Hispanopedia WikiEl proceso directo , también llamado síntesis directa , proceso Rochow y proceso Müller-Rochow, es la tecnología más común para preparar compuestos de organosilicio a escala industrial. Fue reportado por primera vez de manera independiente por Eugene G. Rochow y Richard Müller en la década de 1940. [1] [2]
El proceso implica reacciones catalizadas por cobre de haluros de alquilo con silicio elemental, que tienen lugar en un reactor de lecho fluidizado . Aunque teóricamente es posible con cualquier haluro de alquilo, los mejores resultados en términos de selectividad y rendimiento se dan con clorometano (CH3Cl ) . Las condiciones típicas son 300 °C y 2-5 bar. Estas condiciones permiten una conversión del 90-98% para el silicio y del 30-90% para el clorometano. Aproximadamente 1,4 Mton de dimetildiclorosilano ( Me2SiCl2 ) se producen anualmente utilizando este proceso. [3]
Pocas empresas llevan a cabo el proceso Rochow debido a la complejidad de la tecnología y a los altos requisitos de capital. Dado que el silicio se tritura antes de la reacción en un lecho fluidizado , las empresas que practican esta tecnología se denominan trituradoras de silicio . [4]
Reacción y mecanismo
Las reacciones relevantes son (Me = CH 3 ):
- x MeCl + Si → Me 3 SiCl, Me 2 SiCl 2 , MeSiCl 3 , Me 4 Si 2 Cl 2 ,…
El dimetildiclorosilano (Me 2 SiCl 2 ) es de particular valor (precursor de las siliconas ), pero el cloruro de trimetilsililo (Me 3 SiCl) y el metiltriclorosilano (MeSiCl 3 ) también son valiosos. [5] : 371
El mecanismo del proceso directo aún no se entiende bien, a pesar de mucha investigación. El cobre juega un papel importante. El cobre y el silicio forman intermetálicos con la composición aproximada Cu3Si . Este intermediario facilita la formación de los enlaces Si-Cl y Si-Me. Se propone que la proximidad del Si-Cl a un "aducto" cobre-clorometano permite la formación de las unidades Me-SiCl. La transferencia de un segundo clorometano permite la liberación del Me2SiCl2 . De este modo, el cobre se oxida desde el estado de oxidación cero y luego se reduce para regenerar el catalizador. [1]
La reacción en cadena se puede terminar de muchas maneras. Estos procesos de terminación dan lugar a los demás productos que se observan en la reacción. Por ejemplo, la combinación de dos grupos Si-Cl da lugar al grupo SiCl 2 , que experimenta una reacción catalizada por Cu con MeCl para dar MeSiCl 3 . [1]
Además del cobre, el catalizador contiene óptimamente metales promotores que facilitan la reacción. Entre los muchos metales promotores se han mencionado el zinc, el estaño, el antimonio, el magnesio, el calcio, el bismuto, el arsénico y el cadmio. [1] [3]
Distribución y aislamiento de productos
El producto principal del proceso directo debería ser el diclorodimetilsilano, Me2SiCl2 . Sin embargo, se forman muchos otros productos. A diferencia de la mayoría de las reacciones, esta distribución es realmente deseable porque el aislamiento del producto es muy eficiente. [ 1 ] Cada metilclorosilano tiene aplicaciones específicas y a menudo importantes. El Me2SiCl2 es el más útil. Es el precursor de la mayoría de los productos de silicio producidos a escala industrial. Los demás productos se utilizan en la preparación de polímeros de siloxano, así como en aplicaciones especializadas. [1]
Como era de esperar, el diclorodimetilsilano es el principal producto de la reacción, y se obtiene con un rendimiento de entre el 70 y el 90 %. El siguiente producto más abundante es el metiltriclorosilano (MeSiCl 3 ), con un 5-15 % del total. Otros productos incluyen Me 3 SiCl (2-4 %), MeHSiCl 2 (1-4 %) y Me 2 HSiCl (0,1-0,5 %). [1]
El Me2SiCl2 se purifica mediante destilación fraccionada . Aunque los puntos de ebullición de los distintos clorometilsilanos son similares (Me2SiCl2 : 70 ° C , MeSiCl3 : 66 ° C, Me3SiCl : 57 ° C, MeHSiCl2 : 41 °C, Me2HSiCl : 35 °C), la destilación utiliza columnas con altas capacidades de separación, conectadas en serie. La pureza de los productos afecta de manera crucial a la producción de polímeros de siloxano, ya que de lo contrario se produce una ramificación de la cadena. [1]
Referencias
- ^ abcdefgh Rösch, L.; John, P.; Reitmeier, R. (2003). "Compuestos orgánicos de silicio". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry . Weinheim: Wiley-VCH. doi :10.1002/14356007.a24_021. ISBN 978-3527306732..
- ^ Pachaly, B.; Weis, J. (1997). "El proceso directo para la obtención de metilclorosilanos: reflexiones sobre química y tecnología de procesos". Química de organosilicio III . págs. 478–483. doi :10.1002/9783527619900.ch79. ISBN . 978-3-527-29450-3.
- ^ ab Elschenbroich, Christoph Organometallics VCH, Weinheim, Alemania: 1992. ISBN 978-3-527-29390-2 .
- ^ "Química básica de la silicona: una reseña" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 2011-05-16 . Consultado el 2010-01-26 .
- ^ Química inorgánica de Shriver y Atkins. PW Atkins (5.ª ed.). Oxford: Oxford University Press. 2010. ISBN 978-0-19-923617-6.OCLC 430678988 .
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