Proceso directo
El proceso directo , también llamada la síntesis directa , proceso de Rochow , y proceso de Müller-Rochow es la tecnología más común para la preparación de organosilicio compuestos a escala industrial. Fue informado por primera vez de forma independiente por Eugene G. Rochow y Richard Müller en la década de 1940. [1]
El proceso implica reacciones catalizadas por cobre de haluros de alquilo con silicio elemental, que tienen lugar en un reactor de lecho fluidizado . Aunque teóricamente es posible con cualquier haluro de alquilo, los mejores resultados en términos de selectividad y rendimiento se obtienen con el clorometano (CH 3 Cl). Las condiciones típicas son 300 ° C y 2–5 bar. Estas condiciones permiten una conversión del 90 al 98% para el silicio y del 30 al 90% para el clorometano. Aproximadamente 1,4 Mton de dimetildiclorosilano (Me 2 SiCl 2 ) se producen anualmente utilizando este proceso. [2]
Son pocas las empresas que llevan a cabo el proceso de Rochow, debido a la compleja tecnología y los altos requisitos de capital. Dado que el silicio se tritura antes de la reacción en un lecho fluidizado , las empresas que practican esta tecnología se denominan trituradoras de silicio . [3]
Reacción y mecanismo
Las reacciones relevantes son (Me = CH 3 ):
- x MeCl + Si → Me 3 SiCl, Me 2 SiCl 2 , MeSiCl 3 , Me 4 Si 2 Cl 2 ,…
El dimetildiclorosilano (Me 2 SiCl 2 ) tiene un valor particular (precursor de las siliconas ), pero también son valiosos el cloruro de trimetilsililo (Me 3 SiCl) y el metiltriclorosilano (MeSiCl 3 ).
El mecanismo del proceso directo aún no se comprende bien, a pesar de mucha investigación. El cobre juega un papel importante. El cobre y el silicio forman compuestos intermetálicos con una composición aproximada de Cu 3 Si. Este intermedio facilita la formación de los enlaces Si-Cl y Si-Me. Se propone que la proximidad cercana del Si-Cl a un "aducto" de cobre-clorometano permite la formación de las unidades Me-SiCl. La transferencia de un segundo clorometano permite la liberación del Me 2 SiCl 2 . Por lo tanto, el cobre se oxida desde el estado de oxidación cero y luego se reduce para regenerar el catalizador. [1]
La reacción en cadena se puede terminar de muchas formas. Estos procesos de terminación dan lugar a los otros productos que se ven en la reacción. Por ejemplo, la combinación de dos grupos Si-Cl da el grupo SiCl 2 , que sufre una reacción catalizada por Cu con MeCl para dar MeSiCl 3 . [1]
Además de cobre, el catalizador contiene de manera óptima metales promotores que facilitan la reacción. Entre los muchos metales promotores, se han mencionado zinc, estaño, antimonio, magnesio, calcio, bismuto, arsénico y cadmio. [1] [2]
Distribución y aislamiento de productos
El producto principal para el proceso directo debe ser diclorodimetilsilano, Me 2 SiCl 2 . Sin embargo, se forman muchos otros productos. A diferencia de la mayoría de las reacciones, esta distribución es realmente deseable porque el aislamiento del producto es muy eficaz. [1] Cada metilclorosilano tiene aplicaciones específicas y, a menudo, sustanciales. Me 2 SiCl 2 es el más útil. Es el precursor de la mayoría de los productos de silicio producidos a escala industrial. Los otros productos se utilizan en la preparación de polímeros de siloxano, así como en aplicaciones especializadas. [1]
El diclorodimetilsilano es el producto principal de la reacción, como era de esperar, y se obtiene con un rendimiento de aproximadamente 70 a 90%. El siguiente producto más abundante es el metiltriclorosilano (MeSiCl 3 ), en un 5–15% del total. Otros productos incluyen Me 3 SiCl (2 a 4%), MeHSiCl 2 (1 a 4%) y Me 2 HSiCl (0,1 a 0,5%). [1]
El Me 2 SiCl 2 se purifica mediante destilación fraccionada . Aunque los puntos de ebullición de los distintos clorometilsilanos son similares (Me 2 SiCl 2 : 70 ° C, MeSiCl 3 : 66 ° C, Me 3 SiCl: 57 ° C, MeHSiCl 2 : 41 ° C, Me 2 HSiCl: 35 ° C) , la destilación utiliza columnas con alta capacidad de separación, conectadas en serie. La pureza de los productos afecta de manera crucial la producción de polímeros de siloxano, de lo contrario surge la ramificación de la cadena. [1]
Referencias
- ^ a b c d e f g h Rösch, L .; John, P .; Reitmeier, R. (2003). "Compuestos orgánicos de silicio". Enciclopedia de química industrial de Ullmann . Weinheim: Wiley-VCH. doi : 10.1002 / 14356007.a24_021 ..
- ↑ a b Elschenbroich, Christoph Organometallics VCH, Weinheim, Alemania: 1992. ISBN 978-3-527-29390-2 .
- ^ "Química básica de silicona - una revisión" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 16 de mayo de 2011 . Consultado el 26 de enero de 2010 .
- Reacciones químicas
- Síntesis química
- Silicio
