TW201336856A

TW201336856A - 在微反應器中還原鹵代矽烷化合物之方法

Info

Publication number: TW201336856A
Application number: TW102105670A
Authority: TW
Inventors: Binh Nguyen; Simon Parsley; Jacob Remacle; Levon Shahinian; Hanh Vo
Original assignee: Dow Corning
Priority date: 2012-02-16
Filing date: 2013-02-18
Publication date: 2013-09-16
Also published as: CN104203962A; WO2013123213A1; KR20140123108A; EP2814833A1; JP2015510516A; US20150080596A1

Abstract

本發明係關於在微反應器中產生氫矽烷化合物之方法，其包含在該微反應器中且在還原劑存在下還原鹵代矽烷化合物來產生該氫矽烷化合物。

Description

在微反應器中還原鹵代矽烷化合物之方法

本發明概言之係關於產生氫矽烷化合物之方法，且更具體而言係關於在微反應器中產生氫矽烷化合物之方法。

氫化矽在業內眾所周知，且包括至少一個鍵結矽之氫原子。氫化矽(例如四氫化矽或甲矽烷)用於各種應用中，包括在基板上沈積元素矽。製備氫化矽之方法在業內亦眾所周知。例如，可自涉及鹵代矽烷化合物之常規反應製備氫化矽。然而，該等常規反應放熱且需要連續熱量監測及移除。此外，常規反應中所利用之觸媒以及氫化矽本身具有發火性，即，該等化合物可在空氣或水分中自發點燃。因此，該等常規反應對設備及人類生命構成巨大風險。

本發明提供在微反應器中產生氫矽烷化合物之方法。該方法包含在微反應器中且在還原劑存在下還原鹵代矽烷化合物來產生氫矽烷化合物。氫矽烷化合物包括較鹵代矽烷化合物所包括者(若存在)多至少一個之鍵結矽之氫原子。另外，鹵代矽烷化合物包括較氫矽烷化合物所包括者(若存在)多至少一個之鍵結矽之鹵素原子。本發明亦提供自該方法形成之氫矽烷化合物。

本發明提供在微反應器中自鹵代矽烷產生氫矽烷化合物之方法。藉由本發明方法所產生之氫矽烷化合物可用於各種應用中，例如用於沈積元素矽之起始材料。然而，氫矽烷化合物並非限於此一應用中。例如，可利用藉由本發明方法產生之氫矽烷化合物作為聚合物基質之偶合劑。

如上文所介紹，氫矽烷化合物係自鹵代矽烷化合物形成。鹵代矽烷化合物可為具有至少一個鍵結矽之鹵素原子之任何鹵代矽烷化合物。例如，鹵代矽烷化合物可包含鹵代甲矽烷化合物，即，鹵代矽烷化合物可包括一個矽原子。另一選擇為，鹵代矽烷化合物可包含鹵代聚矽烷化合物，即，鹵代矽烷化合物可包含一個以上矽原子，其中各矽原子通常彼此鍵結。換言之，鹵代聚矽烷化合物之矽原子通常並非如在具有Si-O-Si主鏈之傳統矽氧烷中經由氧原子隔開。鹵代矽烷化合物可包含不同類型之鹵代甲矽烷化合物之混合物、不同類型之鹵代聚矽烷化合物之混合物或鹵代甲矽烷化合物與鹵代聚矽烷化合物之混合物。當鹵代矽烷化合物包括一個以上鍵結矽之鹵素原子時，各鹵素原子可獨立地選自F、Cl、Br或I；另一選擇為，各鹵素原子可獨立地選自Cl、Br或I；另一選擇為，各鹵素原子可獨立地選自Cl或Br。最通常地，鹵代矽烷化合物之所有鹵素原子皆為Cl。

鹵代甲矽烷化合物通常具有以下通式(1)：R_aH_bX_4-a-bSi，其中每一R皆係獨立地選自經取代之烴基、未經取代之烴基及胺基，每一X皆獨立地係鹵素原子，且a及b各自獨立地係0至3之整數，限制條件係a+b等於0至3之整數。由於a+b等於0至3之整數，故鹵代甲矽烷化合物暗中包括至少一個鍵結矽之鹵素原子，其在上文通式中由X代表。

在某些實施例中，上文通式(1)中之下標a至少為1，鹵代甲矽烷化合物因而包括至少一個由R代表之取代基。通常，由R代表之取代基關於鹵代矽烷化合物之產生氫矽烷化合物之反應無反應性。然而，通式(1)中由R代表之取代基可與其他官能基、試劑、觸媒或在產生氫矽烷化合物之方法期間通常不存在之其他化合物或組份反應。未經取代之烴基之實例包括烷基、芳基、烯基、環烷基、環烯基及其組合。該等基團之組合之實例包括經芳基取代之烷基及經烷基取代之芳基。烷基之實例包括C₁-C₁₀烷基。芳基之一個實例係苯基。烯基之實例包括C₁-C₁₀烯基，其中烯基之烯系不飽和部分可存在於烯基內之任一位置，即，烯基之烯系不飽和部分可位於末端或可位於脂肪族鏈內以使烯基末端為CH₃基團。環烷基之實例包括2-甲基環丙基、環丙基、環丁基、環戊基、環己基及環庚基。環烯基之實例包括環戊烯基、環己烯基及環庚烯基。經取代之烴基包括至少一個取代基。取代基可獨立地選自(例如)鹵素原子及胺基。經取代之烴基之實例包括鹵代烴基，例如鹵代烷基。胺基之實例包括NR¹ ₂、NHR¹及NH₂，其中R¹係所獨立地選擇之烴基，例如上文所述之烴基，限制條件係兩個R¹可一起形成伸烴基(例如伸烷基，例如1,4-伸丁基團)，但每一R¹通常皆獨立地選自C₁-C₁₀烷基。

在鹵代矽烷化合物包含由上文通式(1)代表之鹵代甲矽烷化合物之某些實施例中，通式(1)之下標b為0至2之整數，通常為0至1，最通常為0，鹵代矽烷化合物因而不包括任何鍵結矽之氫原子。在該等實施例(即，通式(1)之下標a至少為1且通式(1)之下標b為0之實施例)中，鹵代矽烷化合物之實例包括C₆H₅SiCl₃、(C₆H₅)₂SiCl₂、(C₆H₅)₃SiCl、CH₃SiCl₃、(CH₃)₂SiCl₂、(CH₃)₃SiCl、(CH₃)(CH₃CH₂CH₂)(C₆H₅)SiCl、CH₃SiHCl₂、(C₆H₅)₂CH₃SiCl、C₆H₅(CH₃)₂SiCl、(C₆H₅)(CH₃)SiCl₂、(CH₃CH₂)(CH₃)₂SiCl、(CH₃CH₂)₂(CH₃)SiCl、(C₆H₅)₂(CH₃CH₂)SiCl、 (CH₃CH₂CH₂)SiCl₃、(CH₃CH₂CH₂CH₂)(C₆H₅)SiCl₂及諸如此類。

在鹵代矽烷化合物包含鹵代甲矽烷化合物之其他實施例中，通式(1)之下標a為0，鹵代矽烷化合物因而不包括由R代表之任何取代基。在該等實施例中，鹵代矽烷化合物可包括四個鍵結矽之鹵素原子，即，鹵代矽烷化合物可為通式SiX₄，其中X係如上文所定義。另一選擇為，鹵代矽烷化合物可包括鍵結矽之鹵素原子與鍵結矽之氫原子之組合。例如，在鹵代矽烷化合物不包括由R代表之任何取代基之實施例中，鹵代矽烷化合物可由通式(2)代表H_b'X_4-b'Si，其中X係如上文所定義，且b'為0至3之整數。由於b'為0至3之整數，故鹵代矽烷化合物暗中包括至少一個鍵結矽之鹵素原子，其在上文通式(2)中由X代表。由上文通式(2)代表之鹵代矽烷化合物之實例包括SiX₄、HSiX₃、H₂SiX₂及H₃SiX，另一選擇為SiCl₄、HSiCl₃、H₂SiCl₂及H₃SiCl。

如上所述，鹵代矽烷化合物可包含鹵代聚矽烷化合物，即，鹵代矽烷化合物可包含一個以上矽原子。在該等實施例中，鹵代矽烷化合物通常具有以下通式(3)：

其中每一Z皆係獨立地選自經取代之烴基、未經取代之烴基、胺基、氫原子及鹵素原子，限制條件係至少一個Z係鹵素原子，且n為1至20之整數，另一選擇為1至5，另一選擇為1至3，另一選擇為3，另一選擇為2，另一選擇為1。

在鹵代矽烷化合物包含由上文通式(3)代表之鹵代聚矽烷化合物之某些實施例中，至少一個Z係經取代或未經取代之烴基或胺基。通常，經取代或未經取代之烴基或胺基關於鹵代矽烷化合物之產生氫矽烷化合物之反應無反應性。然而，經取代或未經取代之烴基及/或胺基可與其他官能基、試劑、觸媒或在產生氫矽烷化合物之方法期間通常不存在之其他化合物或組份反應。經取代或未經取代之烴基及胺基之例示性實例係如上文關於鹵代甲矽烷化合物所述。

在各個實施例中，當鹵代矽烷化合物包含由上文通式(3)代表之鹵代聚矽烷化合物且當鹵代矽烷包括至少一個經取代或未經取代之烴基或胺基時，鹵代矽烷化合物不包括任何鍵結矽之氫原子。在該等實施例中，鹵代矽烷化合物之實例包括以下化合物：及諸如此類。

在鹵代矽烷化合物包含鹵代聚矽烷化合物之其他實施例中，鹵代矽烷化合物不包括任何經取代或未經取代之烴基或胺基。在該等實施例中，鹵代矽烷化合物可僅包括鍵結矽之鹵素原子。另一選擇為，鹵代矽烷化合物可包括鍵結矽之鹵素原子與鍵結矽之氫原子之組合。當鹵代矽烷化合物不包括任何經取代或未經取代之烴基或胺基時，鹵代矽烷化合物之實例包括(但不限於)以下化合物：及諸如此類。

產生氫矽烷化合物之方法包含在微反應器中且在還原劑存在下還原鹵代矽烷化合物來產生氫矽烷化合物。

在微反應器中且在還原劑存在下還原鹵代矽烷化合物產生氫矽烷化合物，其包括較鹵代矽烷化合物所包括者(若存在)多至少一個之鍵結矽之氫原子。因此，鹵代矽烷化合物包括較氫矽烷化合物所包括者(若存在)多至少一個之鍵結矽之鹵素原子。換言之，還原鹵代矽烷化合物通常包含用至少一個氫原子正式地(formally)置換鹵代矽烷化合物之至少一個鍵結矽之鹵素原子來產生氫矽烷化合物。端視鹵代矽烷化合物之鍵結矽之鹵素原子數目，可用氫原子還原(即，正式地置換)鹵代矽烷化合物之一個以上鍵結矽之鹵素原子。在某些實施例中，還原鹵代矽烷化合物包含用氫原子置換鹵代矽烷化合物之每個鍵結矽之鹵素原子來產生氫矽烷化合物。作為一個實例，當鹵代矽烷化合物包含四個鍵結矽之鹵素原子時，藉由還原鹵代矽烷化合物產生之氫矽烷化合物可包括四個鍵結矽之氫原子、三個鍵結矽之氫原子及一個鍵結矽之鹵素原子、兩個鍵結矽之氫原子及兩個鍵結矽之鹵素原子或一個鍵結矽之氫原子及三個鍵結矽之鹵素原子。

作為另一實例，在鹵代矽烷化合物包含由上文通式(1)代表之鹵代甲矽烷化合物之某些實施例中，氫矽烷化合物可由以下通式(4)代表：R_aH_b+1X_4-a-b-1Si

其中R、X及下標a及b係如上文所定義。由上文通式(4)代表之氫矽烷化合物代表還原鹵代矽烷化合物包含用一個鍵結矽之氫原子置換鹵代矽烷化合物之一個鍵結矽之鹵素原子來產生氫矽烷化合物之實施例。然而，如上文所介紹，還原鹵代矽烷化合物可用鍵結矽之氫原子置換鹵代矽烷化合物之一個以上鍵結矽之鹵素原子。此視鹵代矽烷化合物中由R代表之取代基數目及鹵代矽烷化合物中鍵結矽之鹵素原子數目二者而定。例如，在鹵代矽烷化合物包含由上文通式(1)代表之鹵代甲矽烷化合物之某些實施例中，且當鹵代矽烷化合物之所有鍵結矽之鹵素原子皆由鍵結矽之氫原子置換來形成氫矽烷化合物時，氫矽烷化合物可由下文通式(5)代表R_aH_b"Si，其中R及下標係如上文所定義，且b"為1至4之整數，限制條件係a+b"=4。

另一選擇為，在鹵代矽烷化合物包含由上文通式(3)代表之鹵代聚矽烷化合物之某些實施例中，氫矽烷化合物可由下文之以下通式(6)代表：

其中每一Z'皆係獨立地選自經取代或未經取代之烴基、胺基、氫原子及鹵素原子，限制條件係至少一個Z'為氫原子，且n為1至20之整數，如上文所定義。上文通式(6)中代表鍵結矽之氫原子之Z'之數目視許多因素而定，例如存於鹵代矽烷化合物中之除鍵結矽之氫原子以外之取代基之數目、存於鹵代矽烷化合物中之鍵結矽之鹵素原子之數目及在還原鹵代矽烷化合物之步驟期間氫矽烷化合物中由鍵結矽之氫原子置換之鍵結矽之鹵素原子之數目。例如，當通式(3)中所有由Z代表之取代基皆為鹵素原子時，通式(6)中所有或部分由Z'代表之取代基可為氫原子。

鹵代矽烷化合物係在微反應器中在還原劑存在下被還原。通常，還原劑包含金屬氫化物，但還原劑可為適於還原鹵代矽烷化合物之任何化合物。金屬氫化物可為能夠將鹵代矽烷化合物之鍵結矽之鹵素原子中之至少一者轉化成鍵結矽之氫原子之任何金屬氫化物。適於本發明目的之金屬氫化物包括鈉、鎂、鉀、鋰、硼、鈣、鈦、鋯及鋁之氫化物。金屬氫化物可為簡單(二元)金屬氫化物或複合金屬氫化物。最通常地，還原劑係呈包含還原劑(例如金屬氫化物)之液體形式，以便可在不堵塞或不以其他方式阻塞微反應器所界定之微通道之情形下將還原劑進給至微反應器中。另外，在還原鹵代矽烷化合物之步驟期間，通常將還原劑轉化成鹵化物鹽。因此，還原劑通常經選擇，以使得還原劑之鹵化物鹽亦為液體來防止堵塞由微反應器所界定之微通道。

金屬氫化物之實例包括二異丁基氫化鋁(DIBAH)、二氫-雙-(2-甲氧基乙氧基)鋁酸鈉(Vitride)、氫化鋁、氫化鋰、氫化鈉、硼氫化鈉、鋁氫化鋰、鋁氫化鈉、硼氫化鋰、氫化鎂、氫化鈣、氫化鈦、氫化鋯等等。在某些實施例中，將還原劑置於諸如溶劑或分散劑等載體媒劑中。溶劑可為脂肪族或芳香族烴溶劑、醚溶劑等等。芳香族烴溶劑之一個實例係甲苯。脂肪族烴溶劑之實例包括異戊烷、己烷、庚烷等等。醚溶劑之一個實例係四氫呋喃(THF)。當置於溶劑中時，還原劑之莫耳濃度(M)通常為0.5至2.0，另一選擇為0.75至1.75，另一選擇為 0.9至1.6。另一選擇為，由於至少一些還原劑可為液體，故還原劑可以濃縮形式使用而不置於載體媒劑中，即，不存在不同於氫矽烷化合物、鹵代矽烷化合物及還原劑之載體媒劑。製備金屬氫化物之方法在業內眾所周知，且該等化合物中之多種可購自各個供應商。

所利用還原劑之量可端視以下而變化：所選擇之具體還原劑、所利用之具體鹵代矽烷化合物、所採用之還原參數及欲產生之期望氫矽烷化合物。產生氫矽烷化合物時利用之還原劑與鹵代矽烷化合物之莫耳比影響轉化率及選擇度。實際上，還原劑與鹵代矽烷化合物之莫耳比對選擇度之影響大於其他參數(例如溫度、濃度、進給速率及微反應器之組態)。

具體而言，還原劑對鹵代矽烷化合物之莫耳比通常為0.01：1.0至5.0：1.0，另一選擇為0.1：1.0至4.0：1.0，另一選擇為0.2：1.0至2.5：1.0。

選擇度與藉由還原鹵代矽烷化合物所產生之氫矽烷化合物中之各物質之莫耳比相關。例如，當鹵代矽烷化合物包括一個以上鍵結矽之鹵素原子時，氫矽烷化合物可包含完全還原之物質及一或多種部分還原之物質。作為一個實例，當鹵代矽烷化合物包含苯基三氯矽烷(C₆H₅SiCl₃)時，自還原該鹵代矽烷化合物形成之氫矽烷化合物可包含苯基矽烷(C₆H₅SiH₃)、苯基氯矽烷((C₆H₅)H₂SiCl)及/或苯基二氯矽烷((C₆H₅)HSiCl₂)。在該等實施例中，苯基矽烷(C₆H₅SiH₃)係完全還原之物質，且苯基氯矽烷((C₆H₅)H₂SiCl)及苯基二氯矽烷((C₆H₅)HSiCl₂)係部分還原之物質。端視利用氫矽烷化合物之應用而定，部分還原之物質或完全還原之物質可能更合意。選擇度可能涉及氫矽烷化合物中之該等物質中之任一者之莫耳比。另一方面，轉化率通常涉及基於經還原產生氫矽烷化合物之鹵代矽烷化合物之矽之莫耳分率。

在還原劑對鹵代矽烷化合物之莫耳比較低(例如0.2：1.0)之情形下，轉化率通常為30%或更低，另一選擇為25%或更低，另一選擇為 20%或更低。在還原劑對鹵代矽烷化合物之莫耳比較高(例如大於或等於2.0：1.0)之情形下，可獲得大於60%、另一選擇為大於70%、另一選擇為大於80%、另一選擇為大於90%之鹵代矽烷化合物之轉化率。因此，端視還原劑對鹵代矽烷化合物之莫耳比而定，可選擇性地控制鹵代矽烷化合物產生氫矽烷化合物之轉化率。

在還原劑對鹵代矽烷化合物之莫耳比較低之情形下，氫矽烷化合物中部分還原物質之選擇度通常大於完全還原物質之選擇度。例如，在還原劑對鹵代矽烷化合物之莫耳比較低(例如0.2：1.0)之情形下，且當鹵代矽烷化合物包含苯基三氯矽烷(C₆H₅SiCl₃)時，完全還原物質(即，苯基矽烷(C₆H₅SiH₃))之選擇度通常為約10%至約20%。在該等實施例中，所選擇之部分還原物質(即，苯基氯矽烷((C₆H₅)H₂SiCl)及苯基二氯矽烷((C₆H₅)HSiCl₂))構成大部分氫矽烷化合物，且苯基二氯矽烷((C₆H₅)HSiCl₂)之選擇度通常為最高值。相比之下，在還原劑對鹵代矽烷化合物之莫耳比較高(例如大於或等於2.0：1.0)之情形下，完全還原物質(即，苯基矽烷(C₆H₅SiH₃))之選擇度通常為約90%至約100%。在該等實施例中，部分還原物質(即，苯基氯矽烷((C₆H₅)H₂SiCl)及苯基二氯矽烷((C₆H₅)HSiCl₂))以最少量(若存在)存於氫矽烷化合物中。

作為可自在還原劑存在下還原鹵代矽烷化合物形成之各種物質(包括部分還原物質及完全還原物質)之一個非限制性實例，以下反應說明還原劑包含二異丁基氫化鋁(DIBAH)且鹵代矽烷化合物包含苯基三氯矽烷(C₆H₅SiCl₃)之反應：6DIBAH+3 C₆H₅SiCl₃ → C₆H₅SiH₃+(C₆H₅)H₂SiCl+(C₆H₅)HSiCl₂+6DIBACl

如上述反應中所說明，自在還原劑存在下還原鹵代矽烷化合物形成之氫矽烷化合物包含苯基矽烷(C₆H₅SiH₃)、苯基氯矽烷 ((C₆H₅)H₂SiCl)及苯基二氯矽烷((C₆H₅)HSiCl₂)。苯基矽烷係完全還原，而苯基氯矽烷及苯基二氯矽烷係部分還原。另外，還原劑(即，二異丁基氫化鋁(DIBAH))轉化成鹵化物鹽，即，二異丁基氯化鋁(DIBACl)。上述反應假定苯基三氯矽烷(C₆H₅SiCl₃)已100%轉化，但在還原苯基三氯矽烷(C₆H₅SiCl₃)之後可剩餘殘留及/或未反應之苯基三氯矽烷(C₆H₅SiCl₃)。

作為可自在還原劑存在下還原鹵代矽烷化合物形成之各種物質(包括部分還原物質及完全還原物質)之另一非限制性實例，以下反應說明還原劑包含二異丁基氫化鋁(DIBAH)且鹵代矽烷化合物包含四氯矽烷(SiCl₄)之反應：10DIBAH+4 SiCl₄ → SiH₄+H₃SiCl+H₂SiCl₂+HSiCl₃+10DIBACl

如上述反應所說明，自在還原劑存在下還原鹵代矽烷化合物所形成之氫矽烷化合物包含甲矽烷(SiH₄)、氯矽烷(H₃SiCl)、二氯矽烷(H₂SiCl₂)及三氯矽烷(HSiCl₃)。甲矽烷係完全還原，而氯矽烷、二氯矽烷及三氯矽烷係部分還原。另外，還原劑(即，二異丁基氫化鋁(DIBAH))轉化成鹵化物鹽，即，二異丁基氯化鋁(DIBACl)。上述反應假定四氯矽烷(SiCl₄)已100%轉化，但在還原四氯矽烷(SiCl₄)之後可剩餘殘留及/或未反應之四氯矽烷(SiCl₄)。

可在微反應器中在還原劑及載體媒劑(例如溶劑或分散劑)存在下還原鹵代矽烷化合物來產生氫矽烷化合物。載體媒劑與鹵代矽烷化合物、還原劑及氫矽烷化合物不同。另一選擇為，可在微反應器中在還原劑存在下且在載體媒劑不存在下還原鹵代矽烷化合物來產生氫矽烷化合物。此製程通常稱作純淨製程。

在於還原劑及載體媒劑(例如溶劑或分散劑)存在下還原鹵代矽烷化合物之實施例中，載體媒劑可與還原劑一起存在及/或提供。另一選擇為，載體媒劑可為與鹵代矽烷化合物及/或還原劑組合利用之離散組份。在其他實施例中，可將載體媒劑相對於還原劑及鹵代矽烷化合物獨立且分離地置於微反應器中。適於該方法之目的之溶劑之實例包括烴溶劑，例如直鏈、具支鏈及/或芳香族烴溶劑；醚溶劑，例如四氫呋喃、二乙醚、乙烯醚、丙烯醚及二甲基乙二醇；及其組合。

該方法中所利用之微反應器之表面積對體積之比率遠大於習用反應器，且因此提供遠大於習用反應器之單位體積熱量傳送。因此，當在微反應器中產生氫矽烷化合物時，可連續且迅速地自產生氫矽烷化合物之反應取出熱量，藉此降低或甚至消除與該等放熱反應相關之風險。

在某些實施例中，微反應器界定至少一個用於容納或實施產生氫矽烷化合物之反應之反應室或體積空間。微反應器可界定複數個反應室及/或體積空間，抑或微反應器可界定單一反應室或體積空間。微反應器之反應室或體積空間之表面積對體積之比率通常為至少1,500：1，另一選擇為至少2,000：1，另一選擇為至少2,250：1，另一選擇為至少2,400：1，另一選擇為2,450：1至2,550：1。微反應器之總體積通常為25毫升(mL)至89毫升，另一選擇為35毫升至79毫升，另一選擇為45毫升至79毫升，另一選擇為50毫升至74毫升。然而，微反應器之總體積可視微反應器之尺寸及大小而大於或小於上文所述之總體積。通常，微反應器之每一體積空間或反應室之最大內部尺寸皆小於1 mm。上文所提及之總體積與微反應器所界定之其中實施或以其他方式容納產生氫矽烷化合物之反應之內部體積相關。因此，此總體積包括鹵代矽烷化合物、還原劑、氫矽烷化合物及任何其他可選組份或副產物。微反應器通常係自惰性材料形成，例如玻璃或基於玻璃之材料，例如硼矽酸玻璃。適宜微反應器之一個實例係Corning® Advanced-Flow^TM反應器，其購自Corning Incorporated of Corning, New York。適宜微反應器之另一實例闡述於美國專利第7,007,709號中，該專利係全文以引用方式併入本文中。

在某些實施例及組態中，需要專用接頭及/或配管用於連接該方法中所利用之各種元件，例如微反應器及用於將鹵代矽烷化合物、還原劑及溶劑(若存在)進給至微反應器中之正排量注射幫浦。通常，該等專用接頭及/或配管係自不銹鋼形成，但可利用其他惰性金屬或材料。通常藉由至少一個正排量注射幫浦以如下之流速將鹵代矽烷化合物、還原劑及溶劑(若存在)進給至微反應器中：14.3毫升/分鐘(mL/min)至34.3毫升/分鐘、另一選擇為19.3毫升/分鐘至29.3、另一選擇為21.3毫升/分鐘至27.3毫升/分鐘。此流速可端視還原劑對鹵代矽烷化合物之期望莫耳比以及溶劑之存在或不存在而變化。

在微反應器中產生氫矽烷化合物之方法可為分批製程、半分批製程或連續製程，但該方法通常為連續製程。然而，應瞭解，連續製程需要一初始時間段來達到穩定狀態。在某些實施例中，在還原鹵代矽烷化合物之步驟期間利用流體再循環器來控制溫度。流體再循環器可使用各種流體來冷卻微反應器及其內含物，例如Dow Corning 200®流體。流體再循環器可與微反應器整合，或可與微反應器分離並與其耦合。例如，在一個實施例中，微反應器包括用於還原鹵代矽烷化合物之第一流體層，及用於循環流體以在還原鹵代矽烷化合物之步驟期間控制溫度之第二流體層。

在某些實施例中，自還原鹵代矽烷化合物所產生之氫矽烷化合物在環境條件及微反應器條件下係氣體。在該等情況下，可經由蒸餾或其他類似純化方法純化並收集氫矽烷化合物。

可將自還原鹵代矽烷化合物所產生之氫矽烷化合物捕獲並儲存以供將來使用，或可用於與微反應器耦合之製程中。

上述值中之一或多者可變化5%、10%、15%、20%、25%等，只要變化值仍然在本揭示內容之範圍內即可。Markush群組中之每一成員皆可獨立於所有其他成員獲得意想不到的結果。可個別地及/或組合地依賴每一成員且其為隨附申請專利範圍之範圍內之特定實施例提供充分支持。本文明確涵蓋獨立項及附屬項(單項及多項附屬)之所有組合之標的物。本揭示內容(包括對詞語之描述)係說明性而非限制性。可根據上述教示對本揭示內容作出許多修改及改變，且可以與本文所明確闡述不同之方式實踐本揭示內容。以下實例意欲說明本發明，且不應視為以任何方式限制本發明之範圍。

以下實例意欲說明本發明之實施例，且不應視為以任何方式限制本發明之範圍。

實例實例1-11

在微反應器中在還原劑存在下還原鹵代矽烷化合物來產生氫矽烷化合物。鹵代矽烷化合物包含苯基三氯矽烷(C₆H₅SiCl₃)。還原劑包含二異丁基氫化鋁(DIBAH)(存於甲苯中或無溶劑)。氫矽烷化合物包含苯基矽烷(C₆H₅SiH₃)、苯基氯矽烷((C₆H₅)H₂SiCl)及苯基二氯矽烷((C₆H₅)HSiCl₂)。在還原劑存在下還原鹵代矽烷化合物形成氫矽烷化合物之步驟可藉由以下反應來說明：6DIBAH+3 C₆H₅SiCl₃ → C₆H₅SiH₃+(C₆H₅)H₂SiCl+(C₆H₅)HSiCl₂+6DIBACl

如上述反應所說明，消耗3莫耳DIBAH產生1莫耳苯基矽烷(C₆H₅SiH₃)，消耗2莫耳DIBAH產生1莫耳苯基氯矽烷((C₆H₅)H₂SiCl)，且消耗1莫耳DIBAH產生1莫耳苯基二氯矽烷((C₆H₅)HSiCl₂)。

經由正排量注射幫浦以24.3 mL/min之流速將氫矽烷化合物、還原劑及溶劑(若存在)進給至微反應器中。

下表1說明實例1-11之結果。具體而言，表1闡述還原劑對鹵代矽烷化合物之莫耳比、苯基矽烷(C₆H₅SiH₃)之選擇度、苯基氯矽烷((C₆H₅)H₂SiCl)之選擇度、苯基二氯矽烷((C₆H₅)HSiCl₂)之選擇度及基於矽之轉化率，如下文更詳盡闡述。

還原劑1包含存於甲苯中濃度為16重量%(1 M)之二異丁基氫化鋁(DIBAH)。

還原劑2包含存於甲苯中濃度為16重量%(1 M)之二異丁基氫化鋁(DIBAH)。

還原劑3包含濃度為100重量%之二異丁基氫化鋁(DIBAH)。

為計算各種選擇度及轉化率，利用以下符號：i=自還原鹵代矽烷化合物形成之終產物。

P₁=終產物中苯基矽烷(C₆H₅SiH₃)之莫耳數。

P₂=終產物中苯基氯矽烷((C₆H₅)H₂SiCl)之莫耳數。

P₃=終產物中苯基二氯矽烷((C₆H₅)HSiCl₂)之莫耳數。

P₄=終產物中未反應苯基三氯矽烷(C₆H₅SiCl₃)之莫耳數。

x=100克鹵代矽烷中苯基三氯矽烷(C₆H₅SiCl₃)之莫耳數。

x-P₄=每100克終產物中已反應苯基三氯矽烷(C₆H₅SiCl₃)之莫耳數。

基於氫(H)之選擇度：

終產物之基於氫之選擇度係如下來計算：選擇度_i=100*((轉化成DIBACl之DIBAH莫耳數)/(已反應DIBAH之總莫耳數))；選擇度(C₆H₅SiH₃)=100*((3*P₁)/(3*P₁+2*P₂+P₃))；選擇度((C₆H₅)H₂SiCl)=100*((2*P₂)/(3*P₁+2*P₂+P₃))；且選擇度((C₆H₅)HSiCl₂)=100*((P₃)/(3*P₁+2*P₂+P₃))。

基於矽(Si)之轉化率：

在還原鹵代矽烷化合物之步驟期間反應之鹵代矽烷化合物(即，苯基三氯矽烷(C₆H₅SiCl₃))之量稱作轉化率，且可如下來計算：轉化率(C₆H₅SiCl₃)=100*((x-P₄)/x)

如上表1中所明確說明，還原劑對鹵代矽烷化合物之莫耳比影響選擇度及轉化率。例如，在較低莫耳比(例如0.2)之情形下，完全還原物質(即，C₆H₅SiH₃)之選擇度係在16.78至18.25範圍內。相比之下，在較高莫耳比(例如2.5)之情形下，完全還原物質(即，C₆H₅SiH₃)之選擇度係在91.76至97.75範圍內。

Claims

一種在微反應器中產生氫矽烷化合物之方法，該方法包含在該微反應器中且在還原劑存在下還原鹵代矽烷化合物以產生該氫矽烷化合物；其中該氫矽烷化合物包括較該鹵代矽烷化合物所包括者(若存在)多至少一個之鍵結矽之氫原子，且其中該鹵代矽烷化合物包括較該氫矽烷化合物所包括者(若存在)多至少一個之鍵結矽之鹵素原子。
如請求項1之方法，其中該微反應器具有至少1,500：1之表面積對體積之比率。
如請求項1之方法，其中該鹵代矽烷化合物具有以下通式：R_aH_bX_4-a-bSi，其中每一R皆係獨立地選自經取代之烴基、未經取代之烴基及胺基，每一X皆獨立地係鹵素原子，且a及b各自獨立地係0至3之整數，限制條件係a+b等於0至3之整數。
如請求項3之方法，其中該氫矽烷化合物具有以下通式：R_aH_b+1X_4-a-b-1Si。
如請求項3之方法，其中該氫矽烷化合物具有以下通式：R_aH_b"Si，其中b"為1至4之整數，限制條件係a+b"=4。
如請求項1之方法，其中該鹵代矽烷化合物具有以下通式：其中每一Z皆係獨立地選自經取代之烴基、未經取代之烴基、胺基、氫原子及鹵素原子，限制條件係至少一個Z係鹵素原子，且n為1至20之整數。
如請求項6之方法，其中該氫矽烷化合物具有以下通式：其中每一Z'皆係獨立地選自經取代或未經取代之烴基、胺基、氫原子及鹵素原子，限制條件係至少一個Z'係氫原子，且n為1至20之整數，只要該氫矽烷化合物包括較該鹵代矽烷化合物所包括者(若存在)多至少一個之鍵結矽之氫原子即可。
如請求項1至7中任一項之方法，其中還原該鹵代矽烷化合物之該步驟包含用至少一個氫原子正式地(formally)置換該鹵代矽烷化合物之至少一個鍵結矽之鹵素原子來產生該氫矽烷化合物。
如請求項1至7中任一項之方法，其中還原該鹵代矽烷化合物之該步驟包含用氫原子置換該鹵代矽烷化合物之每個鍵結矽之鹵素原子來產生該氫矽烷化合物。
如請求項1至7中任一項之方法，其中該還原劑係選自以下之群：二異丁基氫化鋁(DIBAH)、二氫-雙-(2-甲氧基乙氧基)鋁酸鈉(Vitride)、氫化鋁、氫化鋰、氫化鈉、硼氫化鈉、鋁氫化鋰、鋁氫化鈉、硼氫化鋰、氫化鎂、氫化鈣、氫化鈦、氫化鋯及其組合。
如請求項1至7中任一項之方法，其中該氫矽烷化合物在環境條件下係氣體。
如請求項1至7中任一項之方法，其中還原該鹵代矽烷化合物包含在該微反應器中且在該還原劑及不同於該氫矽烷化合物、該鹵代矽烷化合物及該還原劑之載體媒劑存在下還原該鹵代矽烷化合物，來產生該氫矽烷化合物。
如請求項12之方法，其中該載體媒劑係選自烴溶劑、醚溶劑及其組合之溶劑。
如請求項1至7中任一項之方法，其中該還原劑及該鹵代矽烷化合物係以0.01：1.0至5.0：1.0之莫耳比利用，來產生該氫矽烷化合物。
一種氫矽烷化合物，其係依照如請求項1至14中任一項之方法來產生。