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

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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 3/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).