Способ синтеза летучих перфторалкоксидов лантаноидов

Изобретение относится к способу синтеза перфторированных алкоксидов лантаноидов, которые могут быть использованы в технологиях химического осаждения из газовой фазы при нанесении покрытий со специальными свойствами, при легировании полупроводников и синтезе сверхпроводниковых материалов, при разделении сложных смесей металлов и их глубокой очистке от примесей. Способ включает обработку комплексной соли лантаноида, в качестве которой применяют алифатические алкоксиды лантаноидов общей формулы (OCnH2n+1)3Ln, где CnX2n+1 - линейный или разветвленный алкильный радикал при n=3-4, соединением перфторированного спирта, в качестве которого используют триметилфторакоксисилан общей формулы [(CH3)3SiOCR1R2R3], где R1, R2, R3 являются CF3 или C2F5, в среде органического растворителя при нагревании и последующее удаление в вакууме растворителя и летучих продуктов реакции. Предлагаемый способ позволяет получить целевые продукты высокой чистоты при использовании упрощенной технологии. 1 з.п. ф-лы, 2 пр.

 

Изобретение относится к технологиям синтеза летучих органических соединений лантаноидов (лантаноиды - 15 элементов с атомными номерами 57-71). Летучие соединения лантаноидов могут быть использованы в технологиях химического осаждения из газовой фазы при нанесении покрытий со специальными свойствами, при легировании полупроводников и синтезе сверхпроводниковых материалов, при разделении сложных смесей металлов и их глубокой очистке от примесей.

Свойство летучести, то есть сравнительно высокое давление паров (10-1000 Па) при температурах до 200°С, является принципиально важным для возможности технической реализации большинства газофазных процессов [Y.K. , F.Т. Edelmann, Organolanthanides in Materials Science, Comments on Inorganic Chemistry, Volume 19, Issue 3, 1997, p. 153-184]. Повышение летучести, т.е. концентрации соединения лантаноида в газовой фазе, приводит к повышению скорости массопереноса и, следовательно, к повышению производительности процесса. Одновременно более летучие соединения можно испарять при более низкой температуре, что позволяет упростить аппаратурное оформление процесса.

Летучие алкоксиды известны для всех лантаноидов (за исключением прометия). Алифатические алкоксиды лантаноидов общей формулы (I)

где О - атом кислорода, С - атом углерода, Н - атом водорода, n=3-4, Ln - атом элемента с атомным номером от 57 до 71, малолетучие вещества вследствие образования прочных полимеров большой молекулярной массы.

Фторированные алкоксиды общей формулы (II)

где О - атом кислорода, С - атом углерода, R1, R2, R3 - CF3 или C2F5, Ln - атом элемента с атомным номером от 57 до 71, обычно характеризуются более высокой летучестью, чем их не фторированные аналоги [C.J. Willis, Fluorinated alcohols and their metal complexes, Coor. Chem. Rev., 1988, 88, 133-202]. Фторированные алкоксиды лантаноидов - мономерные, непирофорные соединения, которые легко испаряются при относительно низких температурах. Они идеально подходят для использования в процессах нанесения покрытий из газовой фазы и для выделения и очистки индивидуальных металлов и их изотопов.

Фторированные алкоксиды лантаноидов общей формулы (II) получают взаимодействием металлического лантаноида с соответствующим фторированным спиртом в присутствие аммиака или аммонийной солью фторированного спирта в среде эфира или полиэфира

где М - водород или катион аммония NH4, О - атом кислорода, С - атом углерода, R1, R2, R3 - CF3 или C2F5, Ln - атом элемента с атомным номером от 57 до 71, D - молекула аммиака, эфира (диэтиловый эфир) или полиэфира (диметоксиэтан, диэтиленгиколь, триэтиленгликоль и т.д.) [W.D. Buchanan, K. Ruhlandt-Senge, Volatile metal complexes of perfluoro-tert-butanolus Patent Appl., US 2009/0291212 A1, 26.10.2009]. Однако данный метод синтеза малоэффективен из-за низкой скорости процесса.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ, описанный в патенте [W.D. Buchanan, K. Ruhlandt-Senge, Volatile metal complexes of perfluoro-tert-butanolus Patent Appl., US 2009/0291212 A1, 26.10.2009]. Способ заключается во взаимодействии гексаметилдисилазида(HMDS) лантаноида с фторированным спиртом или аммонийной солью фторированного спирта в среде эфира или полиэфира

где HMDS - ион гексаметилдисилазана [(CH3)3Si]2N, М - водород или катион аммония NH4, О - атом кислорода, С - атом углерода, R1, R2, R3 - CF3 или C2F5, Ln - атом элемента с атомным номером от 57 до 71, D – молекула эфира (диэтиловый эфир, тетрагидрофуран) или полиэфира (диметоксиэтан, диэтиленгиколь, триэтиленгликоль и т.д.).

Основным недостатком этого способов является необходимость использования в качестве исходного соединения лантаноида его гексаметилдисилазид Ln(HMDS)3, синтез которого является трудоемким и дорогостоящим [Anwander, R. Lanthanide Amides // Organolanthoid Chemistry: Synthesis, Structure, Catalysis Topics in Current Chemistry. 1996, Vol. 179. P. 34-112]. Кроме того, получаемый данным способом продукт выделяется в виде комплекса с молекулой эфира или полиэфира, что снижает его летучесть.

Задачей изобретения является повышение эффективности метода синтеза за счет использования доступных исходных реагентов с одновременным получением индивидуального, не связанного с молекулой эфира или полиэфира, высоко летучего продукта.

Поставленная задача, а именно повышение эффективности метода синтеза и увеличение летучести продукта решается путем использования в качестве исходных реагентов соединения лантаноида в виде его алифатического алкоксида (I), а в качестве соединения фторированного спирта - соответствующего триметилфторалкоксисилана общей формулы [(CH3)3SiOCR1R2R3], где R1, R2, R3 - CF3 или C2F5. Процесс синтеза проводят при нагревании в среде органического растворителя, в качестве которого используют ароматический растворитель: бензол, толуол; ксилол. Процесс протекает в соответствии с уравнением

где n=3-4, R1, R2, R3 - CF3 или C2F5, Ln - атом элемента с атомным номером от 57 до 71.

Продукт реакции - трис-фторалкоксид лантаноида (OCR1R2R3)3Ln - выделяют путем отгонки растворителя и триметилалкоксисилана [(CH3)3SiOCR1R2R3] с последующей очисткой сублимацией в вакууме.

Сущность предложенного способа синтеза заключается, таким образом, в обработке алифатического алкоксида лантаноидов производным фторорганического спирта - триметилфторалкоксисиланом вместо известного способа обработки гексаметилдисилазида лантаноида фторорганическим спиртом или аммонийной солью фторорганического спирта.

В качестве алифатических алкоксидов лантаноидов могут применяться соединения общей формулы (OCnH2n+1)3Ln, где R1, R2 - линейный или разветвленный алкильный радикал общей формулы CnX2n+1, где n=3-4. Например, используют в качестве алифатического алкоксида лантаноида трис-третбутилат неодима (трет-C4H9O)3Nd (Ln=Nd, a n=4). Соответствующие алифатические алкоксиды лантаноидов синтезируют из доступных в промышленных количествах спиртов: пропилового, изопропилового, бутилового, трет-бутилового и соответствующего металлического лантаноида [Bragley, D.С., Mehrotra, R.C., Rothwell, I.P. et al. Alkoxo and Aryloxo Derivatives of Metals // Elsevier, 2001]. Синтез осуществляют, как правило, кипячением металлического лантаноида в соответствующем алифатическом спирте в присутствии катализатора - йода или хлористой ртути

где HOCnH2n+1 - спирт: n=3 - пропиловый, изопропиловый; n=4 - бутиловый, изобутиловый, трет-бутиловый или электрохимическим растворением металла в соответствующем спирте [Н.И. Козлова, Н.Я. Турова, Е.П. Туревская. Об изопропилатах скандия, иттрия, лантана. Координационная Химия, 1982, т. 8, №5, 639-646].

В качестве триметилфторалкоксисиланов при синтезе фторалкоксидов согласно заявляемому способу используют соединения общей формулы [(CH3)3SiOCR1R2R3], где R1, R2, R3 - CF3 или C2F5, которые получают взаимодействием промышленно доступного триметилхлорсилана (CH3)3SiCl и соответствующего фторированного спирта HOCR1R2R3 [Б.Н. Максимов, В.Г. Барабанов, И.Л. Серушкин и др. Промышленные фторорганические продукты. Справочник. - Л.: Химия, 1990, 554 с.]. Например, используют перфтортретбутиловый спирта (в этом случае HOCR1R2R3 = HOC(CF3)3) и триметилхлорсилан (CH3)3SiCl. При нагревании смеси этих реагентов получают соответствующий триметилфторалкоксисилан в соответствии с уравнением

где (CH3)3SiCl - триметилхлорсилан, HOCR1R2R3 - фторированный спирт, например перфтортретбутанол при R1=R2=R3=CF3.

Технический результат изобретения заключается в повышении скорости синтеза и снижении затрат на исходные реагенты. В сравнении с прототипом достигается также повышение чистоты продукта, так как продукт выделяется в виде индивидуального соединения, не связанного с молекулами донорного растворителя.

Предлагаемые примеры иллюстрируют возможности применения способа.

Пример 1 (по прототипу, Example 5, W.D. Buchanan, K. Ruhlandt-Senge, Volatile metal complexes of perfluoro-tert-butanolus Patent Appl., US 2009/0291212 А1]. В 100-мл сосуде Шленка смешивают 5 ммол гексаметилдисилазида лантаноида и 10 ммол перфтортретбутанола. Затем в сосуд конденсируют избыток тетрагидрофурана для растворения реагентов и смесь перемешивают 2 ч. По окончании реакции, ход которой контролируют методами ИК-спектроскопии, добавляют диглим и смесь перемешивают еще 2 ч. Реакционную смесь упаривают в вакууме, продукт выделяют из остатка перекристаллизацией из смеси гексан-тетрагидрофуран. Характеристики продукта - не представлены.

Пример 2. Согласно изобретению синтезируют трис-перфтортретбутилат неодима.

- а) В бездиафрагменном электролизере в абсолютном изопропиловом спирте растворяют в переменном токовом режиме (0,1-0,5 А, 50 Гц, 110 В) пластинку из металлического неодима (марка НМ-1, чистота 99,85%) массой 30 г с электропроводящей добавкой тетра-бутиламмоний бромида (0,05М) в течение 2 ч. Растворение прекращают при израсходовании примерно 50% неодима. Реакционный раствор из электролизера упаривают досуха в вакууме при комнатной температуре с последующим нагреванием до 40-50°С на роторном испарителе. Продукт - изопропилат неодима - в количестве 35 г получают в виде мелкокристаллического порошка;

- б) 60 мл триметилхлорсилана (чистота 99,6%) и 45 мл перфтортретбутанола (чистота 99%) кипятят в колбе с обратным холодильником в среде аргона в течение 1 ч. Избыток триметилхлорсилана отгоняют при 57°С, остаток перегоняют при 87-90°С. Получают 81 г продукта (~ 60 мл) в виде прозрачной жидкости;

- с) Изопропилат неодима (35 г) перемешивают в колбе с обратным холодильником в 200 мл толуола. К суспензии добавляют 60 мл триметилперфтортретбутоксисилана и смесь перемешивают при 70°С в течение 4 ч. Наблюдают растворение изопропилата неодима с получением прозрачного светло-фиолетового раствора. Растворитель (толуол) и триметилизопропоксисилан (продукт замещения перфтортретбутокси группы на изопропоксигруппу) отгоняют в вакууме при нагревании раствора до 30-40°С. В остатке получают твердую светло-голубую массу, из которой путем сублимации в вакууме (~ 5 Па) при 70°С получают продукт - трис-перфтотретбутилат неодима в количестве 85 г (выход около 75%) в виде голубоватого порошка с температурой плавления 71-73°С.

Аналогичным образом синтезируют перфтортретбутильные производные других лантаноидов. При использовании в качестве фторированного спирта 1,1,1,3,3,4,4,4-октофтор-2-трифторметилбутан-2-ола (Формула II, R1=CF3, R2=CF3, R3=C2F5) получают соответствующие фторированные алкоксиды лантаноидов.

1. Способ синтеза перфторированных алкоксидов лантаноидов, включающий обработку комплексной соли лантаноида соединением перфторированного спирта в среде органического растворителя при нагревании и последующее удаление в вакууме растворителя и летучих продуктов реакции, отличающийся тем, что в качестве комплексной соли лантаноида применяют алифатические алкоксиды лантаноидов общей формулы (OCnH2n+1)3Ln, где CnX2n+1 - линейный или разветвленный алкильный радикал при n=3-4, а в качестве соединения перфторированного спирта используют триметилфторакоксисилан общей формулы [(CH3)3SiOCR1R2R3], где R1, R2, R3 являются CF3 или C2F5.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве органического растворителя при синтезе используют ароматический растворитель: бензол, толуол; ксилол.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к производному полигетероарил-бис[карбонилнитрилоди(метилен)]тетракис(фосфоновой кислоты), которое может применяться для флуоресцентного анализа, формулы где, когда X и Z образуют фрагмент -СН2=СН2-, R представляет собой Cl; когда X и Z представляют собой Н, R представляет собой Н.

Изобретение относится к получению металлоорганического каркасного соединения с люминесцентными свойствами. Способ включает смешение гидрата нитрата иттербия или эрбия или их смеси в диметилформамиде концентрации 9 ммоль/л с раствором бензол-1,3,5,-трикарбоновой кислоты в диметилформамиде концентрации 42 ммоль/л при комнатной температуре.

Изобретение относится к люминесцентным покрытиям для обнаружения повреждений конструкций и может быть использовано при неразрушающем контроле и диагностике состояния различных конструкций.

Изобретение относится к получению ацетилсалицилата тербия(III), который находит применение в качестве излучающего вещества в электролюминесцентных устройствах. Описывается электрохимический синтез ацетилсалицилата тербия(III) в безводном ацетонитрильном растворе фонового электролита - хлорида лития и ацетилсалициловой кислоты, взятой в количестве 3 ммоль, при мольном соотношении компонентов ацетонитрил : ацетилсалициловая кислота : хлорид лития 3000:3:2 соответственно, с анодом из металлического тербия и инертным катодом, анодной плотности тока 6-8 мА/см2 и силе тока 24-32 мА в течение 2,5-3,5 часов.

Изобретение относится к обратимому термохимическому индикатору на основе двойного координационного соединения - сесквигидрата гекса(изотиоцианато)хромата(III)диакватрис(никотиновая кислота)эрбия(III).

Изобретение относится к получению замещенных фталоцианинов, которые могут быть использованы в качестве люминесцентных материалов и красителей для полимерных материалов, в частности полистирола и вискозы.

Изобретение относится к способу полимеризации норборнена. Способ включает проведение полимеризации норборнена в присутствии компонентов катализатора - [(acac)Pd(L)2]BF4, где асас – ацетилацетонат, L - замещенные анилины, такие как 2,6-диизопропиланилин, 2,6-диметиланилин, орто-метиланилин, пара-метиланилин, и эфирата трифторида бора формулы BF3OEt2.

Изобретение относится к получению содержащих оксид индия покрытий. Способ жидкофазного получения содержащих оксид индия покрытий включает нанесение на подложку состава, содержащего по меньшей мере один оксоалкоксид индия общей формулы MxOy(OR)z[O(R’O)eH]aXbYc[R"OH]d), в которой x означает число от 3 до 25, у означает число от 1 до 10, z означает число от 3 до 50, а означает число от 0 до 25, b означает число от 0 до 20, с означает число от 1 до 20, d означает число от 0 до 25, е означает 0 или 1, M означает индий, R, R', R" соответственно означают органический остаток, X означает фтор, хлор, бром или йод и Y означает -NO3, -NO2, при условии, что сумма b+с означает число от 1 до 20, и по меньшей мере один растворитель.

Изобретение относится к способу получения комплексов лантаноидов с 5,15-дифенилтетрабензопорфином. Способ включает взаимодействие фталимида с ацетатом цинка при температуре 230-240°C в течение 20-30 мин, сплавление полученного 3-[(1-оксо-1H-изоиндол-3-ил)метилен]-2,3-дигидро-1H-изоиндол-1-он с фенилуксусной кислотой и солью лантаноида при температуре 320-330°C в течение 50-60 мин, выделение и очистку целевых продуктов методом хроматографии.

Изобретение относится к порфиразину общей формулы в которой R представляет собой BnOPh (4-бензилоксифенил), 4FBnOPh (4-(4-фторбензилокси)фенил). Изобретение также относится к порфиразиновому комплексу гадолиния и к применению порфиразина и порфиразинового комплекса гадолиния в качестве мультимодального агента фотодинамической терапии злокачественных новообразований.
Изобретение относится к электрохимическому способу получения алкоксидов циркония, например изопропоксида циркония, которые находят применение в качестве прекурсоров оксидных материалов высокой чистоты и дисперсности для электроники, оптики, лазерной техники, а также используются в качестве компонентов эффективных катализаторов и добавок к полимерам, улучшающих их физико-химические характеристики.

Изобретение относится к способу получения алкоголятов марганца (II), который может быть использован в различных областях синтеза, в очистке сложных многокомпонентных смесей от спиртов, в аналитическом контроле и в научных исследованиях.
Изобретение относится к области электрохимии, а именно к электрохимическому способу получения метилата ниобия, который является исходным сырьем для получения высокочистого оксида ниобия (V), находящего применение в радиоэлектронике.

Изобретение относится к электрохимическому синтезу алкоголятов тантала, которые являются перспективными предшественниками высокочистых и высокодисперсных моно- и смешанных оксидных композиций для нанотехнологических процессов.

Изобретение относится к способу получения ниобий(V)- и тантал(V)алкоголятов формулы M(OR)5 (I), где М означает Nb или Та и R означает С1-С5 -алкил, которые могут быть использованы для получения соответствующих металлических покрытий посредством химического осаждения из паровой фазы.
Изобретение относится к способу получения алкоголятов редких и редкоземельных металлов, которые являются сырьем для получения различных конструкционных керамических материалов, катализаторов и каталитических композиций.

Изобретение относится к улучшенному электрохимическому способу получения алкоксидов титана, в частности, таких как тетрабутоксид титана (ТБТ) и тетраизопропоксид титана (ТИПТ), которые находят применение в производстве высокочистых оксидов и гомогенный композиций на их основе для оптики, электроники, источников энергии.

Изобретение относится к улучшенному способу выделения алкоксидов титана из растворов, полученных в результате электрохимического растворения титана в среде алканола в присутствии электропроводной добавки - хлорида лития.
Изобретение относится к электрохимическому синтезу металлоорганических соединений - алкоксопроизводных металлов и может быть использовано для синтеза целого ряда оксидных твердых растворов.

Изобретение относится к способу синтеза перфторированных алкоксидов лантаноидов, которые могут быть использованы в технологиях химического осаждения из газовой фазы при нанесении покрытий со специальными свойствами, при легировании полупроводников и синтезе сверхпроводниковых материалов, при разделении сложных смесей металлов и их глубокой очистке от примесей. Способ включает обработку комплексной соли лантаноида, в качестве которой применяют алифатические алкоксиды лантаноидов общей формулы 3Ln, где CnX2n+1 - линейный или разветвленный алкильный радикал при n3-4, соединением перфторированного спирта, в качестве которого используют триметилфторакоксисилан общей формулы [3SiOCR1R2R3], где R1, R2, R3 являются CF3 или C2F5, в среде органического растворителя при нагревании и последующее удаление в вакууме растворителя и летучих продуктов реакции. Предлагаемый способ позволяет получить целевые продукты высокой чистоты при использовании упрощенной технологии. 1 з.п. ф-лы, 2 пр.

Наверх