Получение алкилсиланов взаимодействием металлоорганических соединений с алкилхлорсиланами

Министерство образования республики беларусь

Белорусский государственный университет

Химический факультет

 

 

Курсовая работа

 

ПОЛУЧЕНИЕ АЛКИЛСИЛАНОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ С АЛКИЛХЛОРСИЛАНАМИ

 

 

Исполнитель

студентка 2 курса 6 группы

Шпилевская А.Л

 

 

Минск 2010г.

Введение

 

Технический прогресс в значительной степени зависит от использования новых материалов и технологий. Поэтому в последнее время в промышленно развитых странах стали уделять все больше внимания композиционным материалам, получаемым из алкилсиланов: кремнийкарбидной высокотемпературной керамике, SiC покрытиям, C-SiC композитам различных модификаций. Такие материалы находят применение в космической, атомной, авиационной, электронной промышленности и точном машиностроении.

Алкилсиланы, по сравнению с алкилгалогенсиланами, дают возможность получения не содержащих галогена чистых SiC материалов, не загрязняют атмосферу галогенсодержащими выбросами при получении карбида кремния и композитов на его основе, позволяют использовать оборудование из обычных не коррозионностойких материалов при работе с ними и при их термическом разложении. Кроме того, алкилсиланы устойчивы даже в атмосфере влажного воздуха, не взаимодействуют с водой и существенно менее токсичны.

 

Свойства алкилсиланов

 

В настоящей работе рассматриваются алкилсиланы, содержащие хотя бы одну связь Si-H. Они имеют общую формулу:

 

Alk4_.nSiH_n где AIk=CH₃, С₂Н₅, С₃Н₇, С₄Н₉ и т.п., п=1-3.

 

Химические свойства алкилсиланов обусловлены наличием реакционной связи Si-H, тогда как связь между кремнием и углеродом в этих соединениях можно назвать инертной. Гидролиз алкил(гидро)силанов (АГС) в кислой среде протекает медленно, а в щелочной быстро.

Алкилсиланы по связи Si-H реагируют с органическими кислотами, спиртами, аммиаком, аминами, фосфинами, галогенами и т.п. Спирты расщепляют эту связь в присутствии алкоголятов, амины - в присутствии амидов щелочных металлов.

Характерной реакцией связи Si-H так же является присоединение по двойной связи С=С, - гидросилилирование.

Алкилсиланы являются восстановителями. Они восстанавливают концентрированную серную и азотную кислоты, перманганат калия, многие соли и оксиды переходных металлов (ртути, меди)

Реакционная способность рассматриваемых веществ в химических реакциях изменяется в соответсвии с приведенным ниже рядом:

 

RSiH₃>R₂SiH₂>R₃SiH

 

Низшие алкилсиланы, такие как метилсилан, диметилсилан, этилсилан при комнатной температуре являются газами, а диэтилсилан - уже жидкостью. При воздействии на организм человека они не токсичны, при контакте с кожным покровом не вызывают ожогов, не раздражают верхние дыхательные пути.

Способы получения алкилсиланов

 

В литературе описаны многочисленные способы получения алкилсиланов. Наиболее важными являются следующие:

· взаимодействие металлоорганических соединений с алкилхлорсиланами;

· взаимодействие гидридов металлов с алкилхлорсиланами;

· каталитическое диспропорционирование соединений, содержащих алкилгидридсилановый фрагмент;

· гидрирование алкилхлорсиланов и тетраалкилсиланов.

 

Получение алкилсиланов взаимодействием металлоорганических соединений с алкилхлорсиланами

 

Впервые о получении алкилсиланов сообщили A.Stok и C.Somieski в 1919 году. Они заявили о «возможности взаимодействия паров хлорсиланов с парами алкилметаллов. При комнатной температуре в присутствии метилцинка были получены самые простые производные. Они спонтанно не воспламеняются, имеют слабый тяжело-сладковатый запах и свойства, средние между SiR_i и СН₄.

RMcGregor предложил синтезировать метилсилан (МС) взаимодействием монохлорсилана с диметилцинком по реакции:

 

2SiH₃Cl + Zn(CH₃)₂ —> 2SiH₃(CH₃) + ZnCl₂

 

а также рассмотрел возможность получения метилсилана с использованием алюмогидрида лития, но при этом отметил, что способ является неприемлемым в настоящее время из-за высокой стоимости алюмогидрида лития.

Широко используемый в синтезе алкилсиланов метод Гриньяра в случае алкилирования алкил(гидро)хлорсиланов общей формулы Rcl_nSiH₃*n (п=1,2) иногда затрагивает связи Si-H.

Н.Н. Корнеев с сотрудниками применили вместо Mg-органических реагентов А1-органические:

 

nR₂AlH + R'SiH₃._nR"_n —>nR₂AlR + R'SiH₃

где n=2,3 R=C₂H₅,1-С₄Н₉; R'=CH₃, C₂H₅;

R"=Cl,OCH₃,OC₂H₅.

 

Так, диизобутилалюминийгидрид взаимодействует с метилдихлорсиланом в присутствии хлорида алюминия и триалкилалюминия с образованием метилсилана:

 

2(iBu)₂AlH + CH₃SiHCl₂ —> CH₃SiH₃ + 2(Bu)₂AlCl

 

Синтез осуществляли следующим образом: в реактор с мешалкой загружали последовательно технический диалкилалюминиигидрид и хлорид алюминия. Суспензию перемешивали в течение 1,5-2 часов и затем дозировали в реактор алкилхлорсилан или алкилалкоксисилан, при этом поддерживали температуру реакционной массы в интервале 30-40С. Продукт, образовавшийся в процессе реакции конденсировали в ловушке, охлаждаемой жидким азотом, затем переконденсацией собирали во вторую ловушку, также охлаждаемую жидким азотом и определяли массу сконденсировавшегося алкилсилана. Данных по качеству полученного алкилсилана не приводится. При взаимодействии метилдиэтоксисилана с диизобутилалюминийгидридом, взятым в 10% мольном избытке, в присутствии большого избытка триизобутилалюминия и 20% мольной добавки хлорида алюминия максимальный выход метилсилана достигал 96%. Однако данные по чистоте продукта не приводятся.

В американском патенте был предложен подобный способ получения метилсилана, однако авторам не удалось синтезировать продукт с выходом более 85%.

Необходимо отметить, что все рассмотренные выше способы получения алкилсиланов взаимодействием алкильных производных металлов с хлор(гидро)силанами являются пожаро-взрывоопасными, зачастую многостадийными. Во всех случаях образуются опасные отходы.