Способ получения 2-алкоксиалкоксидов щелочноземельных или редкоземельных металлов

 

Использование: в химии органических оксидов металлов, в частности в способе получения алкоксиалкоксидов для производства керамических порошков моно- и полиметаллических диэлектрических пленок для электроники. Сущность изобретения: способ предусматривает обработку металла кальция, бария, стронция, иттрия, скандия или лантала алкоксиалканолом, взятых в стехиометрическом соотношении, при повышенной температуре в присутствии 0,01-0,0001 мол. тригалогенида галлия. 2 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к способам получения алкоголятов металлов, в частности, алкоксиалкоксидов щелочно-земельных и редкоземельных металлов, применяемых при производстве керамических порошков, моно- и поликристаллических диэлектрических пленок для электроники, оптики, оптоэлектроники, пьезокерамики и др.

Известен способ получения алкоголятов магния, в том числе этоксиэтанолята магния с алканолом в присутствии 0,5-5 мас. ортоформиатов и/или 0,001-0,005 мас. n-метилсульфокислоты, протекающий в токе азота при темпеpатуpе кипения алканола. Продукты реакции в данном способе разделяются дистилляционным методом [1] Алкоксиалкоголяты магния предложено получать в другом известном способе [2] из тех же исходных (алкоксиалканолов и магния), но в присутствии неорганических добавок: дихлорида ртути и иода. Способ осуществляется сначала при 130^оС, затем при 80^оС при дистилляционной отгонке алканолов.

Основным недостатком данного метода можно назвать применение в качестве катализатора довольно токсичного вещества дихлорида ртути.

Этот способ, как и способ [1] имеет узкую направленность, поскольку применим только для получения соединений магния (алкоксиалкоголятов магния).

Более широкая область применения у другого известного способа [3] который уже разработан для получения алкоксидов щелочно-земельных и редкоземельных металлов (Са, Mg, Sr, Ba, Se, Y, La). Способ также основан на реакции взаимодействия стехиометрических или близких к ним количеств металла с алкоксиалканолами, но проводится в среде органического растворителя толуола при температуре порядка 70^оС и в отсутствие каких-либо добавок. Целевые продукты, полученные данным способом, выделяют из реакционной массы после ее охлаждения, фильтрации и получения осадка. Способ обеспечивает довольно высокий выход целевого продукта. Так, для этоксиэтоксида магния он составляет 96% Однако данный способ осуществляется в среде органического растворителя, что ухудшает экологические показатели процесса и снижает его пожаробезопасность.

Изобретение представляет собой способ получения алкоксиалкоксидов щелочно-земельных и редкоземельных металлов каталитическим взаимодействием в кипящей среде стехиометрических количеств металла с алкоксиалканолами в присутствии 1˙10^-4-1˙10^-2 мол. трихлорида галлия в течение 15-45 мин соответственно.

Новый способ отличается от способа-прототипа осуществлением реакции взаимодействия металла с алкоксиалканолом в присутствии каталитических количеств трихлорида галлия 1˙10^-4 1˙10^-2 мол. без применения дополнительного органического растворителя в качестве среды, а также температурными режимами и временем осуществления основной реакции.

Основным существенным отличием нового способа является применение в качестве катализатора тригалогенида галлия. В известных публикациях нет сведений о применении данного соединения в качестве катализатора реакций взаимодействия с диолами, в частности с алкоксиалканолами. Данный катализатор отличается высокой эффективностью, а само соединение мало- токсично.

Существенным признаком данного способа является и применение определенных количеств данного катализатора, а именно 1˙10^-4-1˙10^-2 мол. При использовании же меньших количеств катализатора (<10 мол.) наблюдается увеличение времени реакции до нескольких суток, а при использовании больших количеств катализатора (> 10^-2 мол.) наблюдается нежелательное загрязнение целевого продукта.

На способ синтеза существенно влияет и время осуществления процесса. Новый способ, а именно стадия синтеза, осуществляется в течение 15-45 мин для магния, 30-120 мин для кальция, бария, стронция и редкоземельных металлов. За это время реакция проходит полностью до образования алкоксиалкоксида металла, который затем подвергают дополнительной фильтрационной очистке до получения однородного прозрачного раствора, содержащего целевой продукт 99,99% -ной степени чистоты.

П р и м е р 1. В колбу с обратным холодильником и дрекселем для улавливания водорода помещают навеску металлического магния (2 г, 8,23 ˙10^-2 г-моль), этоксиэтанола (50 мл, 0,56 г-моль) и трихлорида галлия (1˙10^-4 мол. ), нагревают до температуры кипения этоксиэтанола (135^оС) и кипятят при этой температуре в течение 40-45 мин. После окончания выделения водорода в колбе останется мутноватый желто-коричневый раствор, который подвергают дополнительной фильтрационной очистке. Получают прозрачный желто-коричневый жидкий этоксиэтоксид магния с 96%-ным выходом, 99,99%-ной степени чистоты с содержанием микропримесей на уровне 1˙10^-2 мас.

П р и м е р 2. Синтез осуществляют аналогично примеру 1 (см. таблицу).

Из примеров видно, что данный способ, при соблюдении всех его параметров, обеспечивает выход целевых продуктов на уровне 90-98% чистоту на уровне содержания примесей менее 10^-2% Другими достоинствами способа являются его малая энергоемкость, "чистота" процесса, приводящая к минимальному загрязнению окружающей среды.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 2-АЛКОКСИАЛКОКСИДОВ ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫХ ИЛИ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ реакцией взаимодействия стехиометрических количеств металла с алкоксиалканолом при повышенной температуре с выделением целевого продукта, отличающийся тем, что процесс ведут в присутствии 1·10^-2- 1·10^-4 мол. тригалогенидогаллия.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при использовании в качестве металла кальция, бария, стронция, иттрия, скандия или лантана реакцию взаимодействия с алкоксиалканолом проводят в течение 30 120 мин.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что реакцию взаимодействия магния с алкоксиалканолом проводят в течение 15 45 мин в присутствии 1·10¹³ 1·10^-4 мол. тригалогенида галлия.

РИСУНКИ

Рисунок 1