Файл: Андрианов К.А. Технология элементоорганических мономеров и полимеров учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 215
Скачиваний: 6
Хлорированные |
фенилхлорсиланы |
103 |
В отсутствие катализаторов |
хлорирование |
фенилхлорсиланов |
не происходит даже при повышенной температуре (150—200 °С). Но следует иметь в виду, что заместительное хлорирование фенил хлорсиланов в зависимости от условий реакции (наличие катализа тора и его состав, продолжительность действия хлора, температура) сопровождается расщеплением связи Si—Са р :
^ S i - C e H 5 + H C l — у ^ S i C l + C„H6
Эта побочная реакция особенно заметна в присутствии катали заторов — галогенидов металлов, которые по деарилирующему дей ствию располагаются в следующий ряд:
АІСІз > F e C l 3 Sa SbCls > S b C l 3
Расщепление связи Si —Са р можно значительно уменьшить, проводя хлорирование при более низкой температуре, а также в при сутствии растворителей (например, СС14). Однако, поскольку при хлорировании фенилхлорсиланов в присутствии SbCl3 или Fe рас щепление связи Si — С а р протекает очень слабо, в этом случае не обходимость применения растворителей отпадает.
Получение |
хлорфенилтрихлорсиланов |
|
||||
Хлорирование |
фенилтрихлорсилана хлором |
при |
нагревании и |
|||
в присутствии |
SbCl3 |
или Fe |
происходит |
по |
уравнениям |
|
|
C 6 |
H 5 S i C l 3 + C l 2 — У C 6 H |
4 C l S i C l 3 |
|
||
|
|
|
-HCl |
|
|
|
|
C e H 4 C l S i C l 3 + C l 2 |
• C„H 3 Cl 2 SiCl 3 |
и т. |
д. |
-HCl
ипротекает по механизму электрофильного замещения атома во дорода в фенильном радикале на хлор.
При использовании в качестве катализатора Fe хлор вначале взаимодействует с катализатором:
2Fe + 3 C l 2 • 2 F e C l 3 у [ F e C l 4 ] - + C l +
Образующийся при этом хлор-катион отщепляет от фенильного
радикала в фенилтрихлорсилане |
протон и занимает его место: |
C 6 H 5 S i C l 3 + C l + |
— у C e H 4 C l S i C l 3 |
Протон в свою очередь взаимодействует с анионом [FeCl4 l~; при этом образуются хлористый водород и хлорное железо:
H + + [ F e C l 4 ] - — • H G l + F e C L
104 |
Гл. 2. Получение галогенированных |
органохлорсиланов |
Хлорирование фенилтрихлорсилана может идти с образованием продуктов и более глубокого хлорирования:
CeH4 ClSiCl3 + C l + У C 6 H 3 C l 2 S i C ] 3 и т. д.
-н+
Наряду с процессом хлорирования протекает и ряд побочных процессов.
1. Образующийся в ходе реакции хлористый водород в присут ствии FeCl3 расщепляет связь Si — С а р , приводя к образованию хлорбензолов и четыреххлористого кремния:
C e H 5 . „ C l „ S i C l 3 + H C l — • C 6 H e - „Cl„ + S i C l 4
2. Хлорбензолы в присутствии хлорного железа в свою очередь
подвергаются |
дальнейшему хлорированию: |
|
|
F e C l s |
|
|
CgHe-nCln-j" СІ2 _нсі |
СбН5 _л С1п+і |
3. При недостаточной концентрации катализатора происходит |
||
присоединение |
хлора с образованием |
полихлорциклогексилтрихлор- |
силанов: |
C(jH5_nClnSiCl3 4- ЗС12 |
>- СвН5_лС1/г+б£>іС13 |
|
Исходное сырье: фенилтрихлорсилан (не менее 96,5% фракции І96—202 °С; 49,5 — 50% хлора), хлор (не менее 99,5% С12 ; не более 0,06% влаги), азот (не менее 99,5% N 2 ; не более 0,5% 0 2 ) и желез ная стружка.
Процесс производства хлорированных фенилтрихлорсиланов со стоит из трех основных стадий: хлорирования фенилтрихлорсилана; удаления хлористого водорода и непрореагировавшего хлора азотом; разделения реакционной смеси. Принципиальная технологическая схема производства приведена на рис. 36.
Хлорирование фенилтрихлорсилана осуществляется в хлораторе 10, представляющем собой стальной эмалированный аппарат с паро водяной рубашкой и барботерами для подачи хлора. В хлоратор из мерника 1 загружают фенилтрихлорсилан и туда же через люк подают катализатор — железную стружку. Затем в рубашку хло ратора дают пар и нагревают его содержимое до 65—70 °С. После этого заполняют хлором ресивер 4 и начинают подавать оттуда хлор с такой скоростью, чтобы температура при хлорировании не поднималась выше 70 °С. Хлор поступает в хлоратор через два барботера (в виде воронок). Таким образом достигается интенсивное перемешивание реакционной массы и хороший контакт хлора с фенилтрихлорсиланом.
Отходящие газы (хлор, хлористый водород) проходят через колонну 3 с СаС12 и огнелреградитель 2 и поступают на нейтрализа цию (на схеме не показано). Температуру в течение всего процесса хлорирования поддерживают в пределах 65—70 °С, для чего в ру-
|
|
Хлорированные |
фенилхлорсиланы |
105 |
|
башку |
хлоратора |
подают воду. |
Через 48 ч |
после начала |
подачи |
хлора процесс хлорирования прекращают. |
|
|
|||
Для |
удаления |
хлористого |
водорода и |
непрореагировавшего |
хлора после окончания процесса в хлоратор через барботеры в
течение 1 ч подают сухой азот со скоростью 2м3/ч. |
После этого |
охла |
||||||||||||||||
ждают |
хлоратор до 40 °С и отбирают пробу для определения |
плот |
||||||||||||||||
ности |
|
реакционной |
массы. |
Хлорирование |
фенилтрихлорсилана |
|||||||||||||
считается законченным при плотности 1,530—1,550 г/см3. |
Если |
плот |
||||||||||||||||
ность |
|
меньше, |
процесс |
продол |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
жают. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Из |
хлоратора |
реакционная |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
смесь передавливается в вакуум- |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
отгонный |
куб |
8 на |
разделение. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
В системе |
создают остаточное да |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
вление |
40—50 мм рт. ст. и по |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
дают |
в |
рубашку |
куба |
дитолил- |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
метан |
или другой |
теплоноситель. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
После |
этого |
|
начинается |
отбор |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
фракций. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Фракция |
I |
(смесь не |
вступив |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
шего в реакцию |
фенилтрихлорси |
Рис. |
36. |
Схема |
производства |
хлори |
||||||||||||
лана |
и |
хлорфенилтрихлорсилана) |
||||||||||||||||
отбирается до температуры 190 °С |
рованных |
фенилтрихлорсиланов: |
||||||||||||||||
1 — м е р н и к ; 2 — о г н е п р е г р а д и т е л ь ; з — |
||||||||||||||||||
(в жидкости) в |
сборник |
6. |
После |
|||||||||||||||
к о л о н н а с |
|
СаС1 г ; |
4 — р е с и в е р ; |
5 — х о л о |
||||||||||||||
отгонки фракции I отбирают пробу |
д и л ь н и к ; |
6,7 — с б о р н и к и ; |
8 — |
отгонный |
||||||||||||||
к у б ; |
9 — |
е м к о с т ь д и х л о р ф е н и л т р и х л о р с и |
||||||||||||||||
из куба и определяют |
содержание |
л а н а ; |
ю — |
х л о р а т о р . |
|
|
|
|||||||||||
гидролизуемого |
хлора и плотность |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
реакционной массы. При содержании хлора |
37,8—39% и |
плотности |
||||||||||||||||
1,482—1,550 |
г/см3 |
начинают |
отбирать фракцию I I . Для выделения |
|||||||||||||||
хлорфенилтрихлорсилана |
фракцию |
I |
подвергают ректификации. |
|||||||||||||||
Фракция |
I I , состоящая в основном из дихлорфенилтрихлорсилана, |
отбирается в сборник 7 до температуры 215 °С (в жидкости). Оттуда дихлорфенилтрихлорсилан поступает в емкость 9.
Дихлорфенилтрихлорсилан — бесцветная прозрачная жидкость (т. кип. 269 °С) со специфическим запахом хлорангидридов. Хорошо растворяется в обычных органических растворителях, легко гид-
ролизуется |
водой и влагой воздуха. На воздухе дымит. |
||||
Технический |
дихлорфенилтрихлорсилан должен |
удовлетворять |
|||
следующим |
требованиям: |
|
|
|
|
Внешний вид , |
• |
Прозрачная |
жид |
||
|
|
|
|
кость, бесцветная |
|
|
|
|
|
или светло-корич |
|
|
|
при 20 °С, г/смз |
|
невая |
|
Плотность |
|
1,482—1,550 |
|||
Содержание, % |
|
|
|
||
|
гидролизуемого хлора |
|
37,8—39,0 |
||
|
фракции 240—270°С |
|
Не менее 80 |
106 |
Гл. 2. Получение галогенированных |
органохлорсиланов |
Дихлорфенилтрихлорсилан применяется в качестве исходного сырья для получения кремнийорганических олигомеров и полимеров.
ПОЛУЧЕНИЕ ХЛОРИРОВАННЫХ МЕТИЛФЕНИЛДИХЛОРСИЛАНОВ
При совместном присутствии в молекулах органохлорсиланов ал - кильных и а р и л ь н Ы х групп появляется возможность направленного хлорирования этих соединений. Определяющими факторами здесь являются условия реакции, тип применяемого катализатора и хлори рующего агента.
Так, при хлорировании |
метилфенилдихлорсилана хлором в при |
|
сутствии инициаторов |
радикального типа (азо-бис-изобутиронит- |
|
рила и др.) хлорированию |
подвергается лишь метильный радикал, |
|
а фенильный радикал |
не |
затрагивается: |
C H 3 ( C e H 5 ) S i C l 2 + C l 2 — • C H 2 C l ( C e H 5 ) S i C l 2
- H C l
Технология хлорированных метилфенилдихлорсиланов анало гична технологии хлорированных метилхлорсйланов. Основное от личие заключается в том, что радикальное хлорирование метилфе нилдихлорсилана протекает с удовлетворительной скоростью при более высоких температурах (100—110 °С), чем при хлорировании метилхлорсйланов (60—70 °С). При более низкой температуре (50— 70 °С) хлорирование метилфенилдихлорсилана идет медленно, а при более высоких температурах (140—150 °С) наблюдается де струкция связи Sj,i—Са л к . Такая разница в условиях хлорирования метилфенилдихлорсилана, по-видимому, обусловлена пространствен ными затруднениями из-за наличия фенильного радикала.
Технологическая схема производства хлорметилфенилдихлорсиланов аналогична схеме, приведенной на рис. 35 (стр. 99). В этом процессе, как и в случае хлорирования метилхлорсйланов, для получения максимального выхода хлорметилфенилдихлорсилана требуется низкая степень конверсии исходного метилфенил дихлорсилана; в противном случае образуется большое количество продуктов более глубокого хлорирования.
В случае хлорирования метилфенилдихлорсилана хлором в при
сутствии |
электрофильных |
катализаторов |
(например, металлов или |
||||
их галогенидов), наоборот, |
хлорируется лишь фенильный радикал, |
||||||
а метильный радикал не изменяется. В этом случае |
хлорирование |
||||||
протекает так: |
|
|
|
|
|
|
|
|
C H 3 ( C e H 5 ) S i C l 2 + r |
e C l 2 ^ н с Г |
CH 3 (C e H 5 - „Cl„) |
S i C l 2 |
|||
Однако и здесь, как и |
в случае |
хлорирования |
фенилтрихлор- |
||||
силанов, |
полностью |
исключить |
побочные |
процессы |
разрыва связи |
||
S i — С а р |
не удается. |
Расщепление протекает по схемам: |
|||||
|
C H 3 ( C 6 H 5 ) S i C l 2 + C l 2 |
— • C H 3 S i C l 3 + C 6 H 5 C l |
|||||
|
CH 3 (C 6 H 5 - „Cl„)SiCl 2 |
+ C l 2 |
—>• C H 3 S i C l 3 + C e H 5 - „ C W |
Хлорированные метилфенилхлорсиланы 107
В результате в продуктах хлорирования наряду с целевыми метилхлорфенилдихлорсиланами содержатся также метилтрихлорсилан, хлорбензол и полихлорбензолы.
Технологическая схема производства хлорфенилметилдихлорсилацов аналогична схеме производства хлорированных фенилтрихлорсиланов (см. рис. 36, стр. 105).
Хлорметилфенилдихлорсиланы и метилхлорфенилдихлорсиланы
представляют собой бесцветные прозрачные подвижные жидкости, дымящие на воздухе. Как и все органохлорсиланы, они легко гидролизуются водой и влагой воздуха; хорошо растворимы в органи ческих растворителях. Хлорметилфенил- и метилхлорфенилдихлор силаны служат исходным сырьем для получения различных кремний органических жидкостей, эластомеров и полимеров для лаков.
Физико-химические свойства |
хлорированных |
метил-, |
фенил- |
||||
и метилфенилхлорсиланов приведены в |
табл. 20. |
|
|
||||
Таблица |
20. Физико-химические свойства хлорированных |
|
|
||||
метил-, |
фенил- и метилфенилхлорсиланов |
|
|
|
|||
|
С о е д и н е н и е |
|
T . к и п . , °C |
T . п л . , |
d20 |
nD |
|
|
|
°C |
4 |
||||
C H 2 C l S i C l 3 |
750 |
116,5 |
(при |
— |
1,4441 |
1,4535 |
|
|
|
мм pm. cm.) |
1,5518 |
1,4714 |
|||
C H C l 2 S i C l 3 |
747 |
143,5 |
(при |
— |
|||
C C l 3 S i C l 3 |
мм pm. cm.) |
—. |
—. |
||||
|
155-156 |
115—116 |
|||||
C H 3 ( C H 2 C l ) S i C l 2 |
|
121,5—122 |
— |
1,2858 |
1,4500 |
||
C H 3 ( C H C l 2 ) S i C l 2 |
750 |
148,5 |
(при |
—I |
1,4116 |
1,4700 |
|
|
|
мм pm. cm.) |
— |
—' |
|||
C H 3 ( C C l 3 ) S i C l 2 |
|
160-162 |
98 |
||||
( C H 3 ) 2 ( C H 2 C l ) S i C l |
|
115 |
—1 |
1,0865 |
1,4360 |
||
|
|
102—108 (при |
— |
1,4480 |
i |
||
|
|
15 |
мм pm. cm.) |
|
|
|
|
C 6 H 3 C l 2 |
S i C l 3 |
8 |
125 |
(при |
—1 |
1,5528 |
1,5641 |
|
|
мм pm. cm.) |
59,5 |
|
|
||
|
|
146—147 (при |
, |
|
|||
|
|
8 |
мм pm. cm.) |
—• |
|
|
|
C H 2 C l ( C 6 H 5 ) S i C l 2 . . . . . . |
|
108 |
(при |
1,3170 |
1,5365 |
||
|
|
И мм pm. cm.) |
—1 |
(«48) |
1,5360 |
||
C H 3 ( C e H 4 C l ) S i C l 2 |
|
231—232 |
1,3017 |
Л и т е р а т у р а
М о ц а р е в Г. В., А н д р и а н о в К. А., З е т к и н В. И., Уси. хим., 40, 980 (1971).