Hispanopedia WikiEl proceso directo , también llamado síntesis directa , proceso de Rochow y proceso de Müller-Rochow, es la tecnología más común para la preparación de compuestos organosilícicos a escala industrial. Fue descrito por primera vez de forma independiente por Eugene G. Rochow y Richard Müller en la década de 1940. [ 1 ] [ 2 ]
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 clorometano (CH₃Cl ) . Las condiciones típicas son 300 °C y 2–5 bar. Estas condiciones permiten una conversión del 90–98 % para el silicio y del 30–90 % para el clorometano. Aproximadamente 1,4 Mton de dimetildiclorosilano (Me₂SiCl₂ ) se producen anualmente mediante este proceso. [ 3 ]
Pocas empresas llevan a cabo el proceso Rochow, debido a la complejidad de la tecnología y los elevados requisitos de capital. Dado que el silicio se tritura antes de la reacción en un lecho fluidizado , las empresas que emplean esta tecnología se denominan trituradoras de silicio . [ 4 ]
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 (Me₂SiCl₂ ) es de particular valor (precursor de las siliconas ), pero el cloruro de trimetilsililo (Me₃SiCl ) y el metiltriclorosilano (MeSiCl₃ ) también son valiosos. [ 5 ] : 371
A pesar de las numerosas investigaciones, el mecanismo del proceso directo aún no se comprende del todo. El cobre desempeña un papel importante y casi con certeza forma un compuesto intermetálico con la composición aproximada Cu₃Si . [ 6 ] Este intermedio facilita la formación de los enlaces Si-Cl y Si-Me. Se propone que la proximidad 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 Me₂SiCl₂ . De este modo, el cobre se oxida desde el estado de oxidación cero y luego se reduce para regenerar el catalizador . [ 1 ]
La reacción en cadena puede terminarse de muchas maneras. Estos procesos de terminación dan lugar a los otros productos que se observan en la reacción. Por ejemplo, la combinación de dos grupos Si-Cl produce el grupo SiCl₂ , que reacciona con MeCl catalizada por Cu para dar MeSiCl₃ . [ 1 ]
Además del cobre, el catalizador contiene de forma óptima metales promotores que facilitan la reacción. El estaño es necesario y sinérgico con el zinc ; pero cantidades extremadamente pequeñas de muchos otros metales promotores parecen influir en la reacción. Entre los numerosos metales promotores, se han mencionado el hierro, el aluminio, el titanio, el manganeso, el níquel, el plomo, el fósforo, [ 7 ] el antimonio, el magnesio, el calcio, el bismuto, el arsénico y el cadmio. [ 1 ] [ 3 ]
Distribución y aislamiento del producto
El producto principal del proceso directo debería ser el diclorodimetilsilano, Me₂SiCl₂ . Sin embargo, se forman muchos otros productos. A diferencia de la mayoría de las reacciones, esta distribución es deseable porque el aislamiento del producto es muy eficiente. [ 1 ] Cada metilclorosilano tiene aplicaciones específicas y a menudo importantes. El Me₂SiCl₂ es el más útil. Es el precursor de la mayoría de los productos de silicio producidos a escala industrial. Los demás 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, obteniéndose con un rendimiento de aproximadamente el 70-90%. El siguiente producto más abundante es el metiltriclorosilano (MeSiCl₃ ) , con un rendimiento del 5-15% del total. Otros productos incluyen Me₃SiCl ( 2-4%), MeHSiCl₂ ( 1-4%) y Me₂HSiCl (0,1-0,5%). [ 1 ]
El Me₂SiCl₂ se purifica mediante destilación fraccionada . Aunque los puntos de ebullición de los distintos clorometilsilanos son similares (Me₂SiCl₂ : 70 ° C, MeSiCl₃: 66 °C, Me₃SiCl : 57 ° C , MeHSiCl₂ : 41 ° C, Me₂HSiCl : 35 °C), la destilación utiliza columnas con alta capacidad de separación, conectadas en serie. La pureza de los productos afecta de manera crucial a la producción de polímeros de siloxano; de lo contrario, se produce la ramificación de la cadena. [ 1 ]
Referencias
- 1 2 3 4 5 6 7 8 Rösch, L.; Juan, P.; Reitmeier, R. (2003). "Compuestos orgánicos de silicio". Enciclopedia de química industrial de Ullmann . Weinheim: Wiley-VCH. doi : 10.1002/14356007.a24_021 . ISBN 978-3-527-30673-2..
- ↑ Pachaly, B.; Weis, J. (1997). "El proceso directo a metilclorosilanos: reflexiones sobre química y tecnología de procesos". Química de organosilicio III . págs. 478–483 . doi : 10.1002/9783527619900.ch79 . ISBN 978-3-527-29450-3.
- ^ Elschenbroich , Christoph Organometallics VCH, Weinheim, Alemania: 1992. ISBN 978-3-527-29390-2.
- ↑ "Química básica del silicio: una revisión" (PDF) . Archivado del original (PDF) el 16 de mayo de 2011. Consultado el 26 de enero de 2010 .
- ↑ Química inorgánica de Shriver y Atkins . PW Atkins (5.ª ed.). Oxford: Oxford University Press. 2010. ISBN 978-0-19-923617-6OCLC 430678988
{{cite book}}: CS1 mantenimiento: otros ( enlace ) - ↑ Lewis 1998 , págs. 1588–1589.
- ↑ Lewis, Larry N. (1998). «Avances recientes en el proceso directo». En Rappoport, Zvi; Apeloig, Yitzhak (eds.). La química de los compuestos orgánicos de silicio . La química de los grupos funcionales. Vol. 2. Chichester, Reino Unido: Interscience (Wiley). pp. 1582–1584 . doi : 10.1002/0470857250 . ISBN 0-471-96757-2.
- síntesis química
- Silicio
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