[发明专利]有机卤代硅烷的制备

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发明领域

本发明涉及制备有机卤代硅烷的工艺，该工艺包括在催化剂的存在下使氢、卤代硅烷和有机卤化物结合以形成有机卤代硅烷和卤化氢。

发明背景

使有机卤代硅烷水解以产生各种各样聚有机硅氧烷，其被出售到许多不同的产业中。通常，商业上通过Mueller-Rochow直接方法来生产有机卤代硅烷，所述Mueller-Rochow直接方法包括在铜催化剂和多种任选的促进剂的存在下将有机卤化物在零价硅上方穿过以产生有机卤代硅烷的混合物。

制备零价硅的典型商业工艺包括在极高的温度下SiO₂在电弧炉中进行的碳热还原。这些极端温度的产生需要大量的能量，这显著增加了生产零价硅的工艺的成本。因此，零价硅的使用也显著增加了生产有机卤代硅烷的成本。

除通过直接方法以外，有机卤代硅烷已通过在高温下将这些氯硅烷及卤代烷的蒸气在细碎的铝或锌上方穿过，通过四氯化硅和多种甲基氯硅烷的烷基化来生产。然而，这一工艺导致产生大量的氯化铝或氯化锌，其在工业规模上的处理是高成本的。

因此，对避免需要零价硅以及无需高成本处理副产物的生产有机卤代硅烷的更加经济的工艺存在需求。

发明简述

本发明涉及制备有机卤代硅烷的工艺，所述工艺包括在从200至800℃的温度下，在有效地使具有式H_aSiX_4-a(I)的卤代硅烷的卤素基团中的一个或多个能够被来自具有式RX(II)的有机卤化物的R基团取代的足够量的催化剂的存在下，使氢、所述卤代硅烷和所述有机卤化物结合，以形成有机卤代硅烷和卤化氢，其中R是C₁-C₁₀烷基或C₄-C₁₀环烷基，每个X独立地是卤素，且下标a是0、1或2，其中氢与卤代硅烷的体积比率是从1：3至1：0.001，且氢与有机卤化物的体积比率是从1：1至1：0.001，且其中在结合之前任选地将催化剂用所述氢或所述卤代硅烷处理。

本发明的方法由卤代硅烷生产有机卤代硅烷。因为卤代硅烷可利用比生产零价硅所需的能量少的能量来生产，所以本发明的工艺可以比利用零价硅的现有工艺更经济地生产有机卤代硅烷。而且，该工艺不产生需要高成本处理的大量的金属卤化物副产物。

本发明的工艺生产有机卤代硅烷，所述有机卤代硅烷可按照已知的工艺水解以产生聚有机硅氧烷。在许多产业和应用中发现了如此生产的聚有机硅氧烷的用途。

发明详述

一种制备有机卤代硅烷的工艺，该工艺包括：

在从200至800℃的温度下，在有效地使具有式H_aSiX_4-a(I)的卤代硅烷的卤素基团中的一个或多个能够被来自具有式RX(II)的有机卤化物的R基团取代的足够量的催化剂的存在下，使氢、所述卤代硅烷和所述有机卤化物结合以形成有机卤代硅烷和卤化氢，其中R是C₁-C₁₀烷基或C₄-C₁₀环烷基，每个X独立地是卤素，且下标a是0、1或2，其中氢与卤代硅烷的体积比率是从1∶3至1∶0.001，且氢与有机卤化物的体积比率是从1∶1至1∶0.001，且其中在结合之前任选地将催化剂用氢或卤代硅烷处理。

与卤代硅烷和有机卤化物结合的氢是氢气，H₂。氢是本领域熟知的并且是市售的。

卤代硅烷具有式H_aSiX_4-a(I)，其中X是卤素，且下标a是0、1或2；可选择地是0或1；可选择地是0。卤素基团X是氟代、氯代、溴代或碘代，可选择地是氯代、溴代或碘代，可选择地是氯代。

卤代硅烷(I)的实例包括但不限于四氯硅烷、三氯硅烷(HSiCl₃)、二氯硅烷(H₂SiCl₂)、四溴硅烷、三溴硅烷(HSiBr₃)、二溴硅烷(H₂SiBr₂)、四碘硅烷、三碘硅烷(HSiI₃)、二碘硅烷(H₂SiI₂)、四氟硅烷、三氟硅烷(HSiF₃)、二氟硅烷(H₂SiF₂)。