланов: размышления о химии и технологии процесса». Кремнийорганическая химия III . стр. 478–483. дои : 10.1002/9783527619900.ch79 . ISBN 978-3-527-29450-3 .

[Elschenbroich-3] Перейти обратно: ^а ^б Эльшенбройх, Christoph Organometallics VCH, Вайнхайм, Германия: 1992. ISBN 978-3-527-29390-2 .

[4] «Основы химии силикона. Обзор» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 16 мая 2011 г. Проверено 26 января 2010 г.

[5] Неорганическая химия Шрайвера и Аткинса . П.В. Аткинс (5-е изд.). Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. 2010. ISBN 978-0-19-923617-6 . OCLC 430678988 . {{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]