Müllerův–Rochowův proces

Müllerův–Rochowův proces je nejčastějším způsobem průmyslové výroby organických sloučenin křemíku. Popsali jej ve 40. letech 20. století Eugene G. Rochow a Richard Müller.[1]

Při tomto procesu reagují za katalýzy mědí alkylhalogenidy s elementárním křemíkem ve fluidním reaktoru. I když lze teoreticky použít jakýkoliv alkylhalogenid, tak se nejlepších selektivit a výtěžností dosahuje u chlormethanu (CH3Cl). Teplota při reakci bývá 300 °C a tlak 200–500 kPa., za těchto podmínek se přemění 90–98 % křemíku a 30–90 % chlormethanu. Ročně se takto vyrobí kolem 1 400 000 tun dimethyldichlorsilanu (Me2SiCl2).[2]

Vzhledem ke složitému provedení a vysokým vstupním nákladům provádí tento proces jen málo společností.[3]

Reakce a mechanismus

Součástí procesu jsou tyto reakce (Me = CH3):

x MeCl + Si → Me3SiCl, Me2SiCl2, MeSiCl3, Me4Si2Cl2, …

Dimethyldichlorsilan (Me2SiCl2) má význam jako prekurzor silikonů, na jejich výrobu se ovšem dají použít i trimethylsilylchlorid (Me3SiCl) a methyltrichlorsilan (MeSiCl3).

Mechanismus Müllerova–Rochowova procesu není popsán úplně. Významnou úlohu v něm má měď. Měď a křemík vytváří intermetalický meziprodukt o přibližném složení Cu3Si, jenž zprostředkovává tvorbu vazeb Si–Cl a Si–Me. Tvorbu Me–SiCl jednotek umožňuje blízkost Si–Cl a aduktu Cu-chlormethan. Přísun druhého chlormethanu vede k uvolnění Me2SiCl2. Měď se tedy oxiduje z oxidačního čísla 0 a poté zpětně redukuje, čímž se obnovuje katalyzátor.[1]

Reakce může být ukončena mnoha způsoby, takže se vytváří velké množství produktů; například ze dvou Si–Cl skupin vzniká skupina SiCl2, která za katalýzy mědí reaguje s MeCl na MeSiCl3.[1]

Vedle mědi katalyzátor obsahuje i přísady, které zvyšují jeho aktivitu. Těmito přísadami mohou být například zinek, cín, antimon, hořčík, vápník, bismut, arsen nebo kadmium.[1][2]

Rozdělení produktů a jejich izolace

Hlavním produktem by měl být dichlordimethylsilan, Me2SiCl2, ale vytváří se i řada vedlejších produktů. Toto rozdělení produktů je žádoucí, protože je jejich izolace snadná a účinná.[1] Každý methylchlorsilan má své využití; nejvyužitelnější je Me2SiCl2, používaný na výrobu mnoha jiných sloučenin křemíku. Další produkty jsou například surovinami pro výrobu polysiloxanů.[1]

Hlavním produktem je dichlordimethylsilan, s výtěžkem 70–90 %. V druhém největším množství se vytváří methyltrichlorsilan (MeSiCl3), okolo 5–15 %. K dalším produktům patří Me3SiCl (2–4 %), MeHSiCl2 (1–4 %) a Me2HSiCl (0,1–0,5 %).[1]

Me2SiCl2 se přečišťuje frakční destilací. Přestože mají jednotlivé chlormethylsilany podobné teploty varu (Me2SiCl2: 70 °C, MeSiCl3: 66 °C, Me3SiCl: 57 °C, MeHSiCl2: 41 °C, Me2HSiCl: 35 °C), tak se používají destilační kolony s vysokými kapacitami, zapojené do řad. Na čistotě produktů silně závisí tvorba polysiloxanů, jsou-li přítomny nečistoty, tak se objevuje větvení.[1]

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Direct process na anglické Wikipedii.

  1. ↑ a b c d e f g h RÖSCH, Lutz; JOHN, Peter; REITMEIER, Rudolf. Silicon Compounds, Organic. Příprava vydání Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Weinheim, Germany: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA Dostupné online. ISBN 978-3-527-30673-2. DOI 10.1002/14356007.a24_021. S. a24_021. (anglicky) DOI: 10.1002/14356007.a24_021. 
  2. ↑ a b Elschenbroich, Christoph Organometallics VCH, Weinheim, Germany: 1992. ISBN 978-3-527-29390-2
  3. ↑ Basic Silicone Chemistry – A Review [online]. [cit. 2010-01-26]. Dostupné v archivu pořízeném z originálu dne 2011-05-16.