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JP6918280B2 - Manufacturing method of polysilane - Google Patents
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Description

本発明は、ポリシランの製造方法に関する。特に、脱プロトン化と求核付加(置換)反応サイクルを繰り返して、長鎖のケイ素結合を含むポリシランを製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for producing polysilane. In particular, the present invention relates to a method for producing a polysilane containing a long-chain silicon bond by repeating a deprotonation and a nucleophilic addition (substitution) reaction cycle.

ポリシランとは、主鎖がケイ素−ケイ素結合からなる高分子化合物である。ポリシランは、主鎖の長さに応じて独自の光反応性や導電性を示すため、フォトレジスト材料、半導体材料、導電体材料、光―光混合器や光逓倍器などに用いられる非線形光学材料、あるいはセラミック材料などへの応用が期待されている。 Polysilane is a polymer compound whose main chain is a silicon-silicon bond. Polysilane exhibits unique photoreactivity and conductivity depending on the length of the main chain, so it is a nonlinear optical material used in photoresist materials, semiconductor materials, conductor materials, light-light mixers, photomultipliers, etc. Or, it is expected to be applied to ceramic materials.

必要な特性のポリシランを得るために、主鎖を構成するケイ素数を制御して、特定の構造のポリシランを効率よく作成する技術が求められている。特に、単分散組成を持つ直鎖高分子量のポリマーを選択的に合成することが求められている。 In order to obtain polysilane having the required properties, there is a need for a technique for efficiently producing polysilane having a specific structure by controlling the number of silicons constituting the main chain. In particular, it is required to selectively synthesize a linear high molecular weight polymer having a monodisperse composition.

ケイ素の電気陰性度は1.7であり、炭素の電気陰性度の2.5よりも低い。このため、シランからの脱プロトン化技術は、炭素の脱プロトン化技術よりも知られていない。また、従来、ポリシランは、ジハロシランのアルカリ金属による還元脱ハロゲンカップリング重合法や遷移金属触媒によるシランからの脱水素カップリング重合によって製造されている。しかしながらこれらの方法では、所望の数のケイ素原子が連なった化合物を得ることは困難であった。 The electronegativity of silicon is 1.7, which is lower than the electronegativity of carbon, which is 2.5. For this reason, deprotonation techniques from silane are less well known than carbon deprotonation techniques. Further, conventionally, polysilane has been produced by a reduction dehydrogenation coupling polymerization method using an alkali metal of dihalosilane or a dehydrogenation coupling polymerization from silane using a transition metal catalyst. However, with these methods, it has been difficult to obtain a compound in which a desired number of silicon atoms are linked.

特許文献1には、ビフェニルでマスクされたジシレンにケイ素アニオン種、酸素アニオン種、フッ素アニオン種を重合開始剤としてポリシランを製造する方法が記載されている。特許文献1の製造方法ではケイ素ユニットがSi−Siとして導入されるが、原料のビフェニルでマスクされたジシレンの合成が困難であることと、重合数の制御が困難であるという解決すべき課題がある。特許文献2には、メタロセン遷移金属触媒を用いて脱水素カップリング重合により、ハロゲン元素を含まないポリシランを製造する技術が開示されている。特許文献に開示される製造方法では、得られる直鎖ポリシランは触媒の活性や反応条件によって左右される。 Patent Document 1 describes a method for producing polysilane using a silicon anion species, an oxygen anion species, and a fluorine anion species as a polymerization initiator on biphenyl-masked disylene. In the production method of Patent Document 1, a silicon unit is introduced as Si—Si, but there are problems to be solved that it is difficult to synthesize disylene masked with the raw material biphenyl and it is difficult to control the number of polymerizations. be. Patent Document 2 discloses a technique for producing a halogen element-free polysilane by dehydrogenation-coupling polymerization using a metallocene transition metal catalyst. In the production method disclosed in the patent document, the obtained linear polysilane depends on the activity of the catalyst and the reaction conditions.

特許文献3には、メタロセン遷移金属触媒を用いる脱水素カップリング重合により、ハロゲン元素を含まないポリシランを製造する方法が開示されている。特許文献3の製造方法では、得られる直鎖ポリシランの分子構造は、触媒の活性や反応条件によって左右される。特許文献4には、ω−位に脱離基を持つアルキル基を側鎖に持つシロキサンリンカーにオリゴシリルリチウムを求核付加(置換)反応させることで(オリゴシリル)(オリゴアルキル)シロキシ基を導入してポリシランを製造する方法が開示されている。特許文献4のポリシランの製造方法は、反応に用いるオリゴシリルリチウムの長さにより化合物のケイ素数が制限を受ける。 Patent Document 3 discloses a method for producing a polysilane containing no halogen element by dehydrogenation coupling polymerization using a metallocene transition metal catalyst. In the production method of Patent Document 3, the molecular structure of the obtained linear polysilane depends on the activity of the catalyst and the reaction conditions. Patent Document 4 introduces a (oligosilyl) (oligoalkyl) syroxy group by nucleophilic addition (substitution) reaction of oligosilyllithium with a siloxane linker having an alkyl group having a leaving group at the ω-position in the side chain. A method for producing a polysilane is disclosed. In the method for producing polysilane in Patent Document 4, the number of silicons in the compound is limited by the length of oligosilyllithium used in the reaction.

非特許文献1は、従来法である脱ハロゲン還元縮合法によってポリシランを合成し、その物理的な特性について明らかにした論文である。予想通りに吸収波長の長波長化が起こることが開示されている。 Non-Patent Document 1 is a paper in which polysilane is synthesized by a conventional dehalogen reduction condensation method and its physical properties are clarified. It is disclosed that the absorption wavelength is lengthened as expected.

非特許文献2および3は、分子内に脱離基となるアルコキシ基、アミノ基、アルキルチオ基などをもつケイ素アニオン種の化合物について、金属―金属置換やヘテロ原子―金属置換による合成法、特性や反応がまとめられた総説である。 Non-Patent Documents 2 and 3 describe synthetic methods and characteristics of silicon anion species compounds having an alkoxy group, an amino group, an alkylthio group, etc., which are leaving groups in the molecule, by metal-metal substitution or heteroatom-metal substitution. This is a summary of the reactions.

非特許文献4および5は、ケイ素上のヒドリド基を脱プロトン化し、さらに求電子剤および金属化合物と反応させる技術を開示した論文である。ケイ素上にさらに3つのケイ素官能基を有することで、脱プロトン化が容易に可能となったことが示されている。 Non-Patent Documents 4 and 5 are papers that disclose a technique for deprotonating a hydride group on silicon and further reacting it with an electrophile and a metal compound. It has been shown that deprotonation was facilitated by having three more silicon functional groups on silicon.

特開平03−91537号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 03-91537 特開平07−252363号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 07-252363 特許第3154849号公報Japanese Patent No. 3154894 特許第3452786号公報Japanese Patent No. 3452786

Obata, K.; Kira, M.「Synthesis,structure,and spectroscopic properties of perhexyloligosilanes」 Organometallics, 1999, 18, 2216−2222.Obata, K.K. Kira, M. et al. "Synthesis, Structure, and spectroscopic properties of perhexiglosilinanes" Organometallics, 1999, 18, 2216-2222. 河内 敦,玉尾 皓平「窒素,酸素,硫黄官能基を有するケイ素アニオン種の合成,構造反応」有機合成化学協会誌、2001年59卷892−903ページAtsushi Kawachi, Kohei Tamao "Synthesis of Silicon Anion Species with Nitrogen, Oxygen and Sulfur Functional Groups, Structural Reactions" Journal of Synthetic Organic Chemistry, 2001, pp. 892-903 Tamao, K.; Kawachi, A.; Asahara,M.; Tishimitsu, A.「Recent developments silicon interelement linkage: the case of functionalized silyllithium, silylenoid and sila−ylide」 Pure Appl. Chem. 1999, 71, 393−400.Tamao, K.K. Kawachi, A. Asahara, M. et al. Shimitsu, A.M. "Recent developments silicon interlement linkage: the case of siliconized silyllythium, silylenoid and sila-ylide" Pure Appl. Chem. 1999, 71, 393-400. Klinkhammer, K. W.「Tris(trimethylsilanides) of the Heavier Alkali Metals − A Structural Study」 Chem. Eur. J. 1997, 3, 1418−1431.Klinkhammer, K.K. W. "Tris (trimethylanides) of the Heavier Alkali Metals-A Structural Study" Chem. Euro. J. 1997, 3, 1418-1431. Frank, D.; Baumgartner, J.; Marschner, C.「First successful reaction of a silyl anion with hafnium tetrachloride」 Chem. Commun. 2002, 1190−1191.Frank, D. Baumgartner, J. Mol. Marchner, C.I. "First successful reaction of a silly anion with hafnium tetrachloride" Chem. Commun. 2002, 1190-1191.

これまで知られているポリシランの製造方法では、比較的主鎖の短いポリシランが主に製造されている。そこで、より長鎖のポリシランを効率的に合成する方法が求められている。また、ケイ素の結合数を制御して、オリゴシランから長鎖のポリシランまで、望む数のケイ素原子が連なったポリシランを製造する技術が求められている。本発明はかかる実情に鑑みてなされものであって、望む数のケイ素原子が連なったポリシランを効率よく安全且つ容易に製造する製造方法を提供することを解決すべき課題としてなされたものである。 In the polysilane production methods known so far, polysilane having a relatively short main chain is mainly produced. Therefore, there is a demand for a method for efficiently synthesizing a longer-chain polysilane. Further, there is a demand for a technique for producing polysilane in which a desired number of silicon atoms are linked, from oligosilane to long-chain polysilane, by controlling the number of silicon bonds. The present invention has been made in view of such circumstances, and has been made as a problem to be solved to provide a manufacturing method for efficiently, safely and easily producing polysilane in which a desired number of silicon atoms are linked.

本発明のポリシランの製造方法は、

Si(RSi)M (式1)

で表されるシリル(アルカリ金属)に、ヒドリド基を持つアルコキシシランを添加する。ここで、は0〜10であり、Rはアリール基であり、R、R、R、およびRは、それぞれ独立に、炭素数1〜10のアルキル基を表し、Mはアルカリ金属である。そして、求核付加(置換)反応とアルカリ金属アルコキシドの脱離によって、

Si(RSi)m+1H (式2)

で表されるポリシランを製造することを特徴とする。
The method for producing polysilane of the present invention is

R 1 R 2 R 3 Si ( R 4 R 5 Si) m M ( Equation 1)

An alkoxysilane having a hydride group is added to the silyl (alkali metal) represented by. Here, m is 0 to 10, R 1 is an aryl group, R 2 , R 3 , R 4 and R 5 each independently represent an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and M is. It is an alkali metal. Then, by the nucleophilic addition (substitution) reaction and the elimination of the alkali metal alkoxide,

R 1 R 2 R 3 Si (R 4 R 5 Si) m + 1 H (Equation 2)

It is characterized by producing polysilane represented by.

本発明のポリシランの製造方法は、シランの脱プロトン化と、これに引き続く求核付加によるケイ素−ケイ素結合しているケイ素原子を増やし、の伸長を行うことを特徴とする。シリル(アルカリ金属)にヒドリド基を持つアルコキシシランを加えると、まず求核付加(置換)反応が起こり、これに引き続いてアルカリ金属アルコキシドが脱離する。その結果、結合しているケイ素の数が1増えたポリシランを製造することができる。 The method for producing polysilane of the present invention is characterized by deprotonation of silane and subsequent extension by increasing the number of silicon atoms having a silicon-silicon bond by nucleophilic addition. When an alkoxysilane having a hydride group is added to silyl (alkali metal), a nucleophilic addition (substitution) reaction first occurs, followed by elimination of the alkali metal alkoxide. As a result, polysilane in which the number of bound silicon is increased by 1 can be produced.

本発明のポリシランの製造方法は、さらに、

Si(RSi)m+1H (式2)

で表されるポリシランに、シリル(アルカリ金属)を作用させ、酸塩基反応に基づく不均化反応によってヒドリド基の脱プロトン化を行い、

Si(RSi)m+1M (式3)

で表されるシリル(アルカリ金属)を製造する工程をさらに備えている。そして、式(3)で表されるシリル(アルカリ金属)を用いて、前記求核付加(置換)反応と前記アルカリ金属アルコキシドの脱離を行って、望む数のケイ素原子が連なった直鎖ポリシランを製造することを特徴とする。
The method for producing polysilane of the present invention further comprises

R 1 R 2 R 3 Si (R 4 R 5 Si) m + 1 H (Equation 2)

Cyril (alkali metal) is allowed to act on the polysilane represented by, and the hydride group is deprotonated by a disprotonation reaction based on an acid-base reaction.

R 1 R 2 R 3 Si (R 4 R 5 Si) m + 1 M (Equation 3)

It further includes a step of producing a silyl (alkali metal) represented by. Then, using the silyl (alkali metal) represented by the formula (3), the nucleophilic addition (substitution) reaction and the elimination of the alkali metal alkoxide are carried out to carry out a linear polysilane in which a desired number of silicon atoms are linked. It is characterized by manufacturing.

本発明のポリシランの製造方法は、シリル(アルカリ金属)が存在することで、シリル(アルカリ金属)がポリシランに対して塩基として作用し、ポリシランは酸塩基反応に基づく不均化反応を起こす。ポリシランのヒドリド基が脱プロトン化されてアニオン種であるシリル(アルカリ金属)を生成する。さらに、生成したシリル(アルカリ金属)がアルコキシシランと反応することで、結合しているケイ素の数が更に1増えたポリシランが生成して、末端にヒドリド基が再生する。ポリシランの末端のヒドリド基は、再度、シリル(アルカリ金属)によって脱プロトン化して、ケイ素−ケイ素結合の結合数が増加したアニオン種であるシリル(アルカリ金属)の生成を繰り返す。シリル(アルカリ金属)がアルコキシシランと再度反応することで、伸張したケイ素−ケイ素結合の末端にヒドリド基を持つ直鎖ポリシランが生成する工程を繰り返す。 In the method for producing polysilane of the present invention, the presence of silyl (alkali metal) causes silyl (alkali metal) to act as a base on polysilane, and polysilane causes a disproportionation reaction based on an acid-base reaction. The hydride group of polysilane is deprotonated to produce the anionic species silyl (alkali metal). Further, when the generated silyl (alkali metal) reacts with alkoxysilane, polysilane in which the number of bound silicon is further increased by 1 is generated, and a hydride group is regenerated at the terminal. The hydride group at the terminal of polysilane is deprotonated again with silyl (alkali metal), and the formation of silyl (alkali metal), which is an anion species with an increased number of silicon-silicon bonds, is repeated. By reacting silyl (alkali metal) with alkoxysilane again, the step of forming a linear polysilane having a hydride group at the end of the extended silicon-silicon bond is repeated.

本発明のポリシランの製造方法は、求核付加(置換)反応とアルカリ金属アルコキシドの脱離とを、アルゴン雰囲気下の摂氏−10度以上−5度以下の温度で行なうことが好ましい。 In the method for producing a polysilane of the present invention, it is preferable that the nucleophilic addition (substitution) reaction and the elimination of the alkali metal alkoxide are carried out at a temperature of -10 degrees Celsius or more and -5 degrees Celsius or less under an argon atmosphere.

本発明のポリシランの製造方法は、ポリシランのケイ素−ケイ素結合の末端の脱プロトン化工程とアルコキシシランへの求核付加(置換)工程を繰り返すことを特徴とする。工程の繰り返し1回ごとに、最後には必ず末端のヒドリド基が再生し、ケイ素−ケイ素結合で構成される直鎖を伸長することができる。本発明のポリシランの製造方法は、今までの反応条件や触媒活性にとらわれないケイ素鎖の伸長方法を提供することができる。 The method for producing polysilane of the present invention is characterized by repeating a step of deprotonating the terminal of the silicon-silicon bond of polysilane and a step of nucleophilic addition (substitution) to alkoxysilane. At the end of each repetition of the process, the terminal hydride group is always regenerated, and a straight line composed of a silicon-silicon bond can be extended. The method for producing polysilane of the present invention can provide a method for extending a silicon chain regardless of the conventional reaction conditions and catalytic activity.

本発明のポリシランの製造方法によって製造されるポリシランは、ケイ素鎖の長さが繰り返しの回数に依存する。それ故、工程を繰り返すことによって、望む数のケイ素原子が連なった
ケイ素直鎖を持つポリシラン分子を製造することが可能となる。
In the polysilane produced by the method for producing polysilane of the present invention, the length of the silicon chain depends on the number of repetitions. Therefore, by repeating the process, it becomes possible to produce a polysilane molecule having a silicon straight chain in which a desired number of silicon atoms are linked.

本発明のポリシランの製造方法は、後処理の前にハライド、トリフラート(トリフルオロメタンスルフォナト)基などの脱離基を有するケイ素化合物を導入することで、ケイ素−ケイ素結合の末端を保護し、さらにケイ素の直鎖が伸長した化合物を得ることができる。特に両末端に脱離基を持つオリゴシランと反応させることで、より長鎖のポリシラン合成が可能となる。 The method for producing polysilane of the present invention protects the ends of silicon-silicon bonds by introducing a silicon compound having a leaving group such as a halide or triflate (trifluoromethanesulfonato) group before post-treatment. Further, a compound in which the straight chain of silicon is extended can be obtained. In particular, by reacting with oligosilane having leaving groups at both ends, longer-chain polysilane synthesis becomes possible.

本発明のポリシランの製造方法は、ケイ素−ケイ素結合の末端の脱プロトン化工程とアルコキシシランへの求核付加(置換)工程の繰り返しの回数によって、ポリシランの直鎖を構成するケイ素原子の数を容易に制御することができる。 In the method for producing polysilane of the present invention, the number of silicon atoms constituting the straight chain of polysilane is determined by the number of repetitions of the deprotonation step at the end of the silicon-silicon bond and the nucleophilic addition (substitution) step to alkoxysilane. It can be easily controlled.

図1は、本発明のポリシランの製造方法のフローチャートである。FIG. 1 is a flowchart of the method for producing polysilane of the present invention. 図2は、本発明のポリシランの生成反応を模式的に示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing a reaction for producing polysilane of the present invention. 図3は、実施例の方法によって製造したPh(SiMeHの、1H NMRによる分析結果である。3, Ph (SiMe 2) prepared by the method of Example of 3 H, an analysis result by IH NMR. 図4は、実施例の方法によって製造したPh(SiMeHの1H NMRによる分析結果である。4, Ph (SiMe 2) which was prepared by the method of example an analysis result by 4 H of IH NMR. 図5は、実施例の方法によって製造したPh(SiMeHのEI質量分析の結果である。5, Ph (SiMe 2) which was prepared by the method of example a 3 H results of EI mass spectrometry. 図6は、実施例の方法によって製造したPh(SiMeHのEI質量分析の結果である。6, Ph (SiMe 2) which was prepared by the method of example is a 4 H results of EI mass spectrometry.

(実施例1)
以下、本発明にかかる製造方法の実施例と、この実施例の製造方法によって得られるポリシランの分析結果について、図面を参照しつつ説明する。
(Example 1)
Hereinafter, an example of the production method according to the present invention and an analysis result of polysilane obtained by the production method of this example will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明のポリシランの製造方法の概要を示すフローチャートである。図2は、ポリシランの製造工程で行われる生成反応を模式的に示した図である。 FIG. 1 is a flowchart showing an outline of the method for producing polysilane of the present invention. FIG. 2 is a diagram schematically showing a production reaction carried out in the production process of polysilane.

図1に示したとおり、本発明のポリシランの製造方法は、シリル(アルカリ金属)に、ヒドリド基を持つアルコキシシランを添加する工程(ステップ1)と、求核付加(置換)反応とアルカリ金属アルコキシドの脱離によって、ケイ素の係合数が1増えたポリシランを製造する工程(ステップ2)と、製造したポリシランのケイ素鎖に含まれるケイ素原子の数を確認する工程(ステップ3)と、を備えている。ケイ素原子の数が規定の数となっているとき、反応を終了する。 As shown in FIG. 1, the method for producing polysilane of the present invention includes a step of adding an alkoxysilane having a hydride group to silyl (alkali metal) (step 1), a nucleophilic addition (substitution) reaction, and an alkali metal alkoxide. A step of producing polysilane in which the number of silicon engaged is increased by 1 (step 2) and a step of confirming the number of silicon atoms contained in the silicon chain of the produced polysilane (step 3) are provided. ing. When the number of silicon atoms is the specified number, the reaction is terminated.

製造したポリシランのケイ素鎖を構成するケイ素原子の数が規定に満たないときは、このポリシランに、シリル(アルカリ金属)を作用させる(ステップ4)。この反応により、シリル(アルカリ金属)を製造する(ステップ5)。処理はステップ1に戻り、ステップ5で製造したシリル(アルカリ金属)をアルコキシシランに添加する処理を繰り返す。求核付加(置換)反応とアルカリ金属アルコキシドの脱離が生じ、ケイ素の結合数がさらに1増えたポリシランを製造することができる。 When the number of silicon atoms constituting the silicon chain of the produced polysilane is less than the specified number, silyl (alkali metal) is allowed to act on this polysilane (step 4). Cyril (alkali metal) is produced by this reaction (step 5). The treatment returns to step 1, and the process of adding the silyl (alkali metal) produced in step 5 to the alkoxysilane is repeated. A nucleophilic addition (substitution) reaction and elimination of the alkali metal alkoxide occur, and polysilane in which the number of silicon bonds is further increased by 1 can be produced.

以下に、実施例1として、出発物質のシリル(アルカリ金属)にジメチルフェニルシリルリチウムを用い、同じく出発物質のヒドリド基を持つアルコキシシランに1−ブトキシジメチルシランを用いて、ケイ素の結合数が3から7のポリシラン(以下、オリゴシランとも言う)を製造した例を説明する。 Hereinafter, as Example 1, dimethylphenylsilyllithium is used as the starting material silyl (alkali metal), and 1-butoxydimethylsilane is used as the alkoxysilane having a hydride group of the starting material, and the number of silicon bonds is 3. An example of producing polysilane (hereinafter, also referred to as oligosilane) of No. 7 will be described.

出発物質のジメチルフェニルシリルリチウムと1−ブトキシジメチルシランの構造式を、示す。

Figure 0006918280
Figure 0006918280
The structural formulas of the starting materials dimethylphenylsilyllithium and 1-butoxydimethylsilane are shown.
Figure 0006918280
Figure 0006918280

図2は、ポリシランの生成反応と製造条件の概要を模式的に示した図である。図中、Meはメチル基を示し、Buはブチル基を示し、Phはフェニル基を示している。 FIG. 2 is a diagram schematically showing an outline of a polysilane formation reaction and production conditions. In the figure, Me indicates a methyl group, Bu indicates a butyl group, and Ph indicates a phenyl group.

本実施例のポリシランの製造条件を説明する。図1のステップ1に対応する反応として、アルゴン雰囲気下の摂氏−10度〜−5度で、1.1 mL、1.1 mmolのジメチルフェニルシリルリチウム(符号2)に、0.19 mL、1.0 mmolの1−ブトキシジメチルシラン(符号1)を加えて、30分反応させる。ここで、ジメチルフェニルシリルリチウムは、クロロジメチルフェニルシランとリチウムから調製したものである。 The production conditions of polysilane of this example will be described. As a reaction corresponding to step 1 in FIG. 1, 1.1 mL, 1.1 mmol of dimethylphenylsilyllithium (reference numeral 2) at -10 to -5 degrees Celsius under an argon atmosphere, 0.19 mL, Add 1.0 mmol of 1-butoxydimethylsilane (reference numeral 1) and allow to react for 30 minutes. Here, dimethylphenylsilyllithium is prepared from chlorodimethylphenylsilane and lithium.

更に、1.1 mL、1.1 mmolのジメチルフェニルシリルリチウムを非常にゆっくりと滴下し、引き続き0.19 mL、1.0 mmolの1−ブトキシジメチルシランをゆっくりと滴下した。この交互の滴下を、30分ごとにさらに3回繰り返し、同じ摂氏−10度〜−5度の温度条件で3時間反応を行った。これにより、ポリシランが製造された。 In addition, 1.1 mL, 1.1 mmol of dimethylphenylsilyllithium was added dropwise very slowly, followed by 0.19 mL, 1.0 mmol of 1-butoxydimethylsilane. This alternating dropping was repeated three more times every 30 minutes, and the reaction was carried out for 3 hours under the same temperature conditions of -10 ° C to -5 ° C. As a result, polysilane was produced.

反応混合物からの、望ましい数のケイ素原子が連なった直鎖ポリシランの抽出方法は、以下のとおりである。得られた反応混合物を飽和食塩水で洗浄し、ヘキサンで抽出して有機層と水層に分ける。水層をヘキサンとジエチルエーテルで洗浄し、ヘキサンで抽出した有機層と合わせる。有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥させる。溶媒留去後、ヘキサン250 mLに対してトリエチルアミン1 mLを展開溶媒としたシリカゲルカラムによって、Rf値が0.5付近のオリゴシランを分離した。これにより、オリゴシランから不純物であるシリルエーテルを除去することができた。これにより、図3中に符号3で示したモノシランと、符号4で示したジシランを除去した。さらに、抽出したオリゴシランの混合物を、展開溶媒にクロロホルムを用い、充填物質にJAIGEL−1H,2Hを用いたリサイクル分取HPLCによって分離した。 The method for extracting linear polysilane in which a desired number of silicon atoms are linked from the reaction mixture is as follows. The resulting reaction mixture is washed with saturated brine, extracted with hexane, and separated into an organic layer and an aqueous layer. The aqueous layer is washed with hexane and diethyl ether and combined with the organic layer extracted with hexane. The organic layer is dried over anhydrous sodium sulfate. After distilling off the solvent, oligosilane having an Rf value of around 0.5 was separated by a silica gel column using 1 mL of triethylamine as a developing solvent with respect to 250 mL of hexane. As a result, the impurity silyl ether could be removed from the oligosilane. As a result, the monosilane represented by reference numeral 3 and the disilane represented by reference numeral 4 in FIG. 3 were removed. Further, the extracted mixture of oligosilanes was separated by recycling preparative HPLC using chloroform as a developing solvent and JAIGEL-1H and 2H as packing materials.

実施例の製造方法によって得られたオリゴシランの収量と収率を以下に示す。なお、測定が可能であったオリゴシランは、直鎖を構成するケイ素原子の数が3から7のオリゴシランであった。これらの構造式を、図2でそれぞれ符号5から9を付して示している。ケイ素原子の数が8以上のポリシランも生成していることが分析により確認されているが、収量が少ないため、分離することが困難であった。
The yield and yield of oligosilanes obtained by the production method of Examples are shown below. The oligosilane that could be measured was an oligosilane in which the number of silicon atoms constituting the linear chain was 3 to 7. These structural formulas are shown in FIG. 2 with reference numerals 5 to 9, respectively. Analysis has confirmed that polysilane having 8 or more silicon atoms is also produced, but it was difficult to separate because the yield was low.

Figure 0006918280
Figure 0006918280

図3から図6に、実施例の製造方法によって製造したオリゴシランPh(SiMeH(n=3,4)の測定結果を図に示す。図3にPh(SiMeHの1H NMRによる分析結果を示し、図4にPh(SiMeHの1H NMRの分析結果を示す。図5にPh(SiMeHのEI質量分析の結果を示し、図6にPh(SiMeHのEI質量分析の結果を示す。 3 to 6 show the measurement results of oligosilane Ph (SiMe 2 ) n H (n = 3, 4) produced by the production method of the example. Figure 3 shows the Ph (SiMe 2) 3 H analysis results by IH NMR of FIG. 4 Ph (SiMe 2) The analytical results of the 4 H of IH NMR. Figure 5 Ph (SiMe 2) shows the 3 H results of EI mass spectrometry, showing the results of Ph (SiMe 2) 4 H EI mass spectrometry of Figure 6.

それぞれの分析結果を解説する。Ph(SiMeHでは、NMRにより、7.5および 7.2 ppmにフェニル基に由来するピーク、4 ppm付近にはケイ素上の水素(Si−H)に由来するピーク、0.4−0.0 ppm付近にメチル基に由来するピークが観測されている。なお、7.2 ppmにある単重線はベンゼン−d6測定溶媒中に含まれる残余水素によるピークである。これらのピークは他の既知の化合物と比較しても妥当な値を持つ。0.5 ppm付近に観測されている二重線とケイ素上の水素のピークはカップリングしており、その結合定数(HH)は通常の炭素―炭素結合での結合定数(HH)である〜7 Hzよりも小さいH−C−Si−Hビシナルカップリングとして妥当な値である。また、Si−Hのピークが7重線、カップリングしているメチル基が2重線であることから、H−Si−(CHの部分構造の存在が推定される。最後にフェニル基に由来するピークとSi−Hに由来するピーク、メチル基に由来するピークの積分強度比は、ケイ素上の水素の緩和時間が長いため通常少し積分強度が小さく測定されることから、約5:1:12であり、これは化学式にある水素の比を正しく反映していると考えられる。また、図5の質量分析の結果からは、親ピークと考えられるC1224Siによるm/e 252、および同位体によるm/e 253が観測されている。また、m/e 135は、C11SiつまりPh[Si(CHによるピークと考えられる。このピークは強度が一番大きいが、この理由としてカチオンがフェニル基によって安定化されているとすれば妥当である。2番目に大きいm/e 116は、m/e135からCH少ないものに対応し、メチル基が切れてヒドリド基になっているものと推察される。よって、これらの測定結果は全て、製造された物質の構造Ph(SiMeHを支持するものである。 The results of each analysis will be explained. Ph (SiMe 2) In 3 H, by NMR, a peak derived from the phenyl group of 7.5 and 7.2 ppm, a peak derived from hydrogen (Si-H) on silicon near 4 ppm, 0.4 A peak derived from a methyl group is observed around −0.0 ppm. The single line at 7.2 ppm is a peak due to residual hydrogen contained in the benzene-d6 measurement solvent. These peaks have reasonable values when compared to other known compounds. Peak hydrogens on the double line and the silicon are observed near 0.5 ppm are coupled, the coupling constant (3 J HH) a normal carbon - binding constants carbon bonds (3 J HH ), Which is a reasonable value for an HC-Si-H vinyl coupling smaller than ~ 7 Hz. Further, since the peak of Si—H is a 7-fold line and the coupling methyl group is a double line, the existence of a partial structure of H—Si− (CH 3 ) 2 is presumed. Finally, the integrated intensity ratio of the peak derived from the phenyl group, the peak derived from Si—H, and the peak derived from the methyl group is usually measured with a slightly smaller integrated intensity due to the long relaxation time of hydrogen on silicon. , Approximately 5: 1: 12, which is believed to accurately reflect the hydrogen ratio in the chemical formula. In addition, from the results of mass spectrometry in FIG. 5, m / e 252 due to C 12 H 24 Si 3, which is considered to be the parent peak, and m / e 253 due to the isotope are observed. Further, m / e 135 is considered to be a peak due to C 8 H 11 Si, that is, Ph [Si (CH 3 ) 2 ] +. This peak has the highest intensity, which is reasonable if the cation is stabilized by a phenyl group. The second largest m / e 116 corresponds to one having CH 2 less than m / e 135, and it is presumed that the methyl group is cut off to form a hydride group. Therefore, these measurements are all intended to support the structure Ph (SiMe 2) 3 H of the produced material.

同様に図4の1H NMRスペクトルは、Ph(SiMeHの構造を矛盾なく示している。図6の質量分析の結果からは、親ピークであるm/e 310を観測した。これはC1430Siに対応する分子量である。同様にm/e 135 のC11Si、つまりPh[Si(CHによるピークが観測されている。さらに、特記すべき点としてm/e 251のピークが大きく観測されている。これはPh(SiMeHの組成式C1224Siの親ピークよりもマスナンバーが1少ない値であるので、C1223Si つまりPh(SiMe と考えられるピークである。このことはm/e 251のピークが、Ph(SiMeHから末端のジメチルシリル基SiH(CHの切断を伴い発生したカチオンと考えられ、直鎖でケイ素が4つ連なっていて、さらに末端にジメチルシリル基を持つ構造であることが明らかである。以上、分析結果から、本実施例の製造方法によってPh(SiMeH(n=3,4)が生成していることが確認された。 Similarly IH NMR spectrum of Figure 4, Ph represents (SiMe 2) consistently the structure 4 H. From the result of mass spectrometry in FIG. 6, the parent peak m / e 310 was observed. This is the molecular weight corresponding to C 14 H 30 Si 4. Similarly, a peak due to C 8 H 11 Si of m / e 135, that is, Ph [Si (CH 3 ) 2 ] + is observed. Furthermore, as a noteworthy point, a large peak of m / e 251 is observed. Since this is a value with a mass number one less than the parent peak of the composition formula C 12 H 24 Si 3 of Ph (SiMe 2 ) 3 H, it is considered to be C 12 H 23 Si 3 +, that is, Ph (SiMe 2 ) 3 +. It is the peak to be. This is a peak of m / e 251 is, Ph (SiMe 2) 4 H terminal dimethylsilyl group SiH (CH 3) from the considered second involves cutting generated cations, have continuous silicon four straight chain It is clear that the structure has a dimethylsilyl group at the end. As described above, from the analysis results, it was confirmed that Ph (SiMe 2 ) n H (n = 3, 4) was produced by the production method of this example.

本発明のポリシランの製造方法によって、長鎖のポリシランを効率的に合成することができ、しかも、ケイ素の結合数を制御して、オリゴシランから長鎖のポリシランまで、望む数のケイ素原子が連なったポリシランを製造可能であることが確認された。 By the method for producing polysilane of the present invention, long-chain polysilane can be efficiently synthesized, and the number of silicon bonds is controlled so that a desired number of silicon atoms are linked from oligosilane to long-chain polysilane. It was confirmed that polysilane can be produced.

本発明の製造方法によって製造されるポリシランは、主鎖のケイ素原子の数を制御することで、特定の光反応特性や導電性を付与することができる。このため、フォトレジスト材料、半導体材料、導電体材料、光―光混合器や光逓倍器などに用いられる非線形光学材料、セラミック材料などへの応用が期待される。 Polysilane produced by the production method of the present invention can impart specific photoreactive properties and conductivity by controlling the number of silicon atoms in the main chain. Therefore, it is expected to be applied to photoresist materials, semiconductor materials, conductor materials, nonlinear optical materials used for light-light mixers and photomultipliers, ceramic materials, and the like.

Claims (3)

ポリシランの製造方法であって、式(1):
Si(RSi)M (1)、
(ここで、は0〜10であり、Rはアリール基であり、R、R、R、およびRは、それぞれ独立に、炭素数1〜10のアルキル基を表し、Mはアルカリ金属である)で表されるシリルアルカリ金属に、ヒドリド基を持つアルコキシシランを添加し、求核付加反応とアルカリ金属アルコキシドの脱離によって、
式(2):
Si(RSi)m+1H (2)
で表されるポリシランを製造することを特徴とし、前記アルカリ金属アルコキシドの炭素数は1〜4である、
ポリシランの製造方法。
A method for producing polysilane, wherein the formula (1):
R 1 R 2 R 3 Si ( R 4 R 5 Si) m M (1),
(Here, m is 0 to 10, R 1 is an aryl group, and R 2 , R 3 , R 4 , and R 5 each independently represent an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and M. Is an alkali metal), an alkoxysilane having a hydride group is added to the silyl alkali metal represented by), and the nucleophilic addition reaction and the elimination of the alkali metal alkoxide are carried out.
Equation (2):
R 1 R 2 R 3 Si (R 4 R 5 Si) m + 1 H (2)
It is characterized by producing polysilane represented by, and the alkali metal alkoxide has 1 to 4 carbon atoms.
Method for producing polysilane.
前記式(2):
Si(RSi)m+1H (2)
で表されるポリシランに、シリルアルカリ金属を作用させ、酸塩基反応に基づく不均化反応によってヒドリド基の脱プロトン化を行い、
式(3):
Si(RSi)m+1M (3)
で表されるシリルアルカリ金属を製造する工程をさらに備えており、
前記式(3)で表されるシリルアルカリ金属を用いて、前記求核付加反応と前記アルカリ金属アルコキシドの脱離を行って、望む数のケイ素原子が連なった直鎖ポリシランを製造することを特徴とする請求項1記載のポリシランの製造方法。
The formula (2):
R 1 R 2 R 3 Si (R 4 R 5 Si) m + 1 H (2)
A silyl alkali metal is allowed to act on the polysilane represented by, and the hydride group is deprotonated by a disprotonation reaction based on an acid-base reaction.
Equation (3):
R 1 R 2 R 3 Si (R 4 R 5 Si) m + 1 M (3)
It is further equipped with a process for producing the silyl alkali metal represented by.
Using the silyl alkali metal represented by the formula (3), the nucleophilic addition reaction and the elimination of the alkali metal alkoxide are carried out to produce a linear polysilane in which a desired number of silicon atoms are linked. The method for producing polysilane according to claim 1.
前記求核付加反応とアルカリ金属アルコキシドの脱離とを、アルゴン雰囲気下の摂氏−10度以上−5度以下の温度で行なうことを特徴とする請求項1または2記載のポリシランの製造方法。




The method for producing a polysilane according to claim 1 or 2, wherein the nucleophilic addition reaction and desorption of the alkali metal alkoxide are carried out at a temperature of −10 ° C. or higher and −5 ° C. or lower in an argon atmosphere.




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