制备伯氨基有机硅烷的方法

文档序号:3475322阅读:281来源:国知局
专利名称:制备伯氨基有机硅烷的方法
背景技术
本发明涉及制备伯氨基有机硅烷的方法。更具体地说,本发明涉及通过氰基有机硅烷和氢的催化反应制备伯氨基有机硅烷的方法。
在美国专利No.5,117,024中记载了上述类型的方法。依据该方法,在一种载体上的钴催化剂的存在下,在约100EC-200EC的温度下,在约200psig-2000psig的压力下,氰基有机硅烷和氢气进行反应。据说该方法可以提供所需伯氨基有机硅烷的近似定量选择性,而不产生氯化氢,并且不用添加如现有已知方法中的氨和溶剂体系。
在美国专利No.5,117,024中记载的制备伯氨基有机硅烷的方法的显著缺陷在于使用载体上的钴催化剂。为了减少在含有氧气的环境下例如空气中金属自燃的危险,一般在钝化状态下(即钴粒子被氧化物层覆盖)供给这种催化剂。在使用催化剂之前,必须使之激活,通常在相当高的温度下例如500EC和甚至更高的温度下通过与氢的还原作用来完成。
发明概述本发明提供一种制备伯氨基有机硅烷的方法,包括在氢化条件下、在基本不含水并在催化有效量的海绵钴的存在下,使氰基有机硅烷与氢反应以生产伯氨基有机硅烷。
与上述讨论过的美国专利No.5,117,024中使用的钝化钴催化剂的方法相比,本发明方法中的海绵钴催化剂不需要激活。所以,本发明方法直接利用催化剂,不需要任何会增加方法的复杂性和花费的预处理。
本发明更进一步的特征是,采用任何适当的催化剂进行氰基有机硅烷的氢化以提供相应的伯氨基有机硅烷,其中在反应介质中存在碱金属醇盐以抑制或排除仲氨基有机硅烷的形成。
优选实施方案的描述在本文中优选的初始氰基有机硅烷反应物具有以下通式R13SiR2CN在这种情况下,产物伯氨基有机硅烷符合以下通式R13SiR2CH2NH2其中每个R1基团独立地选自有1-约10个碳原子的烷基和烷氧基,和R2是有1-约20个碳原子的二价烃基。
R1基可以是例如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、叔丁基、异丁基、戊基、十二烷基、甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、丁氧基、苯基和苯氧基。R1优选选自甲基、甲氧基、乙基和乙氧基。
二价基R2可以是例如链烷烃、环烷烃、芳香烃或芳烷烃(aralkane)化合物的二价基。所以,二价基R2可以是例如线型或支链的亚烷基例如亚甲基、1,2-亚乙基、1,2-亚丙基、1,3-亚丙基、2-甲基-1,3-亚丙基、3-甲基-1,3-亚丙基、3,3-二甲基-1,3-亚丙基、亚乙基或异亚丙基,环亚烷基例如亚环己基或亚环庚基,亚芳基例如亚苯基、甲代亚苯基、亚二甲苯基或亚萘基,或二价基-C6H4-R3-,其中R3是亚甲基、1,2-亚乙基、1,2-亚丙基等。
通过本发明的方法可被氢化的氰基有机硅烷的实例包括2-氰基乙基三甲基硅烷,2-氰基乙基二甲基甲氧基硅烷,2-氰基乙基甲基二甲氧基硅烷,2-氰基乙基三甲氧基硅烷,2-氰基乙基二甲基硅烷,2-氰基乙基二甲氧基硅烷,2-氰基乙基三乙氧基硅烷,2-氰基乙基二甲基乙氧基硅烷,2-氰基乙基苯基甲基硅烷,2-氰基乙基苯基甲氧基硅烷,3-氰基甲基三乙氧基硅烷,3-氰基丙基三甲基硅烷,3-氰基丙基甲基二甲基硅烷和3-氰基丙基甲基二甲氧基硅烷。
依据本发明,在已知的常规高压反应器中,在海绵钴催化剂的存在下,原料氰基有机硅烷和氢进行反应,以提供所需的伯氨基有机硅烷。反应器可以是例如固定床、搅动床或流化床类型的反应器。可以采用间歇法或连续法实施该方法。优选使用搅动床反应器。反应倾向于快速并且通常决定于催化剂的量、反应器压力、反应温度和本领域技术人员所能理解的相关因素。通常,约0.2小时-约5.0小时的停留时间可以提供合格产物。当采用间歇法时,通常优选采用约0.5小时-约3.0小时的停留时间,伴随添加反应中消耗的氢。
本发明方法优选在过量摩尔氢的存在下进行,优选每摩尔选定的氰基有机硅烷原料有两摩尔或更多摩尔的氢。一般来说,存在氢的量越多,反应速度越快。所以,在操作方法的优选模式中,添加过量氢,使得其浓度足够维持反应器中的压力为约200psig-约2000psig,,更优选为约500psig-约1000psig,因为这些压力允许使用标准高压反应器。
本发明方法可以按照常规在约50EC-约250EC的温度下,优选在约100EC-约200EC的温度下进行。
用于本发明方法中的海绵钴催化剂可以方便地选自可商购的几种类型,例如购自W.R.Grace的Raney7钴,型号2724和购自Englehard公司的Co-0138P。如果需要和用于特殊领域,海绵钴可以和一种或更多种其它具有催化活性的组分例如一种或更多种元素周期表中第6B和/或8B族的金属(如铬、镍和/或铁)相结合。可采用任何已知的或常规的方法例如掺杂,使这些金属与海绵钴催化剂相结合。
用于本发明方法中的海绵钴催化剂的量可以在很大范围内变化,只有存在催化有效量的催化剂即可。以氰基有机硅烷反应物重量为基准,海绵钴催化剂的用量是约0.05-约20重量%,优选约0.5-约1重量%。
可以方便地将海绵钴催化剂例如以在一些预期产物伯氨基有机硅烷中的浆料的形式添加到反应器中。尽管也可以利用原料氰基有机硅烷来达到该目的,但是优选不这样做,因为静置时,氰基官能团倾向于导致催化剂中毒。
应当尽量避免液态水和/或水蒸气的存在,因为水会导致某些产物伯氨基有机硅烷的聚合成聚硅氧烷。所以净化反应器是有利的,一旦密封,使用惰性气体例如氮可以基本除去存在的水。
如果需要,本发明方法可以在有机溶剂的存在下进行,因为使用有机溶剂可以增加该方法的速率和/或产率,却不显著影响所需伯氨基有机硅烷的选择性。有机溶剂可以是极性或非极性溶剂,极性溶剂例如优选链烷醇,如甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇。当使用链烷醇溶剂时,为减少或避免酯交换作用,优选链烷醇对应于可以存在于原料氰基有机硅烷中的任何烷氧基R1。所以,如果原料氰基有机硅烷含有一个或更多个甲氧基(例如在反应物为2-氰基乙基二甲基甲氧基硅烷,2-氰基乙基甲基二甲氧基硅烷,2-氰基乙基三甲氧基硅烷,2-氰基乙基二甲氧基硅烷,2-氰基乙基苯基甲氧基硅烷和3-氰基丙基甲基二甲氧基硅烷的情况下),选择的链烷醇溶剂将是甲醇。当采用间歇法进行本发明方法时,优选溶剂的存在量为整个反应混合物的约5-约50重量%,更优选约10-约20重量%。当采用连续法进行本发明的方法并采用溶剂时,可在溶剂中稀释初始氰基有机硅烷反应物,使得含有约50-约95重量%,优选约80-约90重量%氰基有机硅烷的液体供给反应器。
在基本无水碱例如碱金属醇盐如甲醇锂、乙醇锂、甲醇钠、乙醇钠、甲醇钾、乙醇钾、无水氨、它们的混合物等的存在下,实施本发明的方法是有利的,可以排除或抑制仲氨基有机硅烷的产生。在这些碱中,优选碱金属醇盐。一般来说,以海绵钴催化剂的重量为基准,添加的碱量约0.01-约1重量%,优选约0.05-约0.1%重量。为达到上述目的而使用醇盐时,可以方便地使用一种溶剂例如醇盐的母体链烷醇作为媒介物,以在反应介质中加入碱金属醇盐。所以,例如可以在甲醇中的溶液形式添加甲醇锂,以在乙醇中的溶液形式添加乙醇钠等。当在初始氰基有机硅烷反应物中至少一个R1基团是烷氧基团时,为了减少或避免酯交换作用,优选使用对应于该烷氧基的碱金属醇盐,并用相应的链烷醇作为醇盐的溶剂。所以,例如当至少一个R1基团是甲氧基时,优选的醇盐是碱金属甲醇盐例如甲醇锂、甲醇钠或甲醇钾的甲醇溶液。
如前面所述,本发明的一个特别方面是,在基本无水的条件下、在适当催化剂例如上述海绵钴催化剂或美国专利No.5,117,024中载体上的钴催化剂的存在下、在上述抑制或排除仲氨基有机硅烷形成的碱金属醇盐的存在下,通过氰基有机硅烷和氢的催化反应来制备伯氨基有机硅烷。非必需地,该反应使用另外不同的基本无水的碱,例如无水氨,以有助于抑制仲胺的形成。
为了分离液-固混合物和液体混合物,可以通过任何已知或常规的方法例如过滤和/或蒸馏回收产物伯氨基有机硅烷。
通过本发明方法制备的伯氨基有机硅烷包括,例如3-氨基丙基三甲基硅烷,3-氨基丙基二甲基甲氧基硅烷,3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷,3-氨基丙基三甲氧基硅烷,3-氨基丙基二甲基硅烷,3-氨基丙基二甲氧基硅烷,3-氨基丙基三乙氧基硅烷,3-氨基丙基二甲基乙氧基硅烷,3-氨基丙基苯基甲基硅烷,3-氨基丙基苯基甲氧基硅烷,2-氨基乙基三乙氧基硅烷,4-氨基丁基三甲基硅烷,4-氨基丁基二甲基硅烷和4-氨基丁基甲基二甲氧基硅烷。
用下面的实施例来说明本发明制备伯氨基有机硅烷的方法。
实施例1在装有磁性驱动搅拌器、冷却盘管和取样用的样品管的2升高压釜中,加入1000克已蒸馏过的氰基乙基三甲氧基硅烷。使在10毫升3-氨基丙基三甲氧基硅烷(Crompton公司/OSi Specialities,SilquestA-1110硅烷)中的7.1克钴催化剂(W.R.Grace,Raney钴,型号2724)浆料和在甲醇(Aldrich化学公司)中的0.6毫升25%的甲醇钠溶液结合,并且在加入到反应器中之前,搅拌1小时。加入催化剂浆料时,密封反应器,用氮气净化,然后用200psig氢气加压两次,排放达到大气压力。然后用氢气使反应器加压达到500psi,在搅拌下加热到145EC。在冷却到室温、排气和排放出反应器中的物质之前,使反应持续5小时,或者直到氢吸收看上去停止为止。在反应过程中随着反应的进展定时取样,如下面的表I所示表I
腈=氰基乙基三甲氧基硅烷伯胺=3-氨基丙基三甲氧基硅烷仲胺=双-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]胺实施例2在装有磁性驱动搅拌器、冷却盘管和取样用的样品管的2升高压釜中,加入1000克已蒸馏过的氰基乙基三甲氧基硅烷。使在10毫升3-氨基丙基三甲氧基硅烷(Crompton公司/OSi Specialities,SilquestA-1110硅烷)中的2.5克海绵钴催化剂(W.R.Grace,Raney钴,型号2724)浆料和在甲醇(Aldrich化学公司)中的0.5毫升1M的甲醇锂溶液结合,并且在加入到反应器中之前,搅拌1小时。密封反应器,用氮气净化,然后用200psig氢气加压两次,排放达到大气压力。然后用氢气使反应器加压达到500psi,在搅拌下加热到145EC。在冷却到室温、排气和排放出反应器中的物质之前,使反应持续3小时,或者直到氢吸收看上去停止为止。在反应过程中随着反应的进展定时取样,如下面的表II所示表II
腈=氰基乙基三甲氧基硅烷伯胺=3-氨基丙基三甲氧基硅烷仲胺=双-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]胺实施例3在装有磁性驱动搅拌器、冷却盘管和取样用的样品管的1升帕尔高压釜中,加入500克已蒸馏过的氰基乙基三甲氧基硅烷和在10毫升3-氨基丙基三甲氧基硅烷(Crompton公司/OSi Specialities,SilquestA-1110硅烷)中的1.5克海绵钴催化剂(W.R.Grace,Raney钴,型号2724)浆料。密封反应器,用氮气净化,然后用200psig氢气加压两次,排放达到大气压力。然后用氢气使反应器加压达到500psi,在搅拌下加热到160EC。在冷却到室温、排气和排放出反应器中的物质之前,使反应持续3小时,或者直到氢吸收看上去停止为止。在反应过程中随着反应的进展定时取样,如下面的表III所示表III
腈=氰基乙基三甲氧基硅烷伯胺=3-氨基丙基三甲氧基硅烷仲胺=双-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]胺实施例4在装有磁性驱动搅拌器、冷却盘管和取样用的样品管的2升高压釜中,加入1106克氰基乙基三甲氧基硅烷和在10毫升3-氨基丙基三甲氧基硅烷(Crompton公司/OSi Specialities,SilquestA-1110硅烷)中的6.0克海绵钴催化剂(W.R.Grace,Raney钴,型号2724)浆料。密封反应器,用氮气净化,然后用200psig氢气加压两次,排放达到大气压力。然后用氢气使反应器加压达到500psi,在搅拌下加热到150EC。在冷却到室温、排气和排放出反应器中的物质之前,使反应持续3小时,或者直到氢吸收看上去停止为止。在反应过程中随着反应的进展定时取样,如下面的表IV所示表IV
腈=氰基乙基三甲氧基硅烷伯胺=3-氨基丙基三甲氧基硅烷仲胺=双-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]胺实施例5在装有磁性驱动搅拌器、冷却盘管和取样用的样品管的2升高压釜中,在搅拌下加入1000克已蒸馏过的氰基乙基三甲氧基硅烷和在10毫升3-氨基丙基三甲氧基硅烷(Crompton公司/OSi Specialities,SilquestA-1110硅烷)中的3.1克自发的(unpromoted)海绵钴催化剂(W.R.Grace,Raney钴,型号2724)浆料。密封反应器,用氮气净化,然后用200psig氢气加压两次,排放达到大气压力。然后向反应器中加入30.4克的无水氨,然后用氢气加压达到500psi。然后将反应器加热到154EC,搅拌速度增加到1000rpm。在冷却到室温、排气和排放出反应器中的物质之前,使反应持续3小时,或者直到氢吸收看上去停止为止。在反应过程中随着反应的进展定时取样,如下面的表V所示表V
腈=氰基乙基三甲氧基硅烷伯胺=3-氨基丙基三甲氧基硅烷仲胺=双-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]胺实施例6在装有磁性驱动搅拌器、冷却盘管和取样用的样品管的2升高压釜中,加入989克已蒸馏过的氰基乙基三甲氧基硅烷。使在10毫升3-氨基丙基三甲氧基硅烷(Crompton公司/OSi Specialities,SilquestA-1110硅烷)中的6.5克海绵钴催化剂(W.R.Grace,Raney钴,型号2724)浆料和在甲醇(Aldrich化学公司)中的0.5毫升25%的甲醇钠溶液结合,并且在加入到反应器中之前,搅拌1小时。密封反应器,用氮气净化,然后用200psig氢气加压两次,排放达到大气压力。然后向反应器中加入42.3克的无水氨,然后用氢气加压到500psi。随后将反应器加热到160EC,搅拌速度增加到1000rpm。在冷却到室温、排气和排放出反应器中的物质之前,使反应持续3小时,或者直到氢吸收看上去停止为止。在反应过程中随着反应的进展定时取样,如下面的表VI所示
表VI
腈=氰基乙基三甲氧基硅烷伯胺=3-氨基丙基三甲氧基硅烷仲胺=双-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]胺实施例7在装有磁性驱动搅拌器、冷却盘管和取样用的样品管的2升高压釜中,加入1022克已蒸馏过的氰基乙基三甲氧基硅烷。将在10毫升3-氨基丙基三甲氧基硅烷(Crompton公司/OSi Specialities,SilquestA-1110硅烷)中的2克海绵钴催化剂(Engelhard Corp.)浆料加入到反应器中。密封反应器,用氮气净化,然后用200psig氢气加压两次,排放达到大气压力。然后向密封反应器中加入29.3克的无水氨,然后用氢气加压到500psi。随后将反应器加热到160EC,搅拌速度增加到1000rpm。在冷却到室温、排气和排放出反应器中的物质之前,使反应持续3小时,或者直到氢吸收看上去停止为止。在反应过程中随着反应的进展定时取样,如下面的表VII所示表VII
腈=氰基乙基三甲氧基硅烷伯胺=3-氨基丙基三甲氧基硅烷仲胺=双-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]胺
权利要求
1.一种制备伯氨基有机硅烷的方法,包括在氢化条件下、在基本不含水、并在催化有效量的海绵钴的存在下,使氰基有机硅烷与氢反应以生产伯氨基有机硅烷。
2.权利要求1的方法,其中氰基有机硅烷具有以下通式R13SiR2CN和产物伯氨基有机硅烷具有以下通式R13SiR2CH2NH2其中每个R1基团独立地选自有1-约10个碳原子的烷基和烷氧基和R2是有1-约20个碳原子的二价烃基。
3.权利要求2的方法,其中每个R1基独立地选自甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、叔丁基、异丁基、戊基、十二烷基、甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、丁氧基、苯基和苯氧基,和R2基选自亚甲基、1,2-亚乙基、1,2-亚丙基、1,3-亚丙基、2-甲基-1,3-亚丙基、3-甲基-1,3-亚丙基、3,3-二甲基-1,3-亚丙基、亚乙基、异亚丙基、亚环己基、亚环庚基、亚苯基、甲代亚苯基、亚二甲苯基、亚萘基和二价基-C6H4-R3-,其中R3是亚甲基、1,2-亚乙基或1,2-亚丙基。
4.权利要求4的方法,其中氰基有机硅烷选自2-氰基乙基三甲基硅烷,2-氰基乙基二甲基甲氧基硅烷,2-氰基乙基甲基二甲氧基硅烷,2-氰基乙基三甲氧基硅烷,2-氰基乙基二甲基硅烷,2-氰基乙基二甲氧基硅烷,2-氰基乙基三乙氧基硅烷,2-氰基乙基二甲基乙氧基硅烷,2-氰基乙基苯基甲基硅烷,2-氰基乙基苯基甲氧基硅烷,3-氰基甲基三乙氧基硅烷,3-氰基丙基三甲基硅烷,3-氰基丙基甲基二甲基硅烷和3-氰基丙基甲基二甲氧基硅烷。
5.权利要求1的方法,其中在过量摩尔氢的存在下、在压力为约200psig-约2100psig、温度为约50EC-约250EC的条件下进行反应。
6.权利要求1的方法,其中以氰基有机硅烷的重量为基准,使用约0.05-约20重量%的海绵钴催化剂。
7.权利要求1的方法,其中以氰基有机硅烷的重量为基准,使用约0.5-约1重量%的海绵钴催化剂。
8.权利要求1的方法,其中海绵钴催化剂以在形成浆料量的所需氨基有机硅烷产物中的浆料形式加入。
9.权利要求1的方法,在用于氰基有机硅烷的溶剂的存在下进行。
10.权利要求9的方法,其中溶剂是极性溶剂。
11.权利要求2的方法,在用于氰基有机硅烷的溶剂的存在下进行。
12.权利要求11的方法,其中氰基有机硅烷中的至少一个R1基是烷氧基。
13.权利要求12的方法,其中用于氰基有机硅烷的溶剂是对应于氰基有机硅烷的烷氧基R1的链烷醇。
14.权利要求1的方法,在无水碱的存在下进行。
15.权利要求14的方法,其中无水碱是碱金属醇盐。
16.权利要求15的方法,其中碱金属醇盐选自甲醇锂、乙醇锂、甲醇钠、乙醇钠、甲醇钾和乙醇钾。
17.权利要求15的方法,其中碱金属醇盐以其溶剂溶液形式被提供。
18.权利要求15的方法,其中碱金属醇盐以在对应于该醇盐的链烷醇中的溶液形式被提供。
19.权利要求2的方法,在碱金属醇盐的存在下进行,其中氰基有机硅烷的至少一个R1基团是烷氧基,且碱金属醇盐的醇盐部分对应于烷氧基R1。
20.权利要求19的方法,其中碱金属醇盐以在对应于醇盐的链烷醇中的溶液形式被提供。
21.一种制备伯氨基有机硅烷的方法,包括在氢化条件下、在基本不含水、并在催化有效量的氢化催化剂和在抑制形成仲氨基有机硅烷量的碱金属醇盐的存在下,使氰基有机硅烷与氢进行反应。
22.权利要求12的方法,其中氢化催化剂是载体上的钴催化剂。
23.权利要求12的方法,其中碱金属醇盐选自甲醇锂、乙醇锂、甲醇钠、乙醇钠、甲醇钾和乙醇钾。
全文摘要
本发明提供一种制备伯氨基有机硅烷的方法,其中在氢化条件下、在基本不含水、并在催化有效量的海绵钴的存在下,使氰基有机硅烷与氢反应以生产伯氨基有机硅烷。
文档编号C07F7/18GK1479743SQ01820113
公开日2004年3月3日 申请日期2001年10月31日 优先权日2000年12月5日
发明者S·C·戈顿, H·梅林达, S C 戈顿, 执 申请人:克鲁普顿公司
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