專利名稱：六甲基二硅烷的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化工工藝，特別是化學(xué)合成六甲基二硅烷的方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前有文獻(xiàn)報(bào)道的六甲基二硅烷的合成工藝有兩種一是用金屬鋰和三甲基氯硅烷反應(yīng)，但需要高溫高壓，常溫常壓下幾乎不反應(yīng)，不利于工業(yè)化生產(chǎn)；二是用金屬鉀和三甲基氯硅烷反應(yīng)，雖然收率在75％左右，但金屬鉀非常昂貴，且原料緊張，加上金屬鉀非?；顫?，極其易燃易爆，工藝過程很難控制，國(guó)內(nèi)鮮有工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于發(fā)明一種六甲基二硅烷的合成方法，易于生產(chǎn)、方便控制、原料易得，生產(chǎn)成本低。
本發(fā)明技術(shù)方案是無(wú)氧條件下，將反應(yīng)釜投有二甲苯、15-冠醚-5、金屬鈉的反應(yīng)釜內(nèi)升溫到95℃±5℃，并保持30±10分鐘；攪拌條件下，向反應(yīng)釜內(nèi)滴加三甲基氯硅烷，待反應(yīng)引發(fā)之后，控制反應(yīng)釜內(nèi)溫度在95～105℃之間，再繼續(xù)滴加三甲基氯硅烷，滴加結(jié)束后，控制反應(yīng)釜內(nèi)溫度在110℃±5℃，保溫4～6小時(shí)后，降溫，反應(yīng)釜內(nèi)溫度為50℃±5℃時(shí)，向反應(yīng)釜內(nèi)滴加水，靜置分層，分去下層氯化鈉水溶液，通過油水分離器蒸餾脫水，得粗品六甲基二硅烷。
本發(fā)明首次使用金屬鈉和三甲基氯硅烷反應(yīng)，合成六甲基二硅烷。并且使用冠醚參與反應(yīng)，來(lái)改變金屬鈉的電位，提高金屬鈉的活性，使之與三甲基氯硅烷發(fā)生反應(yīng)，粗品收率可達(dá)73.17％；本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、易于操控，便于工業(yè)化生產(chǎn)。另外，反應(yīng)副產(chǎn)物1(六甲基二硅氧烷)可以通過精餾提純達(dá)到99％以上作為其他的有機(jī)合成原料；反應(yīng)副產(chǎn)物2(氯化鈉水溶液)可以濃縮得到95％以上的氯化鈉固體，作為副產(chǎn)品出售，蒸餾水回收利用。
冠醚、金屬鈉和三甲基氯硅烷的投料摩爾比為1.5～2.5∶1∶0.9～1.1。
選取上述各原料的投料比的優(yōu)越性是收率最高，且原料能被最大程度地利用。
采用氮?dú)庵脫Q空氣。目的是金屬鈉反應(yīng)活性很高，暴露在空氣中時(shí)，遇水或潮氣會(huì)猛烈反應(yīng)放出氫氣，大量放熱，引起燃燒或爆炸。
先在反應(yīng)釜中投入二甲苯和冠醚，密閉反應(yīng)釜，用氮?dú)庵脫Q，在輕微氮?dú)饬鞯拇祾呦孪蚍磻?yīng)釜內(nèi)加入金屬鈉，再密閉反應(yīng)釜。一次性投料的目的是縮短金屬鈉與空氣的接觸時(shí)間，減少氧化，避免危險(xiǎn)。
本發(fā)明中所述冠醚為15-冠醚-5，選用15-冠醚-5的意義是能改變金屬鈉的電位，提高金屬鈉的活性。
由于粗品中含有副產(chǎn)品六甲基二硅氧烷和二甲苯、冠醚，為制得純度較高的最終產(chǎn)品，將粗品六甲基二硅烷通過兩次精餾制得含量99％以上的精制六甲基二硅烷。不但可提高產(chǎn)品的純度，還可回收二甲苯、冠醚，降低生產(chǎn)成本。
將精餾分離制得的二甲苯和15-冠醚-5可以循環(huán)加入下一批物料中使用。
具體實(shí)施例方式
例一向帶有冷凝回流系統(tǒng)的干燥的1500L不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)依次泵入200kg左右的二甲苯和550kg(2.5kmol)的15-冠醚-5，用氮?dú)鈱?duì)密閉系統(tǒng)置換3～5次，最后一次向釜內(nèi)補(bǔ)充氮?dú)庵谅愿哂诔籂顟B(tài)(0.01～0.02Mpa)，然后打開放空閥，在輕微氮?dú)饬鞯拇祾呦?，迅速通過人孔向釜內(nèi)一次性加入金屬鈉28.8kg(1.25kmol)，蓋上人孔蓋，用氮?dú)鈱?duì)密閉系統(tǒng)置換5次，最后一次向釜內(nèi)補(bǔ)充氮?dú)庵谅愿哂诔籂顟B(tài)(0.01～0.02Mpa)，打開放空系統(tǒng)，使整個(gè)物料及其反應(yīng)過程都處于氮?dú)夥諊谋Ｗo(hù)下。
通過夾套蒸汽加熱，緩慢升溫到95℃～100℃(升溫過程需經(jīng)過1小時(shí))，并在該溫度下保持0.5小時(shí)，待金屬鈉完全溶解后，開啟攪拌，通過高位槽向反應(yīng)釜內(nèi)先滴加少量的三甲基氯硅烷，待反應(yīng)引發(fā)之后，通過夾套冷卻水，控制釜內(nèi)溫度在95～105℃之間，再向釜內(nèi)緩慢滴加三甲基氯硅烷137.5kg(1.25kmol)，滴加過程需要1～1.5小時(shí)，滴加結(jié)束后，控制釜內(nèi)溫度在110℃，保溫5小時(shí)。
然后降溫到50℃～60℃，通過氮?dú)饧訅海瑢⑽锪暇徛龎喝肓硪粋€(gè)2000L的搪瓷反應(yīng)釜內(nèi)(該釜內(nèi)預(yù)先加入了300公斤水，并用氮?dú)鈱?duì)系統(tǒng)進(jìn)行了3～5次的置換)，壓料過程需要0.5小時(shí)，然后升溫到微回流狀態(tài)，攪拌0.5小時(shí)后降到常溫(25℃左右)，停止攪拌，靜置分層，從釜底分去下層氯化鈉水溶液，再升溫到回流狀態(tài)，通過油水分離器進(jìn)行蒸餾脫水得到含量為8.2％的無(wú)水六甲基二硅烷粗品825.5kg，收率為73.17％。
再將幾批粗品合并，通過精餾塔分離得到副產(chǎn)物六甲基二硅氧烷、二甲苯、15-冠醚-5和含量95％以上的六甲基二硅烷。其中，六甲基二硅烷的精餾收率為98％。整個(gè)過程六甲基二硅烷總的收率為71.71％。
95％的六甲基二硅烷可以通過二次精餾得到99％以上的六甲基二硅烷，作為成品出售。
回收的二甲苯和15-冠醚-5可以重復(fù)使用。副產(chǎn)物1(六甲基二硅氧烷)可以通過進(jìn)一步精餾提純，作為原料用于其他有機(jī)合成；副產(chǎn)物2(氯化鈉水溶液)可以通過蒸餾濃縮得到95％以上的氯化鈉固體，作為副產(chǎn)品出售，蒸餾水回收利用。
例二向帶有冷凝回流系統(tǒng)的干燥的1500L不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)依次泵入300kg左右的二甲苯和440kg(2kmol)的15-冠醚-5，用氮?dú)鈱?duì)密閉系統(tǒng)置換3～5次，最后一次向釜內(nèi)補(bǔ)充氮?dú)庵谅愿哂诔籂顟B(tài)(0.01～0.02Mpa)，然后打開放空閥，在輕微氮?dú)饬鞯拇祾呦?，迅速通過人孔向釜內(nèi)一次性加入金屬鈉30kg(1.30kmol)，蓋上人孔蓋，用氮?dú)鈱?duì)密閉系統(tǒng)置換5次，最后一次向釜內(nèi)補(bǔ)充氮?dú)庵谅愿哂诔籂顟B(tài)(0.01～0.02Mpa)，打開放空系統(tǒng)，使整個(gè)物料及其反應(yīng)過程都處于氮?dú)夥諊谋Ｗo(hù)下。
通過夾套蒸汽加熱，緩慢升溫到95℃～100℃(升溫過程需經(jīng)過1小時(shí))，并在該溫度下保持0.5小時(shí)，待金屬鈉完全溶解后，開啟攪拌，通過高位槽向反應(yīng)釜內(nèi)先滴加少量的三甲基氯硅烷，待反應(yīng)引發(fā)之后，通過夾套冷卻水，控制釜內(nèi)溫度在95～105℃之間，再向釜內(nèi)緩慢滴加三甲基氯硅烷150kg(1.38kmol)，滴加過程需要1～1.5小時(shí)，滴加結(jié)束后，控制釜內(nèi)溫度在110℃，保溫4小時(shí)。
然后降溫到50℃～60℃，通過氮?dú)饧訅?，將物料緩慢壓入另一個(gè)2000L的搪瓷反應(yīng)釜內(nèi)(該釜內(nèi)預(yù)先加入了300公斤水，并用氮?dú)鈱?duì)系統(tǒng)進(jìn)行了3～5次的置換)，壓料過程需要0.5小時(shí)，然后升溫到微回流狀態(tài)，攪拌0.5小時(shí)后降到常溫(25℃左右)，停止攪拌，靜置分層，從釜底分去下層氯化鈉水溶液，再升溫到回流狀態(tài)，通過油水分離器進(jìn)行蒸餾脫水得到含量為7.8％的無(wú)水六甲基二硅烷粗品828.5kg，收率為64.03％。
再將幾批粗品合并，通過精餾塔分離得到副產(chǎn)物六甲基二硅氧烷、二甲苯、15-冠醚-5和含量95％以上的六甲基二硅烷。其中，六甲基二硅烷的精餾收率為98％。整個(gè)過程六甲基二硅烷總的收率為62.75％。
后處理同上。
例三向帶有冷凝回流系統(tǒng)的干燥的1500L不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)依次泵入250kg左右的二甲苯和550kg(2.5kmol)的15-冠醚-5，用氮?dú)鈱?duì)密閉系統(tǒng)置換3～5次，最后一次向釜內(nèi)補(bǔ)充氮?dú)庵谅愿哂诔籂顟B(tài)(0.01～0.02Mpa)，然后打開放空閥，在輕微氮?dú)饬鞯拇祾呦?，迅速通過人孔向釜內(nèi)一次性加入金屬鈉23kg(1kmol)，蓋上人孔蓋，用氮?dú)鈱?duì)密閉系統(tǒng)置換5次，最后一次向釜內(nèi)補(bǔ)充氮?dú)庵谅愿哂诔籂顟B(tài)(0.01～0.02Mpa)，打開放空系統(tǒng)，使整個(gè)物料及其反應(yīng)過程都處于氮?dú)夥諊谋Ｗo(hù)下。
通過夾套蒸汽加熱，緩慢升溫到95℃～100℃(升溫過程需經(jīng)過1小時(shí))，并在該溫度下保持0.5小時(shí)，待金屬鈉完全溶解后，點(diǎn)開啟攪拌，通過高位槽向反應(yīng)釜內(nèi)先滴加少量的三甲基氯硅烷，待反應(yīng)引發(fā)之后，通過夾套冷卻水，控制釜內(nèi)溫度在95～105℃之間，再向釜內(nèi)緩慢滴加三甲基氯硅烷100kg(0.92kmol)，滴加過程需要1～1.5小時(shí)，滴加結(jié)束后，控制釜內(nèi)溫度在110℃，保溫6小時(shí)。
然后降溫到50℃～60℃，通過氮?dú)饧訅?，將物料緩慢壓入另一個(gè)2000L的搪瓷反應(yīng)釜內(nèi)(該釜內(nèi)預(yù)先加入了300公斤水，并用氮?dú)鈱?duì)系統(tǒng)進(jìn)行了3～5次的置換)，壓料過程需要0.5小時(shí)，然后升溫到微回流狀態(tài)，攪拌0.5小時(shí)后降到常溫(25℃左右)，停止攪拌，靜置分層，從釜底分去下層氯化鈉水溶液，再升溫到回流狀態(tài)，通過油水分離器進(jìn)行蒸餾脫水得到含量為5.3％的無(wú)水六甲基二硅烷粗品855kg，收率為67.35％。
再將幾批粗品合并，通過精餾塔分離得到副產(chǎn)物六甲基二硅氧烷、二甲苯、15-冠醚-5和含量95％以上的六甲基二硅烷。其中，六甲基二硅烷的精餾收率為98％。整個(gè)過程六甲基二硅烷總的收率為66.00％。
后處理同上。

權(quán)利要求
1.六甲基二硅烷的合成方法，其特征在于，無(wú)氧條件下，將投有二甲苯、冠醚、金屬鈉的反應(yīng)釜內(nèi)升溫到95℃～100℃，并保持30±10分鐘；攪拌條件下，向反應(yīng)釜內(nèi)滴加三甲基氯硅烷，待反應(yīng)引發(fā)之后，控制反應(yīng)釜內(nèi)溫度在95～105℃之間，再繼續(xù)滴加三甲基氯硅烷，滴加結(jié)束后，控制反應(yīng)釜內(nèi)溫度在110℃±5℃，保溫4～6小時(shí)后，降溫，反應(yīng)釜內(nèi)溫度為50℃±5℃時(shí)，向反應(yīng)釜內(nèi)滴加水，靜置分層，分去下層氯化鈉水溶液，通過油水分離器蒸餾脫水，得粗品六甲基二硅烷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述六甲基二硅烷的合成方法，其特征在于冠醚、金屬鈉和三甲基氯硅烷的投料摩爾比為1.5～2.5∶1∶0.9～1.1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述六甲基二硅烷的合成方法，其特征在于反應(yīng)釜中，采用氮?dú)庵脫Q氧氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述六甲基二硅烷的合成方法，其特征在于先在反應(yīng)釜中投入二甲苯和冠醚，密閉反應(yīng)釜，用氮?dú)庵脫Q，在輕微氮?dú)饬鞯拇祾呦孪蚍磻?yīng)釜加入金屬鈉，再密閉反應(yīng)釜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述六甲基二硅烷的合成方法，其特征在于所述冠醚為15-冠醚-5。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5所述六甲基二硅烷的合成方法，其特征在于將粗品六甲基二硅烷精餾制得精制六甲基二硅烷。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述六甲基二硅烷的合成方法，其特征在于將精餾分離制得的二甲苯和15-冠醚-5循環(huán)加入下一批合成反應(yīng)。
全文摘要
六甲基二硅烷的合成方法，涉及一種化工工藝，無(wú)氧條件下，將投有二甲苯、冠醚、金屬鈉的反應(yīng)釜內(nèi)升溫、攪拌，向反應(yīng)釜內(nèi)滴加三甲基氯硅烷，結(jié)束后，控制反應(yīng)釜內(nèi)溫度，保溫后，再降溫至釜內(nèi)溫度為50℃±5℃時(shí)，向反應(yīng)釜內(nèi)滴加水，靜置分層，通過油水分離器蒸餾脫水，得粗品六甲基二硅烷。本發(fā)明在冠醚參與下使用金屬鈉和三甲基氯硅烷反應(yīng)，改變了金屬鈉的電位，提高金屬鈉的活性，使之與三甲基氯硅烷發(fā)生反應(yīng)，粗品收率可達(dá)73.17％；本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、易于操控，便于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C07F7/00GK1974579SQ20061016142
公開日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2006年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月11日
發(fā)明者張才山, 陸燈宏, 孫健, 韋善美 申請(qǐng)人:揚(yáng)州三友合成化工有限公司