Прямой процесс - Direct process

В Прямой процесс, также называемый Прямой синтез, Роховский процесс, и Процесс Мюллера-Рохова это самая распространенная технология приготовления кремнийорганический соединения в промышленных масштабах. Впервые об этом независимо сообщил Евгений Г. Рохов и Рихард Мюллер в 1940-е гг.^[1]

Процесс включает катализируемые медью реакции алкилгалогенидов с элементарным кремнием, которые происходят в реактор с псевдоожиженным слоем. Хотя теоретически возможно с любым алкилгалогенидом, наилучшие результаты с точки зрения селективности и выхода достигаются с хлорметан (CH₃Cl). Типичные условия: 300 ° C и 2-5 бар. В этих условиях конверсия кремния составляет 90-98%, а хлорметана - 30-90%. Примерно 1,4 млн тонн диметилдихлорсилан (Мне₂SiCl₂) производится ежегодно с использованием этого процесса.^[2]

Немногие компании фактически осуществляют процесс Рохоу из-за сложной технологии и высоких требований к капиталу. Поскольку кремний является раздавлен до реакции в псевдоожиженный слой компании, практикующие эту технологию, называют «измельчителями кремния».^[3]

Реакция и механизм

Соответствующие реакции (Me = CH₃):

х MeCl + Si → Me₃SiCl, Me₂SiCl₂, MeSiCl₃, Мне₄Si₂Cl₂, ...

Диметилдихлорсилан (Мне₂SiCl₂) имеет особую ценность (предшественник силиконы ), но триметилсилилхлорид (Мне₃SiCl) и метилтрихлорсилан (MeSiCl₃) тоже ценны.

Несмотря на многочисленные исследования, механизм прямого процесса до сих пор не изучен. Медь играет важную роль. Форма меди и кремния интерметаллиды примерного состава Cu₃Si. Этот интермедиат способствует образованию связей Si-Cl и Si-Me. Предполагается, что непосредственная близость Si-Cl к «аддукту» медь-хлорметан позволяет образовывать единицы Me-SiCl. Перенос второго хлорметана позволяет высвобождать Me₂SiCl₂. Таким образом, медь окисляется из нулевой степени окисления, а затем восстанавливается для регенерации катализатора.^[1]

Цепную реакцию можно прервать разными способами. Эти процессы обрыва приводят к появлению других продуктов, которые наблюдаются в реакции. Например, объединение двух групп Si-Cl дает SiCl₂ группа, которая подвергается катализируемой Cu реакции с MeCl с образованием MeSiCl₃.^[1]

Помимо меди, катализатор оптимально содержит металлы-промоторы, облегчающие реакцию. Среди многих металлов-промоторов были упомянуты цинк, олово, сурьма, магний, кальций, висмут, мышьяк и кадмий.^[1][2]

Распространение и изоляция продукта

Основным продуктом прямого процесса должен быть дихлордиметилсилан, Me₂SiCl₂. Однако образуется много других продуктов. В отличие от большинства реакций такое распределение действительно желательно, поскольку выделение продукта очень эффективно.^[1] Каждый метилхлорсилан имеет конкретные и часто важные области применения. Мне₂SiCl₂ самый полезный. Это прекурсор для большинства кремниевых продуктов, производимых в промышленных масштабах. Остальные продукты используются для получения силоксановых полимеров, а также для специальных целей.^[1]

Дихлордиметилсилан является основным продуктом реакции, как и ожидалось, и его выход составляет примерно 70-90%. Следующий по распространенности продукт - метилтрихлорсилан (MeSiCl₃), в размере 5-15% от суммы. Другие продукты включают меня₃SiCl (2-4%), MeHSiCl₂ (1-4%) и Я₂HSiCl (0,1-0,5%).^[1]

Тема₂SiCl₂ очищается фракционная перегонка. Хотя точки кипения различных хлорметилсиланов схожи (Me₂SiCl₂: 70 С, MeSiCl₃: 66 C, Я₃SiCl: 57 ° C, MeHSiCl₂: 41 C, Я₂HSiCl: 35 C), для перегонки используются последовательно соединенные колонны с высокой разделительной способностью. Чистота продуктов решающим образом влияет на производство силоксановых полимеров, в противном случае возникает разветвление цепи.^[1]

Рекомендации

1. Rösch, L .; John, P .; Рейтмайер, Р. (2003). «Органические соединения кремния». Энциклопедия промышленной химии Ульмана. Вайнхайм: Wiley-VCH. Дои:10.1002 / 14356007.a24_021..
2. Эльшенбройх, Christoph Organometallics VCH, Вайнхайм, Германия: 1992. ISBN  978-3-527-29390-2.
3. «Базовая химия силикона - обзор» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2011-05-16. Получено 2010-01-26.