EP2828270A1 - Verfahren zur herstellung von aminoalkylalkoxysilanen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von aminoalkylalkoxysilanen

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Publication number
EP2828270A1
EP2828270A1 EP13709393.6A EP13709393A EP2828270A1 EP 2828270 A1 EP2828270 A1 EP 2828270A1 EP 13709393 A EP13709393 A EP 13709393A EP 2828270 A1 EP2828270 A1 EP 2828270A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
general formula
carbon atoms
atoms
ammonia
reaction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13709393.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Elke Fritz-Langhals
Sotirios KNEISSL
Jürgen STOHRER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wacker Chemie AG
Original Assignee
Wacker Chemie AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wacker Chemie AG filed Critical Wacker Chemie AG
Publication of EP2828270A1 publication Critical patent/EP2828270A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F7/00—Compounds containing elements of Groups 4 or 14 of the Periodic Table
    • C07F7/02—Silicon compounds
    • C07F7/08—Compounds having one or more C—Si linkages
    • C07F7/18—Compounds having one or more C—Si linkages as well as one or more C—O—Si linkages
    • C07F7/1804—Compounds having Si-O-C linkages
    • C07F7/1872—Preparation; Treatments not provided for in C07F7/20
    • C07F7/188—Preparation; Treatments not provided for in C07F7/20 by reactions involving the formation of Si-O linkages
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F7/00—Compounds containing elements of Groups 4 or 14 of the Periodic Table
    • C07F7/02—Silicon compounds
    • C07F7/08—Compounds having one or more C—Si linkages
    • C07F7/18—Compounds having one or more C—Si linkages as well as one or more C—O—Si linkages
    • C07F7/1804—Compounds having Si-O-C linkages

Definitions

  • the invention relates to the preparation of aminoalkylalkoxysilanes from the corresponding halo (haloalkyl) silanes by reaction with ammonia or organic amines and of alcohol.
  • Aminoalkylalkoxysilanes are important intermediates in the art.
  • the amine functionality allows the linkage with other synthesis building blocks, for example, for the construction of copolymers.
  • Alkoxy groups on the silicon take over the function of attachment to Polysiloxangerüste.
  • Starting materials for the synthesis of the aminoalkylalkoxysilanes are usually the corresponding alkoxy (haloalkyl) silanes which are converted into the aminoalkylalkoxysilanes using ammonia or of organic amines.
  • Alkoxy (haloalkyl) silanes required for the amination are prepared in the art via a separate, independent alkoxylation process.
  • 2003246789 describes the use of ammonia or organic amines in the alkoxylation, but this only serves to remove hydrogen chloride in the preparation of the corresponding alkoxychloroalkylsilanes,
  • aminoalkylalkoxysilanes as also disclosed in J. Org. Chem, 1971, 36, 3120-3126 - obtained by alcoholysis of silazanes.
  • the added alcohol does not participate in the reaction but serves only as an inert additive.
  • Starting material are the corresponding alkoxysilanes, which have an independent
  • the invention relates to a process for the synthesis of Arainoalkylalkoxysilanen of the general formula I.
  • R and R ' are hydrogen or a hydrocarbon radical having 1 to 12 C atoms, where nonadjacent carbon atoms may be replaced by nitrogen atoms or oxygen atoms,
  • R 1 hydrocarbon radical having 1 to 8 carbon atoms, where not
  • adjacent carbon atoms can be replaced by oxygen
  • Carbon atoms can be replaced by oxygen
  • X is a bivalent alkyl group having 1 to 12 C atoms
  • Y and Z are halogen
  • n are the values 0, 1 or 2.
  • the process offers the advantage that the ammonium halide formed remains partially or even completely dissolved in the presence of alcohol, so that the caking of ammonium chloride or amine hydrochlorides which hinders the reaction, as described for example in EP 1295889 in aminations, is avoided.
  • R and R ' are preferably independently of one another hydrogen or unbranched, branched or cyclic saturated or unsaturated alkyl group, aryl group or aralkyl group,
  • R and R ' have 1 to 6 carbon atoms.
  • R and R ' are hydrogen or alkyl group having 1 to 6 carbon atoms with non-adjacent carbon atoms through
  • Nitrogen can be replaced.
  • Examples of compounds of general formula III are ammonia, methylamine, ethylamine, n-propylamine, i-propylamine, n-butylamine, i-butylamine, tert. Butylamine, cyclohexylamine, 1,2-diaminoethane, 1, 2-diaminopropane, 1, 3-diaminopropane, 1,4-diaminobutane.
  • X is a divalent unbranched, branched or cyclic saturated or unsaturated alkyl group having 1 to 12 carbon atoms. More preferably, X is a divalent
  • R 1 is a
  • Phenyl group very particularly preferably R ⁇ is a
  • R 2 is a linear or branched alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, non-adjacent carbon atoms may be replaced by oxygen. Particularly preferred
  • R 2 is a linear or branched alkyl group having 1 to 5 C atoms, preferably 1 to 2 C atoms may be replaced by oxygen. Particularly preferred are alkyl groups having 1 to 5 carbon atoms, more preferably 1 C atom is replaced by oxygen.
  • radicals R 2 are methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, 2-methoxyethyl or 2-methoxypropyl.
  • Y is preferably Cl or Br, particularly preferably Cl.
  • Z is preferably Cl or Br, particularly preferably Cl.
  • the process according to the invention is preferably carried out at temperatures of at least 30 ° C., more preferably of at least 50 ° C. and very particularly preferably of at least 70 ° C., and more preferably not more than 230 ° C., more preferably not more than 200 ° C., very particularly preferably not exceeding 170 ° C,
  • Aminoalkylalkoxysilanes of the general formula I is preferably at least 5 minutes, more preferably at least 10 minutes, most preferably at least 20 minutes, and preferably at most 100 hours, more preferably at most 30 hours, and most preferably at most 15 hours.
  • the pressure in the preparation of the aminoalkylalkoxysilanes of the general formula I is preferably at least 1 bar and at most 200 bar, more preferably at most 120 bar, in particular at most 90 bar. All stated pressures are absolute values.
  • the process according to the invention can be carried out, for example, as a batch reaction, as a semibatch reaction or continuously.
  • the reactants can be mixed simultaneously.
  • the reactants can be mixed simultaneously.
  • Alcohol of the general formula IV and ammonia or organic amine of the general formula III are presented as a mixture and then mixed with the silane of the general formula II, this can be done at ambient temperature or at elevated temperature.
  • the addition of the silane of the general formula II takes place at elevated temperature.
  • the reaction is carried out with mixing.
  • the mixing method known to those skilled in the art can be used.
  • the mixing can be done by stirring.
  • the reaction according to the invention can also be continuous
  • ammonia or organic amine is the
  • the excess of ammonia or organic amine used of the general formula III is preferably at most 200 equivalents, particularly preferably at most 100 equivalents.
  • the alcohol of the general formula IV is preferably at most 200 equivalents, particularly preferably at most 100 equivalents.
  • the alcohol of the general formula IV is preferably used in a molar amount of the group Z in the silane used general formula II of a maximum of 30 equivalents, particularly preferably used by a maximum of 15 equivalents.
  • solvents for example solvents, in proportions by weight of at least 1% and at most 500%, preferably at least 10% and at most 100%, based on the total reaction mass.
  • these components may be added before, during or after the reaction. They are preferably inert, i. there is no reaction with the reactants,
  • Examples of preferred solvents are saturated or olefinically or aromatically unsaturated linear or
  • Alkanes or their isomers or isomer mixtures Shellsol ® or Sarasol ® from Shell, solvent of the hydro-Seal ® -., Isane ® -, Ketrul ® -, Kerdane ® -, Spirdane ® - or Solvarex ® series from the company Total, heat transfer oils. eg Marlotherm ® SH Fa.
  • AVIA ⁇ , ⁇ - bis (trimethylsilyl) terminated poly (dimethylsiloxanes), such as WACKER AK oils, methyl tert-butyl ether, hydrofuren tetra-, 1,4-dioxane, ethylene glycol dibutyl ether, dioctyl ethers, diphenyl ethers, dibenzyl ethers, the isomeric ditolyl ethers, preferably as isomer mixtures.
  • WACKER AK oils methyl tert-butyl ether
  • hydrofuren tetra-, 1,4-dioxane ethylene glycol dibutyl ether
  • dioctyl ethers diphenyl ethers
  • dibenzyl ethers dibenzyl ethers
  • the isomeric ditolyl ethers preferably as isomer mixtures.
  • the aminoalkylalkoxysilane of the general formula I is partly or completely present at the end of the reaction as ammonium alkylalkoxysilane-halide.
  • the isolation of the aminoalkylalkoxysilane of the general formula I can be carried out in a manner known to those skilled in the art. The separation of formed in the reaction
  • Ammonium halide can be made, for example, by crystallization.
  • precipitants such as organic solvents can be used.
  • Another possibility is to add suitable bases after the reaction, which convert the ammonium alkylalkoxysilane halide into the aminoalkylalkoxysilane.
  • reaction mixture after the reaction as a base alkali metal alcoholate
  • the solid alkali metal halide formed is separated, for example, by filtration or by centrifugation and the liquid phase for purification of the product of the general formula I.
  • Formulas is the silicon atom tetravalent.
  • example 1 212 g (6.63 mol) of methanol are introduced into a 1 l autoclave, 269 g (15.8 mol) of ammonia are introduced in liquid form and the mixture is heated to 133 ° C. A pressure of 54 bar is reached. 4 g (0.54 mol) of chloro- (3-chloropropyl) -dimethylsilane in 20 min and allowed to after-react for a further 70 min at 133 ° C.
  • reaction mixture is analyzed by NMR spectroscopy in d4 -methanol: relative Proportion of (3-aminopropyl) methoxydimethylsilane 88%, di-3- (dimethylmethoxysilyl) propylamine 12%, tri-3- (dimethylmethoxysilyl) propylamine about 0.5%, conversion 99.7.
  • reaction mixture is neutralized with 194 g of a 30% sodium methoxide solution in methanol, filtered from the solid and the solution fractionally distilled,
  • reaction mixture is analyzed by gas chromatography:
  • reaction mixture is analyzed by NMR spectroscopy in d4-methanol: relative proportion (3-aminopropyl) methoxydimethylsilane 76, di-3 - (dimethylmethoxysilyl) propylamine 23%, tri-3 - (dimethylmethoxysilyl) propylamine ca. 2%; Sales> 99.7%.
  • reaction mixture is made alkaline with 30% sodium methylate solution in methanol and the clear product solution is analyzed by gas chromatography: (3-aminopropyl) methoxydimethylsilane 76%, di-3- (dimethylmethoxysilyl) ropylamine 23%, tri-3- ⁇ dimethylmethoxysilyl) propylamine 2% (3-methoxypropyl) methoxydimethylsilane 0.2%.
  • reaction mixture is made alkaline with 30% sodium methylate solution and the clear product solution is analyzed by gas chromatography: (3-aminopropyl) methoxydimethylsilane 76%, di-3- (dimethylmethoxysilyl) propylamine 23%, tri-3 - (dimethylmethoxysilyl) ropylamine 1 %, (3-methoxypropyl) methoxydimethylsilane 0.3%.
  • reaction solution was analyzed by NMR spectroscopy in d4-methanol: relative proportion (3-aminopropyl) methoxydimethylsilane 80%, di-3- (dimethylmethoxysilyl) propylamine 20%, conversion> 99.9%.
  • Chloro- (3-chloropropyl) dimethylsilane in 110 min. to and leaves at 133 ° C for 90 min. afterreact.
  • the final pressure is 60 bar.
  • Evaporate ammonia at 42-48 ° C and then pumped 581 g (1.71 Mol) of a 20% sodium ethylate solution in ethanol in the autoclave and allowed at 56 to 72 ° C 45 min, to react.
  • reaction solution is analyzed by NMR spectroscopy in d-methanol: relative proportion (3-aminopropyl) ethoxydimethylsilane 69, di-3- (dimethylmethoxysilyl) ropylamine 29%, tri-3- (dimethylmethoxysilyl) propylamine 2%; Sales quantitatively.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Synthese von Aminoalkylalkoxysilanen der allgemeinen Formel I RR'N-X-Si(R1)n(OR2)3-n, und deren Hydrohalogeniden, durch Umsetzung der Halogen (alkylhalogen) silane der allgemeinen Formel II Y-X-Si(R1)nZ3-n II, mit Ammoniak oder einem organischen Amin der allgemeinen Formel III, R-NH-R', und einem Alkohol der allgemeinen Formel IV, R2-OH, wobei R und R' Wasserstoff oder Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 12 C- Atomen, wobei nicht benachbarte Kohlenstoffatome durch Stickstoffatome oder Sauerstoffatome ersetzt sein können, R1 Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 8 C-Atomen, wobei nicht benachbarte Kohlenstoffatome durch Sauerstoffe ersetzt sein können, R2 Alkylgruppe mit 1 bis 8 C-Atomen, wobei nicht benachbarte Kohlenstoffatome durch Sauerstoffe ersetzt sein können, X eine zweiwertige Alkylgruppe mit 1 bis 12 C-Atomen, Y und Z Halogen und n die Werte 0, 1 oder 2 bedeuten.

Description

Verfahren zur Herstellung von Aminoalkylalkoxysilanen
Die Erfindung betrifft die Herstellung von Aminoalkylalkoxysilanen aus den entsprechenden Haloge (halogenalkyl) silanen durch Umsetzung mit Ammoniak oder organischen Aminen und von Alkohol .
Aminoalkylalkoxysilane sind wichtige Zwischenstu en in der Technik. Die Aminfunktionalität ermöglicht die Verknüpfung mit weiteren Synthesebausteinen, beispielsweise für den Aufbau von Copolymeren. Alkoxygruppen am Silicium übernehmen die Funktion der Anbindung an Polysiloxangerüste .
Ausgangsstoffe für die Synthese der Aminoalkylalkoxysilane sind üblicherweise die entsprechenden Alkoxy (halogenalkyl) silane, die unter Verwendung von Ammoniak oder von organischen Aminen in die Aminoalkylalkoxysilane überführt werden. Die als
Ausgangsstoffe für die Aminierung benötigten Alkoxy (halogenalkyl) silane werden in der Technik über ein eigenes, un- abhängiges Alkoxylierungsverfahren hergestellt.
Sowohl Alkoxylierung als auch Aminierung sind jeweils technisch aufwändige Verfahren, die nur in speziellen Apparaturen durchgeführt werden können.
Die Alkoxylierungen benötigen Apparaturen, die gegenüber Halogenwasserstoffsäuren beständig sind. Nebenreaktionen, etwa die Bildung von Wasser durch Umsetzung des verwendeten Alkohols mit gebildetem Halogenwasserstoff zu Alkylhalogenid können nur über spezielle Verfahrensvarianten, z.B. Gegenstromverfahren, verhindert werden, die dafür sorgen, dass Halogenwasserstoff rasch aus dem Reaktionsgemisch entfernt wird, DE 60315982 T2 beschreibt beispielsweise eine Vorrichtung zur Herstellung von 3-Chlorpropylalkoxysilanen aus den entsprechenden Chlor- {3- chlorpropyl) silanen nach dem Gegenstromprinzip. In JP
2003246789 ist die Verwendung von Ammoniak oder organischen Aminen bei der Alkoxylierung beschrieben, jedoch dient diese nur der Entfernung von Chlorwasserstoff bei der Darstellung der entsprechenden Alkoxychloralkylsilane ,
Für die Aminierungen werden dagegen Apparaturen benötigt, die in basischem Milieu stabil sind. Aufgrund des niedrigen Siede- punkts insbesondere von Ammoniak und niedermolekularen Aminen werden diese Umsetzungen zur Erreichung kurzer Reaktionszeiten bzw. hohem Umsatz großtechnisch in Stahlautoklaven unter zumeist hohem Druck durchgeführt. Grundlegende Arbeiten hierzu sind von Speier et al. in J.Org. Chem. 1971, 36, 3120-3126 beschrieben.
Ferner können Aminoalkylalkoxysilane - wie ebenfalls in J.Org. Chem, 1971, 36, 3120-3126 berichtet - durch Alkoholyse von Silazanen erhalten werden.
In DE 2521399 ist die Synthese von Aminoalkylalkoxysilanen ausgehend von Tri- und Dialkoxy (chloralkyl) silanen in Gegenwart von Alkohol als Lösungsmittelzusatz beschrieben,
Der zugesetzte Alkohol nimmt nicht an der Reaktion teil sondern dient nur als inerter Zusatz. Ausgangsmaterial sind die entsprechenden Alkoxysilane , die über einen unabhängigen
Reaktionsschritt hergestellt wurden.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Synthese von Arainoalkylalkoxysilanen der allgemeinen Formel I
RR' N-X-Si (R1 ) n (OR2 ) 3_n I , und deren Hydrohalogeniden,
durch Umsetzung der Halogen (alkylhalogen) silane der allgemeinen Formel II
Y-X-Si(R1)nZ3_n II, mit Ammoniak oder einem organischen Amin der allgemeinen Formel
R-NH-R' II , und einem Alkohol der allgemeinen Formel IV, R2 -OH , wobei
R und R' Wasserstoff oder Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 12 C- Atomen, wobei nicht benachbarte Kohlenstoffatome durch Stickstoffatome oder Sauerstoff tome ersetzt sein können,
R1 Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 8 C-Atomen, wobei nicht
benachbarte Kohlenstoffatome durch Sauerstoffe ersetzt sein können,
R2 Alkylgruppe mit 1 bis 8 C-Atomen, wobei nicht benachbarte
Kohlenstoffatome durch Sauerstoffe ersetzt sein können, X eine zweiwertige Alkylgruppe mit 1 bis 12 C-Atomen,
Y und Z Halogen und
n die Werte 0, 1 oder 2 bedeuten.
Die Umsetzung der Halogen- (halogenalkyl) silane zu den
Aminoalkylalkoxysilanen der allgemeinen Formel I wird in
Gegenwart von Ammoniak oder organischem Amin und von Alkohol durchgeführt. Diese Verfahrensweise vereinfacht die Darstellung der Aminoalkylalkoxysilane der allgemeinen Formel I erheblich und führt so zu einer Steigerung der Wirtschaftlichkeit.
Es wurde überraschend gefunden, dass die Anwesenheit eines Alkohols in einer durch die Anwesenheit von Ammoniak oder Amin basischen Reaktionsmischung nicht wie zunächst erwartet zu einem nennenswerten Austausch des organisch gebundenen Chlors durch Alkoxygruppen unter Bildung von Alkoxyalkylsilanen führt. Diese Produkte können in den Reaktionsgemischen zwar nachgewie- sen werden, jedoch ist deren Anteil sehr gering und beträgt i.A. weniger als 1 %.
Darüberhinaus wurde überraschend gefunden, dass durch die gleichzeitige Anwesenheit von Alkohol und Ammoniak oder
primärem organischem Amin bei der Aminierung höhere Ausbeuten an Aminoalkylalkoxysilanen der allgemeinen Formel I erhalten werden, als wenn zunächst eine Umsetzung der
Haloge (halogenalkyl) silane mit Ammoniak oder organischen
Aminen durchgeführt wird und deren Umsetzungsprodukte
anschließend mit Alkohol in die Aminoalkylalkoxysilane der allgemeinen Formel I überführt werden. Durch die
erfindungsgemäße gleichzeitige Anwesenheit von Alkohol und Ammoniak bzw. organischem Amin werden niedrigere Anteile an den doppelt am Stickstoff alkylierten Produkten
HN[X-Si(R1)n(OR2)3_n] 2/ bzw. RN [X-Si (R1 ) n (OR2 ) 3 _n] 2 gebildet . Bei der Verwendung von Ammoniak erniedrigt sich durch die gleichzeitige Anwesenheit von Alkohol darüber hinaus der Anteil an dreifach am Stickstoff alkylierten Produkten
N[X-Si (R1)n(0R2) 3 _ n] 3. Dies führt zu höheren Ausbeuten an dem gewünschten Aminoalkylalkoxysilan der allgemeinen Formel I.
Hohe Ausbeuten an einfach alkylierten Produkten werden üblicherweise durch Einsetzen eines großen Überschusses an Ammoniak oder organischem Amin erzielt. In Gegenwart von Alkohol sind wegen der erhöhten Selektivität der Reaktion geringere Überschüsse an Ammoniak oder organischem Amin ausreichend, was zu einer Steigerung der Raum-Zeit-Leistung des Verfahrens führt. Schließlich bewirkt der Zusatz von Alkohol - insbesondere bei Verwendung von niedrig- siedenden aminischen Reaktionspartnern wie z.B. Ammoniak oder Methylamin - bei gegebener Reaktionstemperatur eine deutliche Verminderung des resultierenden Reaktionsdrucks im Vergleich zu der in J. Org. Chem. 1971, 36, 3120-3126 gegebenen Anweisung. Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren auch in Druckreaktoren durchgeführt werden, die eine geringere Druckstabilität aufweisen und deren Bau wesentlich weniger aufwändig ist.
Darüberhinaus bietet das Verfahren den Vorteil, dass das ge- bildete Ammoniumhalogenid in Gegenwart von Alkohol teilweise oder sogar vollständig gelöst bleibt, so dass die beispielswie- se in EP 1295889 bei Aminierungen beschriebenen die Umsetzung behindernden Anbackungen von Ammoniumchlorid oder von Amin- hydrochloriden vermieden werden.
Bevorzugt sind R und R' unabhängig voneinander Wasserstoff oder unverzweigte, verzweigte oder cyclische gesättigte oder ungesättigte Alkylgruppe, Arylgruppe oder Aralkylgruppe ,
Vorzugsweise weisen R und R' 1 bis 6 C-Atome auf. Besonders bevorzugt sind R und R' Wasserstoff oder Alkylgruppe mit 1 bis 6 C-Atomen wobei nicht benachbarte Kohlenstoffatome durch
Stickstoffe ersetzt sein können.
Beispiele für Verbindungen der allgemeinen Formel III sind Ammoniak, Methylamin, Ethylamin, n-Propylamin, i-Propylamin, n- Butylamin, i-Butylamin, tert . -Butylamin, Cyclohexylamin, 1,2- Diaminoethan, 1 , 2-Diaminopropan, 1, 3-Diaminopropan, 1,4- Diaminobutan. Bevorzugt ist X eine zweiwertige unverzweigte, verzweigte oder cyclische gesättigte oder ungesättigte Alkylgruppe mit 1 bis 12 C-Atomen. Besonders bevorzugt ist X eine zweiwertige
unverzweigte oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 8 C-Atomen, besonders bevorzugt mit 1 bis 4, ganz besonders bevorzugt mit 2 oder 3 C-Atomen, ist bevorzugt eine lineare, verzweigte oder cyclische, gesättigte oder ungesättigte Alkylgruppe mit 1 bis 8 C-Atomen oder Arylrest oder Aralkylrest. Bevorzugt ist R^ eine
gesättigte oder ungesättigte Alkylgruppe mit 1 bis 6 C-Atomen oder ein Arylrest. Besonders bevorzugt ist R^- eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 C-Atomen oder eine Vinylgruppe oder eine
Phenylgruppe, ganz besonders bevorzugt ist R-^ eine
Methylgruppe .
Bevorzugt ist R2 eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 8 C-Atomen hat, wobei nicht benachbarte Kohlenstoffatome durch Sauerstoffe ersetzt sein können. Besonders bevorzugt ist
R2 eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 5 C- Atomen, wobei bevorzugt 1 bis 2 C-Atome durch Sauerstoffe ersetzt sein können. Besonders bevorzugt sind Alkylgruppen mit 1 bis 5 C-Atomen, wobei besonders bevorzugt 1 C-Atom durch Sauerstoff ersetzt ist.
Beispiele für Reste R2 sind Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl 2-Methoxyethyl oder 2 -Methoxypropyl .
Bevorzugt ist Y Cl oder Br, besonders bevorzugt Cl.
Bevorzugt ist Z Cl oder Br, besonders bevorzugt Cl. Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt bei Temperaturen von mindestens 30°C, besonders bevorzugt von mindestens 50°C und ganz besonders bevorzugt bei mindestens 70 °C durchgeführt, und bevorzugt höchstens bei 230°C, besonders bevorzugt bei höchstens 200°C, ganz besonders bevorzugt bei höchstens 170°C ausgeführt ,
Die Reaktionszeit bei der Herstellung der
Aminoalkylalkoxysilane der allgemeinen Formel I beträgt bevorzugt mindestens 5 Minuten, besonders bevorzugt mindestens 10 Minuten, ganz besonders bevorzugt mindestens 20 Minuten, und bevorzugt höchstens 100 Stunden, besonders bevorzugt höchstens 30 Stunden und ganz besonders bevorzugt höchstens 15 Stunden. Der Druck bei der Herstellung der Aminoalkylalkoxysilane der allgemeinen Formel I beträgt bevorzugt mindestens 1 bar und höchstens 200 bar, besonders bevorzugt höchstens 120 bar, insbesondere höchstens 90 bar. Alle angegebenen Drucke sind Absolutwerte .
Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise als Batchreaktion, als Semibatch-Reaktion oder kontinuierlich ausgeführt werden.
Beispielsweise können die Reaktionspartner gleichzeitig ver- mischt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform können
Alkohol der allgemeinen Formel IV und Ammoniak bzw. organisches Amin der allgemeinen Formel III als Mischung vorgelegt und dann mit dem Silan der allgemeinen Formel II versetzt werden, Dies kann bei Umgebungstemperatur oder bei erhöhter Temperatur erfolgen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Zugabe des Silans der allgemeinen Formel II bei erhöhter Temperatur. Vorzugsweise wird die Reaktion unter Durchmischung durchgeführt. Hierbei können die dem Fachmann bekannten Mischverfahren angewendet werden. Beispielsweise kann die Durchmischung durch Rühren erfolgen.
Die erfindungsgemäße Reaktion kann auch kontinuierlich
durchgeführt werden. Hierbei eignen sich die dem Fachmann bekannten technischen Ausführungen, beispielsweise Rohrreaktoren, Schlaufenreaktoren oder Rührkesselkaskaden. Vorzugsweise wird Ammoniak oder organisches Amin der
allgemeinen Formel III mindestens in der zu dem molaren
Halogenanteil Y und Z des eingesetzten Silans der allgemeinen Formel II stochiometrischen Menge eingesetzt.
Besonders bevorzugt ist jedoch die Verwendung eines Überschus- ses von mindestens 2 Äquivalenten bezogen auf die molare Halogenmenge Y und Z des eingesetzten Silans der allgemeinen Formel II, da dadurch - wie oben ausgeführt - höhere Ausbeuten an den gewünschten Monoalkylierungsprodukten der allgemeinen Formel I gebildet werden. Bei Verwendung von Ammoniak ist ein Überschuss von mindestens 5 Äquivalenten bevorzugt.
Der Überschuss an eingesetztem Ammoniak bzw. organischem Amin der allgemeinen Formel III beträgt bevorzugt höchstens 200 Äquivalente, besonders bevorzugt höchstens 100 Äquivalente, Vorzugsweise wird der Alkohol der allgemeinen Formel IV
mindestens in einer dem molaren Anteil der Gruppierung Z im eingesetzten Silan der allgemeinen Formel II stochiometrischen Menge eingesetzt. Besonders bevorzugt sind Alkoholmengen von mindestens 1,1 Äquivalenten, ganz besonders bevorzugt von mindestens 1,5 Äquivalenten.
Bevorzugt wird der Alkohol der allgemeinen Formel IV in einer molaren Menge der Gruppierung Z im eingesetzten Silan der allgemeinen Formel II von maximal 30 Äquivalenten, besonders bevorzugt von maximal 15 Äquivalenten eingesetzt.
Es können weitere Komponenten, beispielsweise Lösungsmittel, in Gewichtsanteilen von mindestens 1 % und höchstens 500 %, bevorzugt mindestens 10 % und höchstens 100 % bezogen auf die Gesamtreaktionsmasse eingesetzt werden. Diese Komponenten können vor, während oder nach der Umsetzung zugesetzt werden. Sie sind vorzugsweise inert, d.h. es erfolgt keine Reaktion mit den Reaktionspartnern,
Beispiele für bevorzugte Lösungsmittel sind gesättigte oder olefinisch oder aromatisch ungesättigte lineare oder
verzweigte, acyclische oder cyclische Gruppen aufweisende
Kohlenwasserstoffe, Ether , Nitrile, Sulfoxide, Sulfone, oder aryl- oder alkylterminierte Siloxane,
Beispiele für bevorzugte Lösungsmittel sind die C$ bis C30 n-
Alkane oder deren Isomere oder Isomerengemische, Shellsol® oder Sarasol® der Fa. Shell, Lösungsmittel der Hydroseal®-, Isane®-, Ketrul®-, Kerdane®-, Spirdane®- oder Solvarex®-Serie der Fa. Total, Wärmeträgeröle, z.B. Marlotherm® SH der Fa. AVIA, α,ω- Bis (trimethylsilyl) terminierte Poly (dimethylsiloxane) , beispielsweise die WACKER AK-Öle, Methyl -tert-butylether, Tetra- hydrofuren, 1,4-Dioxan, Ethylenglycoldibutylether, Dioctyl- ether, Diphenylether, Dibenzylether, die isomeren Ditolylether, bevorzugt als Isomerengemische.
Bevorzugt sind Lösungsmittel, deren Siedepunkt sich von dem Siedepunkt des Aminoalkylalkoxysilans so deutlich
unterscheidet, damit eine einfache destillative Abtrennung möglich ist. Vorzugsweise liegt der Siedepunkt dieser
Lösungsmittel bei Normaldruck mindestens 10 K höher. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt das Aminoalkylalkoxy- silan der allgemeinen Formel I bei Reaktionsende teilweise bis vollständig als Ammoniumalkylalkoxysilan-halogenid vor. Die Isolierung des Aminoalkylalkoxysilans der allgemeinen Formel I kann hieraus in einer dem Fachmann bekannten Weise erfolgen. Die Abtrennung von bei der Umsetzung gebildetem
Ammoniumhalogenid kann beispielsweise durch Kristallisation erfolgen. Hierfür können auch zusätzlich Fällungsmittel, beispielsweise organische Lösungsmittel verwendet werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, nach der Reaktion geeignete Basen zuzusetzen, die das Ammoniumalkylalkoxysilan-halogenid in das Aminoalkylalkoxysilan überführen. Die dem Fachmann
bekannten geeigneten Maßnahmen zur Produktisolierung können gegebenenfalls auch kombiniert werden.
In einer bevorzugten Ausführung form wird dem Reaktionsgemisch nach der Reaktion als Base Alkalimetallalkoholat ,
beispielsweise Natriummethylat , zugesetzt, das gebildete feste Alkalimetallhalogenid wird beispielsweise durch Filtration oder durch Zentrifugation abgetrennt und die flüssige Phase zur Reindarstellung des Produkts der allgemeinen Formel I
fraktioniert destilliert.
Alle vorstehenden Symbole der vorstehenden Formeln weisen ihre Bedeutungen jeweils unabhängig voneinander auf. In allen
Formeln ist das Siliciumatom vierwertig.
In den folgenden Beispielen sind, falls jeweils nicht anders angegeben, alle Mengen- und Prozentangaben auf das Gewicht bezogen, alle Drücke 0,10 MPa {abs . ) und alle Temperaturen 20°C.
Beispiel 1 In einem 1 L Autoklaven werden 212 g (6,63 Mol) Methanol vorgelegt, 269 g (15,8 Mol) Ammoniak flüssig eingefüllt und die Mischung auf 133 "C erhitzt. Dabei wird ein Druck von 54 bar erreicht. Man gibt 92,4 g (0,54 Mol) Chlor- (3 -chlorpropyl) - dimethylsilan in 20 min. zu und lässt bei 133°C noch 70 min. nachreagieren. Nach dem Erkalten wird die Reaktionsmischung NMR-spektroskopisch in d4 -Methanol untersucht: relativer Anteil (3 -Aminopropyl) methoxydimethylsilan 88 %, Di-3- (dimethyl- methoxysilyl) propylamin 12 %, Tri-3- (dimethylmethoxysilyl) - propylamin ca. 0,5 %; Umsatz 99,7 .
Das Reaktionsgemisch wird mit 194 g einer 30 %iger Natrium- methylatlösung in Methanol neutralisiert, vom Feststoff abfiltriert und die Lösung fraktioniert destilliert,
Ausbeute 63 g (79 %) , Reinheit > 99,5 %.
Beispiel 2
Wie in Beispiel 1 werden 100 g (584 mMol) Chlor- (3- chlorpropyl) dimethylsilan mit 298 g (17,5 Mol) Ammoniak und 122 g (3,81 Mol) Methanol umgesetzt, die Dosierzeit beträgt 84 Min. Nach Zugabe von 253 g (1,17 mol) Natriummethylatlösung
untersucht man die Reaktionsmischung gaschromatographisch:
(3 -Aminopropyl) methoxydimethylsilan 88 %, Di-3- (dimethylmethoxysilyl) propylamin 12 %, (3 -Methoxypropyl) methoxydimethylsilan 0,3 %.
Beispiel 3
In einem 1 L Autoklaven werden 196 g (6,13 Mol) Methanol vorgelegt, 255 g (15,0 Mol) Ammoniak flüssig eingefüllt und die Mischung auf 133 °C erhitzt. Dabei wird ein Druck von 53 bar erreicht. Man gibt 171 g (1,00 Mol) Chlor- (3 -chlorpropyl) - dimethylsilan in 2 Std. zu und lässt bei 133°C noch 30 min. nachreagieren. Nach dem Erkalten wird die Reaktionsmischung NMR-spektroskopisch in d4 -Methanol untersucht: relativer Anteil (3-Aminopropyl) methoxydimethylsilan 76 , Di-3 - (dimethylmethoxysilyl) propylamin 23 %, Tri-3 - (dimethylmethoxysilyl) - propylamin ca. 2 %; Umsatz > 99,7 %.
Das Reaktionsgemisch wird mit 30 %iger Natriummethylatlösung in Methanol alkalisch gestellt und die klare Produktlösung gas- chromatographisch untersucht: (3-Aminopropyl )methoxydimethyl- silan 76 %, Di-3- (dimethylmethoxysilyl ) ropylamin 23 %, Tri-3- {dimethylmethoxysilyl) propylamin 2 % (3 -Methoxypropyl) - methoxydimethylsilan 0,2 %.
Vergleichsbeispiel 3 (nicht erfindung gemäß)
In einem 1 L Autoklaven werden 273 g (16,1 Mol) Ammoniak flüssig eingefüllt und die Mischung auf 131°C erhitzt. Dabei wird ein Druck von 99 bar erreicht. Man gibt 171 g (1,00 Mol) Chlor- (3 -chlorpropyl) dimethylsilan in 70 min. zu und lässt bei 130°C noch 85 min. nachreagieren. Bei 37 bis 45°C werden in die Reaktionsmischung 720 g 15 %iger Natriummethylatlösung in Methanol gepumpt. Nach dem Erkalten wird die klare Reaktionslösung gas- chromatographisch untersucht: relativer Anteil (3-Aminopropyl) - methoxydimethylsilan 55 %, Di-3 - (dimethylmethoxysilyl) propylamin 39 %, Tri-3- (dimethylmethoxysilyl) ropylamin 6 %.
Beispiel 4
In einem 1 L Autoklaven werden 196 g (6,13 Mol) Methanol vor- gelegt, 259 g (15,2 Mol) Ammoniak flüssig eingefüllt und die Mischung auf 144 °C erhitzt. Dabei wird ein Druck von 69 bar erreicht. Man gibt 171 g (1.00 Mol) 3-Chlorpropyldimethyl- chlorsilan in 1 Std. zu und lässt bei 144-148°C noch 30 min, nachreagieren. Der Druck beträgt bei Reaktionsende 62 bar. Bei 40-50°C wird Ammoniak abgelassen und die Reaktionsmischung mit 170 g Methanol verdünnt. Nach dem Erkalten wird die Reaktionsmischung NMR-spektroskopisch in d4 -Methanol untersucht:
relativer Anteil (3 -Aminopropyl) methoxydimethylsilan 77 %, Di- 3- (dimethylmethoxysilyl) propylamin 21 %, Tri-3 - (dimethyl- methoxyailyl) ropylamin 2 %; Umsatz > 98,5 %.
Das Reaktionsgemisch wird mit 30 %iger Natriummethylatlösung alkalisch gestellt und die klare Produktlösung gaschromato- graphisch untersucht: (3-Aminopropyl) methoxydimethylsilan 76 %, Di-3- (dimethylmethoxysilyl) propylamin 23 %, Tri-3 - (dimethyl- methoxysilyl) ropylamin 1 %, (3 -Methoxypropyl) methoxydimethylsilan 0,3 %. Beispiel 5
In einem 1 L Autoklaven werden 137 g (4,28 Mol) Methanol vorgelegt, 265 g (15,6 Mol) Ammoniak flüssig eingefüllt und die Mischung auf 133 °C erhitzt. Dabei wird ein Druck von 68 bar erreicht. Man gibt 171 g (1,00 Mol) Chlor- ( 3 -chlorpropyl) di - methylsilan in 2 Std, zu und lässt bei 133-135 °C noch 1 Std, nachreagieren. Der Druck beträgt bei Reaktionsende 54 bar. Man dampft Ammoniak bei ca. 40-50°C ab und pumpt dann 630 g (3,5 Mol) einer 30 %iger Natriummethylatlösung in Methanol in den Autoklaven, Die Reaktionslösung wird NMR-spektroskopisch in d4- Methanol untersucht: relativer Anteil (3 -Aminopropyl) methoxydimethylsilan 73 %, Di-3 - (dimethylmethoxysilyl) propylamin 26 %, Tri-3 - (dimethylmethoxysilyl) propylamin 1 %, Umsatz 97 .
Beispiel 6
Zu 25,0 kg (781 Mol) Methanol und 21,0 kg (1240 Mol) Ammoniak werden bei 74 °C 7,0 kg (40,9 Mol) Chlor- (3 -chlorpropyl ) di- methylsilan gegeben und die Reaktionsmischung 23 Std. auf 75 bis 80 °C erwärmt. Der Druck beträgt ca. 13 bar.
Eine Probe der Reaktionslösung NMR-spektroskopisch in d4- Methanol untersucht: relativer Anteil (3 -Aminopropyl) methoxydimethylsilan 80 %, Di-3- (dimethylmethoxysilyl) propylamin 20 %, Umsatz > 99.9 %.
Man lässt erkalten, Ammoniak wird in einen Wäscher abgelassen, die Reaktionslösung wird mit 17,7 kg (81,9 Mol) einer 25 %igen Lösung von Katriummethylat in Methanol versetzt und der gebildete Feststoff (Kochsalz) abfiltriert. Durch fraktionierte Destillation erhält man 4,1 kg (69 %) (3-Aminopropyl) dimet yl- methoxysilan in einer Reinheit von 99.2 %.
Beispiel 7
Wie in Beispiel 5 werden 92,4 g (0,540 Mol) Chlor- ( 3 -chlorpro- pyl) dimethylsilan mit 269 g (15,8 Mol) Ammoniak und 212 g (6,62 Mol) Methanol umgesetzt, Die Dosierzeit beträgt 20 min., die Nachreaktionszeit 70 min. Die Reaktionslösung wird NMR- spektroskopisch in d4 -Methanol untersucht: relativer Anteil (3- Aminopropyl) methoxydimethylsilan 82 , Di-3- (dimethyl- methoxysilyl) ropylamin 18 %, Umsatz > 99 %.
Beispiel 8
Wie in Beispiel 5 werden 171 g (1,0 Mol) Chlor- (3 -chlorpropyl) - dimethylsilan mit 260 g (15,3 Mol) Ammoniak und 137 g (4,28 Mol) Methanol umgesetzt. Die Dosierzeit beträgt 117 min,, die Nachreaktionszeit 60 min. Nach Umsetzung mit Natriummethylat- lösung (561 g, 2,00 Mol) wie in Bsp. 5 wird die Reaktionslösung wird NMR-spektroskopisch in d4 -Methanol untersucht:
relativer Anteil ( 3 -Aminopropyl ) methoxydimethylsilan 74 %, Di- 3- (dimethylmethoxysilyl) propylamin 26 %, Tri-3- (dimethyl- methoxysilyl) ropylamin 1 %; Umsatz ca. 99 %,
Beispiel 9 (Ethanol)
In einem 1 L Autoklaven werden 169 g (3,67 Mol) techn. absol . Ethanol vorgelegt, 233 g (13,7 Mol) Ammoniak flüssig eingefüllt und die Mischung auf 134°C erhitzt. Man gibt 146 g (0,85 Mol)
Chlor- (3 -chlorpropyl) dimethylsilan in 110 min. zu und lässt bei 133 °C noch 90 min. nachreagieren. Der Enddruck beträgt 60 bar. Man dampft Ammoniak bei 42-48 °C ab und pumpt dann 581 g (1,71 Mol) einer 20 %iger Natriumethylatlösung in Ethanol in den Autoklaven und lässt bei 56 bis 72°C 45 min, nachreagieren. Die Reaktionslösung wird NMR- pektroskopisch in d -Methanol untersucht: relativer Anteil (3 -Aminopropyl) ethoxydimethylsilan 69 , Di-3- (dimethylmethoxysilyl) ropylamin 29 %, Tri-3- (dimethyl- methoxysilyl) propylamin 2 %; Umsatz quantitativ.
Beispiel 10 (n-Butylamin)
In eine Mischung aus 10,7 g (146 mMol) n-Butylamin und 8,0 g (250 mMol) Methanol werden unter Argon und Rühren 10,0 g {58,4 mmol) Chlor- (3 -chlorpropyl) dimethylsilan gegeben. Man erwärmt auf 83 °C und lässt bei dieser Temp. über Nacht rühren. Man versetzt mit 25,9 g (0,12 Mol) einer 25 %iger
Natriummethylatlösung in Methanol und untersucht die
Reaktionslösung gaschromatographisch : relativer Anteil 3-(N- Butylamino) propylmethoxydimethylsilan 85 %, Di-3 - (dimethylmethoxysilyl) -N-butylpropylamin 15 %, Umsatz 98 %.
Beispiel 11 (Ethylendiamin)
In eine Mischung aus 13,9 g (323 mMol) trockenem Ethylendiamin und 12,0 g (375 mMol) werden unter Argon und Rühren bei 60°C 10,0 g (58,4 mmol) Chlor- (3-chlorpropyl) dimethylsilan in 16 Min, zudosiert, dabei steigt die Temperatur kurzzeitig auf 80°C. Nach der Zugabe erwärmt man auf 86°C und lässt bei dieser Temp. 18 Std. rühren. Man versetzt dann mit 25,5 g (118 mMol) einer 25 %iger Natriummethylatlösung in Methanol und untersucht die Reaktionslösung gaschromatographisch: 97 % (N-Aminoethyl) - aminopropyl -methoxydimethylsilan, 2 % MeO-SiMe2CH2CH2CH2- H-
CH2-CH2"NH-CH2CH2CH2-Me2Si-OMe,
Beispiel 12 (Methylamin)
Eine Mischung aus 277 g (6,02 Mol) absol . Ethanol und 137 g (4,41 Mol) Methylamin wird im Autoklaven auf 103 °C erhitzt. Man dosiert in 65 Min. unter Rühren 75,3 g (0,442 Mol) Chlor- (3- chlorpropyl) dimethylsilan zu, dabei steigt die Temp. bis auf 106 °C an. Der Druck beträgt 7 bar. Nach der Zugabe erwärmt man noch 2 Std. auf 98-106°C und kühlt dann auf 40°C ab. Man gibt dann 301 g (0,885 Mol) einer 20 %iger Natriumethylatlösung zu und rührt bei 56 bis 83°C noch 45 Min. weiter.
Gaschromatographische Untersuchung der Reaktionslösung ergibt 86 % N-Methylaminopropylmethoxydimethylsilan und 5 % MeO- SiMe2CH2CH2CH2 -N (CH3) -CH2CH2CH2-Me2Si-OMe .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Synthese von Aminoalkylalkoxysilanen der
allgemeinen Formel I
RR'N-X-Si(Rl)n(OR2)3_n I, und deren Hydrohalogeniden,
durch Umsetzung der Halogen (alkylhalogen) silane der allgemeinen Formel II
Y-X-Si (R1) nZ3_n II, mit Ammoniak oder einem organischen Amin der allgemeinen Formel III,
R-NH-R' III, und einem Alkohol der allgemeinen Formel IV, R2-OH, wobei
R und R' Wasserstoff oder Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 12 C- Atomen, wobei nicht benachbarte Kohlenstoffatome durch
Stickstoffatome oder Sauerstoffatome ersetzt sein können, R1 Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 8 C-Atomen, wobei nicht
benachbarte Kohlenstoffatome durch Sauerstoffe ersetzt sein können,
R2 Alkylgruppe mit 1 bis 8 C-Atomen, wobei nicht benachbarte Kohlenstoffatome durch Sauerstoffe ersetzt sein können, X eine zweiwertige Alkylgruppe mit 1 bis 12 C-Atomen,
Y und Z Halogen und die Werte 0, 1 oder 2 bedeuten.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem und R' Wasserstoff oder Alkylgruppe mit 1 bis 6 C-Atomen sind, wobei nicht benachbarte Kohlenstoffatome durch Sauerstoffe ersetzt sein können .
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem R2 ausgewählt wird aus Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl 2- Methoxyethyl und 2-Methoxypropyl .
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem Y und Z ausgewählt werden aus Cl und Br.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem Ammoniak oder organisches Amin der allgemeinen Formel III in einem Überschuss von mindestens 2 Äquivalenten bezogen auf die molare Halogenmenge Y und Z des eingesetzten Silans der allgemeinen Formel II eingesetzt wird.
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