DE2546919A1 - Verfahren zum herstellen von methylchlorsilanen - Google Patents
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Description
Verfahren zum Herstellen von Kethylchlorsilanen.
Die Erfindung "betrifft eine Verbesserung des Verfahrens
zum Herstellen von Methylchlorsilanen durch Umsetzen von Tetramethylsilan mit Chlorwasserstoff in Gegenwart eines
Friedel-Crafts-Katalysators. Die Verbesserung besteht insbesondere
darin, daß durch das erfindungsgenäße Verfahren bei geringerem Aufwand höhere Ausbeuten der gewünschten Methylchlorsilane
erhalten werden. Die Verbesserung wird dadurch ersielt, dsL die Reaktionsteilnehner in Gasform über bzw.
durch einen festen Friedel-Crafts-Katalysator geleitet
werden.
Beispielsweise bei der in großem Umfang durchgeführten Herstellung
von Methylchlorsilanen durch Umsetzung von Silicium mit MethylChlorid wird Tetramethylsilan als Nebenprodukt
erhalten. Dieses von hydrolysierbaren oder kondensationsfähigen
Atomen oder Gruppen freie und daher nicht auf einfache Weise z.B. in Organopolysiloxane überführbare Silan
fand bisher keine Verwendung in technischem Maßstab und wurde
'deshalb in großem Umfang verbrannt, um es zu beseitigen.
Aus der US-PS 2 802 852 P.D. George, assignor to General Electric Comp., patentiert 13 . August 1957 5 ist bereits bekannt,
Methylchlorsilane durch Umsetzen von Tetramethylsilan mit Chlorwasserstoff
in Gegenwart eines Priedel-Crafts-Eatalysators, wie
Aluminiuüichlorid oder Sisen(III)-Chlorid, herzustellen.
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Das Verfahren kann durch die Reaktionsgleichung )^Si + nHCl
(GH5)^nSiCl11 +
veranschaulicht werden. In dieser Gleichung bedeutet η 1 oder
2. Durch die Umsetzung von Tetramethylsilan mit Chlorwasserstoff
können also als Hethylchlorsilane Trimethylchlorsilan
und/oder Diine thyldichlorsilan hergestellt werden. Beide Ilethylchlorsilane
sind, wenn auch in wechselndem liengenverhältnis zueinar.cO'r, sehr begehrt. Trimethylchiorsilan und seine Derivate
können nämlich beispielsweise zur Hydrophobierung von anorganischen Stoffen, wie Siliciumdioxyd-Füllstoffen, oder
von organischen Stoffen oder zur Einführung von endblockierten Einheiten an Organopolysiloxanketten verwendet werden. Dimcthylchlorsilan
ergibt bei der Hydrolyse Dimethylpolysiloxane, also die wichtigsten Ausgangsprodukte für die Herstellung von
z.B. Organopolysiloxanelastoraeren und -Ölen. Bei dem Verfahren
gemäß US-PS 2 802 852 muß mindestens ein Teil der
Reaktionsteilnehmer im flüssigen Zustand gehalten werden und der Katalysator ist im Reaktionsgemisch gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden als Ketliylchlorsilane
ebenfalls nach obiger Reaktionsgleichung Trimethylchlorsilan und Dimethyldichlorsilan erhalten. Gegenüber dem
aus US-PS 2 802 852 bekannten Verfahren hat das erfindungsgemäße
Verfahren jedoch insbesondere die Vorteile, daß es mit geringerem Aufwand, verglichen insbesondere mit dem bei kontinuierlicher
Arbeitsweise erforderlichen Aufwand des bekannten Verfahrens durchgeführt v/erden kann und daß dabei höhere
Ausbeuten der gewünschten Methylchlorsilane erhalten werden.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen von Methylchlorsilanen durch Umsetzen von Tetramethylsilan
mit Chlorwasserstoff in Gegenwart eines Friedel-Crafts-Ka-
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talysators, dadurch, gekennzeichnet, daß die Reaktionsteilnehmer
in Gasform über bzw. durch einen festen Iriedel-Crafts-Katalysator
geleitet werden.
Bei dem erfindungsgeinäßen Verfahren werden also sowohl Tetramethylsilan
als auch Chlorwasserstoff in gasförmigem Zustand eingesetzt.
Als Tetramethylsilan kann ein beliebiges, dieses Silan enthaltendes
Gas verwendet werden. Bevorzugt wird jedoch über bzw. durch den Friedel-Crafts-Katalysator ein Gasgemisch geleitet,
dessen nicht aus Chlorwasserstoff bestehende Anteile zumindest zu 50 Gewichtsprozent aus Tetratnethylsilan bestehen ,oder
als Tetramethylsilan das gasförmige Gemisch der bei 20 bis 300C siedenden Nebenprodukte, die bei der Herstellung von He-.
thylchlorsilanen durch Umsetzung von Silicium mit Methylchlorid
erhalten werden, verwendet.
Zweckmäßig werden 0,1 bis 5 Hol Chlorwasserstoff je Mol Tetra-r
methylsilan eingesetzt.
Ist als Methylchlorsilan Trimethylchiorsilan erwünscht, werden
Q,1 bis 1,1 Mol, vorzugsweise 0,9 bis 1,05 Hol Chlorwasserstoff je Hol Tetraraethylsilan eingesetzt. .
Ist als Kethylchlorsilan Dimethyldichlorsilan erwünscht, werden
1,2 bis 5 Hol, vorzugsweise 2 bis 4 Mol Chlorwasserstoff je Mol
Tetramethylsilan eingesetzt.
Während sich das Verhältnis der Menge von Dimethyldichlorsilan zur Menge von Trimethylchlorsilan bei der Herstellungvon
Methylchlorsilanen durch Umsetzung von Silicium mit Methylchlorid nur in geringem Ausmaß und/oder mit großem Auf-
_ 4. _
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(ο
wand regeln läßt, ist es also nach dein erfindungsgemäßen
Verfahren durch einfache Änderung des Verhältnisses der Menge von Chlorwasserstoff zur Menge von !Tetramethylsilan
möglich, die Erzeugung von Dimethyldichlorsilan "bzw. Irimethylchlorsilan
der wechselnden Nachfrage bei diesen "beiden Silanen anzupassen.
Der hier in Beschreibung und Ansprüchen gebrauchte Ausdruck "fester Friedel-Crafts-Katalysator", bzw. "festen
Friedel-Crafts-Katalysator" besagt, daß der Friedel-Crafts-Katalysator
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in fester und weder in flüssiger Form noch in gelöster Form vorliegt.
Vorzugsweise ist der Friedel-Crafts-Katalysator zudem trocken, also nicht von einer Flüssigkeit umgeben oder umhüllt.
Als Friedel-Crafts-Katalysatoren sind Aluminiunichlorid (AlCl-z) und/oder Eisen(III)-chlorid (FeCl-,) bevorzugt. Die
Korngröße der Friedel-Crafts-Katalysatoren beträgt zii/eckmäßig
0,1 bis 10 mm (Durchmesser). Die Friedel-Crafts-Katalysatoren können auf einem inerten Katalysatorträger, wie ·
Kieselgel, Aluminiumhydroxid, Aluminiumoxid oder Silikaten, abgeschieden sein. Der Anteil der Summe aus dem Gewicht
von Friedel-Crafts-Katalysator und dem Gewicht von inertem Katalysatorträger
am Gesamtgewicht dieser Stoffe und gegebenenfalls v/eiterer im Gemisch mit dem Friedel-Crafts-Katalyss.tor
mitverwendeter Feststoffe,beträgt vorzugsweise mindestens 90 Gewichtsprozent. Der Katalysator kann als Festbett
oder als Wirbelschicht vorliegen.
Die Temperatur, bei der das erfindungsgemäße Verfahren
durchgeführt wird, beträgt vorzugsweise 30° bis 1500C, insbesondere 60° bis 120°C.
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Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren "beim Druck
der umgebenden Atmosphäre durchgeführt, also bei 760 mm Hg
(abs.) oder etwa 760 mm Hg (abs.)» weil dies den geringsten
Aufwand erfordert. Palis erwünscht, können jedoch auch höhere oder niedrigere Drücke angewandt- werden.
Die Verweilzeit der Eeaktionsteilnehner und Reaktionsprodukte in bzw. über dem Friedel-Crafts-IIatalysator beträgt zweckmäßig
insgesamt 1 bis 100 Sekunden, vorzugsweise insgesamt 5 bis 50 Sekunden.
Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielten Umsätze betragen
im allgemeinen 70 bis 100 Nolprozent, bezogen jeweils auf
den in der geringsten Menge eingesetzten Eeaktionsteilnehmer.
Die Selektivitäten können 80 bis 95 70 für Trimethylchlorsilan
und 80 bis 100 % für Dimethyldichlorsilan betragen.
Es ist überraschend, daß bei den oben angegebenen verhältnismäßig kurzen Verweilzeiten keine äußerst geringen Umsätze,
sondern die vorstehend angegebenen sehr großen Umsätze erzielt werden und trotzdem bei dem erfindungsgemäßen Verfahren,
das im Gegensatz zum Verfahren gemäß US-FS 2 802 852 auch in
großem Maßstab in einer einfachen Vorrichtung kontinuierlich durchgeführt v/erden kann, im Gegensatz zu dem Verfahren gemäß
US-PS 2 802 852 der Aufwand für das Kondensieren des niedrigsiedenden Tetramethylsilans vor der Umsetzung mit
Chlorwasserstoff, für die Anwendung von Druck oder aufwendiger Kühlung, um Tetramethylsilan in flüssiger Form zu
halten, und für das Ersetzen und/oder Rückgewinnen von in dem
Reaktionsprodukt gelöstem und deshalb mit dem Reaktionsprodukt
ausgetragenem Katalysator entfällt.
Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Reaktionsprodukte
können einfacherweise zusammen mit den bei der Umsetzung von Silicium mit Methyl Chlorid erhaltenen Methyl-
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chlorsilanen destilliert werden. Nicht-umgesetztes Tetra-Biethylsilan
und nicht-umgesetzter Chlorwasserstoff können wieder
in das erfindungsgemäße Verfahren zurückgeführt werden.
"Beispiel 1
In ein senkrechtes, beheizbares Glasrohr mit einer lichten Weite von 1 cm und einer Länge von 40 cm, das mit grobkörnigem
AlCl, gefüllt ist, wird "bei 800C Chlorwasserstoff,
der "bei 9 C mit Tetramethylsilan gesättigt wurde (llolverhältnis
Tetramethylsilan/HCl =1:0,97 )» vorL unten eingeführt.
Die oben aus dem Rohr austretenden Gase werden kondensiert. Hach 355 Stunden sind 40,2 g Tetramethylsilan in
das Bohr eingeführt worden; die Verweilzeit von Reaktionsteilnehmern und -produkten "betrug also 20 Sekunden.
Aus den kondensierten Gasen werden 49,3 g Destillat erhalten,
das aus 10 Gewichtsprozent Tetramethylsilan, 78 Gewichtsprozent
Trimethylchlorsilan und 12 Gewichtsprozent Dimethyldichlorsilan besteht. Dies entspricht einem Umsatz
von 88 Molprozent, "bezogen auf eingesetztes Tetramethylsilan, und einer Selektivität von 89 % für Trime- ■
thylchlorsilan.
In ein senkrechtes, beheizbares Glasrohr mit einer lichten Weite von 1 cm und einer Länge von 40 cm, das mit grobkörnigem
FeCl-, gefüllt ist, wird bei 900C Chlorwasserstoff,
der bei 80C mit Tetramethylsilan gesättigt wurde, (Molverhältnis
Tetramethylsilan/HCl = 1:1,03 ) von unten eingeführt. Die oben aus dem Rohr austretenden Gase werden
kondensiert. Nach 5 Stunden sind 42,1 g Tetramethylsilan in das Rohr eingeführt worden; die Verweilzeit von Reaktionsteilnehmern
und -produkten betrug also 26 Sekunden.
Von dem in das Rohr eingeführten Tetramethylsilan
- η -709817/1028
wurden 72 Kolprozont umgesetzt "bei einer Selektivität von
95 % für Trimethylchlorsilan.
Beipiel $
In das senkrechte, beheizbare Glasrohr mit einer lichten Weite von 1 cm und einer Länge von 40 cm, das mit grobkörnigem
AlCl5 gefüllt ist, wird "bei 900C Chlorwasserstoff, der "bei
-20C mit Tetramethylsilan gesättigt wurde (Molverhältnis
Tetramethylsilan/HCl = 1:2,1 )von unten eingeführt. ITach
3 Stunden sind 20,5 g Tetramethylsilan in das Rohr eingeführt worden; die Verweilzeit von Reaktionsteilnehmern und -produkten
betrug also 22 Sekunden. Von dem·in das Rohr eingeführten
Tetramethylsilan wurden 100 Kolprozent umgesetzt bei einer Selektivität von 83 % für Dimethyldichlorsilan
und von 16 % für Tri-methylchlorsilan.
8 -
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Claims (1)
- Patentansprüche :'Verfahren zum Herstellen von Kethylchlorsilanen durch Umsetzen von Tetramethylsilan mit Chlorwasserstoff in Gegenwart eines Friedel-Crafts-Katalysators, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsteilnehmer in Gasform über "bzw. durch einen festen IPriedel-Crafts-Katalysator geleitet werden.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 0,1 "bis 1,1 KoI Chlorwasserstoff je KoI Tetramethylsilan eingesetzt werden·5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 1,2 bis 5 KoI Chlorwasserstoff je KoI Tetramethylsilan eingesetzt werden.K. Verfahren nach Anspruch 1 "bis 35 dadurch gekennzeichnet, daß als !Friedel-Crafts-Katalysatoren Aluminiumchlorid und/oder Eisen(III)-Chlorid verwendet werden.5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichne t,daß die dabei angewandte Temperatur 60 bis 120°C beträgt.6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5i<ia<iurchgekennzeich.net-, daß die Verweilzeit der Reaktionsteilnehmer und Reaktionsprodukte in bzw. über dem Friedel-Crafts-Katalysator insgesamt 1 bis 100 Sekunden beträgt.709817/1028ORIGINAL INSPECTED7. Verfahren nach. Anspruch 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet , daß die Verweilzeit der Reaktionsteilnehiner und Reaktionsprodukte in "bzw. über dem Friedel-Crafts-Katalysator insgesamt 5 "bis 50 Sekunden "beträgt.709817/1028
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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FR2381780A1 (fr) * | 1977-02-26 | 1978-09-22 | Dynamit Nobel Ag | Separation de liaisons silicium-carbone au moyen d'un acide halohydrique |
Also Published As
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