二苯基二甲氧基硅烷的合成

发布日期:2023/7/20 8:39:59

介绍

二苯基二甲氧基硅烷（简称DMODPS）是一种非常重要的有机硅功能化合物。二苯基二甲氧基硅烷在有机合成领域中的主要应用之一是用作丙烯聚合反应中调节聚丙烯等规度的助催化剂，从而提高催化体系的定向能力。二苯基二甲氧基硅烷在材料领域中的主要应用是生产苯基硅油、苯基硅树脂、苯基硅橡胶的重要原料。二苯基二甲氧基硅烷将苯基基团引入有机硅材料中，含有苯基的有机硅新型材料在国防、航空、化工、医疗等领域具有重要的应用价值[1]。

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图一二苯基二甲氧基硅烷

合成

二苯基二甲氧基硅烷Ph2Si(OMe)2的化学结构，发现其分子结构中含有两个直接与硅原子相连接的Ph–Si化学键。从有机合成的角度来分析二苯基二甲氧基硅烷的合成方法，主要可以分为两大类方法：类方法是同时完成两个Ph–Si化学键的合成。第二类方法是逐次完成两个Ph–Si化学键的合成，即先完成一个Ph–Si化学键的合成、生成苯基三甲氧基硅烷PhSi(OMe)3，然后再由苯基三甲氧基硅烷PhSi(OMe)3为原料，合成第二个Ph–Si化学键，即由苯基三甲氧基硅烷PhSi(OMe)3制备二苯基二甲氧基硅烷烷Ph2Si(OMe)2。

现有合成方法的缺点

以硅粉和氯苯为原料，在铜及其他催化剂作用下，在400~600ºC温度下的流化床反应器中，同时完成两个Ph–Si化学键的合成，主要产品之一为二苯基二氯硅烷。二苯基二氯硅烷再经甲醇醇解[2]，生成二苯基二甲氧基硅烷。此种直接合成苯基单体方法的优势是生产效率高，两个Ph–Si化学键的合成一次性完成。该方法不足之处在于高能耗、需要消耗高纯度的贵金属铜粉、流化床装置投资高以及反应同时产生复杂的低沸物及高沸物，需要复杂工艺分离处理。

此外，还有两步逐次合成二苯基二甲氧基硅烷的方法，即先完成一个Ph–Si化学键的合成、生成苯基三甲氧基硅烷PhSi(OMe)3，然后再由苯基三甲氧基硅烷PhSi(OMe)3为原料，合成第二个Ph–Si化学键。这样单独生成一个Ph–Si化学键的方法，主要是经由格氏试剂法或钠缩法完成。然而，苯基三甲氧基硅烷经由格氏试剂法与苯基溴化镁在四氢呋喃溶液中发生格氏反应生成二苯基二甲氧基硅烷的方法，不但因为溴苯（或苯基溴化镁）的价格昂贵、还因为格氏反应本身因为引发反应过程中，存在一定的安全隐患而使格氏反应方法受到一定的限制。

钠缩法制备二苯基二甲氧基硅烷.jpg

图二钠缩法制备二苯基二甲氧基硅烷

钠缩法不但在生产中大量使用金属钠导致一定的安全隐患，而且在生产过程中，产生两倍摩尔量的氯化钠和甲醇钠盐。从原子经济化的角度来考虑，钠缩法也不符合近代提倡的绿色化学原则。

为解决上述缺点，初琳等人[3]首次将苯基钠试剂应用于由苯基三甲氧基硅烷制备二苯基二甲氧基硅烷的反应。

技术方案为：（1）首先合成苯基钠的正庚烷溶液；（2）然后在无水无氧环境中、在一定温度下，将苯基钠的正庚烷溶液滴加到苯基三甲氧基硅烷的正庚烷溶液中，滴毕，保温反应一定时间；（3）过滤掉反应产生的固体甲醇钠后，用少量冰水快速洗涤产物混合物溶液。将水相分离后，再转入真空蒸馏设备，收集161ºC/15mmHg的馏分，即为二苯基二甲氧基硅烷产品。

具体实施方案为：在1L彻底干燥的四颈烧瓶中，内置聚四氟磁搅拌子、配有恒压滴液漏斗及内置温度计、回流冷凝器、氩气保护装置。所有溶剂需经严格无水处理；制备1.0M浓度的苯基钠正庚烷溶液。在氩气保护下，移入103mL上述苯基钠正庚烷溶液到恒压滴液漏斗中；向四颈瓶中，移入19.83g（0.100mol）苯基三甲氧基硅烷，并加入128mL左右无水正庚烷稀释，使得其总体积为147mL；在0~10ºC（冰水浴）、搅拌下，向苯基三甲氧基硅烷的正庚烷溶液中滴加103mL浓度为1 .0M的上述苯基钠正庚烷溶液。此时发生的苯基钠亲核取代反应为放热反应，控制滴加速度，勿使反应温度出现较大变化。

滴毕，撤去冰水浴，在室温下继续搅拌反应3小时。取样GC检测，发现98%以上的苯基三甲氧基硅烷已经转化为二苯基二甲氧基硅烷；停止搅拌，过滤去除反应生成的固体不溶物质甲醇钠，统一处理；滤液用25mL冰水（反应混合物总体积的10%）快速洗涤一次，分离水相集中处理，有机相浓缩回收正庚烷溶剂后，将粗产物转移到真空蒸馏装置；启动真空蒸馏设备，开始精制。收取161ºC/15mmHg的馏分，得到19.9g无色液体为二苯基二甲氧基硅烷产品。按投入苯基三甲氧基硅烷数量计算，产率81.4%，GC检测，含量为99.0%。

二苯基二甲氧基硅烷的合成方程式.png