氨基硅烷、氯硅烷和氨基氯硅烷可用于制備硅基材料,諸如硅基潤滑劑、彈性體和樹脂。
在US 8,043,907 B2中,Y.Ma等人報(bào)道了在基底上制造非易失性存儲器裝置的方法。硅前體可用于形成多晶硅、氧化硅、氧氮化硅、氮化硅的材料,以及含鉿材料。硅前體可為硅烷、烷基硅烷、鹵代硅烷、烷氧基硅烷、氨基硅烷、氨基二硅烷、甲硅烷基疊氮、甲硅烷基肼,或它們的衍生物。除了別的以外,硅前體的例子為六氯二硅烷和1,1,2,2-四氯-雙(二異丙基氨基)二硅烷。特定硅前體與其可用于形成的材料的類型幾乎沒有相關(guān)性。
H.J.Frenck等人報(bào)道了使用雙(二異丙基氨基)二硅烷來沉積氮化硅膜(Application and Possibilities of the Remote PECVD Process to Deposition of Thin Nitride Films From Metalorganic Sources,ISPC-10 Bochun,August 1991,2.4-28,pages 1-6(用遠(yuǎn)程PECVD方法從金屬有機(jī)物源沉積薄氮化物膜的應(yīng)用和可能性,ISPC-10 Bochun,1991年8月,2.4-28,第1-6頁))。
氨基氯二硅烷和氨基二硅烷一直難以以良好的產(chǎn)率并且以商業(yè)規(guī)模合成。我們認(rèn)為,合成困難包括其高反應(yīng)性和分子不穩(wěn)定性,這可能導(dǎo)致與起始物質(zhì)和/或反應(yīng)產(chǎn)物的副反應(yīng)、分解、異構(gòu)化或它們的組合。我們認(rèn)為,對于在分解和/或異構(gòu)化副產(chǎn)物范圍內(nèi)的這些化合物的合成具有改善選擇性的方法將能夠使組合物的制備具有更高產(chǎn)率和/或合成二硅烷的更高濃度以及/或者反應(yīng)副產(chǎn)物(一種或多種)的更低濃度。此外,制備具有減少氯化物雜質(zhì)的氨基硅烷一直是困難的。我們認(rèn)為,用以減少氯化物雜質(zhì)的方法將提供化學(xué)沉積應(yīng)用中的改善性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
我們發(fā)現(xiàn)了用于合成二異丙基氨基-二硅烷的改善方法。該方法具有比比較方法更高的產(chǎn)率和/或選擇性。本發(fā)明的實(shí)施例包括:
合成二異丙基氨基-五氯二硅烷的方法,二異丙基氨基-五氯二硅烷具有式(A):[(CH3)2CH]2NSiCl2SiCl3(A),方法包括:在烴媒介物中,將六氯二硅烷(SiCl3SiCl3)與二異丙基氨基基團(tuán)的源接觸以得到與式(B):[(CH3)2CH]2NSiCl2SiCl2N[CH(CH3)2]2(B)的化合物的產(chǎn)率(如果有的話)相比更高的式(A)的化合物的產(chǎn)率;其中相對于六氯二硅烷,二異丙基氨基基團(tuán)的源為0.50至1.19摩爾當(dāng)量的金屬二異丙基酰胺[(i-Pr)2N]mMA,其中i-Pr為異丙基并且下標(biāo)m為1或2,其中當(dāng)m為1時,MA是元素周期表I族的元素,而當(dāng)m為2時,MA是元素周期表II族的元素;或者二異丙基氨基基團(tuán)的源為1.0至2.39摩爾當(dāng)量的二異丙基胺,或者二異丙基氨基基團(tuán)的源為0.50至1.19摩爾當(dāng)量的二異丙基胺((i-Pr)2NH)與0.50至1.19摩爾當(dāng)量的吡啶或三烷基胺(Alkyl3N)的混合物,其中每個烷基獨(dú)立地為(C2-C10)烷基。
合成二異丙基氨基-二硅烷的方法,二異丙基氨基-二硅烷具有式(I):[(CH3)2CH]2NSiH2SiH3(I),方法包括:在可由沸點(diǎn)表征的溶劑中,將氫化金屬鋁與二異丙基氨基-五氯二硅烷接觸以得到可由沸點(diǎn)表征的二異丙基氨基-二硅烷,其中溶劑的沸點(diǎn)為至少90攝氏度(℃)并且高于二異丙基氨基-二硅烷的沸點(diǎn)至少10℃;以及將二異丙基氨基-二硅烷從溶劑分離以得到純化形式的二異丙基氨基-二硅烷,產(chǎn)率為至少30%,并且純度大于或等于70面積%(通過氣相色譜法測得)(70面積%(GC))。
組合物包含通過方法中的任一種合成的二異丙基氨基取代的二硅烷化合物和該方法的至少一種反應(yīng)副產(chǎn)物。每種反應(yīng)副產(chǎn)物不同于通過相應(yīng)方法合成的化合物。通過相應(yīng)方法合成的二異丙基氨基取代的二硅烷化合物分別為式(A)或(I)的化合物。
式(A)的化合物可用于根據(jù)合成二異丙基氨基-二硅烷的方法來制備式(I)的化合物。式(I)的化合物以及包含其和相應(yīng)反應(yīng)副產(chǎn)物(一種或多種)的相應(yīng)組合物可獨(dú)立地用作產(chǎn)硅前體以用于制備用于電子和光伏器件的含硅材料。式(A)和(I)的化合物以及包含其和相應(yīng)反應(yīng)副產(chǎn)物(一種或多種)的相應(yīng)組合物具有與電子或光伏半導(dǎo)體應(yīng)用無關(guān)的另外的用途,例如用于制備硅基潤滑劑、彈性體和樹脂。本發(fā)明的方法可具有與這些應(yīng)用無關(guān)的另外用途。
我們還發(fā)現(xiàn)了用于減少氨基硅烷(包括二硅烷)中的氯化物雜質(zhì)的方法。該方法提供具有比其他方法更低氯化物雜質(zhì)含量的氨基硅烷。本發(fā)明的實(shí)施例包括:
用于減少氨基硅烷中氯化物含量的方法,該方法包括:
將i)金屬氫化物或ii)金屬酰胺鹽與包含氨基硅烷和氯化物物質(zhì)的氨基硅烷組合物混合以制備氨基硅烷和通過金屬氫化物或金屬酰胺鹽與氯化物物質(zhì)的反應(yīng)形成的反應(yīng)產(chǎn)物的混合物;以及蒸餾混合物以回收氨基硅烷。
具體實(shí)施方式
以引用的方式將發(fā)明內(nèi)容和說明書摘要并入本文。以上總結(jié)的本發(fā)明的實(shí)施例、用途和優(yōu)點(diǎn)在下文中進(jìn)一步描述。
本發(fā)明具有技術(shù)和非技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。通過該方法解決的問題之一是相對于比較方法提供制備式(A)和(I)的二異丙基氨基取代的二硅烷化合物的改善方法。例如,合成式(A)的化合物的方法改善了第一比較方法,該第一比較方法在接觸步驟中不利地使用3.0摩爾當(dāng)量的二異丙基胺(作為反應(yīng)物和酸清除劑),而不是本發(fā)明的二異丙基氨基基團(tuán)的源。合成式(I)的化合物的方法改善了第二比較方法,該第二比較方法在接觸步驟中不利地使用單甘醇二甲醚(即,CH3OCH2CH2OCH3)作為媒介物,而不是本發(fā)明的溶劑。對其他比較方法的改善也是可預(yù)期的。
根據(jù)所使用的合成式(A)的化合物的方法的特定方面,該方法獨(dú)立地以比第一比較方法更高的純度、更高的產(chǎn)率、更大的選擇性或它們中任意兩項(xiàng)或更多項(xiàng)的組合制備式(A)的所述化合物。例如,第一比較方法制備式(A)和(B)的化合物的混合物,這在純化混合物之后得到產(chǎn)率為7%的式(A)的化合物以及產(chǎn)率為43%的式(B)的化合物。有利地相比之下,本發(fā)明的方法得到產(chǎn)率≥30%的式(A)的化合物,優(yōu)選地在將其純化成純度≥90面積%(GC)之后。因此,本發(fā)明的方法以(A)的超過(B)的增加的選擇性并且以(A)的更高產(chǎn)率來合成式(A)的化合物。
合成式(A)的化合物的方法的某些方面使用金屬二異丙基酰胺[(i-Pr)2N]mMA,或者金屬二異丙基酰胺與二異丙基胺的混合物作為二異丙基胺的源。使用金屬二異丙基酰胺的方法有益地產(chǎn)生金屬氯化物作為反應(yīng)副產(chǎn)物,而不是烷基氯化銨,諸如二異丙基氯化銨(即,二異丙基胺鹽酸鹽)或三甲基氯化銨(即,三乙基胺鹽酸鹽)。比起烷基氯化銨反應(yīng)副產(chǎn)物,式(A)的化合物有利地更易于從金屬氯化物反應(yīng)副產(chǎn)物分離。例如,比起過濾出二異丙基胺鹽酸鹽,金屬氯化物可更容易地從式(A)的化合物過濾掉。
另外,與第一比較方法相比,合成式(A)的化合物的方法的某些方面可避免產(chǎn)生不需要的分解副產(chǎn)物,二異丙基氨基三氯硅烷,或使其產(chǎn)生減到最少。
根據(jù)所使用的合成式(I)的化合物的方法的特定方面,該方法有利地以比第二比較方法更高的純度、更高的產(chǎn)率、更大的選擇性或它們中任意兩項(xiàng)或更多項(xiàng)的組合制備式(I)的所述化合物。例如,溶劑的沸點(diǎn)獨(dú)立地有利地為至少90℃,并且高于二異丙基氨基-二硅烷的沸點(diǎn)至少10℃。沸點(diǎn)的該差值增強(qiáng)式(I)的化合物的純化。相比之下,第二比較方法產(chǎn)生包含單甘醇二甲醚的反應(yīng)混合物,并且比起使用蒸發(fā)技術(shù)(例如,蒸餾)將式(I)的化合物從溶劑分離,使用相同技術(shù)特別是以工業(yè)規(guī)模將式(I)的化合物從單甘醇二甲醚(沸點(diǎn)85℃)分離更加困難。該優(yōu)點(diǎn)可能是由于式(I)的化合物與溶劑之間的沸點(diǎn)的有效差值相對于第二比較方法中的所述化合物與單甘醇二甲醚之間的不太有效差值的原因。沸點(diǎn)存在的差值越大,本發(fā)明的方法的蒸發(fā)技術(shù)就變得越有效。
另外,在合成式(I)的化合物的方法中,即使溶劑的沸點(diǎn)獨(dú)立地為至少90℃并且高于二異丙基氨基-二硅烷的沸點(diǎn)至少10℃,在接觸步驟中形成的反應(yīng)混合物的凝固點(diǎn)仍可足夠低以有利地提供寬的溫度范圍以用于操作該方法,諸如-60℃至100℃,或者-40℃至100℃,或者-30℃至100℃。反應(yīng)混合物的操作溫度可大于其凝固點(diǎn)并且小于或等于其最低沸點(diǎn)組分的沸點(diǎn)(其中該組分的量足以影響其蒸氣壓)。在一些方面,反應(yīng)混合物的凝固點(diǎn)是反應(yīng)混合物中的溶劑的凝固點(diǎn)(f.p.),該f.p.可小于或等于溶劑的熔點(diǎn)。一般來講,熔點(diǎn)越低,凝固點(diǎn)就越低。溶劑可用以以這樣的溫度溶解氫化金屬鋁中的至少一些,并且隨著式(A)的化合物到式(I)的化合物的還原進(jìn)行,額外的氫化金屬鋁可溶解于溶劑中并且變得更加可用于反應(yīng)。另外,溶劑的沸點(diǎn)顯著高于單甘醇二甲醚的沸點(diǎn),從而使本發(fā)明的合成式(I)的化合物的方法在更高的反應(yīng)混合物溫度下進(jìn)行。對于給定的工廠生產(chǎn)能力,更高的溫度可增加制造工廠的生產(chǎn)率。因此,與使用單甘醇二甲醚的第二比較方法相比,溶劑改善以工業(yè)規(guī)模運(yùn)行反應(yīng)和純化式(I)的化合物的選擇方案(options)。
另外,可以證明,與通過使用單甘醇二甲醚得到的式(I)的化合物的比較產(chǎn)率相比,通過使用溶劑,所述化合物的產(chǎn)率可更高并且/或者任何含Si反應(yīng)副產(chǎn)物(一種或多種)的量(一個或多個)可更低。
合成式(I)的化合物的方法生成金屬氯化鋁作為固體反應(yīng)副產(chǎn)物。該方法采用溶劑,該溶劑可有利地支持或允許在溶劑中形成金屬氯化鋁的穩(wěn)定漿液。有利的是,式(I)的化合物可直接從穩(wěn)定漿液蒸餾。因此,該方法允許從反應(yīng)混合物純化式(I)的化合物而無需過濾出金屬氯化鋁固體并且/或者在蒸餾之前蒸發(fā)溶劑。
另一個優(yōu)點(diǎn)是合成式(I)的化合物的方法的某些方面可能產(chǎn)生缺少式(II):[(CH3)2CH]2NSiH2SiH2N[CH(CH3)2]2(II)的化合物的反應(yīng)混合物,該反應(yīng)混合物可為在接觸步驟期間形成的過度反應(yīng)的副產(chǎn)物。另一個優(yōu)點(diǎn)是合成式(I)的化合物的方法的某些方面可能產(chǎn)生式(I)的化合物與式(II):[(CH3)2CH]2NSiH2SiH2N[CH(CH3)2]2(II)的化合物的混合物,其中它們的相對量可通過改變方法來調(diào)整。
另一個優(yōu)點(diǎn)是減少氨基硅烷(包括氨基二硅烷)中的氯化物雜質(zhì)的方法的某些方面可能產(chǎn)生與已知方法相比具有減少氯化物含量的氨基硅烷,并且這些氯化物減少的氨基硅烷被認(rèn)為可更好地進(jìn)行化學(xué)沉積方法。
本發(fā)明和優(yōu)點(diǎn)并不限于上述問題的解決方案或上述優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的某些方面可獨(dú)立地解決另外的問題和/或具有其他優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的方面在本文中使用各種通用慣例描述。例如,除非另外指明,否則物質(zhì)的所有狀態(tài)均在25℃和101.3kPa下測定。除非另外指明或表明,否則所有百分比均按重量計(jì)。除非另外指明,否則所有百分比值均基于用于合成或制備組合物的所有成分的總量,該總量加起來為100%。包含屬和其中的亞屬的任何馬庫什群組包括屬中的亞屬,例如,在“R為烴基或烯基”中,R可以為烯基,或者R可以為烴基,其除了別的亞屬外還包括烯基。對于美國實(shí)施,本文引用的所有美國專利申請公布和專利或者其一部分(如果僅引用該部分的話)據(jù)此在并入的主題不與本說明書相抵觸的程度上以引用的方式并入本文,在任何這種抵觸中,應(yīng)以本說明書為準(zhǔn)。
本發(fā)明的方面在本文中使用各種專利術(shù)語描述。例如,“作為另外一種選擇”指示不同和獨(dú)特的實(shí)施例?!氨容^”如在比較例中使用,比較工藝或比較方法意指非本發(fā)明的實(shí)驗(yàn),而不應(yīng)被解釋為現(xiàn)有技術(shù)?!鞍ā奔捌渥冃托问?包含、含有)是開放式的?!坝?..組成”及其變型形式(由...構(gòu)成)是封閉式的?!敖佑|”意指形成物理接觸?!翱伞碧峁┮粋€選擇,而不是必要的?!叭芜x”意指不存在,或者存在。
本發(fā)明的方面在本文中使用各種化學(xué)術(shù)語描述。除非本文中另外定義,否則所述術(shù)語的意義對應(yīng)于由IUPAC發(fā)布的其定義。為了方便起見,某些化學(xué)術(shù)語在本文中定義。
術(shù)語“醚”意指非質(zhì)子化合物,其為亞烷基二醇二烷基醚或單官能二烷基醚。術(shù)語“亞烷基二醇二烷基醚”意指式(G):RAO-((C2-C10)alkyleneO)m-RA(G)的化合物,其中m為1到20的整數(shù),并且每個RA獨(dú)立地為(C1-C10)烷基,前提條件是式(G)的化合物具有總共至少6個碳原子。(C1-C10)烷基和(C2-C10)亞烷基中的每個獨(dú)立地為直鏈或者在具有3或更多個碳原子時為支鏈。(C2-C10)亞烷基可為式-(CH2)g-的直鏈,其中g(shù)為2到10的整數(shù)。當(dāng)m為1時,亞烷基二醇二烷基醚可稱為單亞烷基二醇二烷基醚。當(dāng)m為2到20時,亞烷基二醇二烷基醚可稱為聚亞烷基二醇二烷基醚。術(shù)語“單官能二烷基醚”意指式(S):RAORA(S)的化合物,其中每個RA獨(dú)立地為(C1-C10)烷基,前提條件是式(S)的化合物具有總共至少6個碳原子。(C1-C10)烷基和(C2-C10)亞烷基中的每個獨(dú)立地為直鏈或者在具有3或更多個碳原子時為支鏈。
術(shù)語“組合物”意指可由其構(gòu)成元素的經(jīng)驗(yàn)式定義的化學(xué)物質(zhì)。
具有不同結(jié)構(gòu)的“化合物”可在至少一種特性、功能和/或用途方面彼此不同。
除非另有定義,否則術(shù)語“鹵素”意指氟、氯、溴或碘。
術(shù)語“IUPAC”是指國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會。
術(shù)語“缺少”意指不含或完全不存在。
術(shù)語“氫化金屬鋁”意指式MB[Al(H/D)4]b的試劑,該試劑包含至少一個鋁-氫或鋁-氘官能團(tuán),其中H為氫;D為氘;“H/D”獨(dú)立地為H、D或H和D的組合(例如,3個H和1個D,2個H和2個D,或1個H和3個D);b為1或2;并且MB為不是鋁的金屬;其中當(dāng)b為1時,MB為I族的元素;并且其中b為2,MB為元素周期表II族的元素。該試劑可用于將鹵代硅烷還原成氫化硅烷。
“元素周期表”意指由IUPAC在2011年公布的版本。
術(shù)語“純化”意指增加所需成分的濃度(高至≤100%,或者高至<100%);或者無論所需成分的濃度是否增加,降低一種或多種不需要的成分的濃度(低至≥0%,或者低至0%,或者低至>0%);或二者兼有。
術(shù)語“反應(yīng)副產(chǎn)物”意指一種或多種反應(yīng)物的化學(xué)轉(zhuǎn)化的次級產(chǎn)物。
術(shù)語“剩余組分”意指留下的部分,例如蒸餾后的罐殘留物或過濾后的濾餅。
術(shù)語“桿”意指限于二維的材料,例如,具有>2的縱橫比。
術(shù)語“分離”意指導(dǎo)致物理移動分開,并且因此作為結(jié)果不再直接接觸。
術(shù)語“基底”意指具有至少一個表面的物理支撐,另一種材料可承載在該表面上。
術(shù)語“媒介物”意指充當(dāng)用于另一種材料的載體、承載介質(zhì)或溶劑的材料,其可以或可以不為可溶于其中的。媒介物可為液體。
本發(fā)明的方面是合成二異丙基氨基-五氯二硅烷的方法,二異丙基氨基-五氯二硅烷具有式(A):[(CH3)2CH]2NSiCl2SiCl3(A)。方法包括:在烴媒介物中,將六氯二硅烷(SiCl3SiCl3)與二異丙基氨基基團(tuán)的源接觸以得到與式(B):[(CH3)2CH]2NSiCl2SiCl2N[CH(CH3)2]2(B)的化合物的產(chǎn)率(如果有的話)相比更高的式(A)的化合物的產(chǎn)率;其中i-Pr為異丙基。
組合物以及二異丙基氨基基團(tuán)的源的量被設(shè)想成能夠?qū)崿F(xiàn)二異丙基氨基-五氯二硅烷的所述較高產(chǎn)率。相對于六氯二硅烷,二異丙基氨基基團(tuán)的源可為0.50至1.19摩爾當(dāng)量的金屬二異丙基酰胺,[(i-Pr)2N]mMA,其中下標(biāo)m為1或2,其中當(dāng)m為1時,MA是元素周期表I族的元素,而當(dāng)m為2時,MA為元素周期表II族的元素。作為另外一種選擇,相對于六氯二硅烷,二異丙基氨基基團(tuán)的源可為1.0至2.39摩爾當(dāng)量的二異丙基胺。作為另外一種選擇,相對于六氯二硅烷,二異丙基氨基基團(tuán)的源可為0.50至1.19摩爾當(dāng)量的二異丙基胺((i-Pr)2NH)與0.50至1.19摩爾當(dāng)量的吡啶或三烷基胺(Alkyl3N)的混合物,其中每個烷基獨(dú)立地為(C2-C10)烷基。在混合物中,吡啶或三烷基胺的量可為二異丙基胺的摩爾量的0.90至1.10倍。在混合物中,吡啶或三烷基胺的量可與二異丙基胺的量等摩爾(即,是其摩爾量的1.00倍)。式(A)的化合物的產(chǎn)率大于或等于30%,或者>50%,或者>70%。
組合物和二異丙基氨基基團(tuán)的源的量相對于六氯二硅烷被設(shè)想成以比式(B):[(CH3)2CH]2NSiCl2SiCl2N[CH(CH3)2]2(B)的任何化合物的產(chǎn)率更高的產(chǎn)率得到二異丙基氨基-五氯二硅烷。例如,當(dāng)二異丙基氨基基團(tuán)的源為金屬二異丙基酰胺時,隨著金屬二異丙基酰胺的摩爾當(dāng)量從0.50增加到1.00,二異丙基氨基-五氯二硅烷的理論產(chǎn)率從50%增加到100%。另外,隨著金屬二異丙基酰胺的摩爾當(dāng)量從0.50增加到1.19,二異丙基氨基-五氯二硅烷的實(shí)際產(chǎn)率可從30%增加到≤100%。類似地,當(dāng)二異丙基氨基基團(tuán)的源為二異丙基胺時,隨著二異丙基胺的摩爾當(dāng)量從1.00增加到2.00,二異丙基氨基-五氯二硅烷的理論產(chǎn)率從50%增加到100%。隨著二異丙基胺的摩爾當(dāng)量從1.00增加到2.39,二異丙基氨基-五氯二硅烷的實(shí)際產(chǎn)率可從30%增加到≤100%。類似地,當(dāng)二異丙基氨基基團(tuán)的源為二異丙基胺與吡啶或三烷基胺的混合物時,隨著二異丙基胺和吡啶或三烷基胺中每一者的摩爾當(dāng)量從0.50增加到1.00,二異丙基氨基-五氯二硅烷的理論產(chǎn)率從50%增加到100%。隨著二異丙基胺和吡啶或三烷基胺中每一者的摩爾當(dāng)量從0.50增加到1.19,二異丙基氨基-五氯二硅烷的實(shí)際產(chǎn)率可從30%增加到≤100%。
在合成式(A)的化合物的方法的一些方面,金屬二異丙基酰胺,[(i-Pr)2N]mMA,在接觸步驟中用作二異丙基氨基基團(tuán)的源。當(dāng)m為1時,MA為Li、Na、K、Rb、Cs或Fr;或者Li、Na、K、Rb或Cs;或者Li、Na、K或Cs;或者Li、Na或K;或者Li或Na;或者Li或K;或者Na或K;或者Li;或者Na;或者K。當(dāng)m為2時,MA為Be、Mg、Ca、Sr、Ba或Ra;或者M(jìn)g、Ca或Ba;或者M(jìn)g或Ca;或者M(jìn)g或Ba;或者Ca或Ba;或者M(jìn)g;或者Ca。在一些方面,m為1并且MA為Li、Na或K;或者m為2并且MA為Mg或Ca。在一些方面,金屬二異丙基酰胺在接觸步驟中用作二異丙基氨基基團(tuán)的源,并且m為1且MA為鋰、鈉或鉀;或者m為2且MA為鎂或鈣。金屬二異丙基酰胺的摩爾當(dāng)量可為0.8至1.15,或者0.90至1.11,全部相對于六氯二硅烷。式(A)的化合物的產(chǎn)率大于或等于30%,或者>50%,或者>70%。
在合成式(A)的化合物的方法的其他方面,二異丙基胺與吡啶或三烷基胺的混合物在接觸步驟中用作二異丙基氨基基團(tuán)的源。二異丙基胺的摩爾當(dāng)量為0.8至1.15,或者0.90至1.11,而吡啶或三烷基胺的摩爾當(dāng)量為0.8至1.15,或者0.90至1.11,兩者均相對于六氯二硅烷。式(A)的化合物的產(chǎn)率大于或等于30%,或者>50%,或者>70%。
在合成式(A)的化合物的方法的其他方面,二異丙基胺((i-Pr)2NH)在接觸步驟中用作二異丙基氨基基團(tuán)的源。二異丙基胺的摩爾當(dāng)量為1.0至2.39,或者1.5至2.29,或者1.90至2.15。式(A)的化合物的產(chǎn)率大于或等于30%,或者>50%,或者>70%。
在合成式(A)的化合物的方法中,接觸步驟可獨(dú)立地在允許進(jìn)行合成式(A)的化合物的方法的任何溫度下操作。接觸可在-30℃至50℃,或者-20℃至45℃,或者-10℃至40℃的溫度下操作。反應(yīng)混合物的操作溫度可大于其凝固點(diǎn)并且小于或等于其最低沸點(diǎn)組分的沸點(diǎn)(其中該組分的量足以影響其蒸氣壓)。接觸可持續(xù)足以得到式(A)的化合物的任何時間段。接觸可獨(dú)立地持續(xù)足以以大于30%的產(chǎn)率得到二異丙基氨基-五氯二硅烷的時間段。
在合成式(A)的化合物的方法中,在烴媒介物中,六氯二硅烷(SiCl3SiCl3)與二異丙基氨基基團(tuán)的源的接觸步驟通過將二異丙基氨基基團(tuán)的源添加到六氯二硅烷中來進(jìn)行。
合成式(A)的化合物的方法產(chǎn)生反應(yīng)副產(chǎn)物。例如,根據(jù)合成式(A)的化合物的方法的特定方面,當(dāng)二異丙基氨基基團(tuán)的源是二異丙基胺時,該方法產(chǎn)生為二異丙基胺鹽酸鹽的副產(chǎn)物。當(dāng)二異丙基氨基基團(tuán)的源是二異丙基胺與吡啶或三烷基胺的混合物時,該方法產(chǎn)生為吡啶鹽酸鹽或三烷基胺鹽酸鹽的副產(chǎn)物。當(dāng)二異丙基氨基基團(tuán)的源是金屬二異丙基酰胺時,該方法產(chǎn)生為金屬氯化物的副產(chǎn)物,其中金屬為MA,如上所述。該方法還包括將二異丙基氨基-五氯二硅烷從固體反應(yīng)副產(chǎn)物分離以得到包含二異丙基氨基-五氯二硅烷的烴媒介物溶液,該溶液不含固體副產(chǎn)物。固體副產(chǎn)物可通過任何合適的方法分離,諸如潷析后的過濾或離心。
合成式(A)的化合物的方法還可包括在接觸步驟之前的一個或多個任選步驟或者在接觸步驟之后的一個或多個任選步驟,或兩者兼有。例如,在接觸步驟之前,方法還可包括合成六氯二硅烷和/或合成金屬二異丙基酰胺的步驟。另外,在合成式(A)的化合物的方法中,該方法還可包括混合二異丙基胺與吡啶或三烷基胺以制備二異丙基胺與吡啶或三烷基胺的混合物的步驟。
作為另外一種選擇或除此之外,在接觸步驟之后,合成式(A)的化合物的方法還可包括將烴媒介物從二異丙基氨基-五氯二硅烷分離以得到濃縮形式的二異丙基氨基-五氯二硅烷。方法還可包括將二異丙基氨基-五氯二硅烷從相應(yīng)濃縮形式的任何其他組分中分離以得到純化形式的二異丙基氨基-五氯二硅烷。例如,方法還可包括將二異丙基氨基-五氯二硅烷從其濃縮形式蒸餾以得到純化形式的二異丙基氨基-五氯二硅烷。其純化形式的二異丙基氨基-五氯二硅烷可以至少50%產(chǎn)率(基于在接觸步驟中使用的六氯二硅烷的量計(jì))和大于或等于80%,或者≥90%,或者≥93%的純度獲得,其中最大純度可為100%,或者99.9999999%,或者99.999999%,或者99.99999%,或者99.9999%,或者99.999%,或者99.99%,或者99.9%,或者99.0%,所有%均為面積%(GC)。式(A)的化合物的高純度可改善在其他方法中由其合成的式(I)的化合物的純度。
合成式(A)的化合物的方法在烴媒介物中進(jìn)行。烴媒介物可包含具有至少5個碳原子的烷烴,具有至少5個碳原子的環(huán)烷烴,具有至少6個碳原子的芳烴,或它們的任意兩種或更多種的混合物。烴媒介物可包括戊烷、己烷、己烷、環(huán)己烷、庚烷、苯、甲苯、二甲苯,或它們的任意兩種或更多種的混合物。烴媒介物可為用于下述實(shí)例中的烴媒介物的任一種。
烴媒介物的組合物可被設(shè)想成優(yōu)化接觸步驟(例如,選擇具有用于實(shí)現(xiàn)所需反應(yīng)溫度的沸點(diǎn)的烴媒介物或缺乏溶解反應(yīng)副產(chǎn)物的能力的烴媒介物)。除此之外或作為另外一種選擇,烴媒介物的組合物可被設(shè)想成優(yōu)化任選的分離步驟(例如,選擇具有允許其蒸發(fā)而不蒸發(fā)式(A)的化合物的所需沸點(diǎn)的烴媒介物)。烴媒介物可由碳和氫原子組成,或者可為由碳、氫和鹵素原子組成的鹵代烴媒介物。由C和H原子組成的烴媒介物可為烷烴、芳族烴,以及它們的任意兩種或更多種的混合物。烷烴可為己烷、環(huán)己烷、庚烷、異鏈烷烴,或它們的任意兩種或更多種的混合物。芳族烴可為甲苯、二甲苯,或它們的任意兩種或更多種的混合物。鹵代烴媒介物可為二氯甲烷。當(dāng)還原接觸步驟進(jìn)行時,烴媒介物可保留在反應(yīng)混合物中;或者在進(jìn)行還原接觸步驟之前,烴媒介物可從反應(yīng)混合物移除。具有烴媒介物的不同組成的方法可在至少一種結(jié)果、特性、功能和/或用途方面彼此不同。烴媒介物的不同組成可對于式(A)的化合物、二異丙基氨基基團(tuán)的源、反應(yīng)副產(chǎn)物或它們的任意兩種或更多種的組合提供不同溶解度。
在合成式(A)的化合物的一些方面,二異丙基氨基基團(tuán)的源為二異丙基胺與吡啶或三烷基胺(Alkyl3N)的混合物。混合物可包含二異丙基胺和吡啶;或者二異丙基胺和三烷基胺,其中每個烷基獨(dú)立地為(C2-C10)烷基;或者二異丙基胺、吡啶和至少一個三烷基胺。三烷基胺的每個(C2-C10)烷基可為相同的,或者至少兩個(C2-C10)烷基,或者全部三個(C2-C10)烷基可為不同的。(C2-C10)烷基可為直鏈或支鏈的。(C2-C10)烷基可為乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基或癸基。三烷基胺的例子為三乙基胺、二異丙基乙基胺、二甲基叔丁基胺、三丙基胺、三丁基胺,和它們的任意兩種或更多種的混合物。三烷基胺可為三乙基胺、三丙基胺或三丁基胺;或者三乙基胺;或者三丙基胺;或者三丁基胺。
本發(fā)明的另一個方面是合成二異丙基氨基-二硅烷的方法,二異丙基氨基-二硅烷具有式(I):[(CH3)2CH]2NSiH2SiH3(I),方法包括:在可由沸點(diǎn)表征的溶劑中,將氫化金屬鋁與二異丙基氨基-五氯二硅烷接觸以得到可由沸點(diǎn)表征的二異丙基氨基-二硅烷;以及將二異丙基氨基-二硅烷從溶劑分離以得到純化形式的二異丙基氨基-二硅烷,產(chǎn)率為至少30%,并且純度大于或等于70面積%(GC)。溶劑的沸點(diǎn)為至少90℃,并且高于二異丙基氨基-二硅烷的沸點(diǎn)至少10℃。
在合成式(I)的化合物的方法的一些方面,組合物、溶劑的沸點(diǎn)、以及任選地反應(yīng)混合物的凝固點(diǎn)被設(shè)想成得到純化形式的二異丙基氨基-二硅烷,產(chǎn)率為至少30%,并且純度大于或等于70面積%(GC)。例如,溶劑,或者醚,可由碳、氫和氧原子組成,或者可為由碳、氫、氧和鹵素原子組成的鹵化溶劑,或者醚。在一個實(shí)施例中,溶劑為醚,或者亞烷基二醇二烷基醚。亞烷基二醇二烷基醚可為式(G)的化合物。亞烷基二醇二烷基醚可為四乙二醇二(C1-C4)烷基醚、丙二醇二(C4-C8)烷基醚、乙二醇二(C4或C8)烷基醚,或它們的任意兩種或更多種的組合。例如,亞烷基二醇二烷基醚可為四乙二醇二甲基醚、丙二醇二辛基醚或乙二醇二辛基醚。鹵代亞烷基二醇二烷基醚可為四乙二醇鹵素取代的二(C1-C4)烷基醚、丙二醇鹵素取代的二(C2-C4)烷基醚、乙二醇鹵素取代的二(C3或C4)烷基醚,或它們的任意兩種或更多種的組合。例如,鹵代亞烷基二醇二烷基醚可為四乙二醇雙(三氟甲基)醚、丙二醇雙(3,3,3-三氟丙基)醚或乙二醇雙(3,3,3-三氟丁基)醚。醚可為單官能二烷基醚。單官能二烷基醚可為式(S)的化合物。單官能二烷基醚可為對稱化合物或不對稱化合物。對稱化合物可為二丙基醚、二丁基醚、二戊基醚、二己基醚、二庚基醚、二辛基醚、二壬基醚或二癸基醚。不對稱化合物可為丙基丁基醚、辛基丙基醚。醚可為兩種或更多種亞烷基二醇二烷基醚的混合物,或者兩種或更多種單官能二烷基醚的混合物,或者至少一種亞烷基二醇二烷基醚和至少一種單官能二烷基醚的混合物。在完成還原接觸步驟之后,醚可從反應(yīng)混合物移除,或者醚可留在剩余組分中,并且式(I)的化合物可從剩余組分移除(例如,蒸餾)以將其從醚分離。使用醚的不同組成的方法可在至少一種結(jié)果、特性、功能和/或用途方面彼此不同。在一些方面,醚為亞烷基二醇二烷基醚并且亞烷基二醇二烷基醚為四乙二醇二(C1-C4)烷基醚、丙二醇二(C4-C8)烷基醚、乙二醇二(C4或C8)烷基醚,或它們的任意兩種或更多種的組合。作為另外一種選擇,亞烷基二醇二烷基醚為四乙二醇二甲基醚、丙二醇二丙基醚、乙二醇二丁基醚、五乙二醇二甲基醚、六乙二醇二甲基醚或聚乙二醇二甲基醚。作為另外一種選擇,亞烷基二醇二烷基醚選自以下成分中的任意五種:四乙二醇二甲基醚、丙二醇二丙基醚、乙二醇二丁基醚、五乙二醇二甲基醚、六乙二醇二甲基醚和聚乙二醇二甲基醚。作為另外一種選擇,亞烷基二醇二烷基醚為四乙二醇二甲基醚,或者丙二醇二丙基醚,或者乙二醇二丁基醚,或者五乙二醇二甲基醚,或者六乙二醇二甲基醚,或者聚乙二醇二甲基醚。醚的不同組成可對于式(A)的化合物、式(I)的化合物、氫化金屬鋁、反應(yīng)副產(chǎn)物或它們的任意兩種或更多種的組合提供不同溶解度。
在合成式(I)的化合物的方法的一些方面,溶劑的沸點(diǎn)比二異丙基氨基-二硅烷的沸點(diǎn)高至少30℃,或者高至少50℃。溶劑的沸點(diǎn)可高達(dá)275℃,或者225℃,或者200℃。在一些方面,接觸在-60℃至100℃,或者-20℃至100℃,或者-20℃至60℃的溫度下進(jìn)行,前提條件是該溫度大于接觸步驟中形成的反應(yīng)混合物的凝固點(diǎn)。反應(yīng)混合物可通過由其固化溶劑而凍結(jié)。亞烷基二醇二烷基醚的熔點(diǎn)可低至-30℃。單官能二烷基醚的熔點(diǎn)可低至-122℃(二丙基醚)。
在合成式(I)的化合物的方法的一些方面,接觸步驟持續(xù)足以以大于30%產(chǎn)率得到二異丙基氨基-二硅烷的時間段。
在一些方面,合成式(I)的化合物的方法的可通過配置起始物質(zhì)和/或式(I)的合成化合物的純度以及/或者配置方法步驟的技術(shù)來增強(qiáng)。此類增強(qiáng)可產(chǎn)生產(chǎn)率為至少60%的純化形式的二異丙基氨基-二硅烷,并且/或者其中純化形式的二異丙基氨基-二硅烷不含任何1,2-雙(二異丙基氨基)-二硅烷。二異丙基氨基-二硅烷可在真空下諸如經(jīng)由通過蒸餾柱在真空下的分餾而純化。作為另外一種選擇,二異丙基氨基-二硅烷可經(jīng)由除蒸餾之外的技術(shù),甚至非蒸發(fā)技術(shù)而純化。
在合成式(I)的化合物的方法的一些方面,方法還可包括將i)金屬氫化物或iil金屬酰胺鹽與合成的二異丙基氨基二硅烷混合。
金屬氫化物可為包含來自元素周期表I族或II族的金屬的任何金屬氫化物,或者包含鋰或鋁的金屬氫化物。在一個實(shí)施例中,金屬氫化物為三-(叔丁氧基)氫化鋁鋰、三乙基硼氫化鋰或三乙基硼氫化鈉。金屬氫化物可從例如西格瑪奧德里奇公司(Sigma Aldrich)商購獲得。
金屬酰胺可為包含來自元素周期表I族或II族的任何金屬的酰胺,或者金屬氯化物的金屬為鋰。在一個實(shí)施例中,金屬酰胺為二異丙基酰胺鋰。金屬酰胺可從例如西格瑪奧德里奇公司商購獲得。
金屬酰胺和/或金屬氫化物可單獨(dú)(純凈)添加或者作為溶液或漿液添加,這取決于在溶劑(諸如甲苯、四氫呋喃、環(huán)己烷、或四乙二醇二甲基醚)中的溶解度。
與氨基硅烷和/或氨基二硅烷混合的金屬酰胺和/或金屬氫化物的量與氨基硅烷或氨基二硅烷中氯化物雜質(zhì)的量相比從等摩爾量到過量摩爾量,或者金屬酰胺和/或金屬氫化物與氯化物雜質(zhì)的摩爾比>1,或至少為2,或者從>1至100。
將金屬氫化物或金屬酰胺混合的溫度通常為-20℃至110℃,或者-20至20℃。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可確定混合金屬氫化物或金屬酰胺的最佳溫度。
金屬氫化物和/或金屬酰胺與氨基硅烷和/或氨基二硅烷混合至少1分鐘,或者至少15分鐘,或者從15分鐘到24小時。
混合氨基硅烷和/或氨基二硅烷與金屬氫化物和/或金屬酰胺的添加順序不是關(guān)鍵的。
在合成式(I)的化合物的方法的一些方面,分離步驟可包括將二異丙基氨基-二硅烷從溶劑,以及任選地從任何固體反應(yīng)副產(chǎn)物中蒸餾,以得到餾出物,該餾出物為純化形式的二異丙基氨基-二硅烷。作為另外一種選擇,分離可包括將二異丙基氨基-二硅烷從溶劑蒸發(fā)以得到冷凝物的非蒸餾方法,該冷凝物為純化形式的二異丙基氨基-二硅烷。
在合成式(I)的化合物的一些方面,方法包括:在可由沸點(diǎn)表征的溶劑中,將氫化金屬鋁與雙(二異丙基氨基)-五氯二硅烷接觸以得到可由沸點(diǎn)表征的二異丙基氨基-二硅烷,該沸點(diǎn)高于溶劑的沸點(diǎn)至少10℃;添加可由沸點(diǎn)表征的第二溶劑,該沸點(diǎn)高于二異丙基氨基-二硅烷的沸點(diǎn)至少10℃;將溶劑從二異丙基氨基-二硅烷和第二溶劑分離;以及然后將二異丙基氨基-二硅烷從第二溶劑分離以得到純化形式的二異丙基氨基-二硅烷,產(chǎn)率為至少30%,并且純度為至少70面積%(GC)。
作為另外一種選擇或除此之外,在合成式(I)的化合物的方法中,其純化形式的二異丙基氨基-二硅烷可以大于或等于80%,或者≥90%,或者≥93%的純度獲得,其中最大純度可為100%,或者99.9999999%,或者99.999999%,或者99.99999%,或者99.9999%,或者99.999%,或者99.99%,或者99.9%,或者99.0%,所有%均為面積%(GC)。通過該方法合成的式(I)的化合物的高純度允許其更高的穩(wěn)定性和更長的儲藏期限。
作為另外一種選擇或除此之外,在合成式(I)的化合物的方法中,用于接觸步驟中的二異丙基五氯-二硅烷可根據(jù)合成式(A)的化合物的方法的方面中的任一個來合成。在一些方面,式(A)和(I)的化合物可在相同反應(yīng)器中按順序制備。
在一些方面,合成式(I)的化合物的方法的可通過配置方法步驟的反應(yīng)物的相應(yīng)量來增強(qiáng)。在合成式(I)的化合物的方法的一些方面,二異丙基氨基-五氯二硅烷和氫化金屬鋁的相應(yīng)量可由二異丙基氨基-五氯二硅烷的Si-Cl基團(tuán)與氫化金屬鋁的H原子(和/或D原子)的摩爾比來表征,該摩爾比為1.0∶0.5至1.0∶1.5,或者1.0∶0.8至1.0∶1.5,或者1.0∶1.0至1.0∶1.5。
在一些方面,合成式(I)的化合物的方法可進(jìn)一步由氫化金屬鋁的性質(zhì)來限定。氫化金屬鋁的金屬不是鋁。氫化金屬鋁可為氫化I族或II族金屬鋁。氫化II族金屬鋁可具有式MB(AlH4)2或MB(AlD4)2,或者M(jìn)B(AlH4)2,或者M(jìn)B(AlD4)2,其中MB為II族金屬并且每個H為氫原子,而且D為氘原子。氫化II族金屬鋁的例子為氫化鎂鋁和氫化鈣鋁。作為另外一種選擇,氫化金屬鋁可為氫化I族金屬鋁。氫化I族金屬鋁可具有式MBAlH4或MBAlD4,或者M(jìn)BAlH4,或者M(jìn)BAlD4,其中MB為I族金屬,H為氫原子,并且D為氘原子。I族金屬M(fèi)B可為Li、Na或K。氫化I族金屬鋁的例子為KAlH4、NaAlH4、LiAlH4、KAlD4、NaAlD4和LiAlD4。氫化I族金屬鋁可為KAlH4、NaAlH4或LiAlH4;或者NaAlH4或LiAlH4;或者KAlH4;或NaAlH4;或者LiAlH4;或者KAlD4、NaAlD4或LiAlD4;或者NaAlD4或LiAlD4;或者KAlD4;或者NaAlD4;或者LiAlD4。作為另外一種選擇,氫化金屬鋁可為上述例子中的任意兩種或更多種的組合。例如,氫化金屬鋁可為NaAlH4和LiAlH4的組合或LiAlH4和Mg(AlH4)2的組合。通常,氫化金屬鋁中的至少一些,或者全部為LiAlH4。
具有氫化金屬鋁的不同組成的方法可在至少一種結(jié)果、特性、功能和/或用途方面彼此不同。不同氫化金屬鋁可提供不同還原活性和/或選擇性。
在一些實(shí)施例中,氫化金屬鋁不進(jìn)一步包含絡(luò)合劑。在其他實(shí)施例中,氫化金屬鋁還包含絡(luò)合劑,該絡(luò)合劑將形成與Al的配價鍵。絡(luò)合劑可為含有O、N或S的非質(zhì)子化合物,諸如烷基醚(例如,二乙基醚)、氧雜環(huán)烷烴(例如,四氫呋喃)、或三烷基胺(例如,三甲基胺)。絡(luò)合劑可用于增強(qiáng)氫化金屬鋁的儲藏穩(wěn)定性、調(diào)節(jié)反應(yīng)性等。在進(jìn)行還原接觸步驟之前,絡(luò)合劑可從反應(yīng)混合物移除。
適用于該方法中的氫化金屬鋁是公知的。合適的氫化金屬鋁可易于從商業(yè)供應(yīng)商(諸如美國密蘇里州圣路易斯的西格瑪奧德里奇公司(Sigma-Aldrich Company,St.Louis,Missouri,USA)獲得并且/或者通過任何合適的方法制備。在一些實(shí)施例中,氫化金屬鋁不進(jìn)一步包含三烷基鋁。在其他實(shí)施例中,氫化金屬鋁還包含三烷基鋁。
接觸步驟中的添加順序可為重要的。例如,在合成式(A)的化合物的方法中,在烴媒介物中,將二異丙基氨基基團(tuán)的源添加到六氯二硅烷的混合物中以有利于形成化合物(A)。如果將六氯二硅烷添加到二異丙基氨基基團(tuán)的源,化合物(B)的形成是有利的。在合成式(I)的化合物的方法中,在溶劑中,可將氫化金屬鋁添加到式(A)的化合物的混合物中,或反之亦然。反應(yīng)條件可易于對不同添加順序進(jìn)行優(yōu)化以便使合成式(I)的化合物的產(chǎn)率和/或用于合成式(I)的化合物的選擇性最大化。
在一些方面,方法可進(jìn)一步定義為稍后在工作實(shí)例中描述的其物種中的任一項(xiàng)。
在一些方面,式(A)或(I)的化合物可獨(dú)立地由其同位素組成進(jìn)一步定義。每種化合物可獨(dú)立地為天然豐度同位素形式,或者同位素富集形式,或者所述形式的混合物。式(A)或(I)的化合物的同位素富集形式包括包含大于天然豐度量的氘、氚、29Si、30Si、32Si或它們的任意兩種或更多種的組合的形式。除了使用本文所述的化合物之外,同位素富集形式的化合物可用于這樣的應(yīng)用中,其中檢測同位素富集的化合物或由其制成的同位素富集的硅材料(例如,膜)將是有用的。此類應(yīng)用的例子是醫(yī)學(xué)研究和防偽應(yīng)用。具有不同同位素組成的式(A)或(I)的化合物可在至少一種特性、功能和/或用途方面彼此不同。
式(A)或(I)的每種化合物可獨(dú)立地在無水條件(即,缺乏水)下,在惰性氣氛下,或通常在兩者(即,無水的惰性氣氛)之下儲存。惰性氣氛可為分子氮、氦、氬或它們的任意兩種或更多種的混合物的氣體。具有不同水濃度的式(A)或(I)的化合物可在至少一種特性、功能和/或用途方面彼此不同。
接觸步驟中的任一項(xiàng)可獨(dú)立地還包括攪拌反應(yīng)物。攪拌可增強(qiáng)反應(yīng)物和反應(yīng)混合物中的另外成分的混合和接觸在一起。所述接觸步驟可在伴有攪拌或不伴有攪拌的情況下獨(dú)立地使用其他條件。其他條件可受到調(diào)控,以增強(qiáng)反應(yīng)物的接觸并且因此增強(qiáng)其反應(yīng)以便在特定接觸步驟中形成預(yù)期反應(yīng)產(chǎn)物。所述其他條件可為用于提高反應(yīng)產(chǎn)率或使特定反應(yīng)副產(chǎn)物的量最小化的結(jié)果有效條件。所述其他條件的例子為氣氛、溫度和壓力。例如,還原和/或取代接觸步驟可獨(dú)立地在惰性氣體氣氛(諸如無水氬氣或氦氣流)下進(jìn)行。作為另外一種選擇或除此之外,還原和/或取代接觸步驟可獨(dú)立地包括在所采用的壓力下從最低溫度高至最低沸點(diǎn)成分的沸點(diǎn)的低點(diǎn)的反應(yīng)物溫度,在所述最低溫度下可認(rèn)識到所述反應(yīng)。可通過檢測反應(yīng)物的消失或產(chǎn)物的出現(xiàn),例如通過29Si和/或1H核磁共振(NMR)光譜學(xué)來認(rèn)識到反應(yīng)。例如,接觸步驟可獨(dú)立地包括-60℃至100℃,或者-20℃至95℃,或者0℃至90℃,或者20℃至90℃的反應(yīng)物溫度。接觸步驟可獨(dú)立地在小于環(huán)境壓力,例如小于101.3千帕下進(jìn)行。用于接觸步驟的不同項(xiàng)中的條件可與用于本文所述的任何其他接觸步驟和/或分離步驟中的條件相同或不同。
在合成式(A)和(I)的化合物的方法的一些方面,如果接觸步驟中的任一項(xiàng)在引發(fā)分離步驟之前進(jìn)行太久,則來自分離步驟的式(A)或(I)的純化化合物的產(chǎn)率分別地開始可不期望地降低。因此,在相同條件下同時進(jìn)行接觸步驟和分離步驟可能是有利的。接觸和分離步驟的這種共同進(jìn)行可通過例如在可同時用于進(jìn)行預(yù)期反應(yīng)和用于諸如經(jīng)由連續(xù)蒸餾(諸如真空蒸餾)將所需反應(yīng)產(chǎn)物(例如,式(A)或(I)的化合物,視情況而定)從所得反應(yīng)混合物分離的條件下,將反應(yīng)物和媒介物(例如,烴媒介物或溶劑,視情況而定)接觸在一起而完成。以這種方式,式(A)和(I)的純化化合物的產(chǎn)率可在所采用的條件下被優(yōu)化,因?yàn)橹灰衔锉恢苽?,其便從反?yīng)混合物移除并且任選地冷卻。
在一些方面,合成式(I)的化合物的方法將直接從合成式(A)的化合物的方法的接觸步驟獲得的反應(yīng)混合物用作式(A)的化合物的源,而無需純化。例如,從合成式(A)的化合物的方法獲得的反應(yīng)混合物可被儲存直到將來用于合成式(I)的化合物的方法中。儲藏可包括在≤-50℃的溫度下的冷藏。作為另外一種選擇,如前所述,式(A)的化合物可從包含其的反應(yīng)混合物中分離和/或純化,并且所得的式(A)的分離和/或純化的化合物然后可用于合成式(I)的化合物的方法中。
用于將式(A)和(I)的化合物從合成其的其相應(yīng)反應(yīng)混合物中分離的分離步驟可包括適于將式(A)或(I)的化合物從其相應(yīng)反應(yīng)副產(chǎn)物和任何未反應(yīng)的反應(yīng)物或另外成分(例如,媒介物)中分離的任何技術(shù)。對于式(A)和(I)的不同化合物可優(yōu)選不同技術(shù)??刹捎靡环N技術(shù)或者可采用一定序列的兩種或更多種技術(shù)。給定技術(shù)可進(jìn)行一次或重復(fù)兩次或更多次,每次都使用先前技術(shù)的產(chǎn)物以便迭代地降低雜質(zhì)含量以產(chǎn)生式(A)或(I)的迭代純化的化合物,例如,具有迭代較低濃度的烷基氯化銨的式(A)的純化化合物,或具有迭代較低原子濃度的鋁的式(I)的純化化合物。合適的技術(shù)的例子為潷析、蒸餾、蒸發(fā)、萃取、過濾、冷凍干燥、氣相色譜法、離子交換色譜法、分配、相分離、反相液相色譜法、汽提、揮發(fā)和洗滌。作為另外一種選擇或除此之外,式(A)和(I)的化合物中的每種均可經(jīng)受反相液相色譜法。合適的反相液相色譜法技術(shù)的例子為反相中壓柱色譜法(RP-MPLC)和反相高壓柱色譜法(RP-HPLC),其中固定相是固體,諸如硅膠,而流動相是無水非質(zhì)子有機(jī)溶劑,諸如無水己烷、無水乙腈、無水乙酸乙酯或它們的任意兩種或更多種的混合物。
例如,在合成式(A)和(I)的化合物的方法的一些方面,接觸步驟可獨(dú)立地產(chǎn)生反應(yīng)混合物,該反應(yīng)混合物可在其中具有從更早的步驟(從任選的預(yù)備步驟)帶入到接觸步驟中的固體,并且/或者在其中具有在合成期間在其中原位形成為固體反應(yīng)副產(chǎn)物的固體沉淀物。例如,固體反應(yīng)副產(chǎn)物可為MAX或MBX(諸如LiCl、NaCl),或鹽MAX2或MBX2(諸如MgCl2或CaCl2),根據(jù)MA和MB的情況而定。在所述方面,分離步驟可包括過濾這樣的反應(yīng)混合物以移除固體(諸如鹽)以得到包含式(A)或(I)的化合物(視情況而定)并且缺少固體反應(yīng)副產(chǎn)物的濾液。
在過濾出固體反應(yīng)副產(chǎn)物之后,包含式(A)或(I)的化合物(視情況而定)的所得濾液可被蒸餾或汽提以從其移除揮發(fā)性組分,以得到包含濃縮形式的式(A)或(I)的化合物(視情況而定)的剩余組分。以這種方式移除的揮發(fā)性組分是具有比式(A)或(I)的化合物的沸點(diǎn)更低的沸點(diǎn)的組分,并且可包括例如烴媒介物、任何未反應(yīng)的二異丙基胺和/或吡啶或三烷基胺(如果存在的話)以及/或者Si-Si鍵裂解的任何反應(yīng)副產(chǎn)物,諸如二異丙基氨基三氯硅烷(全部在合成式(A)的化合物的方法中)。合成式(I)的化合物的方法中的揮發(fā)性組分可為甲硅烷和/或Si-Si鍵裂解的任何反應(yīng)副產(chǎn)物,諸如二異丙基氨基硅烷(i-Pr)2NSiH3。
任何反應(yīng)副產(chǎn)物和具有比式(A)或(I)的化合物(視情況而定)的沸點(diǎn)更低的沸點(diǎn)的反應(yīng)混合物的其他成分可經(jīng)由蒸發(fā)方法從其移除以分別得到濃縮形式的式(A)或(I)的化合物的剩余組分。式(A)或(I)的化合物可從剩余組分蒸餾或汽提以得到式(A)或(I)的純化化合物,視情況而定。來自蒸餾或汽提的罐殘留物可包含含有任何非揮發(fā)性反應(yīng)副產(chǎn)物和/或任何非揮發(fā)性另外成分的另一種剩余組分。以這種方式留下的非揮發(fā)性組分是具有比式(A)或(I)的化合物的沸點(diǎn)更高的沸點(diǎn)的組分,并且可包括例如非揮發(fā)性媒介物,諸如溶劑,或在一些方面為第二溶劑(例如,在合成式(I)的化合物的方法中),以及/或者通過在接觸步驟期間縮合兩個或更多個硅烷分子而形成的低聚物副產(chǎn)物或聚合物副產(chǎn)物。
式(A)和(I)的化合物的純度可獨(dú)立地通過反相液相色譜法確定,或者更可能通過氣相色譜法(GC)確定,如后文所述。例如,式(A)和(I)的化合物的純度的前述數(shù)值可為面積%(GC)。每個≤100面積%(GC)可獨(dú)立地等于100面積%(GC),在該方面,式(A)或(I)的純化化合物為式(A)或(I)本身的相應(yīng)化合物。作為另外一種選擇,每個≤100面積%(GC)可獨(dú)立地為<100面積%(GC),在該方面,式(A)或(I)的純化化合物為包含除式(A)或(I)的化合物之外的至少一種另外組分的組合物。在具有<100面積%(GC)的組合物中的式(A)或(I)的化合物的最大純度可為99.9999999面積%(GC)(“九9”純度),或者99.999999面積%(GC)(“八9”純度),或者99.99999面積%(GC)(“七9”純度),或者99.9999面積%(GC)(“六9”純度),或者99.999面積%(GC)(“五9”純度),或者99.99面積%(GC)(“四9”純度),或者99.9面積%(GC)。據(jù)信,式(I)的化合物或基本上由前述六9至九9純度的式(I)的化合物組成的組合物可特別用于制備用于電子和/或光伏應(yīng)用的硅材料,其中一般來講,9純度的數(shù)目越高,其在所述應(yīng)用中的有效性越好。
本發(fā)明的另一個方面是用于減少氨基硅烷中的氯化物含量的方法,該方法包括將i)金屬氫化物或ii)金屬酰胺鹽與包含氨基硅烷和氯化物物質(zhì)的氨基硅烷組合物混合以制備氨基硅烷和通過金屬氫化物或金屬酰胺鹽與氯化物物質(zhì)的反應(yīng)形成的含氯反應(yīng)產(chǎn)物的混合物;以及將氨基硅烷從反應(yīng)產(chǎn)物分離。
如上所述,混合的金屬氫化物和金屬酰胺鹽在所述方面用于制備二異丙基氨基二硅烷。
氨基硅烷組合物中的氨基硅烷可為任何氨基硅烷,或者氨基硅烷為氨基二硅烷,或者氨基硅烷為二異丙基氨基二硅烷,如上所述。
氨基硅烷組合物包含氯化物物質(zhì)。氯化物物質(zhì)可為包含共價鍵和或以其他方式在化合物中的氯原子或來自任何源的游離氯原子的任何化合物,或者氯化物物質(zhì)為包含共價鍵和的氯原子的硅烷或?yàn)橛坞x氯原子,或者氯化物物質(zhì)為氨基氯硅烷或氨基氯二硅烷。不希望受到理論的限制,據(jù)信當(dāng)氯化物物質(zhì)為氨基氯硅烷或氨基氯二硅烷時,通過金屬氫化物或金屬酰胺鹽與氨基氯硅烷和/或氨基氯二硅烷的反應(yīng)可產(chǎn)生更多或新的氨基硅烷。
基于氨基硅烷組合物中的所有材料的重量計(jì),氨基硅烷組合物包含大于5ppmw,或者大于10ppmw,或者大于25ppmw,或者大于100ppmw的氯化物。
氨基硅烷組合物中的氯化物的量可通過本領(lǐng)域中已知的方法確定。例如,氯化物的量可通過離子色譜法來確定。
混合物中產(chǎn)生的氨基硅烷如上所述。
不希望受到理論的限制,據(jù)信金屬氫化物或金屬酰胺鹽和氯化物物質(zhì)的含氯反應(yīng)產(chǎn)物可為通過與氯化物物質(zhì)的氯原子的反應(yīng)而形成的非揮發(fā)性材料。例如,金屬氫化物或金屬酰胺可與氨基氯硅烷雜質(zhì)反應(yīng)以形成新的氨基硅烷和另一種非揮發(fā)性氯化物化合物,含氯反應(yīng)產(chǎn)物。另外,據(jù)信金屬氫化物或金屬酰胺鹽可與氯化物物質(zhì)反應(yīng),但不一定與氯化物物質(zhì)的氯反應(yīng),以形成具有比氨基硅烷更高沸點(diǎn)的新材料。氨基硅烷然后可易于通過分離方法(諸如蒸餾)從較高沸點(diǎn)的非揮發(fā)性含氯反應(yīng)產(chǎn)物中分離。
在一個實(shí)施例中,將混合物蒸餾以將氨基硅烷從金屬氫化物或金屬酰胺鹽與氯化物物質(zhì)的含氯反應(yīng)產(chǎn)物中分離。
基于分離的氨基硅烷的重量計(jì),通過例如蒸餾分離的氨基硅烷包含小于20ppmw,或者小于10ppmw,或者小于5ppmw的氯化物。
本發(fā)明的另一個方面是合成二異丙基氨基-二硅烷的方法,二異丙基氨基-二硅烷具有式(I):[(CH3)2CH]2NSiH2SiH3(I),方法包括:
將氫化金屬鋁與二異丙基氨基-五氯二硅烷接觸以形成可由沸點(diǎn)表征的二異丙基氨基-二硅烷,其中氫化金屬鋁的金屬是元素周期表I族或II族的元素,其中接觸是在真空下并且在一定溫度下以在二異丙基氨基-二硅烷形成之后使其蒸發(fā);以及
在二異丙基氨基-二硅烷形成之后通過蒸餾將其從未反應(yīng)的二異丙基氨基-五氯二硅烷和氫化金屬鋁分離,其中蒸餾與二異丙基氨基-二硅烷的形成同時進(jìn)行。
氫化金屬鋁、二異丙基氨基-五氯二硅烷以及可由沸點(diǎn)表征的二異丙基氨基-二硅烷如上所述。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將知道進(jìn)行基本蒸餾的方式。然而,在本發(fā)明的該方面,蒸餾與二異丙基氨基-二硅烷的形成同時進(jìn)行。同時進(jìn)行蒸餾意指蒸餾在二異丙基氨基-二硅烷形成時開始。據(jù)信,在二異丙基氨基-二硅烷形成時開始蒸餾將增加產(chǎn)率,因?yàn)檫@將限制二異丙基氨基-二硅烷暴露于氫化金屬鋁的時間并且結(jié)果是Si-Si二硅烷鍵的更少裂解。
接觸是在至少90℃,或者至少80℃,或者至少70℃的溫度下。
接觸在1至100托,或者1至50托,或者10至25托的真空下。
本發(fā)明的實(shí)施例還包括以下編號的方面。
方面1.合成二異丙基氨基-五氯二硅烷的方法,二異丙基氨基-五氯二硅烷具有式(A):[(CH3)2CH]2NSiCl2SiCl3(A),方法包括:在烴媒介物中,將六氯二硅烷(SiCl3SiCl3)與二異丙基氨基基團(tuán)的源接觸以得到與式(B):[(CH3)2CH]2NSiCl2SiCl2N[CH(CH3)2]2(B)的化合物的產(chǎn)率(如果有的話)相比更高的式(A)的化合物的產(chǎn)率;其中i-Pr為異丙基;其中相對于六氯二硅烷,二異丙基氨基基團(tuán)的源為0.50至1.19摩爾當(dāng)量的金屬二異丙基酰胺[(i-Pr)2N]mMA,或者金屬二異丙基酰胺與二異丙基胺的混合物,其中下標(biāo)m為1或2,其中當(dāng)m為1時,MA是元素周期表I族的元素,而當(dāng)m為2時,MA是元素周期表II族的元素;或者二異丙基氨基基團(tuán)的源為1.0至2.39摩爾當(dāng)量的二異丙基胺((i-Pr)2NH),或者金屬二異丙基酰胺與二異丙基胺的混合物,或者二異丙基氨基基團(tuán)的源為0.50至1.19摩爾當(dāng)量的二異丙基胺((i-Pr)2NH),或者金屬二異丙基酰胺與二異丙基胺的混合物,與0.50至1.19摩爾當(dāng)量的吡啶或三烷基胺(Alkyl3N)的混合物,其中每個烷基獨(dú)立地為(C2-C10)烷基。
方面2.方面1的方法,其中金屬二異丙基酰胺在接觸步驟中用作二異丙基氨基基團(tuán)的源,并且m為1且MA為鋰、鈉或鉀;或者m為2且MA為鎂或鈣;并且其中式(A)的化合物的產(chǎn)率大于或等于30%。
方面3.方面1或2的方法,其中金屬二異丙基酰胺在接觸步驟中用作二異丙基氨基基團(tuán)的源并且金屬二異丙基酰胺的摩爾當(dāng)量相對于六氯二硅烷為0.9至1.1。
方面4.方面1的方法,其中1.0至2.39摩爾當(dāng)量的二異丙基胺((i-Pr)2NH)在接觸步驟中用作二異丙基氨基基團(tuán)的源,并且式(A)的化合物的產(chǎn)率大于或等于30%。
方面5.方面1的方法,其中二異丙基胺與吡啶或三烷基胺的混合物在接觸步驟中用作二異丙基氨基基團(tuán)的源,并且二異丙基胺的摩爾當(dāng)量為0.9至1.1,而吡啶或三烷基胺的摩爾當(dāng)量為0.9至1.1,兩者均相對于六氯二硅烷,并且其中式(A)的化合物的產(chǎn)率大于或等于30%。
方面5.01.方面1的方法,其中在烴媒介物中,六氯二硅烷(SiCl3SiCl3)與二異丙基氨基基團(tuán)的源的接觸通過將二異丙基氨基基團(tuán)的源添加到六氯二硅烷來進(jìn)行。
方面6.方面2-5中任一項(xiàng)的方法,其中方法產(chǎn)生為固體的反應(yīng)副產(chǎn)物,并且方法還包括將二異丙基氨基-五氯二硅烷從固體反應(yīng)副產(chǎn)物分離以得到包含二異丙基氨基-五氯二硅烷的烴媒介物溶液,該溶液不含固體反應(yīng)副產(chǎn)物。
方面7.前述方面中任一項(xiàng)的方法,還包括步驟(a)或(b):(a)將烴媒介物從二異丙基氨基-五氯二硅烷分離以得到濃縮形式的二異丙基氨基-五氯二硅烷;或(b)還包括將烴媒介物從二異丙基氨基-五氯二硅烷分離以得到濃縮形式的二異丙基氨基-五氯二硅烷并且將二異丙基氨基-五氯二硅烷從其濃縮形式蒸餾以得到純化形式的二異丙基氨基-五氯二硅烷,產(chǎn)率為至少50%并且純度大于或等于90面積%(GC)。
方面8.合成二異丙基氨基-二硅烷的方法,二異丙基氨基-二硅烷具有式(I):[(CH3)2CH]2NSiH2SiH3(I),方法包括:在可由沸點(diǎn)表征的溶劑中,將氫化金屬鋁與二異丙基氨基-五氯二硅烷接觸以得到可由沸點(diǎn)表征的二異丙基氨基-二硅烷,其中氫化金屬鋁的金屬是元素周期表I族或II族的元素,并且溶劑的沸點(diǎn)為至少90℃而且高于二異丙基氨基-二硅烷的沸點(diǎn)至少10攝氏度;以及將二異丙基氨基-二硅烷從溶劑分離以得到純化形式的二異丙基氨基-二硅烷,產(chǎn)率為至少30%,并且純度大于或等于70面積%(GC)。
方面9.方面8的方法,其中溶劑為亞烷基二醇二烷基醚并且亞烷基二醇二烷基醚為四乙二醇二(C1-C4)烷基醚、丙二醇二(C4-C8)烷基醚、乙二醇二(C4或C8)烷基醚,或它們的任意兩種或更多種的組合。
方面10.方面9的方法,其中亞烷基二醇二烷基醚為四乙二醇二甲基醚、丙二醇二辛基醚或乙二醇二辛基醚。
方面11.方面8-10中任一項(xiàng)的方法,其中溶劑的沸點(diǎn)高于二異丙基氨基-二硅烷的沸點(diǎn)至少50℃。
方面12.方面8的方法,其中方法包括:在可由沸點(diǎn)表征的溶劑中,將氫化金屬鋁與雙(二異丙基氨基)-五氯二硅烷接觸以得到可由沸點(diǎn)表征的二異丙基氨基-二硅烷,該沸點(diǎn)高于溶劑的沸點(diǎn)至少10℃;添加可由沸點(diǎn)表征的第二溶劑,該沸點(diǎn)高于二異丙基氨基-二硅烷的沸點(diǎn)至少10℃;將溶劑從二異丙基氨基-二硅烷和第二溶劑分離;以及然后將二異丙基氨基-二硅烷從第二溶劑分離以得到純化形式的二異丙基氨基-二硅烷,產(chǎn)率為至少30%,并且純度為至少70面積%(GC)。
方面13.方面8-12中任一項(xiàng)的方法,其中接觸在-60攝氏度(℃)至100℃的溫度下進(jìn)行,前提條件是該溫度大于接觸步驟中形成的反應(yīng)混合物的凝固點(diǎn);并且接觸持續(xù)足以以大于30%的產(chǎn)率得到二異丙基氨基-二硅烷的時間段。
方面14.合成二異丙基氨基-二硅烷的方法,二異丙基氨基-二硅烷具有式(I):[(CH3)2CH]2NSiH2SiH3(I),方法包括部分A和B:部分A:在烴媒介物中,相對于六氯二硅烷,將六氯二硅烷(SiCl3SiCl3)與0.50至1.19摩爾當(dāng)量的金屬二異丙基酰胺(i-Pr)2N]mMA接觸,其中下標(biāo)m為1或2,其中當(dāng)m為1時,MA是元素周期表I族的元素,而當(dāng)m為2時,MA是元素周期表II族的元素;或與1.0至2.39摩爾當(dāng)量的二異丙基胺接觸,或與0.50至1.19摩爾當(dāng)量的二異丙基胺((i-Pr)2NH)和0.50至1.19摩爾當(dāng)量的三乙基胺(Et3N)的混合物接觸,以得到與式(B):[(CH3)2CH]2NSiCl2SiCl2N[CH(CH3)2]2(B)的化合物的產(chǎn)率(如果有的話)相比更高的二異丙基氨基-五氯二硅烷的產(chǎn)率,其中i-Pr為異丙基并且Et為乙基;以及部分B:在可由沸點(diǎn)表征的亞烷基二醇二烷基醚中,將氫化鋁鋰(LiAlH4)與得自部分A的二異丙基氨基-五氯二硅烷接觸以得到可由沸點(diǎn)表征的二異丙基氨基-二硅烷,其中亞烷基二醇二烷基醚的沸點(diǎn)高于二異丙基氨基-二硅烷的沸點(diǎn)至少30攝氏度;以及將二異丙基氨基-二硅烷從亞烷基二醇二烷基醚分離以得到純化形式的二異丙基氨基-二硅烷,部分B的產(chǎn)率為至少30%,并且純度大于或等于70面積%(GC)。
方面15.方面14的方法,其中部分A根據(jù)方面2-7中任一項(xiàng)的方法進(jìn)行;部分B根據(jù)方面9-13中任一項(xiàng)的方法進(jìn)行;或二者兼有。
方面16.包含通過前述方面中任一項(xiàng)的方法合成的化合物以及該方法的至少一種反應(yīng)副產(chǎn)物的組合物。
方面17.方面1、5和15中任一項(xiàng)的方法,其中吡啶或三烷基胺為三烷基胺,并且三烷基胺為三乙基胺、三丙基胺或三丁基胺。
本發(fā)明進(jìn)一步通過隨后的其非限制性例子的特征和限制的任意組合來說明,并且本發(fā)明的實(shí)施例可包括隨后的其非限制性例子的特征和限制的任意組合。
GC-FID條件:具有30米長度、0.32mm內(nèi)徑的毛細(xì)管柱,并且在毛細(xì)管柱的內(nèi)表面上包含涂層形式的0.25μm厚的固定相,其中固定相由苯基甲基硅氧烷構(gòu)成。載氣為以105mm/分鐘的流速而使用的氦氣。GC儀器為Agilent 7890A型號氣相色譜儀。入口溫度為150℃,GC實(shí)驗(yàn)溫度分布由在50℃下浸泡(保持)2分鐘,使溫度以15℃/分鐘的速率斜升至250℃以及然后在250℃下浸泡(保持)10分鐘組成。
GC-MS儀器和條件:通過電子碰撞電離和化學(xué)電離氣相色譜法-質(zhì)譜法(EI GC-MS和CI GC-MS)來分析樣品。Agilent 6890 GC條件包括具有30米(m)×0.25毫米(mm)×0.50微米(μm)膜構(gòu)型的DB-1柱。在50℃下浸泡2分鐘,使溫度以15℃/分鐘斜升至250℃以及在250℃下浸泡10分鐘的烘箱程序。以1mL/分鐘的恒定流量和50∶1分流注射流動的氦載氣。Agilent 5973 MSD條件包括15至800道爾頓的MS掃描范圍,使用5%NH3和95%CH4的定制CI氣體混合物的EI電離和CI電離。
29Si-NMR儀器和溶劑:使用Varian 400MHz Mercury光譜儀。C6D6用作溶劑。
1H-NMR儀器和溶劑:使用Varian 400MHz Mercury光譜儀。C6D6用作溶劑。
IC儀器和樣品詳情:通過將0.2至0.3g放置在開口的50mL聚丙烯離心管中來制備樣品。然后將樣品溶解于10mL的甲苯中。在通風(fēng)櫥中用10mL的去離子水逐滴處理甲苯溶液(通過定期手動攪拌來混合甲苯和水相)。使松散地蓋上(以允許排氣)的樣品混合物在通風(fēng)櫥中靜置大約一小時。然后將樣品蓋上并且手動攪拌大約一分鐘,然后離心。將底部水層的等分試樣通過0.45微米尼龍膜注射過濾器過濾并且通過離子色譜法分析。
陰離子分析在裝配有0.4mm×150mm AS18-快速柱、0.4微升樣品環(huán)和電導(dǎo)檢測器的ICS-5000離子色譜儀上進(jìn)行。KOH梯度用于洗脫。
流量=10微升/分鐘,抑制子=ACES 300,電流=7mA。用于陰離子IC標(biāo)準(zhǔn)的儲備溶液為SPEX Certiprep ICMIX6-100、lot 21-36VYY。
除非另外指明,否則環(huán)境溫度為約23℃。
實(shí)例1:使用2.21摩爾當(dāng)量的二異丙基胺合成二異丙基-五氯二硅烷:在1升(L)圓底燒瓶中混合六氯二硅烷(HCDS;20.0毫升(mL),0.116mol)和無水己烷(200mL)。用干冰將混合物冷卻至-20℃。在機(jī)械攪拌器的攪拌下,在35分鐘內(nèi)在接近-20℃添加二異丙基胺(DiPA;35.8mL,0.256mol)的己烷(100mL)溶液。在添加之后,將漿液溫?zé)嶂?3℃,并且攪拌(稠化)一夜。添加另外100mL己烷以稀釋漿液,并且通過覆蓋有1英寸厚的硅藻土(CELITE)的D型玻璃料過濾稀釋的漿液。用100mL己烷沖洗所得濾餅。收集澄清濾液(約400mL)。在真空(<1托)下蒸餾濾液以移除揮發(fā)性有機(jī)物。回收28.43g(73.5%產(chǎn)率)的粗二異丙基-五氯二硅烷作為澄清淡黃色液體。
實(shí)例2:使用1.10摩爾當(dāng)量的二異丙基胺和1.10摩爾當(dāng)量三乙基胺合成二異丙基-五氯二硅烷:重復(fù)實(shí)例1的程序,不同的是代替35.8mL的DIPA的己烷(100mL)溶液,使用DiPA(17.9mL,0.128mol)和三乙基胺(17.8mL,0.128mol)的己烷(100mL)溶液。澄清濾液的量為約450mL。在蒸餾以移除揮發(fā)性有機(jī)物之后,回收29.2g(75.5%產(chǎn)率)的粗二異丙基-五氯二硅烷作為澄清淡黃色液體。
實(shí)例3:使用1.10摩爾當(dāng)量的二異丙基酰胺鋰合成二異丙基-五氯二硅烷:在2L圓底燒瓶中混合10.0M n-BuLi的己烷溶液(92.0mL;0.920mol)和無水己烷(828mL)。在磁力攪拌器的攪拌下,在15分鐘內(nèi)在高至40℃下添加DiPA(129.0mL,0.920mol)。在23℃下將所得二異丙基酰胺鋰溶液攪拌1小時。向另一個2L圓底燒瓶添加HCDS(144.0mL,0.836mol)和93.1mL己烷。用一些干冰將第二個燒瓶冷卻接近0℃。在機(jī)械攪拌器的攪拌下,以一定進(jìn)料速率將二異丙基酰胺鋰溶液通過1/4英寸(0.635厘米(cm))內(nèi)徑的聚(四氟乙烯)管壓力進(jìn)料到第二個燒瓶中。白色沉淀物立即形成。控制進(jìn)料速率以維持反應(yīng)溫度低于40℃。添加花費(fèi)1小時15分鐘。在添加之后,將漿液攪拌(稠化)一夜。然后使用類似于實(shí)例1中的那些的程序過濾漿液并且移除揮發(fā)性有機(jī)物以得到199.8g(71.6%產(chǎn)率)的粗二異丙基-五氯二硅烷作為澄清黃色液體。
實(shí)例4:從實(shí)例1的粗二異丙基-五氯二硅烷蒸餾二異丙基-五氯二硅烷以得到包含純化二異丙基-五氯二硅烷的餾出物。
實(shí)例5:合成二異丙基氨基-二硅烷:將四乙二醇二甲基醚(TEGDME,760mL)添加到2L圓底燒瓶中。用干冰將TEGDME冷卻至0℃,然后在氮?dú)鈱酉略?5分鐘內(nèi)倒入粉狀LiAlH4(63.5g,1.67mol)。在0℃至6℃下機(jī)械攪拌所得漿液30分鐘,然后使?jié){液在完全真空(小于1托)下脫氧。用干冰將所得的LiAlH4漿液冷卻至-20℃。引入恒定流量的氮?dú)庖源祾邿康捻敳靠臻g并且通過起泡器以中等流速(2,000mL/小時)將氮?dú)馀欧诺娇諝庵?。將?shí)例4的蒸餾二異丙基-五氯二硅烷(446.5g,1.34mol)在2.5小時內(nèi)在小于-10℃下通過加料漏斗添加到燒瓶中。在添加之后,將反應(yīng)混合物溫?zé)嶂?3℃,并且在恒定氮吹掃下攪拌一夜。然后使用簡單真空蒸餾裝置在完全真空(小于1托)下,將反應(yīng)混合物逐漸加熱到100℃,并且收集141.2g粗二異丙基氨基-二硅烷(DPDS,65.4%產(chǎn)率)作為澄清無色液體。用GC-FID將包含85%(面積)DPDS的粗DPDS定量。分餾粗DPDS以得到具有≥98面積%(GC)純度的純化DPDS。
實(shí)例6:在小規(guī)模(2-6g)的低氯化物DPDS上測試若干試劑。在設(shè)定量的時間之后,將產(chǎn)物通過150mm Vigreux柱蒸餾,稱重產(chǎn)率,通過1H NMR對于組成進(jìn)行分析,并且進(jìn)行離子色譜法(IC)分析以確定蒸餾產(chǎn)物的氯化物濃度。所使用的DPDS來源于具有不同氯化物濃度(580ppm Cl;和78ppm Cl)的兩批DPDS。結(jié)果示于下表中。
[Cl]0是起始氯化物。[Cl]F是最終氯化物。“過氫化物”是三乙基硼氫化鋰?!癓DA”意指二異丙基酰胺鋰。
實(shí)例7:制備一批粗DPDS并且包含氯化物物質(zhì)作為雜質(zhì)。粗DPDS的IC分析反映出其具有2752ppm的高氯化物濃度(大約0.3%)。使用設(shè)定成300rpm的磁力攪拌棒攪拌所有樣品。粗DPDS的坯料蒸餾將氯化物濃度降低至1556±186ppm。用于這種蒸餾的真空為大約10-2托。
[Cl]0是起始氯化物。[Cl]F是最終氯化物?!斑^氫化物”是三乙基硼氫化鋰?!癓DA”意指二異丙基酰胺鋰?!癟EGDME”意指四乙二醇二甲基醚。
實(shí)例8:將1.2克的氫化鋁鋰在攪拌的帶夾套燒瓶中裝入到12克的四乙二醇二甲基醚中,從而形成漿液。將二異丙基氨基氯二硅烷(7.5克)裝入單獨(dú)的攪拌的帶夾套燒瓶中。將兩個帶夾套燒瓶加熱到60℃。將真空(約28inHg)施加到裝有二異丙基氨基氯二硅烷的燒瓶中。將加熱的漿液緩慢地添加到氯硅烷。觀察到放熱反應(yīng)的溫度增加到高至90℃。在頂上收集大約1克的材料,該材料通過夾套/盤管冷凝器在0℃下冷凝。GC_TCD分析在頂部材料上進(jìn)行。所得混合物包含約34%二異丙基氨基二硅烷,其中大多數(shù)剩余組合物為高沸點(diǎn)材料。
實(shí)例9:用于這些實(shí)驗(yàn)中的DPDS使用在51.0g的TEGDME中漿化的3.69g的LAH(氫化鋁鋰)原位制備。將罐設(shè)定成冷卻到-15℃,并且當(dāng)罐達(dá)到-5℃時開始將二異丙基胺五氯二硅烷(DPDC)添加到LAH漿液。在約20分鐘內(nèi)添加25g的DPDC。在DPDC添加完成之后,將罐在約5分鐘間隔下依次溫?zé)嶂?、10和20℃并且然后在室溫下攪拌30分鐘。然后添加氯化物移除劑并且在汽提之前將反應(yīng)混合物攪拌3小時。在汽提過程期間,罐在完全真空下依次加熱至50、60、70、80、90、100和110℃-將接納燒瓶冷卻至-20℃。汽提對于每個樣品花費(fèi)約50分鐘。這些試驗(yàn)的結(jié)果在下表中。
將LAH(10.94g)與156g的TEGDME混合并且冷卻至-15℃。將74.7g的DPDC在47分鐘內(nèi)添加到罐中,從而導(dǎo)致罐溫度由于放熱反應(yīng)而溫?zé)嶂?1℃的最大溫度。首先在5分鐘內(nèi)將罐斜升至10℃,然后在10分鐘內(nèi)斜升至20℃。將混合物攪拌30分鐘。將8mL的1.5M LDA/THF的環(huán)己烷溶液添加到混合物中,從而導(dǎo)致2度放熱。將罐攪拌3h。汽提在70分鐘內(nèi)進(jìn)行,其中最大溫度為110℃并且最大真空為2.3托。每次運(yùn)行生成約22g的產(chǎn)物。這樣產(chǎn)生具有氯化物的粗DPDS樣品,氯化物濃度分別為310和286ppm。
將級分混合以得到44.7g的粗DPDS,將該粗DPDS混合然后分餾。初始將罐溫?zé)嶂?0℃,而冷凝器和接收器被冷卻至-25℃并且壓力降至30托。加熱流體溫度升高至60℃,而壓力降至22托,這導(dǎo)致粗混合物回流。當(dāng)罐溫度讀取為57℃并且壓力讀取為19托時,前餾分流出。收集8克的材料。當(dāng)罐溫度讀取為78℃并且壓力為19.7托時收集產(chǎn)物餾分。收集13g的產(chǎn)物。剩余的23.7g材料被稱為為罐。每種級分的氯化物濃度如下:前餾分-40ppm,產(chǎn)物餾分-54ppm,以及后餾分(heel)-727ppm。
以下權(quán)利要求以引用方式并入本文,并且術(shù)語“權(quán)利要求”和“多個權(quán)利要求”可被分別置換為術(shù)語“方面”和“多個方面”。本發(fā)明的實(shí)施例還包括這些所得的編號方面。