Processo diretto - Direct process
Il processo diretto , chiamato anche sintesi diretta , processo Rochow e processo Müller-Rochow è la più comune tecnologia per la preparazione di organosilicio composti su scala industriale. Fu segnalato per la prima volta in modo indipendente da Eugene G. Rochow e Richard Müller negli anni '40.
Il processo prevede reazioni catalizzate da rame di alogenuri alchilici con silicio elementare, che avvengono in un reattore a letto fluido . Sebbene teoricamente possibile con qualsiasi alogenuro alchilico, i migliori risultati in termini di selettività e resa si ottengono con il clorometano (CH 3 Cl). Le condizioni tipiche sono 300 ° C e 2-5 bar. Queste condizioni consentono una conversione del 90–98% per il silicio e del 30–90% per il clorometano. Ogni anno, utilizzando questo processo, vengono prodotti circa 1,4 Mton di dimetildiclorosilano (Me 2 SiCl 2 ).
Poche aziende eseguono effettivamente il processo Rochow, a causa della tecnologia complessa e dei requisiti di capitale elevati. Poiché il silicio viene frantumato prima della reazione in un letto fluido , le aziende che praticano questa tecnologia sono denominate frantumatori di silicio .
Reazione e meccanismo
Le reazioni rilevanti sono (Me = CH 3 ):
- x MeCl + Si → Me 3 SiCl, Me 2 SiCl 2 , MeSiCl 3 , Me 4 Si 2 Cl 2 , ...
Il dimetildiclorosilano (Me 2 SiCl 2 ) è di particolare valore (precursore dei siliconi ), ma sono anche preziosi trimetilsilil cloruro (Me 3 SiCl) e metiltriclorosilano (MeSiCl 3 ).
Il meccanismo del processo diretto non è ancora ben compreso, nonostante molte ricerche. Il rame gioca un ruolo importante. Il rame e il silicio formano intermetallici con la composizione approssimativa Cu 3 Si. Questo intermedio facilita la formazione dei legami Si-Cl e Si-Me. Si propone che la stretta vicinanza del Si-Cl a un "addotto" rame-clorometano consenta la formazione delle unità Me-SiCl. Il trasferimento di un secondo clorometano consente il rilascio di Me 2 SiCl 2 . Pertanto, il rame viene ossidato dallo stato di ossidazione zero e quindi ridotto per rigenerare il catalizzatore.
La reazione a catena può essere terminata in molti modi. Questi processi di terminazione danno origine agli altri prodotti che si vedono nella reazione. Ad esempio, combinando due gruppi Si-Cl si ottiene il gruppo SiCl 2 , che subisce una reazione catalizzata da Cu con MeCl per dare MeSiCl 3 .
Oltre al rame, il catalizzatore contiene in modo ottimale metalli promotori che facilitano la reazione. Tra i molti metalli promotori sono stati menzionati zinco, stagno, antimonio, magnesio, calcio, bismuto, arsenico e cadmio.
Distribuzione e isolamento del prodotto
Il prodotto principale per il processo diretto dovrebbe essere il diclorodimetilsilano, Me 2 SiCl 2 . Tuttavia, si formano molti altri prodotti. A differenza della maggior parte delle reazioni, questa distribuzione è effettivamente desiderabile perché l'isolamento del prodotto è molto efficiente. Ogni metilclorosilano ha applicazioni specifiche e spesso sostanziali. Me 2 SiCl 2 è il più utile. È il precursore della maggior parte dei prodotti in silicio prodotti su scala industriale. Gli altri prodotti sono utilizzati nella preparazione di polimeri silossanici e in applicazioni specializzate.
Il diclorodimetilsilano è il prodotto principale della reazione, come previsto, essendo ottenuto con una resa di circa il 70-90%. Il successivo prodotto più abbondante è il metiltriclorosilano (MeSiCl 3 ), al 5-15% del totale. Altri prodotti includono Me 3 SiCl (2-4%), MeHSiCl 2 (1-4%) e Me 2 HSiCl (0,1–0,5%).
Il Me 2 SiCl 2 viene purificato mediante distillazione frazionata . Sebbene i punti di ebollizione dei vari clorometilsilani siano simili (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 distillazione utilizza colonne con elevate capacità di separazione, collegate in serie. La purezza dei prodotti influisce in modo cruciale sulla produzione di polimeri silossanici, altrimenti si verifica la ramificazione della catena.
