JPH0188A - ジクロロシラン類の製造方法 - Google Patents

ジクロロシラン類の製造方法

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JPH0188A
JPH0188A JP62-155209A JP15520987A JPH0188A JP H0188 A JPH0188 A JP H0188A JP 15520987 A JP15520987 A JP 15520987A JP H0188 A JPH0188 A JP H0188A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、ジクロロシラン類の製造方法に関する。
[従来の技術] ジクロロジメチルシランは、現在、種々のシリコーンの
原料などとして大量に製造されている。
この従来の製造法は、Rochowの直接法によるもの
である(「有機ケイ素化合物の化学(化学同人)」9頁
、1972年参照)。
しかしながら、この方法は、生成物が複雑で、ジクロロ
ジメチルシランは、40種類以上の反応混合物の中から
蒸留によって分離する必要があり、高純度のものが得ら
れ難い等の欠点を有している(「有機ケイ素化合物の化
学(化学同人)」9頁、1972年参照)、事実、この
方法で得られるジクロロジメチルシランから製造したパ
ーメチルポリシランは、その5i−3i結合の電子的性
質により、電子材料として極めて有用なものであると期
待されたが、実際には、不溶、不融の性質のため、現在
シリコンカーバイド繊維材料としてわずかに使用されて
いるにすぎない。
このように、パーメチルポリシランは不溶、不融であっ
て、その成形加工が不歳であるのは、ジクロロジメチル
シラン中に含まれるメチルトリクロロシランが架橋反応
を起しているためであり、これを解決するために、精密
蒸留法により精製してメチルトリクロロシラン含量を約
20ppm以下にまで低減せしめた純度の高いジクロロ
ジメチルシランを原料として用いることにより、溶媒可
溶なパーメチルポリシランの得られることが知られてい
る[ジャーナル・オフ・ポリマー〇サイエンス番ポリマ
ー・ケミストリーΦイー・デイ−1第17a、9号、2
833〜2843頁、1979年(J、Polym。
Sci、、Polym、  Chem、、Ed、17 
 (9)  2833〜2843 .1979) ] 
しかしながら、この方法において、メチルトリクロロシ
ラン含量が300ppmとなるまで高度に精製された原
料を使用する必要があること、ジクロロジメチルシラン
の収率が18%程度と著しく低いこと、得られたジクロ
ロジメチルシラン中に、なお、約20ppm程度のメチ
ルトリクロロシランが残留することなどの問題点があっ
た。
[発明の目的] この発明は、#記実情に基いてなされたものである。
この発明の目的は、架橋剤等として作用するトリクロロ
シランを含有しない高純度のジクロロシラン類を、容易
に、高収率で得ることができるジクロロシラン類の製造
方法を提供することである。
[問題点を解決するための手段1 この発明者らは、前記問題点を解決すべく鋭意研究を重
ねた結果、シクロポリシロキサン類という特定の化合物
と、トリクロロメチル基を有する芳香族化合物という特
定の化合物とを反応させるという新規な反応を用いるこ
とにより、#2目的を容易に達成できることを見出し、
この知見に基いてこの発明を完成するに至った。
すなわち、前記問題点を解決するためのこの発明の概要
は、シクロポリシロキサン類とトリクロロメチル基を有
する芳香族化合物とを反応させることを特徴とするジク
ロロシラン類の製造方法である。
前記シクロポリシロキサン類としては、次の一般式(I
)で表わされる化合物を用いることかできる。
ま ただし、式(r)中 R1、R2はメチル基またはフェ
ニル基を表し、nは1通常、2〜20の整数、好ましく
は、3〜6の整数を表わし、特に好ましくは、n=4で
ある。
さらに、この発明方法においては、前記シクロポリシロ
キサン類として、前記一般式(I)で表わされる化合物
の1つまたは複数のメチル基またはフェニル基の水素原
子が、反応を実質的に阻害しない置換基で置換されてい
る化合物も使用することができる。
このような置換基として、たとえば、フッ素原子、塩素
原子などのハロゲン原子:メチル基、エチル基、プロピ
ル基、ブチル基などのアルキル基:クロロメチル基、フ
ルオロメチル基、クロロエチル基などのハロアルキル基
;フェニル基、トリル基、キシリル基などの7リール基
もしくはアラルキル基;ニトロ基;ニトロメチル基など
のニトロアルキル基などを挙げることができる。
前記一般式(I)で表わされる化合物の具体例としては
、たとえば、テトラメチルシクロジシロキサン(n=2
)、ヘキサメチルシクロトリシロキサン(n=3)、オ
クタメチルシクロテトラシロキサン(n=4)、デカメ
チルシクロペンタシロキサン(n=5)、  ドデカメ
チルシクロヘキサシロキサン(n=6)、テトラデカメ
チルヘプタシロキサン(n=、7)、ヘキサデカメチル
シクロオクタシロキサン(n=8)、オフタデカメチル
シクロノナシロキサン(nR9)、イコサメチルシクロ
デ力シロキサン(n=10)、  ドコサメチルシクロ
ウンデカシロキサン(n= 11)、テトラコサシクロ
ドデカシロキサン(n=12)、へキサフェニルシクロ
トリシクロトリジ四キサン(n=3)、オクタフェニル
シクロテトラシロキサン(n=4)、トリクチルトリフ
ェニルトリシロキサン(n=3)、テトラメチルテトラ
フェニルトリシロキサン(n=4)などを挙げることが
できる。
また、前記置換基を有するシクロポリシロキサン類とし
ては、たとえば、ジ(クロロメチル)ジメチルシクロジ
シロキサン、トリ(クロロメチル)トリメチルシクロト
リシロキサン、テトラ(クロロメチル)テトラメチルシ
クロテトラシロキサン、ペンタ(クロロメチル)ペンタ
メチルシクロペンタシロキサン、ヘキサ(クロロメチル
)ヘキサメチルシクロヘキサシロキサン、オクタ(クロ
ロメチル)シクロテトラシロキサン、テトラエチルテト
ラメチルシクロテトラシロキサン、オクタエチルシクロ
テトラシロキサン、テトラフェニルメチルテトラメチル
シクロテトラシロキサン、テトラブチルテトラメチルシ
クロテトラシロキサン、テトラ(ニトロメチル)テトラ
メチルシクロテトラシロキサンなどを挙げることができ
る。
これらの中でも、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、
オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシク
ロペンタシロキサン、ドデカメチルシクロヘキサシロキ
サンなどが好ましく、特にオクタメチルシクロテトラシ
ロキサンが好ましい。
なお、これら様々なシクロポリシロキサン類は、1種単
独で用いても、2種以上を混合するなどして組合せて用
いてもよい。
前記トリクロロメチル基を有する芳香族化合物は、芳香
族化合物の芳香族環に、トリクロロメチル基(−CCf
L3)が、少なくとも1個1通常は1〜4個を置換した
化合物である。
前記芳香族環としては、たとえば、ベンゼン環、ナフタ
レン環、アントラセン環、フェナントレン環などを挙げ
ることができる。
これらの中で好ましいのは、ベンゼン環である。
なお、これらの芳香族環には、反応を阻害しない置換基
が置換されていてもよい、そのような置換基として、た
とえば、フッ素原子、塩素原子。
臭素原子などのハロゲン原子:メチル基、エチル基、n
−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、t−ブ
チル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基な
どの直鎖状、環状、あるいは分岐状のアルキル基;フェ
ニル基、トリル基、キシリル基、ベンジル基、フェネチ
ル基などのアリール基もしくはアラルキル基などを挙げ
ることができる。
前記トリクロロメチル基を有する芳香族化合物の具体例
としては、たとえば、ベンゾクロリド(α、α、α−ト
リクロロトルエン)、0−クロロベンゾトリクロリド、
m−クロロベンゾトリクロリド、p−クロロベンゾトリ
クロリド、O−メチルベンゾトリクロリド、m−メチル
ベンゾトリクロリド、p−メチルベンゾトリクロリド、
エチルベンゾトリクロリド、ジメチルベンゾトリクロリ
ド、フェニルベンゾトリ゛クロリド、ビス(トリクロロ
メチル)ベンゼン、トリス(トリクロロメチル)ベンゼ
ン、テトラキス(トリクロロメチル)ベンゼン、ビス(
トリクロロメチル)トルエン、1−)ジクロロメチルナ
フタレン、2−トリクロロメチルナフタレン、2,6−
ビス(トリクロロメチル)ナフタレン、l、4−ビス(
トリクロロメチル)ナフタレン、l−り°コロメチル−
4−メチルナフタレン、l−トリクロロメチルアントラ
セン、2−トリクロロメチルアントラセンなどを挙げる
ことができる。 。
これらの中でも、入手が容易である点から特にベンゾト
リクロリド類が好ましく、特にベンゾトリクロリドが好
ましい。
この発明方法においては、前記シクロポリシロキサン類
と前記トリクロロメチル基を有する芳香族化合物とを反
応させて、ジクロロシラン類を製造する。
この反応に用いる前記シクロポリシロキサン類(A)と
前記トリクロロメチル基を有する芳香族化合物(B)と
の割合は、特に制限はないが、(^)対(B)をモル比
で表わして、1 :  [k/ (2x j)] 〜l
 :  (100xk/j) 、好ましくは、1:に/
 j −1:L5 x (k/ j)とするのが好適で
ある。
ただし、前記、kは、使用する(A) 成分中の一5i
−0−単位の合計モル数を表わし、jは、使用する(B
)成分中の芳香族環に直接結合した反応性のトリクロロ
メチル基の合計モル数を表わす、すなわち、たとえば、
(A)成分として、1分子中の一3i−0−単位の数が
nであるシクロポリシロキサン類を単独で用い、 (B
) 成分として、1分子中に前記グロロメチル基をm(
i有する芳香族化合物とを用いて反応を行う場合には、
その使用割合を、上記でに=n、j=mとした範囲に設
定すればよい。
用いる(B)成分の割合が、上記の範囲未満であると、
収率が著しく低下し、一方上記範囲を越えると、収率の
改善等の効果が低下し、未反応の(B)成分の量が増加
して、その回収工程が煩雑になることがある。
この発明方法においては、前記反応を円滑に進行させる
目的で1通常、触媒を使用するのが望ま参 じい。
この触媒としては、ルイス酸が好適であり、中でも、通
常用いられるハロゲン化金属系のルイス酸が好ましく、
具体的には特に、塩化第二鉄、五塩化アンチモンなどが
好ましい。
触媒の使用割合は、特に制限はないが、通常の場合、シ
クロポリシロキサン類1モル当す10−5〜1モル、好
ましくは10−3〜0.05モルである。
前記反応には、必要に応じて溶媒を用いることができる
。用いるシクロポリシロキサン類が、反応条件下で液体
であれば、特に溶媒を必要としない、所望により溶媒を
用いる場合には、前記反応に支障のないものを使用する
ことができる。そのような溶媒の具体例としては、たと
えば、ヘキサン、ヘプタン、デカン、ドデカンなどのア
ルカン類ニジクロヘキサンなどのシクロアルカン類;四
塩化炭素などのハロゲン化炭化水素類;ニトロベンゼン
、ニトロメタンなどのニトロ化合物;二硫化炭素などを
挙げることができる。
反応温度としては1通常θ〜150℃、好ましくは、3
0〜80℃の範囲が適当である0反応温度が低すぎると
反応の速度が遅くなり、反応完結までの時間が長くなり
、一方11反応温が高すぎると収率が低下することがあ
る。
なお、反応温度が、生成物であるジクロロジメチルシラ
ンの沸点(70,7℃)よりも高温である場合には、反
応器に還流冷却器、あるいは、蒸留ヘッドなどを取り付
けて、生成するジクロロジメチルシランを還流させるか
あるいは留去させる方法を採用するのが望ましい。
反応圧力は、特に制限はなく、必要に応じて、加圧、減
圧のいずれも使用できるが、通常は、大気圧で行うのが
、特に付帯設備を必要としない点から好ましい。
反応方法としては、特に制限はなく、連続法・。
半連続法、回分法を用いることができ、原料の添加順序
も特にill限はないが、前記反応は1発熱反応である
ため、原料の一方を滴下するなどして添加しつつ反応を
行う方法を採用するのが好ましい0通常は、シクロポリ
シロキサン類と触媒とを反応器に仕込んだ後、トリクロ
ロメチル基を有する芳香族化合物を滴下する方法を好適
なものとして採用することができる。この際、滴下速度
は所望の反応温度を維持するよう適宜に2!1節するの
が望ましい。
反応時間は、所定の反応原料を供給終了後、通常lO分
〜30時間、好ましくは30分〜3時間とするのが適当
である。
なお、前記反応は、攪拌下で行うのが望ましい。
以上のようにして、目的生成物であるジクロロシラン類
を高い収率で得ることができる。このジクロロシラン類
の分離、精製は、公知の種々の方法によって行うことが
できるが、反応混合物を蒸留する方法が簡便であり、好
適である。
ごく粗い蒸留により1分離したジクロロシラン類は、少
量の塩化水素を含むことがあるが、このような場合、必
要があれば再度蒸留することによって塩化水素を含有し
ない極めて高純度のジクロロシラン類を得ることができ
る。
この発明方法の反応においては、ジクロロシラン類の他
に、副生成物として芳香族カルボニルクロリド類が得ら
れる。このアシルクロリド類および未反応原料や溶媒は
、蒸留等の通常の分離精製方法によって回収することが
できる。
回収した未反応原料や溶媒は、そのままあるいは、必要
に応じてさらに精製を行って、再び反応に用いることが
できる。
また、得られたアシルクロリド類は、たとえば香料の中
間体などの種々の有機合成の分野に好適に利用すること
ができる。
以上のようにして、回収したジクロロシラン類は、メチ
ルトリクロロシラン類を実質的に含有しない極めて高い
純度を有しており、通常の用途のほかにたとえば、架橋
のないホモポリマーやコポリマーや分岐のないオリゴマ
ーの原料として、中でも特に半導体、導電材料等の電子
材料分野に好適なポリマーの原料として、あるいは、そ
の他の高純度を要する有機および無機合成用の原料等と
して好適に用いることができる。
以上、この発明方法について詳細に説明したが、次に、
この発明方法によって製造された高純度のジクロロシラ
ン類の応用の一例として、この発明方法で得たジクロロ
シラン類の重合による架橋や分岐構造を有しない直鎖状
、あるいは環状のポリシラン等のポリシラン類の製造法
の例を述べる。
なお、以下には、重合用モノマーとして、この発明の方
法により製造された高純度のジクロロジメチルシランを
用いた場合について示すが、所望によりこの発明の方法
により得られた他のジクロロシラン類を用いても同様に
して行い得る。
この重合反応は、分子量調節剤を用いない場合には、形
式的に、次の反応式(i) CCH3)2src12x−+5i(CH3)2+;Y
ヤ   (1) (ただし、式(i)中、Mは、アルカリ金属を表わし、
x、Yは、HまたはC1を表わす、pは。
2以上のgla、qは、通常4以上の整数を表わす、)
で表わすことができ、また5分子Fit jii m剤
として、クロロトリメチルシランを用いた場合には、形
式的にたとえば、次の反応式(ii)(CH3)zsi
cuz +(ChhSi C立−m−→(ただし、式(
ii)中、M、Pおよびqは前記式(i)中のものと同
様の意味を有する。)で表わすことができる。
この重合反応では、反応原料の一方として、リチウム、
ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属を用いる。こ
のアルカリ金属は、その分散物(ディスパージ讐ン)と
して、あるいは、ナトリウム−カリウム合金等の合金な
どとして用いてもよい、これらは、いずれも好適に使用
することができるが、カリウムは発火の危険性が高く、
またリチウムは高価であるので、通常、ナトリウムを用
いるのが特に好ましい。
この重合反応は、前記のように所望により分子M 2g
l FJ剤を用いて行うことができる。単に分子量をa
mすることを目的とするならば、前記クロロトリメチル
シラン以外の公知の様々なものを用いることができるが
、分子量調節剤として特にクロロトリメチルシランを用
いることにより、■低分子量のパーメチルポリシランや
オリゴマーヲ得ることができ、■ポリマー釦の両末端を
メチル基にすることができる。
上記■を目的とする場合には、クロロトリメチルシラン
は、モノマーのジクロロジメチルシランを混合して使用
すれば良く、クロロトリメチルシランの使用量が多いほ
ど1分子量の低いポリシランが得られる。上記■の場合
には、ジクロロジメチルシランとアルカリ金属をまず反
応させ1次いで、クロロトリメチルシランを添加し、さ
らに反応させることによって目的を達成することができ
る。
この2種の方法を同時に使用することによって、低分子
量でかつポリマー鎖の両末端がメチル基であるポリシラ
ンを得ることができる。
この重合波応は、化学量論では、用いる原料の塩素原子
の合計モル数と等量のアルカリ金属とによって完結する
アルカリ金属の使用量は1通常化学量論の0.7〜3.
0倍、好ましくは、1.0〜1.5倍とするのが適当で
ある。アルカリ金属の量が少なすぎるとポリシランの収
率が低くなり、また分子量が極めて小さくなり、一方、
多すぎると1反応終了後のアルカリ金属の残存量が増加
し、その分解に時間を要する。
なお、重合反応後、クロロトリメチルシランを添加して
、さらに反応させる場合には、最初の重合反応をアルカ
リ金属が過剰になる条件、好ましくは化学量論の1.0
5〜1.2倍程度で反応させ、過剰量のアルカリ金属と
等モル量あるいはそれ以上のクロロトリメチルシランを
添加する方法が好適である。
この重合反応は、無溶媒で行うこともできるが、通常は
溶媒を使用する。この溶媒としては、たとえば、ヘキサ
ン、ヘプタン、デカン、ドデカン、シクロヘキサン等の
脂肪族炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳
香族炭化水素、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン
、ジメトキシエタン、ジオキサン等のエーテル類などが
使用することができる。
この溶媒は、用いるアルカリ金属の種類および形態によ
って適宜に選択することができる。たとえば、金属ナト
リウムを用いる場合、常圧でナトリウム分散物を調製す
ることができるような、ナトリウムの融点以上の沸点を
有するドデカン、トルエン、キシレンなどが好適であり
、金属リチウムを用いる場合には、エーテル系の溶媒が
反応速度の増加の点から好適である。
なお、溶媒は、乾燥したものを用いるのが、好ましい。
この重合の反応温度は、使用する七ツマー等の沸点によ
って適宜に調節して行うのが望ましい。
ジクロロジメチルシランの常圧での沸点が70.7℃で
あるから、反応温度は、10〜70℃が適当であり、ま
た、クロロトリメチルシラン(沸点56.7℃)を添加
して反応させる場合には、反応温度は、10〜65℃が
適当である。
この反応温度が、10℃未満であると反応の進行が遅く
1反応に長時間を要することがある。なお、この重合反
応は、加圧して行うことにより、上記よりも、より高温
で行うことができる。
この重合反応において、用いる各成分の添加順序として
は、特に限定はないが、反応操作の簡便さなどの点から
、通常、溶媒、アルカリ金属、ジクロロジメチルシラン
の順に添加するのが好適である0条件により、強く発熱
する場合があるが、上記の添加順序では、ジクロロジメ
チルシランの添加速度をJ!1mすることによって発熱
を制御できる。
この重合反応を行うに際して、反応容器は、予め、窒素
、アルゴン等の不活性ガスで置換しておくことが望まし
い、また1反応時には、強く攪拌することが好ましい。
この重合反応の反応時間は、温度等の他の条件によって
異なるので一様ではないが、通常は、1〜200時間、
好ましくは5〜50時間程度である。
以上のようにして、この発明方法により得られた高純度
で特に架橋反応や分岐反応の原因となるメチルトリクロ
ロシラン類等を含有しないジクロロラテン類を用いるこ
とにより、架橋や分岐のない様々な分子量のポリシラン
類を製造することができる。得られたポリシラン等のポ
リシラン類は、溶媒に可溶であり、したがって加工性に
優れているので、たとえば半導体、導電材料等の電子材
料等への好適な応用が期待できるものである。
[発明の効果] この発明によると、特定な原料化合物による新しい反応
を用いているので、従来法に比べて、著しく高純度で、
しかも1重合反応等に用いたときに、架橋反応や分岐反
応の原因となるメチルトリクロロシラン類を含有しない
ジクロロシラン等(7)ジクロロシラン類を高い収率で
、容易に得ることができ、精密化学産業等に極めて有用
な新規なジクロロシラン類の製造方法を提供することが
できる。
[実施例] (実施例1) 攪拌機、還流冷却器、滴下ロートおよび温度計を取り付
けた500膳文の4つロフラスコにオクタメチルシクロ
テトラシロキサン74.14 g(0,25モル)、無
水塩化第二鉄8.10. (0,050モル)を加え、
油浴により、50℃に加熱した。m拌下に、ベンゾトリ
クロリド205.3g(1,05モル)を、滴下ロート
から、2時間かけて滴下した。フラスコ内の温度は、5
5〜60℃であった0滴下終了後に80℃で30分冊加
熱し、攪拌を続けた。その後、フラスコよりiW冷却器
、滴下ロートを取外し、新たに冷却器付き蒸留ヘッドを
取り付けた。p!l拌下に油浴の温度を上昇させ、ジク
ロロジメチルシラン123g(0,953モル)を得た
収率は、オクタメチルシクロテトラシロキサンに対し、
95.3モル%であった。
ジクロロジメチルシランを留去した反応混合物を減圧下
、蒸留することで塩化ベンシル122g(0,8E18
モル)を得た。
収率はベンゾトリクロリドに対し、83モル%であった
上記方法で得たジクロロジメチルシランのプロトン核磁
気共鳴スペクトルを測定した。メチルトリクロロシラン
に相当するピークは観測できなかった・ (参考例1) 攪拌器、塩化カルシウム管材還流冷却器および窒素導入
管付滴下ロート温度計を取り付けた200膳文のガラス
製四つロフラスコに窒素導入管から窒素ガスを導入しな
がら、乾燥トルエン40m l、金属ナトリウム11.
4g (0,50モル)を加えた。
油浴によりフラスコを110℃に加熱し、激しく攪拌し
ながら、油浴を取り除き、フラスコを冷却することでナ
トリウム分散を調製した。
油浴によりフラスコを60℃に加熱し、攪拌下。
前記実施例1で得たジクロロジメチルシラン25.8g
 (0,20モル)クロロトリメチルシラン5.43g
(0,050モル)および乾燥トルエン40mjLの混
合物を滴下ロートから1時間にわたって滴下した。
滴下終了後、40時間BO℃で加熱、攪拌を続けた。ク
ロロトリメチルシラン5.43g (0,050モル)
を滴下ロートより加え、60℃で5時間加熱、攪拌した
反応混合物を室温まで冷却し、トルエン50m1を加え
た後、攪拌下メタノールを少量ずつ加え。
未反応の金属ナトリウムを分解した0分解後、水10m
 lを加え、加熱によリーメタノール、水、およびトル
エンの一部を留去した後、残渣を減圧下に熱時濾過した
。ii!過残液を熱トルエン100mJlずつ4回洗浄
した。
この濾過残渣を減圧下に乾燥後、破壊して得られた粉末
を中性になるまで熱水で洗浄後、減圧乾燥し、白色粉末
状の直鎖および環状のパーメチルポリシランポリマー8
.20gを得た。
一方、濾過により得られたトルエン溶液を濃縮し、白色
ワックス状の直鎖および環状のパーメチルポリシランオ
リゴマー3.39gを得た。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)シクロポリシロキサン類とトリクロロメチル基を
    有する芳香族化合物とを反応させることを特徴とするジ
    クロロシラン類の製造方法。
  2. (2)シクロポリシロキサン類がパーメチルシクロポリ
    シロキサンである特許請求の範囲第1項記載のジクロロ
    シランの製造方法。
  3. (3)シクロポリシロキサン類が、ケイ素数3〜6のシ
    クロポリシロキサン類である特許請求の範囲第1項また
    は第2項記載のジクロロシラン類の製造方法。
  4. (4)トリクロロメチル基を有する芳香族化合物が、ベ
    ンゾトリクロリド類である特許請求の範囲第1項から第
    3項までのいずれかに記載のジクロロシラン類の製造方
    法。
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