用于制备烷基铟化合物的方法及其用途与流程

文档序号:11331026阅读:732来源:国知局

本发明的目的为一种用于以高产率、高选择性和高纯度的方式制备三氯化三烷基二铟(alkylindiumsesquichloride)的方法,三氯化三烷基二铟以通式r3in2cl3(在后文中还称为化合物(a))来表征。

根据本发明所产生的三氯化三烷基二铟(还为此类高纯度和高产率的结果)尤其适用于依需要制备含铟前体,优选具有通式r3in(在后文中还称为化合物(b))或r2inr'(在后文中还称为化合物(c))的那些。可以高产率和高纯度得自化合物(a)的含铟前体尤其适用于有机金属化学气相沉积(mocvd,还称为有机金属化学气相外延,movpe)。

在术语“方法(process)”根据本发明而使用的情况下,其通常指用于制备化合物(a)的方法和用于据以制备含铟前体的可选方法,此类含铟前体优选为化合物(b)或(c)。



背景技术:

背景技术中描述各式用于制备化合物的方法,此类化合物常用作用于mocvd方法的有机金属前体或分别用作其起始材料,此类起始材料在下文中简称为“起始材料前体(startingmaterialprecursor)”。

针对本发明的目的,“起始材料前体”为可通过附加反应步骤转化成随后可直接用于mocvd方法中的实际有机金属前体(简称为“前体(precursor)”或“含铟前体(indium-containingprecursor)”)的那些。在此做法中,有利的是提供那些起始材料前体,或通过此类前体起始材料制备前体,并且此类前体起始材料本身即可以高选择性和高产率来获得。此外,可能极为有利的是提供可以简便且以高纯度制备的前体起始材料,并且前体起始材料视情况可被分离出来而且具有足够的储存稳定性,以允许适当且尽可能最快地制备用于mocvd方法的高纯度前体。mocvd方法具体地用来生产用于光电子应用诸如太阳能电池或led的半导体层,但也可以生产其他应用领域中的薄层,这些领域通常要求所使用的相应前体尽可能有最高纯度,并且不存在或仅存在极少量的杂质,尤其是含氧杂质。

因此例如,各式用于制备含铟、含镓、或其他含铝前体或相应前体起始材料的方法为已知的。然而,相应的工艺条件在这些元素之间不必然可转移(至少在未经修改下不可转移)。必须注意到,元素铝、镓和铟已经展现出不同的化学行为,经常导致需要在制备相应前体时采用经适当调整、定制的方法方案。

背景技术中已知用于制备含铟前体或前体起始材料的方法通常在制备常规用途所需的纯度及量方面遭遇到相当大的困难,尤其在合理成本方面也是如此。因此,使用mocvd自含铟前体所产生的半导体层的电性质,可受到前体或前体起始材料中的杂质的显著损害。此外,许多制备方法极为耗时。此外,经常只能达到低产率,而且反应步骤经常有选择性下降的表征。此外,基于在制备含铟前体或前体起始材料的已知制备方法中使用有机溶剂,这些方法通常为成本密集、不是非常环境友善、而且在中间产物及终产物中可能伴随有机溶剂残留,因而明显限制其用途或者必须进行昂贵且繁复的纯化。

de3742525a1涉及一种用于制备金属烷基物如三甲基铟的方法,其中描述的制备始于作为前体起始材料的四甲基铟酸锂,通过使其在有机溶剂中与三氯化铟反应来进行。所获得的混合物包括三甲基铟,其后续仍必须进行分离和纯化。即使在纯化之后,所报导的产率仅为理论值的82%。制备还通过大于24小时的相对高工艺持续期间来表征。

ep0372138a1描述一种用于制备有机金属化合物的方法,根据该方法,三烷基铟化合物可使用非挥发前体起始材料获得,该前体起始材料例如可为四甲基铟酸锂。从三氯化铟制备四甲基铟酸锂发生在添加有甲基锂的二乙醚中,这使得整个方法整体来说非常昂贵。将四甲基铟酸锂与三氯化铟反应以给出三甲基铟,其后续仍必须进行纯化。实际产率的数据并未给出。此外,所述方法非常昂贵,因为除其他事物外,必须进行许多分离和纯化步骤。

gynane等人描述使铟与烷基溴和烷基碘反应以给出倍半卤化物(sesquihalide)(gynane,m.j.s,waterworth,l.g.andworrall,i.j.,j.organometal.chem.,40,1972)。使溴化铟或碘化铟与烷基碘或烷基溴反应以给出二卤化烷基铟(alkylindiumdihalide)还描述于其他出版物中,其中必须耗费极长反应时间(gynane,m.j.s,waterworth,l.g.andworrall,i.j.,j.organometal.chem.,43,1972)。

us5,663,390涉及氯化烷基金属的制备,其通过使烷基氯与元素金属于h2作为反应加速剂存在下反应而进行。然而后者有其不利之处,尤其是因为所述方法非常复杂且其转化仅不完全。反应整体来说非常不便且昂贵,因而在工业规模上并不合适。



技术实现要素:

目的

本发明的目的在于提供一种方法,其能够在简便快速的方法中依需要不昂贵地制备含铟前体的适当前体起始材料。所述方法还必须能够以高产率和高纯度制备此类化合物。此外前体起始材料必须能以简单方式分离出来且具有足够的储存稳定性。

此外,可得自起始材料的含铟前体必须尽可能不含氧杂质,并且可以高产率和高选择性从该起始材料起始获得。因此,可如此获得的含铟前体必须特别适用于mocvd方法,这些方法要求对应高纯度的有机铟化合物以产生半导体层。

该方法还必须能以低度环境污染及低资源密集的方式实施。

解决方案

本发明的目的通过专利权利要求的申请目标来达成。

该目的具体地是通过一种用于制备具有以下通式的三氯化三烷基二铟(化合物(a))的新方法来达成:

r3in2cl3,

其中r为低级烷基,即具有1至4个碳原子的烷基。该烷基可为支化或未支化的,优选为未支化的。合适的烷基因此为异丙基、环丙基、异丁基、仲丁基、叔丁基,然而具体地为丙基、正丁基、以及乙基或甲基。

化合物(a)的结构尚未明确解析出来,除了以上给出的式r3in2cl3以外,也可解译成r2incl与rincl2的混合物。这些化合物还有可能彼此和/或与r3in2cl3达成平衡。r2incl与rincl2彼此在化合物(a)中的摩尔比可在约30:70至60:40、或约30:70至50:50、或约31:69至约45:55、或约32:68至约42:58的范围内。在下文中,如果r2incl与rincl2在所产生的化合物(a)中的摩尔比偏离50:50的理想比,则还相应称为r3in2cl3或三氯化三烷基二铟。

基于所使用的起始物质及所使用的其他试剂,该方法并不昂贵且造成低度环境污染,并且让r3in2cl3能够以快速处理及高产率、以及高纯度的方式制备。不使用有机溶剂。

另一项优点是化合物(a)可以简单方式分离出来且具有足够的储存稳定性。在另一方面,化合物(a)还无需分离即可进行附加反应步骤,所以有机会开发出无需繁复中间产物分离的更具成本效益的多步骤反应(所谓的一锅反应)。

根据本发明的方法尤其适用于制备三氯化三甲基二铟(me3in2cl3)和三氯化三乙基二铟(et3in2cl3),或者me2incl/meincl2与et2incl/etincl2的混合物(有时还为非化学计量比),最尤其适用于制备me3in2cl3。r因此优选选自乙基和甲基;r更优选为甲基。在下文中,甲基和乙基简写为me(甲基)和et(乙基)。

因此根据本发明,首先提供一种用于制备作为前体起始材料的r3in2cl3(即化合物(a))的新方法。可将附加反应步骤加入根据本发明的方法中,使得用于mocvd方法的含铟前体也可根据本发明以较不昂贵且更快速的方法方案以及高产率和高纯度来获得。根据本发明的方法因此包括制备化合物(a)。在实施方案中,在根据本发明的方法之后,可为用于制备含铟前体的附加反应步骤。

含铟前体优选选自具有通式r3in(即化合物(b))和r2inr'(即化合物(c))的化合物。如根据本发明的方法所指定,r在化合物(a)、(b)和(c)中相同,而r'可不同,如以下进一步提出的。

因此,具有以下通式的含铟前体:

r3in,

根据本发明为其中r为具有1至4个碳原子的低级烷基的那些。该烷基可为支化或未支化的,优选为未支化的。r具体地选自乙基和甲基;r具体地是甲基。例如,三甲基铟或三乙基铟为高度有用的具有式r3in的化合物。

具有以下通式的含铟前体:

r2inr',

根据本发明为其中r为具有1至4个碳原子的低级烷基(可为支化或未支化的)的那些,并且其中r'为不同于r的亲核基团。r'优选选自支化或未支化和取代或未取代的烷基、支化或未支化和取代或未取代的芳基。r’具体地可为被支化或未支化的烷基或烷氧基或胺基取代的苯基或烷基。优选地,r'包括具有1至6个碳原子的烷基或芳基基团,其被支化或未支化的烷基或烷氧基基团(诸如甲基、乙基、正丁基、丙基、仲丁基、叔丁基、异丁基、异丙基、环丙基、环丁基、甲氧基、乙氧基、正丁氧基、丙氧基、仲丁氧基、叔丁氧基、异丁氧基、异丙氧基、环丙氧基、环丁氧基)取代,或其他具有1至6个碳原子的烷基或芳基,其被胺基取代(尤其是单取代、或双取代),此类胺基本身被支化或未支化的烷基基团(诸如甲基、乙基、正丁基、丙基、仲丁基、叔丁基、异丁基、异丙基、环丙基和环丁基)取代。

例如,亲核基团r'可为苯基、甲苯甲酰基、2,4,6-三甲苯基(mesityl)、二甲基氨基、二乙基氨基、二丁基氨基、二异丙基氨基、et2n-(ch2)3、me2n-(ch2)3、me2n-(ch2)2、me2n-ch2、et2n-(ch2)2、et2n-ch2、异丙基、环丙基、异丁基、仲丁基、叔丁基、环丙基,但具体地是me2n-(ch2)3-、丙基、正丁基、以及乙基或甲基。如果r和r'的定义涵盖相同基团,则在化合物(c)中,r与r'必须彼此不同。例如,如果r为甲基,则r'必须不同于甲基。

在本发明的一个实施方案中,r为甲基并且r'为me2n-(ch2)3基团。在本发明的另一个实施方案中,r为甲基并且r'为乙基。在本发明的另一个实施方案中,r为乙基并且r'为甲基。因此,化合物me2inet、et2inme、以及me2in-(ch2)3-n-me2或(ch3)2in-(ch2)3-n-(ch3)2即为结果。在此实施方案中,其他反应步骤因此在根据本发明的方法之后,使得含铟前体(优选为r3in(即化合物(b))或r2inr'(即化合物(c)))也可不昂贵地依需要以快速方法方案获得。

优选可得自化合物(a)的含铟前体(b)和(c)由于具有特别高的纯度,因此特别适合在mocvd方法中用于产生含铟膜(诸如inp、inalp或alingap膜)以及用于半导体产业。

附图说明

具体实施方式

1.用于制备化合物(a)的方法

用于制备具有通式r3in2cl3的化合物(a)的方法包括以下反应步骤:

a1)使铟与烷基供体反应以形成化合物(a),其中该烷基供体为烷基氯(rcl),并且其中r为具有1至4个碳原子的支化或未支化烷基基团;

a2)可选地,将化合物(a)从反应混合物中分离出来;

其中,在反应步骤a1)中,具有式r3in2cl3的化合物用作反应介质,并且铟与反应介质的比率为0.5:10至1.4:0.5或0.5:3至1.4:0.5,具体地为1:2至2:1或1:1.5至1.5:1(相对于重量)。没有另外使用活化剂或有机溶剂。

反应步骤a1)

可使用的铟纯度优选为至少5n或更高(对应于>99.999%相对于铟的金属纯度),虽然4n(=99.99%金属纯度)铟也可使用。然而理论上,使用更低纯度的铟也为可能的。粒径可在广泛界限内变化,因为铟在反应温度下以熔化形式存在(铟的熔点为约156℃)。例如,为了让所需量的尺寸测量以及反应器填充更容易,可使用具有1mm至10mm(尤其是4mm至6mm)粒径的颗粒(例如粒径为约0.5cm的所谓铟粒(indiumshot)),但也可使用粉末或甚至铸锭(ingot)。

烷基供体为包括烷基的化合物,其中烷基供体为烷基卤化物,其中烷基如上所定义,并且可使用氯、溴、或碘(尤其是氯)作为卤化物。因此,烷基供体尤其可为烷基氯,所以除了烷基基团外还包括至少一个氯原子。烷基供体具体地为烷基卤化物(具体地为烷基氯),其中烷基定义如上(请参见r的定义);烷基甲基或乙基为尤其优选的,具体地为甲基。在优选的实施方案中,烷基供体因此为甲基氯(氯甲烷)或乙基氯(氯乙烷);甲基氯为尤其优选的。

优选地,针对此反应每当量的铟使用1.5至5当量的烷基供体,或者每当量的铟使用1.65至4.5当量或1.65至3当量或1.65至2.9当量的烷基供体。如果所使用的烷基供体比例相对于铟太小,则有反应不完全和化合物(a)产率下降的风险。如果所使用的烷基供体比例相对于铟太大,则该方法整体上过于昂贵且不经济,并且不再可以工业规模经济地进行,这是不理想的。

优选地,将铟和烷基供体连续加入反应容器中。尤其优选的是,首先将铟和反应介质提供在反应容器中,然后再将烷基供体加入。令人惊讶的是,这导致高产率并且还简化所需的设备。因此,可以只要将铟和反应介质化合物(a)秤量至反应器中。之后,可进行烷基供体的受控添加。反应介质经加热达反应温度时会熔化并形成透明熔体,其中类似的液体铟可以乳液或第二液相存在。

将烷基供体加入铟中优选以受控、连续导入呈液态或气态的烷基供体至反应中的方式进行,该烷基供体优选为在标准条件下以气体形式(mecl的沸点为-24℃,etcl的沸点为12℃)存在。在反应器中,或在反应条件下,烷基供体以气体形式存在。

在引入时,优选不断供应与所需量一样多的烷基供体,以使反应(过量)压力在整个反应过程中保持恒定。通过经耦合至计量阀的压力传感器来例如自动提供控制。

可选地,烷基供体可通过冷凝加入。

烷基供体优选以液体形式加入反应器。通常,所需烷基供体的总量并非从一开始就加入(如使用冷凝的情况下),而是将烷基供体连续计量加入铟与反应介质化合物(a)的混合物中,直到反应完成。

液体烷基供体接着可在压力下直接从液体气槽进行计量。烷基供体因为最佳反应条件而在反应器中立即气化,以使得与气体烷基供体的反应在反应器中进行。

通过引入或压力来加入烷基供体通常在超过20℃的温度下起始。在一个实施方案中,当烷基供体开始加入时,铟或铟与反应介质化合物(a)的混合物以液体形式存在于反应器中。由于纯铟具有156.6℃的熔点,因此加入在156℃或更高的温度下进行。这表示在此实施方案中,铟与反应介质被提供于反应器中并被加热直到混合物成为液体,在此时烷基供体开始加入。

在另一个实施方案中,在室温下将烷基供体(例如甲基氯)传送至含所提供的铟与反应介质混合物的反应器中,接着加热至所需反应温度,在此期间烷基供体持续引入。

在烷基供体开始加入之后,将反应混合物加热。为了避免副反应以及经济上的考虑,温度优选不超过250℃、更优选不超过235℃。在大于235℃的反应温度下,可观察到缓慢的热分解,推测铟在其中形成分解产物。加热到至少156℃的温度为优选的,更优选加热到至少170℃,并且最优选加热到至少180℃,以便能够特别完全地反应成化合物(a)。因此,反应温度在约156℃至约250℃、或180℃至200℃的范围内,无论烷基供体的加入方式为何。

反应步骤a1)可在惰性气体下进行,诸如氩气或氮气。然而,反应可能在没有附加惰性气体下在烷基供体(诸如例如甲基氯或乙基氯)的纯氛围中进行,这是有利的。

一般而言,烷基供体的加入在给定的恒压下进行,例如在1.1巴至7巴、或2巴至5.5巴、或2.5巴至5巴的绝对压力(0.1巴至6巴、或1巴至4.5巴、或至1.5巴至4巴的过量压力)下。在此做法中,有可能设定烷基供体(例如乙基氯或甲基氯)的所需过量压力,例如3.5巴。将与所消耗量一样多的烷基供体(例如乙基氯或甲基氯)通过流量调节器不断供应至反应器中,以使反应器中的压力大致上维持恒定,例如4.5巴(或者相应在3.5巴下的过量压力)。当再也没有烷基供体(例如乙基氯或甲基氯)消耗时,则反应结束。

因为气体次要产物如乙烷或甲烷可能在反应期间出现,已经证实偶尔释放反应器中的过量压力并且重新供应烷基供体是值得进行的作法。如果确实可观察到铟存在,但没有烷基供体消耗(烷基供体的消耗是铟与烷基供体发生反应时不可避免的状况),则此做法可能尤其有利。

在使用产物三氯化三烷基二铟或me2incl/meincl2的混合物本身作为反应介质时,尤其有利的事实是,在简单反应中,反应产物的一部分留在反应器中用于下一批次使用,并且除了铟和烷基供体外不需要附加化学品,使得化合物(a)的制备可以半连续地驱动。反应介质优选以使得铟与反应介质的摩尔比为至少1:1的量使用。已经证实至多达8:1、尤其<4:1(例如3.8:1或3.5:1)的铟与反应介质化合物(a)的摩尔比是相当有价值的,使得铟与反应介质的摩尔比在1:1至8:1,尤其是1:1至<4:1、或1:1至3.8:1、或1:1至3.5:1的范围内。

尤其当化合物(a)中的r2incl和rincl2以非化学计量混合物比存在时,则简单说明所使用的铟对反应介质的比率为比例而非摩尔比。铟与反应介质(具有式r3in2cl3的化合物(a))的比例在约0.5:10至约1.4:0.5、或约0.5:3至约1.4:0.5,具体地1:2至2:1、或1:1.5至1.5:1的范围内。

步骤a1)的反应时间优选介于10分钟和30小时之间。已经证实至少15分钟、更优选至少30分钟、并且甚至更优选至少40分钟的反应时间本身对于化合物(a)的产率为尤其有利的。反应时间更优选为最多28小时、最优选为最多12小时。过长的反应时间导致非常成本密集且不经济的方法。

在根据本发明的方法的所有实施方案中,下列示意形式的反应在反应步骤a1)中进行:

2in+3rcl→r3in2cl3

或者2in+3rcl→r2incl+rincl2,

如果r3in2cl3被解读为r2incl与rincl2的混合物。

反应步骤a2):

可选地将根据本发明的化合物(a)分离出来,优选地包括将挥发性成分从存在于反应容器中的反应混合物中分离出来和/或选自将化合物(a)从反应混合物中升华出来以及将化合物(a)从反应容器中机械移出的方法步骤。液态产物的释出可被视为机械移出的简单变化。

术语“分离(isolation)”或相应“分离出来(toisolate)”因此涵盖使特定所需反应产物从存在于反应容器中的反应混合物中分离出来,此通过将反应产物从反应容器中移出,或者将反应产物以外的其他化合物从反应混合物中移出而使得仅有反应产物留在反应容器中。

在一个实施方案中,化合物(a)通过从反应容器中移出而分离出来,此可使用杓子、铲子、刮刀等来达成。液态释出非常容易达成,可通过由适当阀排出或通过以压力将液体迫入容器中来达成。就化合物(a)的纯度而言,已经发现下列做法尤其有利:首先将反应容器中所发现的挥发性次要组分与混合物分离,尤其是仍存在的烷基供体(例如甲基氯或乙基氯),之后才将化合物(a)从反应容器中移出。次要组分(尤其是仍存在的任何烷基供体rcl)的移出优选通过施加真空来达成。在此做法中,残余气体压力低于1hpa(更优选低于0.1hpa)的真空已经证实为有用的。

可选地,可将用于纯化化合物(a)的附加步骤加入化合物(a)的分离中,其中用于纯化化学物质的适当方法是本领域技术人员已知的。根据本发明,足够高的化合物(a)纯度优选已经通过根据本发明的特定方法和反应物来达成,即使未使用附加纯化步骤。因此根据本发明优选地,除了化合物(a)的优选分离外(也就是将挥发性次要组分分离出来以及将化合物(a)从反应容器中移出),不需要进一步的化合物(a)纯化步骤。

在化合物(a)的分离期间,仅将反应产物从反应容器中不完全移出。反应容器中剩余的化合物(a)的量将用于下一个批次,即在加入更多铟和重新加入烷基供体作为反应介质后以进一步制备化合物(a)。在此做法中,通常移出根据所用铟的量所计算得到的反应产物化合物(a)的量。

在替代实施方案中,不将化合物(a)从反应混合物分离出来。在这些实施方案中,将包括化合物(a)的反应混合物直接用于制备含铟前体,尤其是化合物(b)或(c)。在这些实施方案中,用于优选地制备化合物(b)或(c)的附加反应步骤直接跟在反应步骤a1)之后进行,而不将化合物(a)从反应混合物中分离出来,即不进行反应步骤a2)。这使得制备含铟前体的方法方案甚至更加快速。

根据本发明的方法使化合物(a)的制备得以具有优选至少70%、更优选至少75%、甚至更优选至少79%、并且最优选至少85%、并且甚至更优选超过90%、并且甚至更优选超过95%的产率。本发明给出的产率数据总是基于理论产率。

根据本发明制备的化合物(a)的纯度优选为至少95%、优选为至少98%、并且尤其优选为大于99%。因此,所制备的化合物(a)中存在优选不大于5%、优选不大于2%、并且更优选小于1%的杂质(即不期望的物质)。

一种可根据本发明的方法获得的优选化合物(a)选自三氯化三甲基二铟(me3in2cl3,其如上所述也可被解读为me2incl与meincl2的混合物)和三氯化三乙基二铟(et3in2cl3,其如上所述也可被解读为et2incl与etincl2的混合物)。根据本发明的方法尤其最适合制备me3in2cl3。

2.将化合物(a)进一步处理以提供含铟前体

根据上述方法获得的化合物(a)可进一步经可选地处理,以提供含铟前体,其根据本发明优选地选自化合物(b)和(c)。因此,本发明还包括根据本发明获得的化合物(a)用于制备用于mocvd或movpe方法的含铟前体(优选选自化合物(b)和(c))的用途。

根据本发明制备的化合物(a)尤其适用于制备具有以下通式的含铟前体:

r3in,

即化合物(b),其中r为具有1至4个碳原子的低级烷基。该烷基可为支化或未支化的,优选为未支化的。r优选选自乙基和甲基,其中r具体地为甲基。由于本方法的性质,r由化合物(a)中的r基团所决定,所以化合物(a)中的r对应于化合物(b)中的r。

一个实施方案因而关于一种用于制备具有通式r3in的化合物(b)的方法,该方法包括以下反应步骤:

-提供如上所述或根据权利要求1至12中任一项所述的化合物(a);

-使化合物(a)与烷基化剂反应。烷基化剂可选自r-mgx、r-li和r3al,其中r如上所定义。

此反应可在有机溶剂(诸如醚、脂族或芳族烃、以及上述的组合)存在下进行。二烷基醚为尤其有用的。最特别优选地,选自二乙醚、甲基四氢呋喃、较长链醚以及它们的混合物的溶剂用于该反应步骤中,其中较长链醚为具有包括超过2个c原子的烷基的那些,尤其是二乙醚或二正丁醚,更优选为二乙醚。烷(包括环烷)和芳族可用作脂族或芳族烃,诸如正戊烷、正庚烷、正己烷或苯。具体地,已经证实具有高沸点的烷和芳族(例如正癸烷、正十九烷、鲨烯(squalene)和萘)尤其适合作为此步骤的有机溶剂。之后,可进行用于制备高纯度化合物(b)的可选附加纯化步骤。

另选地,根据本发明所产生的化合物(a)可用于产生具有以下通式的含铟前体:

r2inr',

即化合物(c),其中r为具有1至4个碳原子的低级烷基(可为支化或未支化的),并且其中r'为不同于r的亲核基团。r'优选选自支化或未支化和取代或未取代的烷基、支化或未支化和取代或未取代的芳基。

r’具体地可为被支化或未支化的烷基或烷氧基基团或胺基取代的苯基或烷基。具体地,r'包括具有1至6个碳原子的烷基或芳基,其被支化或未支化的烷基或烷氧基基团(诸如甲基、乙基、正丁基、丙基、仲丁基、叔丁基、异丁基、异丙基、环丙基、环丁基、甲氧基、乙氧基、正丁氧基、丙氧基、仲丁氧基、叔丁氧基、异丁氧基、异丙氧基、环丙氧基、环丁氧基)取代,或其他具有1至6个碳原子的烷基或芳基,其本身被胺基取代(特别是单取代、或双取代),此类胺基本身被支化或未支化的烷基基团(诸如甲基、乙基、正丁基、丙基、仲丁基、叔丁基、异丁基、异丙基、环丙基和环丁基)取代。

亲核基团r'可包括例如苯基、甲苯甲酰基、2,4,6-三甲苯基、二甲基氨基、二乙基氨基、二丁基氨基、二异丙基氨基、et2n-(ch2)3、me2n-(ch2)3、me2n-(ch2)2、me2n-ch2、et2n-(ch2)2、et2n-ch2、异丙基、环丙基、异丁基、仲丁基、叔丁基、环丙基,但具体地是me2n-(ch2)3、丙基和正丁基、以及乙基或甲基。如果r和r'的定义涵盖相同基团,则在化合物(c)中,r与r'必须彼此不同。例如,如果r为甲基,则r'必须不同于甲基。

在本发明的一个实施方案中,r为甲基并且r'为me2n-(ch2)3基团。在本发明的另一个实施方案中,r为甲基并且r'为乙基。在本发明的另一个实施方案中,r为乙基并且r'为甲基。因此,化合物me2inet、et2inme、以及me2in-(ch2)3-n-me2或(ch3)2in-(ch2)3-n-(ch3)2即为结果。

由于本方法的性质,r由化合物(a)中的r基团所确定,所以化合物(a)中的r对应于化合物(c)中的r基团。

2.1.将化合物(a)进一步处理以提供化合物(b)

在优选的实施方案中,制备化合物(a)之后附加下列其他反应步骤,其中可获得化合物(b):

b1)使化合物(a)与烷基锂反应以形成四烷基铟酸锂(liinr4),并将liinr4从该反应混合物中分离出来,以及

b2)使liinr4与氯化铟组分反应,其中获得化合物(b)。

反应步骤b2)可直接跟着反应步骤b1)。或者,反应步骤b2)也可在与反应步骤b1)分开的时间进行。

反应步骤b1)

反应步骤b1)包括使化合物(a)与烷基锂反应以形成四烷基铟酸锂,其中四烷基铟酸锂满足下列通式:

liinr4

其中r如上所定义。r有利地为甲基或乙基,尤其是甲基。由于本方法的性质,r由化合物(a)中的r基团所确定。

术语“烷基锂”涵盖包括至少一种烷基和锂的那些化合物。根据本发明,烷基锂具有以下通式:

rli

其中r如上所定义。烷基锂尤其最优选选自乙基锂(etli)和甲基锂(meli),烷基锂具体地为甲基锂。

烷基锂在反应步骤b1)中用作烷基化剂,而不是作为还原剂。

反应步骤b1)优选在有机溶剂中进行。二烷基醚尤其适合作为用于步骤b1)的有机溶剂。尤其最地优选,选自二乙醚、二乙氧基甲烷、甲基四氢呋喃、较长链醚以及它们的混合物的溶剂用于反应步骤b1),其中较长链醚为具有包括超过2个c原子的烷基基团的那些。还更优选地,溶剂为二乙醚或二正丁基醚,二乙醚为更优选的。

已经证实尤其有利的是每当量的化合物(a)使用介于4和5.3当量之间、尤其优选介于4.8和5.3当量之间、并且甚且更优选介于4.8和5.2当量之间、并且尤其最优选约5当量的烷基锂。

在优选的实施方案中,先将烷基锂装入有机溶剂中,然后再将化合物(a)加入,优选在介于-10和10℃之间的温度下、更优选在介于-5和5℃之间、更优选在-2至2℃、并且甚且更优选在0+/-1℃的温度下进行。反应优选在介于-30℃和有机溶剂的沸点之间、更优选在-5℃至35℃的温度下进行。

在替代实施方案中,先将化合物(a)装入有机溶剂中,之后再将烷基锂加入。在此做法中,烷基锂优选与有机溶剂成为混合物并逐滴加入,尤其优选在介于-10和10℃之间、更优选介于-5和5℃之间、并且甚至更优选在-2至2℃的温度下进行。

在加入所有试剂后随即进行搅拌,优选搅拌至少10分钟、更优选至少15分钟。反应时间通常不大于48小时、更优选不大于24小时。

将liinr4从反应混合物中分离出来。此优选通过将溶剂和任何副产物(尤其是licl)、或试剂残余物移除而发生,优选通过蒸馏除去挥发性成分和/或过滤反应混合物。已经发现通过过滤移除licl,然后通过蒸馏移除溶剂而将liinr4分离出来为尤其有利的。

在优选的实施方案中,下列示意形式的反应在反应步骤b1)中进行:

二乙醚

me3in2cl3+5meli→2liinme4+3licl

反应步骤b2)

可通过使liinr4与氯化铟组分反应而由liinr4制备化合物(b)。

根据本发明,“氯化铟组分”为包括铟和氯的化合物。术语“氯化铟组分”还包括具体地除了铟和氯外还具有至少一种烷基的化合物。氯化铟组分优选具有以下通式:

rainbclc,

其中a为选自0、1、2和3的数,并且b为选自1和2的数,并且c为选自1、2和3的数,并且其中a+b+c=4或4的倍数;尤其优选地a、b和c的总和=4或8。r为具有1至4个碳原子的低级烷基。该烷基可为支化或未支化的,优选为未支化的。r优选选自乙基和甲基,其中r具体地为甲基。

选自incl3、r2incl、r3in2cl3、rincl2及上述的混合物的氯化铟组分为尤其最优选的。尤其最优选的氯化铟组分为r2incl或r3in2cl3,具体地为me2incl、et2incl、me3in2cl3或et3in2cl3,更优选为me2incl或me3in2cl3。优选地使用化合物(a),这使得根据本发明的方法甚至更加经济。在特别优选的实施方案中,氯化铟组分因此为r3in2cl3,即化合物(a)。氯化铟组分有利地利用上述反应步骤a1)和a2)获得。

四烷基铟酸锂与氯化铟组分的摩尔比可为1:1至3:1,优选为约1:1、2:1或3:1。在氯化铟为r2incl的实施方案中,已经发现四烷基铟酸锂与氯化铟组分的摩尔比为约1:1是尤其有利的。在氯化铟组分为r3in2cl3的实施方案中,已经发现四烷基铟酸锂与氯化铟组分的摩尔比为约3:1是尤其有利的。在氯化铟组分为rincl2的实施方案中,已经发现四烷基铟酸锂与氯化铟组分的摩尔比为约2:1是尤其有利的。

四烷基铟酸锂与氯化锂组分的反应可在有机溶剂中进行。适用于步骤b2)的有机溶剂选自烷(包括环状饱和烃)、芳族、醇、醚和环状醚。已经证实烷和芳族尤其适合作为用于步骤b2)的溶剂,优选选自正戊烷、环己烷、正癸烷、正庚烷、正己烷、甲基环己烷、正壬烷、正辛烷和苯,而正戊烷为尤其最优选的。

在替代实施方案中,反应步骤b2)中不使用有机溶剂,即不附加使用有机溶剂作为反应介质。此具有下列优点:避免任何可能因溶剂的部分分解所导致的有机污染,此类污染限制化合物(b)的可用性。此外,该方法因此可以更加环境负责的方式进行。因此,在一个实施方案中,步骤b2)在不存在有机溶剂的情况下实施。

优选将liinr4提供于含氯化铟组分的反应器中。之后,可将有机溶剂加入。然后优选将其加热,优选加热至介于30℃和120℃之间的温度,更优选加热至介于40℃和100℃之间的温度,并且甚且更优选加热至介于50℃和90℃之间的温度。将此温度优选维持至少10min且至多24小时,优选维持至少30min且至多20小时,更优选为维持至少40min且至多12小时,并且甚且更优选维持至少90min且至多3小时。

接下来优选将其冷却,优选冷却至25+/-5℃的温度。

然后优选将化合物(b)从混合物中分离出来。化合物(b)的分离优选包括将有机溶剂和化合物(b)从反应混合物中移出,该反应混合物可能含有盐类,诸如例如氯化锂licl。此尤其通过将有机溶剂和化合物(b)冷凝于新容器中进行。针对此目的,在真空下将所有挥发性组分如化合物(b)(例如三甲基铟)与溶剂一起从残余物(例如盐类,诸如licl)中蒸馏出来。之后,将溶剂与化合物(b)分离,优选通过在真空中进行蒸馏,优选利用小于0.1hpa的残余气压,更优选为最大0.01hpa,优选在冷阱中在优选-10°+/-5℃下进行。化合物(b)(例如三甲基铟或三乙基铟)其后仍留在容器中。可选地,后续可根据本领域技术人员已知的纯化方法进行进一步的纯化步骤。这些进一步的纯化步骤可包括蒸馏、升华、或再结晶化合物(b)。

在优选的实施方案中,下列示意形式的反应在反应步骤b2)中进行:

liinme4+me2incl→2me3in+licl

在其中氯化铟组分为化合物(a)的替代实施方案中,下列示意形式的反应在反应步骤b2)中进行:

3liinme4+me3in2cl3→5me3in+3licl

附加反应步骤(包括b1)和b2))使得化合物(b)能以下列产率由化合物(a)制备:优选为至少60%、更优选为至少70%、甚至更优选为至少75%、并且最优选为85%、并且甚且更优选为超过90%。根据本发明制备的化合物(b)的纯度优选为至少99%、优选为至少99.5%、并且更优选为大于99.8%、且甚至更优选为大于99.999%。具体地,所制备的化合物(b)在实施进一步的纯化步骤(优选通过升华化合物(b))时,可达到>99.999%的纯度。

2.2.将化合物(a)进一步处理以提供化合物(c)

在替代实施方案中,将化合物(a)进一步处理以提供化合物(c),其中将其他反应步骤加入根据本发明的方法,其包括:

c1)将氯化二烷基铟(r2incl)从化合物(a)中分离出来,以及

c2)使r2incl与烷基化剂反应以形成化合物(c)。

二甲基氨基丙基二甲基铟(dadi)或乙基二甲基铟(me2inet)作为化合物(c)是尤其优选的。

在方法步骤c1)中,会将氯化二烷基铟从r3in2cl3(如上所述,也可视为r2incl与rincl2的混合物)中分离出来,其中氯化二烷基铟以通式r2incl来表示,其中r如上所定义并且可有利地为甲基或乙基,具体地为甲基,其中r由化合物(a)中的“r”基团所确定。将r2incl从化合物(a)中分离出来可通过升华来达成。如果要如此,优选为将化合物(a)加热至介于150℃和200℃之间、更优选介于155℃和195℃之间、并且具体地介于160℃和190℃之间的温度。可选地,升华可在真空中进行。在此做法中,优选地具有残余气体压力低于1hpa(更优选低于0.1hpa)的真空已经发现为有价值的。本领域技术人员已知当在真空中进行方法步骤c)时,r2incl的分离也可在对应较低温度下进行。分离成沉淀物与升华物优选地进行,其中升华物优选为r2incl。

通过加入一或多种碱金属卤化物如kcl,但还如kf或其他mx(其中m=na、k、或cs且x=f、cl、br、或i)或nacl与kcl的混合物,升华期间的产率可显著提高并且可将r2incl完全分离。

在优选的实施方案中,下列示意反应在反应步骤c1)中进行:

2r3in2cl3+2kcl-->2k[r3in2cl4]-->k[incl4]+kcl+3r2incl

反应步骤c1)通常在保护性气体下发生,例如氩气或氮气。另选地,氯化二烷基铟r2incl也可原位产生自r3in2cl3(化合物(a))并使用烷基化剂进一步直接转化为化合物(c)。

步骤c2)中的烷基化剂具体地选自r'mgx、r'li和r'3al,其中r'如上所定义。烷基化剂me2n-(ch2)3-m为尤其优选的,其中m具体地是mgcl或li、或甚至是乙基锂(etli)。

将r2incl转化为r2inr'(例如dadi)可在有机溶剂中通过与烷基化剂(例如在dadi的情况中为me2n-(ch2)3-m)反应而进行。有机溶剂可为二烷基醚或环状醚或上述的混合物,具体地为二乙醚或thf,更优选为thf。

反应步骤c2)通常在保护性气体下发生。

优选地,将烷基化剂提供于有机溶剂(尤其是thf)中,然后将r2incl加入。在此做法中,尤其优选地将r2incl作为与有机溶剂(尤其是thf)的混合物而逐滴加入。r2incl的逐滴加入优选为缓慢进行,优选经过至少10min、更优选经过至少20min。r2incl的加入优选为在低于50℃、更优选低于40℃的温度下进行,并且尤其优选在室温(即25℃+/-5℃)下进行。

在加入所有试剂(尤其是烷基化剂和r2incl)后,优选进行搅拌。搅拌期间的温度优选低于50℃、更优选低于40℃并且具体地优选在室温(即25℃+/-5℃)下。优选搅拌至少5小时、更优选至少10小时。由于成本的关系,反应时间优选不超过80小时、更优选不超过50小时。

之后,优选为将化合物(c)从反应混合物中分离出来。化合物(c)的分离可包括将有机溶剂(优选为在真空中)移除,以及通过过滤和/或蒸馏将化合物(b)从反应混合物中分离出来。

烷基化剂可使用已知的方法来产生,例如通过使3-氯-1-(二甲基氨基)丙烷与镁刨屑或锂刨屑反应所产生的me2n-(ch2)3-m。me2n-(ch2)3-m的制备通常在加热下在有机溶剂(尤其是thf)中发生。在此做法中,可能使用碘进行活化。其他熟知的烷基化剂为可商购获得的。通过观察以上用于制备化合物(a)、以及可选地进一步处理成含铟前体(优选选自化合物(b)和(c))的制备方法的需求,这些化合物的产生可具有高产率和高纯度。此外根据本发明,根据本方法所制备的化合物(a)(尤其是me3in2cl3)、及可由其获得的含铟前体(尤其是三乙基铟和二甲基氨基丙基二甲基铟以及r2incl)。因此,本专利申请案还涉及根据本专利申请案的化合物(a)用于制备根据权利要求的化合物(b)的用途,以及根据本专利申请案的化合物(a)用于制备化合物(c)的用途。

本专利申请案进一步关于用于制备具有以下通式的氯化铟组分的方法:

rainbclc,

其中a为选自0、1、2和3的数,并且b为选自1和2的数,并且c为选自1、2和3的数,并且其中a+b+c=4或4的倍数,尤其优选地a、b和c的总和=4或8,其中r为具有1至4个碳原子的烷基,该烷基可为支化或未支化的并且具体地可为乙基或甲基,该方法具有以下步骤:

-提供根据权利要求1至10中的一项所述的式r3in2cl3的化合物(a);

-可选地,将化合物(a)分离出来;其中

该氯化铟组分具体地可包括:r2incl、r3in2cl3、rincl2以及它们的混合物,或具体地me2incl、et2incl、meincl2、etincl2、me3in2cl3、或et3in2cl3(其中et=乙基并且me=甲基)。

本专利申请案进一步涉及一种用于制备式r3in的三烷基铟的方法,其中r为具有1至4个碳原子的烷基,该烷基可为支化或未支化的并且具体地可为乙基或甲基,该方法包括以下步骤:

-提供根据权利要求1至10中的一项所述的化合物(a);

-可选地,将化合物(a)分离出来;

-使化合物(a)与烷基化剂反应以形成化合物(b),以及

-可选地,将其分离出来并进一步纯化。

具体地,根据本发明的方法的高产率和高纯度、此外成本效益及相对地环境良性方法选择,使该方法理想地适用于工业制备化合物(a)及相应含铟前体。具体地,根据本发明不会形成引火性中间产物,就成本效益及低复杂度制备而言此为特别有利的。根据本发明的方法的特征具体地为具有特别高的铟利用率。根据本发明的方法中的总铟转化率(相对于铟输入量)优选为≥70%、更优选为≥75%、尤其优选为≥80%、甚且更优选为>95%。可选地可获得的化合物(b)或(c)中的氧含量(包括铟烷氧化物和氧化物)优选为<100ppm(m/m),具体地甚至<1ppm(m/m)。

可通过根据本发明的方法可选地制备的含铟前体(尤其是三甲基铟和二甲基氨基丙基二甲基铟)由于具有优异的纯度(尤其是其极低的氧含量),因此特别适用于mocvd方法以例如用于制备半导体或半导体组件。最终产生的半导体或半导体组件具有各种可能的工业用途。因此,本发明还包括可根据本发明可选地制备的化合物(b)和/或(c)作为用于金属有机化学气相沉积(mocvd)或金属有机气相外延(movpe)的前体的用途。

工作例

me3in2cl3(作为化合物a)根据本发明制备。作为化合物(b)的me3in进一步由化合物(a)产生。此外,二甲基氨基丙基二甲基铟制备作为化合物(c)。

1.制备me3in2cl3

1.1.制备三氯化三甲基二铟并且在实验期间移除次要产物

将150.0g(1.31mol)的铟提供于1l压力反应器中然后将反应器排气并用氯甲烷通气至常压。接下来,将液态300.0gme3in2cl3(来自先前批次)经由加热至150℃的滴液漏斗加入反应器中。接着,在0.1巴(过量压力,对应于1.1巴的绝对压力)下将氯甲烷加入然后将反应混合物加热至190℃同时搅拌。在此过程中,铟和me3in2cl3会熔化。在约170℃下开始,可观察到剧烈的气体吸收。之后,将压力设定至2巴的标称过量压力然后视需要用最高0.5l/minmecl补充。在约四小时后,反应的气体吸收急剧减少。之后,暂停对于反应器的mecl补充,然后经由排气线路将反应器中的过量压力释放。接下来,用mecl加压至3巴过量压力,然后继续反应。在2.5小时后,气体吸收再度降到零;反应器中留下透明黄色熔体,其中再也看不到金属铟。因此将气体供应停止然后使反应器冷却至室温过夜。隔天将反应器重新加热至180℃并用mecl加压至2巴过量压力,但没有进一步的气体吸收发生。因此为了终止反应,将气体入口关闭、搅拌器停止,然后使反应混合物冷却至室温,由此反应产物在约100℃下凝固。将反应器的剩余过量压力释放,然后将反应器排气以移除残余氯甲烷和挥发性次要产物。接下来,用氩气将反应器带至常压、通过加热至150℃使反应产物熔化然后以液态从反应器释出。

获得545.7g灰白色固体产物。根据nmr的纯度:97.6%。

1h-nmr(600mhz,cd3cn)δ=0.09ppm(ch3)2incl,0.19ppm(ch3)incl2,比率为1.08:1;此对应的组成为约33%me2incl和67%meincl2。元素分析:in58.8;c8.29;h2.13;cl30.0。(计算值:in59.3;c8.4;h2.1;cl30.2)

1.2.制备三氯化三甲基二铟

将300.0g(2.61mol)的铟提供于1l压力反应器中,将反应器排气并用氩气通气至常压。接着,在氩逆向流中将呈固体的150.0gme3in2cl3(来自先前批次)加入反应器中。将反应器再度排气然后将2.0巴氯甲烷(过量压力,对应于3.0巴绝对压力)加入并将反应混合物加热至200℃同时搅拌。在此过程中,铟和me3in2cl3会熔化。反应立即开始,证据为剧烈气体吸收和me3in2cl3的橘色着色。在反应期间,根据消耗将mecl馈入反应器中并且在最高0.5l/min下达到设定目标过量压力。在约一小时后,将压力设定为3巴的目标过量压力,再过一小时后,将目标过量压力升至3.5巴。在约三小时后,通过将反应器冷却至室温过夜而使反应暂停;反应熔体中仍看得见少量金属铟。

第二天,将mecl目标过量压力设定为2.0巴,然后通过加热至200℃并且再次引入mecl而使反应重新开始。在约两小时后,将目标过量压力升至3.0巴。在另外两小时后,绿黄色反应熔体中再也看不到金属铟,但使反应再持续约1.5小时,直到再也没有mecl被吸收。

将气体供应关闭、将反应器中的过量压力释放、然后在mecl氛围中将所生成浅棕色熔体冷却至室温,由此使反应产物在约100℃下凝固。之后,将反应器排气然后用氩气通气以移除剩余的氯甲烷和挥发性次要产物。通过加热至约150℃而使固化的熔体再度熔化,然后以液态从反应器中释出。产生594.8g白色固体状产物。此对应于91.5%产率(相对于总铟使用量,即金属铟+me3in2cl3)。纯度根据nmr为99.1%1h-nmr(600mhz,cd3cn)δ=0.08ppm(ch3)2incl,0.17ppm(ch3)incl2,比率为1.5:1;此对应的组成为约40.5%me2incl和59.5%meincl2。元素分析:in59.7;cl27.5;h2.3;c8.82(计算值in59.8;cl29.0;h2.3;c8.7)。

1.3.制备三氯化三甲基二铟

将300.1g(2.62mol)的铟装入1l压力反应器中然后将反应器排气并用氯甲烷通气至常压。接着,在氩逆向流中将呈固体的299.4gme3in2cl3(来自先前批次)加入反应器中。接着,将2巴氯甲烷(过量压力,对应于3巴绝对压力)加入并将反应混合物加热至200℃同时搅拌。在此过程中,me3in2cl3和铟会熔化。反应立即开始,证据为液体me3in2cl3的橘色着色和开始吸收气体。之后将压力设定为3巴的标称过量压力然后用最高0.5l/minmecl馈入。

将反应混合物保持在190至200℃的反应温度,直到反应器中再也看不到金属铟。

接着将气体供应关闭、将反应器的过量压力释放、然后在mecl氛围中将所生成熔体冷却至室温,由此使反应产物在约100℃下凝固。之后,将反应器排气然后用氩气通气以移除剩余氯甲烷和挥发性次要产物。通过加热至160℃而使固化的反应产物再度熔化,然后以液态从反应器中释出。产生713.14g白色固体状产物。此对应于90.2%产率(相对于总铟使用量,即金属铟+me3in2cl3)。1h-nmr(600mhz,cd3cn)δ=0.08ppm(ch3)2incl,0.19ppm(ch3)incl2,比率为1.3:1;此对应的组成为约37%me2incl和63%meincl2。元素分析:in60.1;cl29.2;c8.6;h2.2。(计算值in59.6;cl29.6;c8.7;h2.2)。此外,可从反应器盖上刮下66.71g的白色固体(对应于8.9%铟使用量),识别出其为氯化二甲基铟(根据nmr为93%纯度)。1h-nmr(600mhz,cd3cn)δ=0.00ppm(ch3)2incl,元素分析:in64.0;cl20.4;c12.9;h3.2。(计算值in63.3;cl20.8;c12.8;h3.2)。

1.4制备三氯化三甲基二铟

将150.0g(1.31mol)的铟提供于1l压力反应器中然后将反应器排气并用氯甲烷通气至常压。接下来,将液态300.0g(0.79mol)me3in2cl3(来自先前批次)经由加热至150℃的滴液漏斗加入反应器中。接着,将0.3巴氯甲烷(过量压力,对应于1.3巴的绝对压力)加入然后将反应混合物加热至200℃同时搅拌。在此过程中,铟会熔化。反应立即开始,证据为剧烈气体吸收。随后将压力设定为3巴的目标过量压力然后馈入最高0.5l/minmecl,虽然反应的气体吸收一开始剧烈到可能无法达到目标压力。在约三小时后,反应不再吸收任何气体,并且反应器中再也看不到金属铟。

将气体供应关闭、将反应器的过量压力释放、然后在mecl氛围中将所生成浅棕色熔体冷却至室温,由此使反应产物在约100℃下凝固。之后,将反应器排气三次并且每次都用氩气通气以移除剩余氯甲烷和挥发性次要产物。通过加热至约150℃而使凝固的熔体再度熔化,然后以液态从反应器中释出。

产生540.49g白色、稍带棕色固体状产物。此对应于98.8%产率(相对于总铟使用量,即金属铟+me3in2cl3)。

1h-nmr(600mhz,cd3cn)δ=0.08ppm(ch3)2incl,0.18ppm(ch3)incl2,比率为1.4:1;此对应的组成为约38%me2incl和62%meincl2。元素分析:in59.7;cl29.8。(计算值in59.7;cl29.3)。

1.5制备三氯化三甲基二铟(半连续实验)

将150.2g(1.31mol)的铟装入1l压力反应器中,并且将反应器排气。经由滴液漏斗将353.0g液态me3in2cl3释放至反应器中。接下来,将氯甲烷供应开启(标称过量压力3巴)并且将反应混合物热至200℃同时搅拌。将反应混合物在190至200℃的反应温度下保持两个半小时,直到反应器中再也看不到金属铟并且反应再也不会吸收气体。在反应温度下将反应混合物搅拌另外两小时并且不供应气体,由此使反应器中的压力减低并且将380g液态me3in2cl3从反应器中释出。将其余me3in2cl3(约220g)留在反应器中。将反应器冷却至室温过夜。将此程序连续重复三次。针对此目的,每次将150.0g的铟加入留在反应器的me3in2cl3中,通过加热至反应温度并再度开始气体供应来重新开始反应,并且根据反应时间每次将约250gme3in2cl3(对应于1.3mol铟)从反应器释出两次。在最后一次程序期间,通过从反应器释出所有me3in2cl3来终止实验。

总共分离出1280g的me3in2cl3。1h-nmr(600mhz,cd3cn)δ=0.08ppm(ch3)2incl,0.17ppm(ch3)incl2;根据1h-nmr的平均组成:40.2%me2incl和59.8%meincl2。元素分析:in60.1;cl28.8,对应于6.67mol铟。此对应于94.3%产率(相对于7.07mol的总铟使用量)。

2.将me3in2cl3进一步处理以提供me3in

2.1.使me3in2cl3与meli反应以提供liinme4

在0℃下将1430mg的me3in2cl3(3.75mmol)加入12ml的meli溶液(1.565mol/l在二乙醚中)中。在室温下搅拌约1小时后,将悬浮液过滤(不使用celite)并且使滤液与溶剂分开。分离出1128mg的无色固体(对应于6.2mmolliinme4,产率:83%)。

2.2.使liinme4与me3in2cl3反应以提供me3in

将947mg的liinme4(5.2mmol,来自实施例2.1)和660mg的me3in2cl3(1.73mmol)提供于125ml巴氏高压罐(parrbomb)中并且与10ml的戊烷混合。之后,将巴氏高压罐浸于预热至70℃的油浴中然后在此温度下搅拌两小时。在70℃下,可观察到具有灰色固体(licl和杂质)的透明液体,其在冷却至室温时凝固成晶浆(crystalpulp)。将巴氏罐的液体组分冷凝于冷阱(rt→-78℃)中,然后在高真空中在-8℃(氯化钠和冰混合物)下将戊烷溶剂移除。可能有980mg的无色固体分离出来,其仅受到痕量的氯化锂污染。此对应于6.1mmol/产率:70%三甲基铟。

2.3.使liinme4与me2incl反应以形成me3in

将1079mg的liinme4(5.9mmol)和1067mg的me2incl(5.9mmol)提供于125ml巴氏高压罐中并且与20ml的戊烷混合。之后,将巴氏高压罐浸于预热至70℃的油浴中然后在此温度下搅拌过夜。在70℃下,可观察到稍微混浊的悬浮液,其在冷却至室温时凝固成晶浆。将巴氏罐的挥发性组分冷凝于冷阱(rt→-78℃)中,然后在高真空中在-8℃(氯化钠和冰混合物)下将戊烷溶剂移除。可能有1591mg的无色固体分离出来(10.0mmol,产率:81%三甲基铟)。

2.4.由me3in2cl3合成三甲基铟

在保护性气体下,将在20ml鲨烯中的3.36g(8.8mmol)的me3in2cl3和3.19g(54.9mmol)的kf提供于100ml三颈烧瓶中。将2.05g(28.4mmol)的me3al(溶于6ml鲨烯中)经由滴液漏斗逐滴加入同时搅拌。在完成加入后,随即将反应混合物加热至80℃历时3小时,此时细致、无色晶体已经沉淀在烧瓶的较冷表面上。之后,在设备上方小心进行抽真空,并且使三甲基铟升华至用液态氮冷却的接收烧瓶中。可能有2.60g(16.3mmol,92.6%产率)无色、结晶固体状三甲基铟分离出来。所获得的产物仍含有少量的me3al杂质。1h-nmr(c6d6):-0.23ppm(ch3)3in。

2.4.在格任亚反应(grignardreaction)中由me3in2cl3合成三甲基铟

在保护性气体下,将在50ml无水thf中的10.0g(26.2mmol)me3in2cl3提供于具备回流冷凝器的250ml三颈烧瓶中。将27.1ml(81.2mmol,3.1当量)的3摩尔memgi溶液(在二乙醚中)经由滴液漏斗缓慢逐滴加入以使得产生恒定回流。在结束加入后,在回流下将反应混合物再加热一小时以完成反应。之后,将反应混合物冷却至室温、以及将滴液漏斗和回流冷凝器从烧瓶取下、然后以用液态氮冷却的接收烧瓶替换。在真空中在将反应容器缓慢加温至180℃,将所生成的三甲基铟二乙醚加成物蒸馏至接收烧瓶中。为了将三甲基铟分离出来,接着将一些无水苯加入加成物中,然后在vigreux管柱中通过分馏将溶剂分离出来。

3.将me3in2cl3进一步处理成二甲基氨基丙基二甲基铟(dadi)

3.1.通过升华分离me2incl与me3in2cl3

将舒伦克瓶(schlenkflask)中的1050mg(2.76mmol)的me3in2cl3浸于加热至170至180℃的油浴中过夜。无色固体再升华于舒伦克瓶的较冷区域上。在冷却至室温后,底部可观察到冷却的熔体。升华固体(me2incl,经由1h-nmr识别出来)的质量:160mg(0.89mmol,产率:32%)。冷却熔体的质量:860mg。

3.2.在kcl存在下,通过升华分离me2incl与me3in2cl3

在140℃下,将1.60g(4.20mmol)的me3in2cl3连同0.44g(5.91mmol)的kcl一起熔于装配有升华管的舒伦克瓶中,直到获得透明均质熔体。在冷却至室温后,将整个系统排气至10-3毫巴,然后将凝固的熔体缓慢加热至190℃。由此,固体开始熔化,同时在升华管中可观察到无色固体的再升华。在约两小时后,熔体已转变成无色固体,并且升华抵达终点。从升华管可获得1.12g(6.22mmol,产率:99%)无色固体状的me2incl,这经由1h-nmr所识别。

3.3.使me2incl与氯化二甲基氨基丙基镁反应

在500ml三颈烧瓶中,将150ml的经干燥thf和5.26g(216mmol,1.95当量)的镁刨屑容置其中并且加热至回流。

在加入一铲尖碘来活化镁后,将15.55g(126mmol,1.14当量)的3-二甲基氨基丙基氯缓慢逐滴加入,接着在回流下将反应混合物再加热2.5小时。在将反应混合物冷却至室温后,将溶于150ml经干燥thf中的20.00g(111mmol)me2incl在30分钟内逐滴加入,然后在室温下将所得反应溶液搅拌20小时。

之后,在真空中将thf移除,将残余物悬浮于100ml的经干燥己烷中,在室温下搅拌2小时,使用反向熔块(reversefrit)将所生成白色固体分离出来,然后洗涤两次(每次用50ml的经干燥己烷)。在真空中将透明滤液浓缩至干然后在80℃以及5毫巴下蒸馏以进行纯化。获得呈透明液体的dadi(19.7g,85.3mmol,产率:77%)。

3.4使me2incl与3-二甲基氨基丙基锂反应

在500ml三颈烧瓶中,将75ml的经干燥thf和1.16g(170mmol,3当量)的锂刨屑容置其中并且加热至回流。

在达到回流后,将10.12g(83.2mmol,1.5当量)的3-二甲基氨基丙基氯缓慢逐滴加入,接着在回流下将反应混合物再加热2.5小时。在将反应混合物冷却至室温后,将溶于75ml经干燥thf中的10.00g(55.4mmol)me2incl在30分钟内逐滴加入,然后在室温下将所得反应容液搅拌20小时。

之后,在真空中将thf移除,将残余物悬浮于100ml的经干燥戊烷中,在室温下搅拌2小时,然后使用反向熔块将所生成白色固体分离出来、然后洗涤两次(每次用50ml的经干燥戊烷)。在真空中将透明滤液浓缩至干然后在80℃下蒸馏以进行纯化。获得透明液体状dadi。

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