Изобретение относится к получению ненасыщенных органомагнийхлоридов, в частности фенил- и винилмагнийхлоридов, используемых как при синтезе элементоорганических соединений, так и в качестве реагентов при получении различных классов органических соединений.
Известно, что органомагнийгалогениды образуются при взаимодействии магния в виде стружки или опилок с органогалогенидами в среде органических растворителей [1] . Магний в виде порошка (по литературным данным) для проведения магнийорганического синтеза не пригоден. Обычно процесс протекает в среде растворителей эфирной природы - диэтиловый эфир, дибутиловый эфир, тетрагидрофуран. При этом скорость протекания реакции, состав и выход образующихся магнийорганических соединений определяются преимущественно природой используемого растворителя, вступающего в реакцию органогалогенида, и свойствами используемого магния. При получении органомагнийбромидов или иодидов в среде диэтилового эфира процесс протекает достаточно быстро - за несколько часов. Органохлориды, за исключением хлоралканов, ведут себя в этой реакции менее активно. Ненасыщенные органохлориды - хлористый винил и хлористый бензол, а также их замещенные, вступают в реакцию с магнием только в среде тетрагидрофурана (ТГФ) [2]. Характерной особенностью процесса является то, что вначале необходимо провести инициирование реакции. Для этого к смеси магния, растворителя и небольшой части органогалогенида (5 - 10% от общей загрузки) прибавляют 0,1 - 0,2 г инициатора, который способствует началу процесса образования магнийорганического соединения. При инициировании наблюдается резкое повышение температуры реакционной массы - так называемый "вызов". В качестве инициаторов применяют алкилбромиды - бромистый этил или 1,2-дибромэтан.
Необходимо отметить, процесс получения органомагнийхлоридов, а винил- и фенилмагнийхлоридов в особенности, несмотря на большое количество посвященных ему патентов и публикаций, является до настоящего времени недостаточно изученным как в теоретическом, так и в практическом плане. Не выяснен также и вопрос о механизме процесса, но существуют самые различные мнения по этому поводу, которые предполагают как радикальный путь прохождения процесса [3], так и ионный [4] . Практические же результаты реакции в настоящее время в значительной степени зависят от квалификации и удачи экспериментатора.
Все вышесказанное в еще большей степени относится к процессу получения винил- и фенилмагнийхлоридов. Реакция образования органомагнийхлоридов для хлорбензола и хлористого винила идет очень медленно. При этом на ее интенсивность значительно влияет природа используемых растворителей, наиболее активно процесс протекает в тетрагидрофуране. Так в случае хлористого винила для образования нескольких грамм-молей магнийорганического соединения требуется более 10 ч, что является его существенным недостатком. Использование других растворителей, в том числе и диэтилового эфира, еще более увеличивает длительность процесса. Такая длительность протекания процесса создает значительные трудности при промышленном осуществлении способа, так как требует большого объема реакционной аппаратуры и создает сложности при обеспечении необходимых для протекания процесса условий тепло- и массообмена. Попытки ускорить реакцию путем активации магния, введения различных добавок, интенсификацией перемешивания эффекта не дали. Проведение реакции в присутствии активирующих добавок, например алкоголятов щелочных или щелочноземельных металлов позволяет снизить требования к качеству используемого растворителя (повысить допустимое содержание влаги) или проводить реакцию в углеводородных средах без добавок эфиров, но не приводит к уменьшению времени протекания процесса.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является способ традиционного получения магнийорганических соединений путем реакции хлорвинила или хлорбензола с магниевой стружкой в среде тетрагидрофурана (ТГФ) [5] . Этот способ и принят за прототип. Основным недостатком его является большая длительность протекания реакции.
Задача изобретения - разработка способа интенсификации процесса получения незамещенных органомагнийхлоридов, в частности винил- и фенилмагнийхлоридов, который позволил бы значительно уменьшить время протекания процесса, уменьшить объем реакционной аппаратуры и тем самым значительно увеличить съем целевого продукта с единицы объема реактора, а также сократить производственные затраты.
В результате ряда экспериментальных исследований было неожиданно установлено, что решение поставленной задачи достигается при воздействии на реакционную среду ультразвуком в определенных условиях. Использование ультразвука для интенсификации процесса получения магнийорганических продуктов в литературе не описано. Было найдено, что взаимодействие насыщенных алкенилхлоридов с магнием осуществляется при воздействии ультразвука с частотой колебаний 20 - 40 кГц, что значительно сокращает время протекания реакции образования алкенилмагнийхлоридов. Причем выход магнийорганических соединений по результатам конденсации их с триметилхлорсиланом остается на уровне 85 - 90% от теоретического. В качестве алкенилхлорида используют хлористый винил или хлорбензол. Металлический магний берут в виде порошка фрезеровочного или стружки.
Характерной особенностью предлагаемого способа является то, что воздействие ультразвука положительно сказывается лишь в интервале частот 20 - 40 кГц и только тогда, когда воздействию ультразвука предваряется стадия "вызова" реакции.
Объяснить наблюдаемый эффект сокращения времени процесса повышением интенсивности смешения реагентов или просто дополнительным измельчением магния не удается, так как в отличие от предлагаемого метода интенсификации процесса повышение интенсивности смешения реагентов другими методами и предварительное измельчение магния с помощью ультразвука с последующим его использованием в синтезе эффекта не дают.
При частоте ультразвука менее 20 кГц и более 40 кГц заметного повышения скорости превращений в процессе не обнаружено.
Пример 1. Получение фенилмагнийхлорида без применения ультразвукового облучения.
В реакционный прибор, состоящий из 2-литровой четырехгорлой колбы, снабженной обратным холодильником, термометром, капельной воронкой для подачи хлорбензола и мешалкой, загружают 48,6 г (2 г-моль) магниевой стружки, 100 мл тетрагидрофурана (ТГФ) и 10 г хлорбензола. Инициируют реакцию прибавлением 1 мл 1,2-дибромэтана, при этом температура реакционной массы возрастает до 50 - 60oC. После инициирования начинают перемешивание и одновременно подачу из капельной воронки смеси 215 г хлорбензола и 400 мл ТГФ. Подачу смеси ведут с такой скоростью, чтобы температура в реакционной колбе держалась на уровне 60 - 70oC. Процесс проводится до полного растворения магния и понижения температуры в колбе до 25 - 30oC. Выход фенилмагнийхлорида оценивался по реакции с триметилхлорсиланом и хроматографировании продуктов реакции. Время синтеза фенилмагнийхлорида в этом опыте составило 6 ч.
Пример 2. Получение фенилмагнийхлорида с применением ультразвукового облучения.
В реакционный прибор, состоящий из 2-литровой четырехгорлой колбы, снабженной обратным холодильником, термометром, капельной воронкой для подачи хлорбензола и ультразвуковым излучателем, загружают 48,6 г (2 г-моль) магниевой стружки, 100 мл тетрагидрофурана (ТГФ) и 10 г хлорбензола. Инициируют реакцию прибавлением 1 мл 1,2-дибромэтана, при этом температура реакционной массы возрастает до 50 - 60oC. После инициирования начинают воздействовать на реакционную колбу ультразвуком с частотой колебаний 22 кГц с одновременной подачей из капельной воронки смеси 215 г хлорбензола и 400 мл ТГФ. Подачу смеси ведут с такой скоростью, чтобы температура в реакционной колбе держалась на уровне 60 - 70oC. Процесс проводится до полного растворения магния и понижения температуры в колбе до 25 - 30oC. Выход фенилмагнийхлорида оценивался по реакции с триметилхлорсиланом и хроматографировании продуктов реакции. Время синтеза фенилмагнийхлорида в этом опыте составило 3 ч.
Пример 3. Получение винилмагнийхлорида без применения ультразвукового облучения.
В реакционный прибор, состоящий из 2-литровой четырехгорлой колбы, снабженной обратным двухсекционным холодильником (первая секция охлаждается водой, вторая смесью ацетона и сухого льда), термометром, барбатером-воронкой для подачи хлорвинила и мешалкой, загружают 48,6 г (2 г-моль) магниевой стружки, 100 мл тетрагидрофурана (ТГФ). По барбатеру подают хлористый винил до насыщения реакционной массы - начинается скапывание сконденсированного хлорвинила со второй секции обратного холодильника. Инициируют реакцию прибавлением 1 мл 1,2-дибромэтана, при этом температура реакционной массы возрастает до 50 - 60oC. После инициирования начинают перемешивание и одновременно подачу хлористого винила по барбатеру. Подачу смеси ведут с такой скоростью, чтобы температура в реакционной колбе держалась на уровне 60 - 70oC. Два раза через 2 и 4 ч после инициирования и начала ввода хлорвинила добавляют в реакционную колбу по 200 мл ТГФ. Процесс проводится до полного растворения магния и понижения температуры в колбе до 25 - 30oC. Выход винилмагнийхлорида оценивается по реакции с триметилхлорсиланом и хроматографировании продуктов реакции. Время синтеза винилмагнийхлорида в этом опыте составило 14 ч.
Пример 4. Получение винилмагнийхлорида с применением ультразвукового облучения.
В реакционный прибор, состоящий из 2-литровой четырехгорлой колбы, снабженной обратным двухсекционным холодильником (первая секция охлаждается водой, вторая смесью ацетона и сухого льда), термометром, барбатером для подачи хлорвинила и ультразвуковым излучателем, загружают 48,6 г (2 г-моль) магниевой стружки, 100 мл тетрагидрофурана (ТГФ). По барбатеру подают хлористый винил до насыщения реакционной массы - начинается скапывание сконденсированного хлорвинила со второй секции обратного холодильника. Инициируют реакцию прибавлением 1 мл 1,2-дибромэтана, при этом температура реакционной массы возрастает до 50 - 60oC. После инициирования начинают воздействовать на реакционную колбу ультразвуком с частотой колебаний 22 кГц с одновременной подачей хлористого винила по барбатеру. Подачу смеси ведут с такой скоростью, чтобы температура в реакционной колбе держалась на уровне 60 - 70oC. Два раза через 1 и 3 ч после инициирования и начала ввода хлорвинила добавляют в реакционную колбу по 200 мл ТГФ. Процесс проводится до полного растворения магния и понижения температуры в колбе до 25 - 30oC. Выход винилмагнийхлорида оценивался по реакции с триметилхлорсиланом и хроматографировании продуктов реакции. Время синтеза винилмагнийхлорида в этом опыте составило 6 ч.
Результаты других опытов представлены в таблице.
Сравнивая результаты предложенного способа с прототипом видно, что в первом случае наблюдается снижение времени протекания процесса в 2-3 раза при сохранении выхода целевого органомагнийхлорида на том же уровне.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ ТЕТРАГИДРОФУРАНА ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В МАГНИЙОРГАНИЧЕСКОМ СИНТЕЗЕ | 1996 |
|
RU2098414C1 |
Способ стабилизации тетрагидрофурана для магнийорганического синтеза | 1986 |
|
SU1366515A1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТРИФЕНИЛСИЛАНОЛА | 1999 |
|
RU2174124C2 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВИНИЛДИСИЛОКСАНОВ | 1996 |
|
RU2100335C1 |
Способ получения тетравинилсилана | 1985 |
|
SU1299115A1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИС-(ЦИКЛОПЕНТАДИЕНИЛ)ХРОМА | 1998 |
|
RU2139883C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТИЛСИЛАНА | 1999 |
|
RU2162854C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛКИЛХЛОРМОНОСИЛАНОВ | 1996 |
|
RU2103273C1 |
ВОДОЭМУЛЬСИОННЫЙ СОСТАВ НА ОСНОВЕ ПОЛИОРГАНОСИЛОКСАНА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ | 1995 |
|
RU2114881C1 |
СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ ТРИМЕТИЛХЛОРСИЛАНА ИЗ СМЕСИ С ЧЕТЫРЕХХЛОРИСТЫМ КРЕМНИЕМ | 1997 |
|
RU2119491C1 |
Изобретение относится к получению алкенилмагнийхлоридов, используемых в синтезе элементоорганических соединений. Интенсификация способа получения винил- и фенилмагнийхлоридов взаимодействием алкенилхлорида с порошком или стружкой магния в среде тетрагидрофурана достигается обработкой реакционной массы ультразвуком с частотой колебания 20-40 кГц. 2 з. п. ф-лы, 1 табл.
Печь для непрерывного получения сернистого натрия | 1921 |
|
SU1A1 |
Synthesis, 1974, N 2, p.133-135 | |||
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов | 1917 |
|
SU2A1 |
Жунь В.И | |||
и др | |||
Получение магнитоо рганических соединений | |||
НИИТЭХим, сер | |||
"Общие вопросы химии", вып.4(282).- М., 1989, с.108 | |||
Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. | 1921 |
|
SU3A1 |
Synth.Commun | |||
Дверной замок, автоматически запирающийся на ригель, удерживаемый в крайних своих положениях помощью серии парных, симметрично расположенных цугальт | 1914 |
|
SU1979A1 |
Очаг для массовой варки пищи, выпечки хлеба и кипячения воды | 1921 |
|
SU4A1 |
J.Am.Chem.So c., 1980, 102, N1, p.217-226 | |||
Кипятильник для воды | 1921 |
|
SU5A1 |
Жунь В.И | |||
и др | |||
Получение и свойства вини лсиланов | |||
НИИТЭХИМ, сер | |||
"Элементоорганические соединения".-М., 1990, с.12 5. |
Авторы
Даты
1998-07-27—Публикация
1997-04-14—Подача