JP3602571B2 - Method for producing monoalkylphosphine - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法等により、化合物半導体薄膜を作成する際の原料となるモノアルキルフォスフィンの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
インジウム−燐等のIII−V族化合物半導体薄膜は、電子デバイス、光デバイス等を作成する材料として有用である。このような化合物半導体薄膜を得る方法としては、LPE(Liquid Phase Epitaxy)、ハライドCVD、MBE(Molecular Beam Epitaxy)、MOMBE(Metal Organic Molecular Beam Epitaxy)、MOCVDなどがある。これらの方法の中でもMOCVDやMOMBEは、結晶成長系内を高真空に保つ必要がなく、III族原料にはバブラーに詰めた有機金属、V族原料にはボンベに詰めた水素化物、又は有機金属を用いているため原料の交換が容易であり、生産性にすぐれている。
【0003】
このような方法では、従来燐原料として、ホスフィン(PH3 )が使用されてきたが、ホスフィンは毒性が強いため量産化に伴う多量取扱に不安がもたれている。
そこで、近年、モノアルキルフォスフィン、特にアルキル基がターシャリーブチル基のターシャリーブチルフォスフィン(TBP)が、毒性が弱く又これを用いるとフォスフィンを原料として成長させたものと比べて遜色のない半導体薄膜が得られることから、ホスフィンの代替燐原料として注目されている。
【0004】
モノアルキルフォスフィンの製造方法としては、次の如き方法が公知である(Rec.trav.chim.82,(1963)p302参照)。
ア.アルキルハロゲン化物を有機溶媒下でマグネシウムと反応させてグリニアル試薬を作る。
イ.このグリニアル試薬と三ハロゲン化燐をモル比1対1で有機溶媒中で反応させて二ハロゲン化亜フォスフォニルを得る。
ウ.副生するハロゲン化マグネシウムと有機溶媒を除去し、二ハロゲン化亜フォスフォニルを単離精製する。
エ.この二ハロゲン化亜フォスフォニルが常温で固体の場合、適当な有機溶媒に溶解し、これを還元剤、例えばリチウムアルミニウムハイドライドで還元し、モノアルキルフォスフィンを得る。
オ.合成したモノアルキルフォスフィンを蒸留により精製する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このような方法でモノアルキルフォスフィンを製造する場合、一般に二ハロゲン化亜フォスフォニルは高沸点であり、モノアルキルフォスフィンは低沸点であるので、アルキルハロゲン化物を有機溶媒下でマグネシウムと反応させてグリニアル試薬を作り、このグリニアル試薬と三ハロゲン化燐をモル比1対1で有機溶媒中で反応させて二ハロゲン化亜フォスフォニルを得る工程で使用する有機溶剤は、低沸点のものである方が副生するハロゲン化マグネシウムと有機溶媒を除去し、二ハロゲン化亜フォスフォニルを単離精製する工程で精製し易く、これに対し、二ハロゲン化亜フォスフォニルが常温で固体の場合に適当な有機溶媒に溶解し、これを還元剤、例えばリチウムアルミニウムハイドライトで還元し、モノアルキルフォスフィンを得る工程で使用する有機溶剤は、高沸点のものである方が合成したモノアルキルフォスフィンを蒸留により精製する工程で精製し易い。
【0006】
従って、このような手順でモノアルキルフォスフィンを製造する場合、最低でも二種類の溶媒を使用していた。ここで使用される低沸点の有機溶媒としては、グリニアル試薬の溶解性の点からジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等、高沸点の有機溶媒としては、リチウムアルミニウムハイドライドの溶解性の点からジエチレングリコールジメチルエーテル(ジグライム)、n−ブチルエーテル等がある。
【0007】
しかし、これらの有機溶媒が、副生するハロゲン化マグネシウムと有機溶媒を除去し、二ハロゲン化亜フォスフォニルを単離精製する工程、及び合成したモノアルキルフォスフィンを蒸留により精製する工程で除去しきれない場合、製品であるモノアルキルフォスフィンに混入し、これを原料として化合物半導体を作成すると、その特性を悪くする。また、二ハロゲン化亜フォスフォニルを単離精製する工程、及び合成したモノアルキルフォスフィンを蒸留により精製する工程を繰返すことは収率の低下、生産性の低下からコスト高になるという問題があった。
【0008】
本発明者は、有機溶媒中で、グリニアル反応により二ハロゲン化亜フォスフォニルを合成し、この二ハロゲン化亜フォスフォニルを還元してモノアルキルフォスフィンを合成する方法において、二ハロゲン化亜フォスフォニルを精製せずにそのまま還元反応を行い、そのとき使用する有機溶媒を水洗によりモノアルキルフォスフィンと分離可能な溶媒、例えば水の溶解度が無限大であるテトラヒドロフラン等とし、副生するハロゲン化物と有機溶媒であるテトラヒドロフラン等とを水洗により水相と有機相に分けて水相を相分離し、これを繰返ことで有機相に含まれるテトラヒドロフランを徐々に除去し、モノアルキルフォスフィンを単離精製すると、工程の削減による収率、生産性が向上し、コスト低減でき、さらに従来混入していた有機化合物を低減できることを見出した。
【0009】
本発明は、この知見に基づきモノアルキルフォスフィンの製造における上記問題を解決するものであって、三ハロゲン化燐をグリニアル試薬と反応させて二ハロゲン化亜フォスフォニルを合成し、この二ハロゲン化亜フォスフォニルを還元剤で還元してモノアルキルフォスフィンを合成し、このモノアルキルフォスフィンを分離回収する際、使用する有機溶媒の種類を少なくでき、有機溶媒を除去して二ハロゲン化亜フォスフォニルを単離精製する工程を不要とし、収率、生産性を向上させ、コストを低減できるモノアルキルフォスフィンの製造方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明は、水洗によりモノアルキルフォスフィンと分離可能な有機溶媒を用いて、ハロゲン化アルキルとマグネシウムでグリニアル試薬を合成し、このグリニアル試薬と三ハロゲン化燐とを前記有機溶媒中で反応させて二ハロゲン化亜フォスフォニルとし、このとき副生するハロゲン化マグネシウムを除去せずに前記有機溶媒中で前記二ハロゲン化亜フォスフォニルを還元して、生成するモノアルキルフォスフィンと、副生するハロゲン化物及び有機溶媒を水洗により分離して、モノアルキルフォスフィンを回収することによりモノアルキルフォスフィンを製造することにより上記課題を解決している。
【0011】
グリニアル試薬は、有機溶媒中でマグネシウムにハロゲン化アルキルを滴下すれば得られる。この場合のマグネシウムの形状は、反応効率を高くするためにチップ状のものが望ましい。なお、この反応は、使用する有機溶媒の沸点付近で反応を開始させ、その後は反応熱でその液温を維持するように滴下速度を調節する。このように、調製したグリニアル試薬と三ハロゲン化燐とをモル比1対1で反応させる。
【0012】
ここで、上記反応に用いる有機溶媒としては、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等が挙げられるが、副生するハロゲン化マグネシウムの溶解性、並びに水洗による除去のし易さの点からテトラヒドロフランとにすることが好ましい。ここで得られるものは、目的物質である二ハロゲン化亜フォスフォニル、有機溶媒、及び副生するハロゲン化マグネシウムを含んでいる。ハロゲン化マグネシウムの大部分は溶解度に従って沈澱物となるが、その1モルに対して1リッター程度の有機溶媒を加えると溶解できるので、溶液にして次の還元反応を行わせる。
【0013】
還元反応は、リチウムアルミニウムハイドライト等の還元剤を有機溶媒に溶解させた液に、得られた二ハロゲン化亜フォスフォニルを滴下することで行われ、目的とするモノアルキルフォスフィンを得ることができる。この還元は、二ハロゲン化亜フォスフォニルに対して当量以上の還元剤を用いて行うことが反応率の点から好ましい。また、ここで有機溶媒としてジグライム、及びテトラヒドロフランが還元剤に対する溶解性があり、また、これらは水の溶解度が無限大であるので好ましいが、価格の点からテトラヒドロフランの方がコストを低減できる。反応温度は−10°Cから10°Cの温度範囲で行うのが反応の暴走を防ぐために好ましい。
【0014】
この反応でモノアルキルフォスフィンが得られるが、これには不純物としてハロゲン化物及び有機溶媒が含まれている。そこで、これに希硫酸、好ましくは1から5規定の硫酸水溶液を徐々に加えて過剰のリチウムアルミニウムハイドライドを分解させ、その後、硫酸水溶液をハロゲン化物の沈澱が溶解できる程度の量を加え、モノアルキルフォスフィン、テトラヒドロフラン等の有機溶媒を含む有機相、硫酸、ハロゲン化物、有機溶媒を含む水相に分けて、水相を分離する。残った有機相に二相に分かれる程度の量の硫酸水溶液を再度加えて水相を除去する。以下同様の操作を繰返してハロゲン化物、有機不純物を含まないモノアルキルフォスフィンを得る。この有機不純物は、原料のターシャリーブチルクロライド(これは水により分解されてターシャリーブタノールとなるが、これも水の溶解度が無限大であるため水相に移る)及び有機溶媒であるが、これらは何れも水洗により除去される。ここで加える硫酸水溶液の量は、二相に分かれる必要最小限の量にすることが収率を高くする上で好ましい。
【0015】
上記のようにして得られたモノアルキルフォスフィンは、水洗により有機不純物が除去さているので、簡単な蒸留により高純度のものとすることができる。
【0016】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。実施例における操作はすべて不活性雰囲気下で行った。
(実施例1)
A.グリニアル試薬の合成
マグネシウム57.6g(2.4mol)にtert−ブチルクロライド264ml(2.4mol)とテトラヒドロフラン1200mlを滴下した。滴下終了後、上澄みを滴下管に移送し1350mlの黒色の液体を得た。力価を測定したところ1.42mol/lであり、ここでの収率は80%であった。
【0017】
B.tert−ブチルジクロロフォスフィンの合成
三塩化燐261g(1.91mol)にテトラビドロフラン2000mlを加え、これに調製したグリニアル試薬のテトラビドロフラン溶液1350ml(1.91mol)を反応容器温度が−10°Cから10°Cになるように冷却しながら滴下した。滴下終了後、液温を室温まで戻し、テトラビドロフラン2400mlを加えて沈殿していた塩化マグネシウムを溶解させた。これをガスクロマトグラフィーで分析し、tert−ブチルジクロロフォスフィンが合成されていることを確認した。
【0018】
C.モノtert−ブチルフォスフィンの合成
リチウムアルミニウムハイドライト73g(1.91mol)にテトラビドロフラン2000mlを加えた液に、合成したtert−ブチルジクロロフォスフィン溶液を反応容器温度が−10°Cから10°Cの温度範囲内になるように冷却しながら滴下した。
【0019】
D.水洗によるモノtert−ブチルフォスフィンの分離
上記により得られた溶液を攪拌しながら3規定の硫酸水溶液1000mlを加え塩化物を溶解させた後、攪拌を止め静置して反応液の有機相と水相とが完全に分離した後上層の有機相を抜き出しGC−FIDにより分析した。これにはモノtert−ブチルフォスフィンを22.2%含んでおり、テトラビドロフランは75.4%含んでいた。これに更に硫酸水溶液100mlを加えては水相を抜き出すという操作を30回繰返し、得られた有機相を抜き出しGC−FIDにより分析したところ、テトラビドロフランは検出されず、モノtert−ブチルフォスフィンとして98%以上の純度であった。得られた量は63gであり、ここまでの収率は29%であった。
【0020】
E.モノtert−ブチルフォスフィンの蒸留による精製
水洗により得られたモノtert−ブチルフォスフィンの一部は燐に分解したと思われ、黄色に着色していたため、蒸留により精製したところ無色透明な液58gが得られた。総合収率は27%となった。これをGC−FIDにより分析したところ、半導体薄膜を作成した際に問題になると思われるターシャリーブタノール、ターシャリーブチルクロライド、及びテトラヒドロフランのピークは見られず、いずれも検出限界以下であった。
(実施例2)
A.グリニアル試薬の合成
マグネシウム48(2mol)にtert−ブチルクロライド220ml(2mol)とテトラヒドロフラン1000mlを滴下した。滴下終了後、上澄みを滴下管に移送し力価を測定した。ここでの収率は89%であった。
【0021】
B.tert−ブチルジクロロフォスフィンの合成
三塩化燐243g(2.05mol)にテトラビドロフラン1500mlを加え、これに調製したグリニアル試薬を滴下した。滴下終了後、テトラビドロフラン溶液1800mlを加えて沈澱していた塩化マグネシウムを溶解させた。
C.モノtert−ブチルフォスフィンの合成
リチウムアルミニウムハイドライト45.6g(1.2mol)にテトラビドロフラン1000mlを加えた液に、合成したtert−ブチルジクロロフォスフィン溶液を冷却しながら滴下した。
【0022】
D.水洗によるモノtert−ブチルフォスフィンの分離
上記により得られた溶液を攪拌しながら2規定の硫酸水溶液2000mlを加え塩化物を溶解させた後、攪拌を止め静置して反応液の有機相と水相とが完全に分離した後水相を除去した。次に2規定硫酸水溶液1000mlを加え二相に分けた後水相を除去した。次に2規定硫酸水溶液60mlで相分離を33回行い、超純水60mlで相分離を8回行った。なお、このときの1回当たりの攪拌時間は5分程度とした。その後、4規定硫酸水溶液120mlを加え、20時間攪拌した後、相分離を行い、さらに超純水100mlを加え10分関攪拌した後相分離を行うと言う操作を21回行った。得られた有機相を抜きだしGC−FIDにより分析したところ、テトラビドロフランは検出されなかった。得られた量は81gであり、ここまでの収率は45%であった。
【0023】
E.モノtert−ブチルフォスフィンの蒸留による精製
水洗により得られたモノtert−ブチルフォスフィンを脱水剤で乾燥させた後、蒸留により精製して72gが得られた。総合収率は40%となった。これをGC−FIDにより分析したところ、ターシャリーブタノール、ターシャリーブチルクロライド、及びテトラヒドロフランのピークは、いずれも検出限界以下であった。
(比較例1)
比較例における操作もすべて不活性雰囲気下で行った。
【0024】
マグネシウム168g(7mol)にtert−ブチルクロライド770ml(7mol)とジエチルエーテル1800mlを滴下した。滴下終了後、力価を測定したところtert−ブチルマグネシウムクロライドとして5.5molが得られた。ここでの収率は78.6%であった。
三塩化燐5.5molにジエチルエーテル1800mlを加え、これに調製したグリニアル試薬を液温が−40°C以下になるように冷却しながら滴下した。滴下終了後、液温を室温まで戻し、塩化マグネシウムを濾過した(塩化マグネシウムはジエチルエーテルにはほとんど溶解しない)。この濾液を減圧蒸留し白色固体640gを得た。これをジグライム160gで溶かし、GC−FID,NMRで分析を行い、得られたものがtert−ブチルジクロロフォスフィンであることを確認した。ここでの収率は73.1%であった。
【0025】
得られたtert−ブチルジクロロフォスフィンの1.6mol分を滴下管に移送し、これをリチウムアルミニウムハイドライド36.5g(0.96mol、1.2倍当量)をジグライム1000mlで溶解させた液に滴下した。滴下終了後、減圧蒸留を行い無色透明の液体94gを回収した。これをGC−FID,NMRで分析し、得られたものがモノtert−ブチルフォスフィンであることを確認した。ここでの収率は65.2%であった。
【0026】
これを精密蒸留し、モノtert−ブチルフォスフィン66gを得た。ここでの収率は70.2%であった。これをGC−FIDで分析したところ、エーテル、ターシャリーブチルクロライド、ジグライムが各々数十ppm検出された。
この方法の場合、tert−ブチルジクロロフォスフィンとモノtert−ブチルフォスフィンでの蒸留を繰返さないと、上記の不純物が製品中に混入する。総合収率は26.3%となった。
【0027】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のモノアルキルフォスフィンの製造方法によれば、三ハロゲン化燐をグリニアル試薬と反応させて二ハロゲン化亜フォスフォニルを合成し、この二ハロゲン化亜フォスフォニルを還元剤で還元してモノアルキルフォスフィンを合成し、このモノアルキルフォスフィンを分離回収する際、使用する有機溶媒の種類を少なくでき、有機溶媒を除去して二ハロゲン化亜フォスフォニルを単離精製する工程を不要とし、収率、生産性を向上させてコストを低減でき、高純度の製品が得られるという効果がある。[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a method for producing a monoalkyl phosphine as a raw material when forming a compound semiconductor thin film by a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method or the like.
[0002]
[Prior art]
A group III-V compound semiconductor thin film such as indium-phosphorus is useful as a material for forming electronic devices, optical devices, and the like. As a method for obtaining such a compound semiconductor thin film, there are LPE (Liquid Phase Epitaxy), halide CVD, MBE (Molecular Beam Epitaxy), MOMBE (Metal Organic Molecular Beam Epitaxy), MOCVD and the like. Among these methods, MOCVD and MOMBE do not require maintaining a high vacuum in the crystal growth system, and the group III raw material is an organic metal packed in a bubbler, and the group V raw material is a hydride or organic metal packed in a cylinder. Because of the use of, the exchange of raw materials is easy and the productivity is excellent.
[0003]
In such a method, phosphine (PH 3 ) has conventionally been used as a phosphorus material. However, phosphine is highly toxic, and there is concern about large-scale handling due to mass production.
Therefore, in recent years, monoalkyl phosphines, particularly tertiary butyl phosphine (TBP) in which the alkyl group is a tertiary butyl group, have low toxicity and use of the same is comparable to those grown using phosphine as a raw material. Since a semiconductor thin film can be obtained, it is attracting attention as a phosphorus source material instead of phosphine.
[0004]
As a method for producing monoalkylphosphine, the following method is known (see Rec. Trav. Chim. 82, (1963) p302).
A. The alkyl halide is reacted with magnesium in an organic solvent to form a Grignard reagent.
I. This Grignard reagent and phosphorus trihalide are reacted in an organic solvent at a molar ratio of 1: 1 to obtain phosphonyl dihalide.
C. The by-product magnesium halide and the organic solvent are removed, and phosphonyl dihalide is isolated and purified.
D. When the phosphonyl dihalide is solid at room temperature, it is dissolved in a suitable organic solvent and reduced with a reducing agent such as lithium aluminum hydride to obtain a monoalkylphosphine.
E. The synthesized monoalkylphosphine is purified by distillation.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
When monoalkylphosphine is produced by such a method, generally, dihalogenous phosphonyl has a high boiling point, and monoalkylphosphine has a low boiling point, so that an alkyl halide is reacted with magnesium in an organic solvent. The organic solvent used in the step of preparing a Grignard reagent and reacting this Grignard reagent with phosphorus trihalide in a molar ratio of 1 to 1 in an organic solvent to obtain phosphonyl dihalide should have a low boiling point. The by-product magnesium halide and the organic solvent are removed, and the phosphonyl dihalide is easily purified in the step of isolating and purifying it.On the other hand, when the phosphonyl dihalide is a solid at room temperature, it is converted to an appropriate organic solvent. Is dissolved and reduced with a reducing agent, for example, lithium aluminum hydride, to give the monoalkylphosphine. That the organic solvent used in step is easily purified in the process towards those of the high-boiling purified by distillation monoalkyl phosphine synthesized.
[0006]
Therefore, when producing a monoalkylphosphine by such a procedure, at least two kinds of solvents have been used. The low-boiling organic solvents used here include diethyl ether and tetrahydrofuran from the viewpoint of the solubility of the Grignard reagent, and the high-boiling organic solvents include diethylene glycol dimethyl ether (diglyme) from the viewpoint of the solubility of lithium aluminum hydride. n-butyl ether and the like.
[0007]
However, these organic solvents can be completely removed in the step of removing by-product magnesium halide and the organic solvent, isolating and purifying phosphonyl dihalide, and the step of purifying the synthesized monoalkylphosphine by distillation. If not, it is mixed with a product, monoalkylphosphine, and if this is used as a raw material to produce a compound semiconductor, its properties are degraded. In addition, repeating the steps of isolating and purifying phosphonyl dihalide and the step of purifying the synthesized monoalkylphosphine by distillation has a problem in that the yield is lowered and the productivity is lowered, thereby increasing the cost. .
[0008]
The inventor of the present invention synthesizes phosphonyl dihalide by a Grignard reaction in an organic solvent, and purifies the phosphonyl dihalide in a method of synthesizing monoalkyl phosphine by reducing the phosphonyl dihalide. The reduction reaction is carried out as it is, and the organic solvent used at that time is a solvent that can be separated from the monoalkylphosphine by washing with water, for example, tetrahydrofuran having infinite solubility in water, and a by-product halide and an organic solvent. The tetrahydrofuran and the like are separated into an aqueous phase and an organic phase by washing with water, and the aqueous phase is phase-separated.These steps are repeated to gradually remove tetrahydrofuran contained in the organic phase and to isolate and purify the monoalkylphosphine. The yield and productivity can be improved by reducing the cost, and the cost can be reduced. It was found to be able to reduce the compound.
[0009]
The present invention solves the above-mentioned problems in the production of monoalkylphosphine based on this finding, and comprises reacting phosphorus trihalide with a Grignard reagent to synthesize phosphonyl dihalide, When a monoalkyl phosphine is synthesized by reducing phosphonyl with a reducing agent and the monoalkyl phosphine is separated and recovered, the type of organic solvent used can be reduced, and the organic solvent is removed to form phosphonyl dihalide alone. An object of the present invention is to provide a method for producing a monoalkylphosphine which can eliminate the step of separation and purification, improve the yield and productivity, and reduce the cost.
[0010]
Means and Action for Solving the Problems
The present invention uses an organic solvent that can be separated from a monoalkylphosphine by washing with water, synthesizes a Grignard reagent with an alkyl halide and magnesium, and reacts the Grignard reagent with phosphorus trihalide in the organic solvent. Diphosphonyl dihalide, the monohalophosphine formed by reducing the phosphonyl dihalide in the organic solvent without removing the magnesium halide by-produced at this time, and a halogenated by-product and The above object has been achieved by producing a monoalkylphosphine by separating an organic solvent by washing with water and recovering the monoalkylphosphine.
[0011]
The Grignard reagent can be obtained by dropping an alkyl halide onto magnesium in an organic solvent. In this case, the shape of magnesium is desirably a chip shape in order to increase the reaction efficiency. In this reaction, the reaction is started near the boiling point of the organic solvent to be used, and thereafter, the dropping rate is adjusted so as to maintain the liquid temperature by the heat of the reaction. Thus, the prepared Grignard reagent and the phosphorus trihalide are reacted at a molar ratio of 1: 1.
[0012]
Here, examples of the organic solvent used in the above reaction include diethyl ether and tetrahydrofuran, and it is preferable to use tetrahydrofuran in view of the solubility of by-product magnesium halide and the ease of removal by washing with water. . The product obtained here contains a target substance, phosphonyl dihalide, an organic solvent, and a by-product magnesium halide. Most of the magnesium halide becomes a precipitate in accordance with the solubility, but can be dissolved by adding about 1 liter of an organic solvent to 1 mol thereof, so that the solution is subjected to the next reduction reaction.
[0013]
The reduction reaction is carried out by dropping the obtained phosphonyl dihalide to a solution obtained by dissolving a reducing agent such as lithium aluminum hydride in an organic solvent, so that the intended monoalkylphosphine can be obtained. . This reduction is preferably performed using a reducing agent in an amount equivalent to or more than the phosphonyl dihalide from the viewpoint of the reaction rate. In this case, diglyme and tetrahydrofuran as organic solvents have solubility in the reducing agent, and they are preferable because the solubility of water is infinite. However, tetrahydrofuran can reduce the cost in terms of price. The reaction is preferably performed at a temperature in the range of -10 ° C to 10 ° C in order to prevent runaway of the reaction.
[0014]
The reaction gives a monoalkylphosphine, which contains halides and organic solvents as impurities. Then, dilute sulfuric acid, preferably 1 to 5 N aqueous sulfuric acid, is gradually added to decompose excess lithium aluminum hydride, and then the sulfuric acid aqueous solution is added in such an amount that halide precipitates can be dissolved. The aqueous phase is separated into an organic phase containing an organic solvent such as phosphine and tetrahydrofuran, and an aqueous phase containing sulfuric acid, a halide and an organic solvent, and the aqueous phase is separated. An aqueous solution of sulfuric acid is added again to the remaining organic phase to such an extent that the aqueous solution is split into two phases, and the aqueous phase is removed. Thereafter, the same operation is repeated to obtain a monoalkylphosphine containing no halide and no organic impurities. The organic impurities are tertiary butyl chloride as a raw material (which is decomposed by water to form tertiary butanol, which also shifts to an aqueous phase due to infinite solubility of water) and organic solvents. Are removed by washing with water. The amount of the aqueous sulfuric acid solution added here is preferably the minimum amount required for separation into two phases in order to increase the yield.
[0015]
Since the monoalkylphosphine obtained as described above is free of organic impurities by washing with water, it can be made highly pure by simple distillation.
[0016]
【Example】
Hereinafter, examples of the present invention will be described. All operations in the examples were performed under an inert atmosphere.
(Example 1)
A. 264 ml (2.4 mol) of tert-butyl chloride and 1200 ml of tetrahydrofuran were added dropwise to 57.6 g (2.4 mol) of synthetic magnesium of a Grignard reagent. After the completion of the dropping, the supernatant was transferred to a dropping tube to obtain 1350 ml of a black liquid. The measured titer was 1.42 mol / l, and the yield was 80%.
[0017]
B. Synthesis of tert-butyldichlorophosphine To 261 g (1.91 mol) of phosphorus trichloride, 2000 ml of tetravidrofuran was added, and 1350 ml (1.91 mol) of a tetrahydrofuran solution of a Grignard reagent was prepared. The solution was added dropwise while cooling from C to 10 ° C. After completion of the dropwise addition, the liquid temperature was returned to room temperature, and 2400 ml of tetravidrofuran was added to dissolve the precipitated magnesium chloride. This was analyzed by gas chromatography, and it was confirmed that tert-butyldichlorophosphine had been synthesized.
[0018]
C. Synthesis of mono-tert-butylphosphine To a liquid obtained by adding 2,000 ml of tetravidrofuran to 73 g (1.91 mol) of lithium aluminum hydride was added a solution of the synthesized tert-butyldichlorophosphine at a reaction vessel temperature of -10 ° C to -10 ° C. The solution was added dropwise while cooling so as to be within the temperature range of C.
[0019]
D. Separation of mono-tert-butylphosphine by washing with water 1000 ml of a 3N aqueous sulfuric acid solution was added to the solution obtained above with stirring to dissolve the chloride, and then the stirring was stopped and the mixture was allowed to stand. After the phases were completely separated, the upper organic phase was extracted and analyzed by GC-FID. It contained 22.2% mono-tert-butylphosphine and 75.4% tetrahydrofuran. The operation of further adding 100 ml of an aqueous sulfuric acid solution and extracting the aqueous phase was repeated 30 times, and the obtained organic phase was extracted and analyzed by GC-FID. As a result, tetravidrofuran was not detected, and monotert-butylphosphine was detected. Was 98% or more. The obtained amount was 63 g, and the yield thus far was 29%.
[0020]
E. FIG. Purification by distillation of mono-tert-butylphosphine Mono-tert-butylphosphine obtained by washing with water was considered to have partially decomposed into phosphorus, and was colored yellow, so when purified by distillation, 58 g of a colorless and transparent liquid was obtained. was gotten. The overall yield was 27%. When this was analyzed by GC-FID, peaks of tertiary butanol, tertiary butyl chloride, and tetrahydrofuran, which would be problematic when a semiconductor thin film was formed, were not found, and all were below the detection limit.
(Example 2)
A. 220 ml (2 mol) of tert-butyl chloride and 1000 ml of tetrahydrofuran were dropped into 48 g (2 mol) of synthetic magnesium of a Grignard reagent. After completion of the dropping, the supernatant was transferred to a dropping tube and the titer was measured. The yield here was 89%.
[0021]
B. Synthesis of tert-butyldichlorophosphine To 243 g (2.05 mol) of phosphorus trichloride, 1500 ml of tetravidrofuran was added, and the prepared Grignard reagent was added dropwise thereto. After the completion of the dropwise addition, 1800 ml of a tetravidrofuran solution was added to dissolve the precipitated magnesium chloride.
C. Synthesis of mono-tert-butylphosphine To a solution of 45.6 g (1.2 mol) of lithium aluminum hydride and 1000 ml of tetravidrofuran was added dropwise while cooling the synthesized tert-butyldichlorophosphine solution.
[0022]
D. Separation of mono-tert-butylphosphine by washing with water After stirring the solution obtained above, 2,000 ml of a 2N aqueous sulfuric acid solution was added to dissolve the chloride, stirring was stopped, and the mixture was allowed to stand. After the phases were completely separated, the aqueous phase was removed. Next, 1000 ml of a 2N aqueous sulfuric acid solution was added, and the mixture was separated into two phases, and the aqueous phase was removed. Next, phase separation was performed 33 times with 60 ml of 2N sulfuric acid aqueous solution, and phase separation was performed 8 times with 60 ml of ultrapure water. In this case, the stirring time per one time was about 5 minutes. Thereafter, 120 ml of a 4N aqueous sulfuric acid solution was added, and the mixture was stirred for 20 hours, followed by phase separation. Further, 100 ml of ultrapure water was added, the mixture was stirred for 10 minutes, and then phase separation was performed 21 times. When the obtained organic phase was extracted and analyzed by GC-FID, tetravidrofuran was not detected. The obtained amount was 81 g, and the yield thus far was 45%.
[0023]
E. FIG. Purification by distillation of mono-tert-butylphosphine Mono-tert-butylphosphine obtained by washing with water was dried with a dehydrating agent, and purified by distillation to obtain 72 g. The overall yield was 40%. When this was analyzed by GC-FID, the peaks of tertiary butanol, tertiary butyl chloride, and tetrahydrofuran were all below the detection limit.
(Comparative Example 1)
All operations in Comparative Examples were performed under an inert atmosphere.
[0024]
To 168 g (7 mol) of magnesium, 770 ml (7 mol) of tert-butyl chloride and 1800 ml of diethyl ether were added dropwise. After completion of the dropwise addition, the titer was measured, whereby 5.5 mol of tert-butylmagnesium chloride was obtained. The yield here was 78.6%.
1800 ml of diethyl ether was added to 5.5 mol of phosphorus trichloride, and the prepared Grignard reagent was added dropwise while cooling such that the liquid temperature was -40 ° C or lower. After completion of the dropwise addition, the temperature of the solution was returned to room temperature, and magnesium chloride was filtered (magnesium chloride hardly dissolves in diethyl ether). The filtrate was distilled under reduced pressure to obtain 640 g of a white solid. This was dissolved in 160 g of diglyme and analyzed by GC-FID and NMR, and it was confirmed that the obtained product was tert-butyldichlorophosphine. The yield here was 73.1%.
[0025]
1.6 mol of the obtained tert-butyldichlorophosphine was transferred to a dropping tube, and dropped into a liquid in which 36.5 g (0.96 mol, 1.2 equivalents) of lithium aluminum hydride was dissolved in 1000 ml of diglyme. did. After completion of the dropwise addition, vacuum distillation was performed to recover 94 g of a colorless and transparent liquid. This was analyzed by GC-FID and NMR, and it was confirmed that the obtained product was mono-tert-butylphosphine. The yield here was 65.2%.
[0026]
This was subjected to precision distillation to obtain 66 g of monotert-butylphosphine. The yield here was 70.2%. When this was analyzed by GC-FID, several tens ppm of ether, tertiary butyl chloride and diglyme were detected respectively.
In the case of this method, if the distillation with tert-butyldichlorophosphine and mono-tert-butylphosphine is not repeated, the above-mentioned impurities are mixed in the product. The overall yield was 26.3%.
[0027]
【The invention's effect】
As described above, according to the method for producing a monoalkylphosphine of the present invention, phosphorus trihalide is reacted with a Grignard reagent to synthesize phosphonyl dihalide, and the phosphonyl dihalide is reduced with a reducing agent. When reducing and synthesizing a monoalkylphosphine and separating and recovering the monoalkylphosphine, the type of the organic solvent used can be reduced, and the step of removing the organic solvent and isolating and purifying the phosphonyl dihalide is carried out. There is an effect that the cost can be reduced by improving the yield and the productivity by making it unnecessary, and a high-purity product can be obtained.
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