[0001] Es ist bereits seit einiger Zeit bekannt, Organosilane durch Umsetzung von mindestens
einem Silan (1) der allgemeinen Formel.
mit mindestens einem von (1) verschiedenen Silan (II) der allgemeinen Formel
wobei R jeweils gleiche oder verschiedene, von aliphatischen Mehrfachbindungen freie
Kohlenwasserstoffreste mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen bedeutet, a 2, 3 oder 4 und
b 0, 1, 2 oder 3 ist, umzuwandeln. Es ist auch bekannt, diese Umsetzung, die gemäß
Noll, "Chemie und Technologie der Silicone", Weinheim, 1968, Seite 51/52, als "Coproportionierung"
bezeichnet wird, durch Katalysatoren zu fördern. Zu diesen Katalysatoren gehören z.
B. Alkalimetall-Komplexe von Organoaluminiumhalogeniden, wodei eines der als Reaktionsteilnehmer
eingesetzten Silane Si-gebundenen Wassertoff enthalten kann (vlg. z. B. DE-AS 1 111
184, Anmelder: Imperial Chemical Industries Limited), die Kombination von Aluminiumchlorid
und Silan mit mindestens einem Si-gebundenen Wasserstoffatom (vgl. z. B US-PS 27 86
861, ausgegeben; 23 März 1957, H. R. McEntee, assignor to General Electric Company,
wobei diese US-PS der FR-PS 11 47 688, veröffentlicht: 28 November 1957, Anmelder:
Compagnie Francaise Thomson-Houston, entspricht) und Organoaiuminiumverbindungen der
allgemeinen Formel
wodei R
1 gleiche oder verschiedene Alkylreste mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, Y Halogen, Wasserstoff
und über Sauerstoff an das Aluminiumatom gebundene, von aliphatischen Mehrfachbindungen
freie Kohlenwasserstoffreste mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen bedeutet und c 1, 2 oder
3 ist (vgl. z.B. GB-PS 8 51 868, veröffentlicht: 19. Oktober 1960, Anmelder: Imperial
Chemical Industries Limited, wobei diese GB―PS der FR-PS 12 04 830 der gleichen Anmelderin,
veröffentlicht; 28. Januar 1960, entspricht). Gegenüber vorbekannten Verfahren zum
Coproportionieren von Silanen hat das erfindungsgemäße Verfahren z.B. die Vorteile,
daß es ohne Anwendung von Uberdruck, bei niedrigeren Temperaturen und mit geringeren
Mengen an Aluminiumverbindungen durchgeführt werden kann. Auch bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren können nicht die schon aus GB-PS 8 51 868 bekannten, mit der Verwendung
von Aluminiumchlorid verbundenen Nachteile auftreten.
[0002] Bei Einsatz von Organosilanen ist auch bei dem Verfahren gemäß DT-OS 21 32 335, offengelegt:
5. Januar 1972, Anmelder: Union Carbide Corp., die Anwendung von Überdruck erforderlich.
[0003] Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Umwandeln von Organosilanen durch
Umsetzung von mindestens einem Silan (1) der allgemeinen Formel .
mit mindestens einem von (1) verschiedenen Silan (11) der allgemeinen Formel
wobei R jeweils gleiche oder verschiedene, von aliphatischen Mehfachbindungen freie
Kohlenwasserstoffreste mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen bedeutet, a 2, 3 oder 4 und
b 0, 1, 2 oder 3 ist, in Gegenwart von mindestens einer Organoaluminiumverbindung
der allgemeinen Formel
wobei R
1 gleiche oder verschiedene Alkylreste mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, Y Halogen, Wasserstoff
oder über Sauerstoff an das Aluminiumatom gebundene, von aliphatischen Mehrfachbindungen
freie Kohlenwasserstoffreste mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen bedeutet und c 1, 2 oder
3 ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Silan (111) der allgemeinen Formel
wobei R, b und c jeweils die oben dafür angegebene Bedeutung haben mit der Maßgabe,
daß die Summe von b + c höchstens 4 ist, und 0,1 bis 5 Gewichtsprozent, bezogen auf
das Gesamtgewicht der Silane (1), (11) und (111), Halogenwasserstoff mitverwendet
werden.
[0004] Aus GB-PS 9 15 479, veröffentlicht: 16. Januar 1963, Anmelder: Imperial Chemical
Industries Limited, wobie diese GB―PS der FR-PS 13 04 434 der gleichen Anmelderin,
veröffentlicht durch Bulletin officiel de la Propriete industrielle Nr. 38, 1962,
entspricht, war bekannt, daß Chlorwasserstoff die Coproportionierung von Silanen in
Gegenwart einer Kombination von Aluminiumchlorid und Silan mit Silgebundenem Wasserstoff
nachteilig beeinflüßt. Die durch das erfindungsgemäße Verfahren erzielte Verbesserung
ist also überraschend.
[0005] Beispiele für Kohlenwasserstoffreste R und Y sind Alkylreste, wie der Methyl-, Äthyl-,
n-Propyl-, Isopropyl-, n-Butyl-, sec.-Butyl- und der 2-Äthylhexylrest sowie Decylreste;
Cycloalkylreste, wie der Cyclohexylrest; Arylreste, wie der Phenylrest; Aralkylreste,
wie der Benzylrest; und Alkarylreste, wie Tolylreste.
[0006] Einzelne Beispiele für Silane der allgemeinen Formein R
aSiCl
4-a (I) und R
bSiCl
4-b (11) sind Trimethylchlorsilan, Dimethyldichlorsilan, Methyltrichlorsilan, Diphenyldichlorsilan,
Äthyltrichlorsilan, n-Propyltrichlorsilan, Phenyltrichlorsilan, n-Pentyltrichlorsilan,
sec.-Pentyltrichlorsilan, Cyclohexyltrichlorsilan und Methyl-äthyldichlorsilan.
[0007] Weitere Beispiele für Silane (1) der allgemeinen Formel R
aSiCl
4-a sind Tetramethylsilan und Tetraphenylsilan.
[0008] Das Silan (11) der allgemeinen Formel R
bSiCl
4-b kann aber auch Tetrachlorsilan sein.
[0009] Vorzugsweise wird Silan (1) der allgemeinen Formel R
aSiCl
4-e in Mengen von 0,8 bis 1,2 Mol je Mol Silan (11) der allgemeinen Formel R
bSiC1
4-b eingesetzt.
[0010] Die Beispiele für Kohlenwasserstoffreste R und Y mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen gelten
im vollen Umfang auch für die Kohlenwasserstoffreste R
1.
[0011] Ein weiteres Beispiel für Kohlenwasserstoffreste R
1 und Y ist der tert.-Butylrest.
[0012] Wegen der leichten Zugänglichkeit ist der Halogen Y Chlor bevorzugt. Halogenatome
Y können aber auch Fluor, Brom oder Jod sein.
[0013] Einzelne Beispiele für im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendbare Organoaluminiumverbindungen
sind Äthylaluminiumsesquichlorid, Äthylaluminiumdichlirid, Trimethylaluminium, Methylaluminiumsesquichlorid,
Diäthylaluminiumchlorid, Tri-n-propylaluminium, n-Propylaluminiumdichlorid, Di-n-butylaluminiumhydrid
und Äthylaluminiumsesquiäthoxyd. Als Organoaluminiumverbindungen sind solche mit einem
Siedepunkt über 150° C bei 760 mm Hg (abs.) bevorzugt. Wegen der leichten Zugänglichkeit
ist Äthylaluminiumsesquichlorid besonders bevorzugt.
[0014] Es werden, insbesondere wenn die Anwesenheit auch von Spuren von Wasser ausgeschlossen
wird, gute Ergebnisse schon mit 0,1 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht
der Silane (1), (11) und (III), an Verbin-. dung der allgemeinen Formel
erzielt. Bevorzugt sind jedoch 0,8 bis 1,6 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht
der Silane (1), (11) und (111), an Verbindung der allgemeinen Formel
also beträchtlich geringere Menge als gemäß GB-PS 8 51 868 bevorzugt sind.
[0015] Größere Mengen an Verbindung der allgemeinen Formel
z.B. 10 Gewichtsprozent oder mehr, können selbstverständlich ebenfalls eingesetzt
werden, erbringen aber keinen Vorteil.
[0016] Einzelne Beispiele für Silane (111) der allgemeinen. Formel R
bH
cSiCI
4-b-c sind Silan, Methyldichlorsilan, Dimethylchlorsilan, Trichlorsilan und Monochlorsilan.
[0017] Vorzugsweise wird Silan (111) in Mengen von 0,5 bis 15 Gewichtsprozent, insbesondere
2 bis, 6 Gewichtsprozent, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Silane (1) und
(11), eingesetzt.
[0018] Insbesondere wegen der leichten Zugänglichkeit ist als Halogenwasserstoff Chlorwasserstoff
bevorzugt. Statt Chlorwasserstoff oder im Gemisch mit Chlorwasserstoff kann aber auch
Fluorwasserstoff, Bromwasserstoff und/oder Jodwasserstoff verwendet werden.
[0019] Das erindungsgemäße Verfahren kann bei Raumtemperatur und dem Druck der umgebenden
Atmosphäre, also dei 760 mm Hg (abs.) oder etwa 760 mm Hg (abs.), durchgeführt werden.
Selbstverständlich können auch höhere Temperaturen angewandt werden, z.B. bis zu 450°
C. Das Verfahren verläuft dann noch rascher. Bevorzugt sind jedoch Temperaturen von
höchstens 150° C. Falls die Anwendung höherer Temperaturen und die Siedepunkte der
Reaktionsteilnehmer dies erfordern, kann auch Druck und/oder ein hocksiedendes Lösungsmittel,
das gegenüber den übrigen Bestandteilen des Reaktionsgemisches inert ist, z.B. ein
Gemisch aus Alkanen mit einem Siedepunkt von mindestens 150° C bei 760 mm Hg (abs.),
verwendet werden.
[0020] Vorzugsweise wird der Zutritt von Wasser, soweit möglich, ausgeschlossen
[0021] Das erfindungsgemäße Verfahren kann absatzweise, halbkontinuierlich oder vollkontinuierlich
durchgeführt werden.
[0022] In den folgenden Beispielen beziehen sich alle Angaben von Prozentsätzen auf das
Gewicht, soweit nichts anderes angegeben ist.
Beispiel 1
[0023] In einem Dreihalskolben, der mit Rührer, Rückflußkühler und Gaseinleitungsrohr ausgestattet
ist, werden unter Rühren bei Raumtemperatur 2 1, gemessen bei 20° C und 720 mm Hg
(abs.) und damit 1,5 %, bezogen auf das Gesamtgewicht der eingesetzten Silane, gasförmiger
Chlorwasserstoff durch ein Gemisch aus 88 g (1 Mol) Tetramethylsilan, 129 g (1 Mot)
Dimethyldichlorsilan, 2 g Methyldichlorsilan und 3 g Äthylaluminiumsesquichlorid innerhalb
von 5 Minuten geleitet. Anschließend wird 5 Stunden bei Raumtemperatur weitergerührt.
Danach wird die Zusammensetzung des Reaktionsgemisches gaschromatographisch bestimmt.
Es werden folgende Ergebnisse erhalten:
Beispiel 2
[0024] In dem Dreihalskolben, der mit Rührer, Rückflußkühler und Gaseinleitungsrohr ausgestattet
ist wird unter Rühren bei Raumtemperatur 1 1, gemessen bei 20° C und 720 mm Hg (abs.)
und damit 0,62 %, bezogen auf das Gesamtgewicht der eingesetzten Silane, gasförmiger
Chlorwasserstoff durch ein Gemisch aus 149,5 g (1 Mol) Methyltrichlosilan, 108,5 g
(1 Mol) Tri-. methylchlorsilan, 2,5 g Dimethylchlorsilan und 3 g n-Propylaluminiumdichlorid
innerhalb von 5 Minuten geleitet. Danach wird 8 Stunden unter weiterem Rühren zum
Sieden unter Rückfluß erwärmt. Schließlich wird die Zusammensetzung des Reaktionsgemisches
gaschromatographisch bestimmt. Es werden folgende Ergebnisse erhalten:
Beispiel 3
[0025] In dem Dreihalskolben, der mit Rührer, Rückfiußkühier und Gaseinleitungsrohr ausgestattet
ist, werden unter Rühren Bei Raumtemperatur 2 1, gemessen bei 20° C und 720 mm Hg
(abs.) und damit 0,94 %, bezogen auf das Gesamt-. gewicht der eingesetzten Silane,
gasförmiger Chlorwasserstoff durch ein Gemisch aus 253 g (1 Moi) Diphenyldichlorsilan,
88 g (1 Mol) Tetramethylsilan, 3 g Trichlorsilan und 3 g Diäthylaluminiumchlorid innerhalb
von 5 Minuten geleitet. Danach wird 4 Stunden unter weiterem Rühren zum Sieden unter
Rückfluß erwärmt. Durch fraktionierte Destillation werden 30 g Trimethylchlorsilan,
35 g Phenyldimethylchlorsilan, 80 g Diphenylmethylchlorsilan und 74 g Triphenylchlorsifan
erhalten.
Beispiel 4
[0026] In dem Dreihalskolben, der mit Rührer, Ruckflußkühler und Gaseinleitungsrohr ausgestattet
ist, werden unter Rühren bei Raumtemperatur 2 1, gemessen bei 20° C und 720 mm Hg
(abs.) und damit etwa 0,85 %, bezogen auf das Gesamtgewicht der eingesetzten Silan,
gasförmiger Chlorwasserstoff durch eine Mischung aluminiumsesquichlorid und 250 g
der unterhalb 50° C bei 760 mm Hg (abs.) siedenden Produkte der Umsetzung von Methylchlorid
mit Silicium nach Rochow, wobei es sich um ein Gemisch aus 70 96 Tetramethylsilan,
2,5 96 Dimethylchlorsilan, 0,5 96 Trichlorsilan und verschiedenen Kohlenwasserstoffen
als mengenmäßig größten Restbestandteilen handelt, innerhalb von 8 Minuten geleitet.
Danach wird 6 Stunden unter weiterem Rühren zum Sieden unter Rückfluß erwärmt. -Durch
fraktionierte Destillation werden 275 g Trimethylchlorsilan erhalten.
Vergleichsversuch 1
[0027] Die in Beispiel 1 beschriebene Arbeitsweise wird wiederholt mit der Abänderung daß
kein Halogenwasserstoff mitverwendet wird. Bei der gaschromatographischen Bestimmung
der Zusammensetzung des Reaktionsgemisches wird nur etwa 1 % Trimethylchlorsilan gefunden.
Vergleichsversuch 2
[0028] Die in Beispiel 2 beschriebene Arbeitsweise wird wiederholt mit der Abänderung, daß
kein Silan mit Si-gebundenem Wasserstoff mitverwendet wird. Bei der gaschromatographischen
Bestimmung der Zusammensetzung des Reaktionsgemisches werden nur weniger als 3 96
Dimethyldichlorsilan gefunden.