Способ очистки диметиламинборана

 

Изобретение относится к производству стабильного диметиламинборана (ДМАБ) а, именно к технологии его очистки от побочных продуктов. ДМАБ широко используется в качестве восстанавливающего средства при химическом осаждении металлов в микроэлектронике, как селективно действующий восстановитель в органических синтезах, а также как стабилизатор для органических продуктов. Способ очистки ДМАБ включает его обработку жидким продуктом. Новым в способе является то, что обработку ДМАБ ведут водой при массовом соотношении вода : ДМАБ 0,03 - 0,1 : 1 при температуре 38-45^oC, полученную, реакционную массу вакуумируют при остаточном давлении 0,3-1,3 кПа или продувают инертным газом, затем фильтруют и фильтрат промывают водой при массовом соотношении 1 : 0,15 - 1 соответственно, после чего отделяют целевой продукт. Предлагаемый способ очистки является высокоэффективных и позволяет получать стабильный ДМАБ в виде концентрированного водного раствора с содержанием основного вещества 86,5-90,1% при сохранении этих показателей без изменения в течение 4-5 мес хранения; повысить показатели качества и выхода целевого продукта (содержание основного вещества 99,0-99,5, по прототипу 98,5; выход 92-93%, по прототипу 90,1%); реализовать в промышленных условиях экологически чистую технологию при низкой себестоимости целевого продукта.

Изобретение относится к производству стабильного диметиламинборана (ДМАБ), а именно, к технологии его очистки от побочных продуктов. ДМАБ широко используется в качестве восстанавливающего средства при химическом осаждении металлов в микроэлектронике, как селективно действующий восстановитель в органических синтезах, а также как стабилизатор для органических продуктов.

Известен способ очистки диметиламинборана, описанный в технологии его получения в соответствии с патентом США N 3122585 [1] Данный способ заключается в том, что ДМАБ подвергают вакуумной дистилляции при температуре около 40^oC и давлении 25 дюймов рт.столба. При этом отделяют избыток диметиламина, который является основной примесью, загрязняющей конечный продукт. После отделения примеси ДМАБ в жидком состоянии выгружают из реактора и хранят в канистрах при комнатной температуре, где он кристаллизуется.

После очистки получают стабильный ДМАБ, который имеет форму белых длинных игл, температура плавления порядка 36^oC, не разлагается при нагревании до 110^oC, медленно гидролизуется водой или щелочными водными растворами при нагревании до кипения, молекулярный вес 60. Выход целевого продукта 34,1% содержание основного вещества 97,9% Основными недостатками данного способа очистки являются недостаточно высокие качество и выход ДМАБ (содержание основного вещества 97,9% выход 34,1% ). Кроме того, для его осуществления требуется достаточно сложное технологическое оборудование.

Известен также способ очистки ДМАБ и получение его стабильной формы в соответствии с техническим решением согласно патенту США N 2938923 [2] Данный способ очистки состоит из следующих стадий. ДМАБ, содержащий примеси, подвергают перекристаллизации путем растворения в кипящем петролейном эфире. Затем раствор охлаждают и выделяют белый кристаллический продукт с температурой плавления около 36^oC.

Описанный выше способ очистки ДМАБ является наиболее близким аналогичным техническим решением по своей сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу.

Известный способ очистки является простым, не требует дополнительного аппаратурного оформления.

Однако использование петролейного эфира при перекристаллизации ДМАБ ухудшает его качество, даже при самом тщательном отделении эфира целевой продукт содержит остаточное количество растворителя, вызывая появление маслянистых пятен при его растворении в воде, что препятствует его использованию в виде водного раствора.

Кроме того, кристаллический ДМАБ имеет тенденцию к слеживаемости, а при хранении в течение в течение 1-3 мес происходит ухудшение его качества за счет постепенного разложения и накапливания побочных продуктов.

Задачей изобретения является разработка такого способа очистки диметиламинборана, который обеспечивал бы получение целевого продукта с высокими показателями по качеству и выходу при низкой его себестоимости и в то же время был технологически прост в осуществлении, не требуя дополнительных затрат.

Поставленная задача достигается за счет того, что в предложенном способе очистки диметиламинборана, включающем его обработку жидким продуктом, согласно изобретению обработку ведут водой при массовом отношении к целевому продукту 0,03 0,1 1 при температуре 38-45^oC, полученную реакционную массу вакуумируют при остаточном давлении 0,3-1,3 кПа или продувают инертным газом, затем фильтруют и фильтрат промывают водой при массовом соотношении 1 (0,15 1) соответственно, после чего отделяют целевой продукт.

При обработке ДМАБ водой при массовом отношении к целевому продукту (0,03 0,1) 1 происходит распад нестабильных примесей с получением газообразных и твердых продуктов реакции.

При уменьшении количества воды в соотношении вода целевой продукт (менее 0,03 1) не происходит полного разложения примесей, что ведет к снижению качества.

При соотношения увеличении доли воды (более 0,1 1) твердые примеси переходят в растворимое состояние, что делает невозможным их отделение и также ведет к ухудшению качества конечного продукта.

Выбранный температурный режим при обработке водой ДМАБ является оптимальным. Снижение температуры ниже 38^oC ведет к кристаллизации ДМАБ, а повышение температуры выше 45^oC увеличивает скорость его разложения с образованием дополнительных побочных примесей.

Проведение стадии вакуумирования при остаточном давлении 0,3 1,3 кПа или продувка инертным газом, например азотом, позволяет удалить газообразные примеси. Твердые примеси отделяют от ДМАБ на стадии фильтрации.

Обработка фильтрата водой при массовом соотношении равном 1 (0,15 1) позволяет очистить ДМАБ от водорастворимых примесей.

При этом в результате проведенных исследований было установлено, что при определенном соотношении диметиламинборана к воде при указанном температурном режиме происходит образование двух несмешивающихся слоев. Верхний слой представляет собой диметиламинборан с содержанием около 12% воды, в нижний слой вода, содержащая примеси и около 8-12% диметиламинборана. Указанное свойство позволяет легко отделить ДМАБ от водного раствора примесей.

Отклонение от выбранного соотношения вода фильтрат менее 0,15 1 приводит к образованию гомогенной системы и невозможности отделения водорастворимых примесей. Увеличение соотношения более 1:1 нецелесообразно, так как качество целевого продукта не изменяется, а выход его снижается за счет потерь с водой.

Известна очистка ДМАБ путем удаления солевых примесей экстракцией водой из толуольного раствора и последующего выделения из него диметиламинборана [3] При этом было использовано известное свойство толуола не смешиваться с водой. ДМАБ, выделенный из толуола, имеет недостаточно высокую чистоту (97,3%) и всегда содержит остаточное количество растворителя.

В предлагаемом техническом решении вода выполняет одновременно роль растворителя и экстрагента, что позволяет исключить использование органического растворителя и получить конечный продукт с высокой чистотой.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Процесс очистки ведут в реакторе, снабженным мешалкой, рубашкой для обогрева и охлаждения и средствами для подачи азота.

В реактор загружают ДМАБ и подают воду при массовом соотношении 1 (0,03 0,1) соответственно. Реакционную массу нагревают до 38-45^oC и энергично перемешивают. Затем вакуумируют при остаточном давлении 0,3 1,3 кПа или продувают инертным газом, после чего массу фильтруют. Полученный фильтрат промывают водой при массовом соотношении фильтрат: вода 1 (0,15 1). После отстаивания образуется два несмешивающихся слоя. Нижний слой водный с примесями и небольшим содержанием ДМАБ (8-12%) отделяют от верхнего слоя. Верхний слой представляет собой готовый продукт водный раствор ДМАБ с содержанием основного вещества 87-88% Водный раствор ДМАБ полученный указанным способом имеет высокую стабильность и может хранится в течение 4-5 мес без изменения качественных показателей.

Для получения безводного ДМАБ вода может быть удалена любым известным способом, например вакуумированием или продувкой инертным газом. При этом получают ДМАБ с содержанием основного вещества 99,0- 99,5% температурой плавления 35-36,5^oC и выходом целевого продукта 92^oC93% Пример 1. В реактор, снабженным перемешивающим устройством, рубашкой для обогрева и охлаждения и средствами для подачи азота загружают ДМАБ в количестве 570 г с содержанием основного вещества 97,5% и подают воду в количестве 30 г. При этом соотношение вода ДМАБ составляет 0,05 1.

Реакционную массу нагревают до 40^oC и энергично перемешивают. Затем ее продувают азотом для удаления газообразных примесей и фильтруют. Фильтрат обрабатывают водой при соотношении фильтрат вода равном 1 0,3 (142 г). Нижний водный слой с примесями отделяют от верхнего слоя. Получают водный раствор ДМАБ с содержанием основного вещества 89,0% Воду удаляют вакуумированием и получают 530 г ДМАБ с содержанием основного вещества 99,4% температура плавления 34,5 36,5^oC, выход 92% Пример 2. Способ осуществляют аналогично примеру 1.

В реактор загружают 554 г ДМАБ (содержание основного вещества 97,5%) и обрабатывают водой в количестве 16 г, то есть соотношение ДМАБ вода составляет 1:0,03.

Процесс ведут при температуре 38^oC.

После фильтрации реакционной массы фильтрат промывают водой в количестве 71 г в соотношении фильтрат вода равном 1:0,15.

Получают водный раствор ДМАБ с содержанием основного вещества 90,1% После удаления воды получают ДМАБ с содержанием 99,0% основного вещества, температура плавления 34-36^oC выход 93,0% Пример 3. Способ осуществляют аналогично примеру 1.

В реактор загружают 820 г ДМАБ (содержание основного вещества 97,5%) и обрабатывают водой в количестве 82 г, при этом массовое соотношение ДМАБ вода составляет 1 0,1. Реакционную массу вакуумируют при остаточном давлении 0,8 КПа и фильтруют. Фильтрат обрабатывают водой в количестве 246 г при массовом соотношении фильтрат вода равном 1:1.

Получают водный раствор ДМАБ с содержанием основного вещества 88% После удаления воды получают ДМАБ с содержанием основного вещества 99,3% температура плавления 34-36^oC, выход 85% Пример 4. Способ осуществляют аналогично примеру 1.

В реактор загружают 100 г ДМАБ (содержание основного вещества 95,0%) и обрабатывают водой в количестве 5 г при массовом соотношении ДМАБ вода равном 1:0,05.

Фильтрат промывают водой в количестве 20 г, при этом массовое соотношение фильтрат вода составляет 1:0,3.

Получают водный раствор ДМАБ с содержанием основного вещества 86,5%
После удаления воды получают ДМАБ с содержанием основного вещества 99,2% выход целевого продукта 92%
Пример 5. В реактор загружают 100 г ДМАБ (содержание основного вещества 97,5% ) и обрабатывают водой при температуре 45^oC. Далее процесс очистки ведут аналогично примеру 4.

После удаления воды получают ДМАБ с содержанием основного вещества 98,5% выход целевого продукта 88,0%
Анализируя представленные примеры, можно сделать вывод, что очистка ДМАБ от примесей обработкой его водой при выбранных оптимальных режимах позволяет получить конечный продукт с высокими показателями по качеству и выходу.

Таким образом, проведенные исследования показали, что предлагаемый способ очистки является высокоэффективным и имеет следующие технико-экономические преимущества.

Замена органического растворителя при очистке ДМАБ на воду позволила:
получать стабильный ДМАБ в виде концентрированного водного раствора с содержанием основного вещества 86,5-90,1% при сохранении этих показателей без изменения течение 4-5 мес;
повысить показатели качества и выхода целевого продукта (содержание основного вещества 99,0 99,5% по прототипу 98,5% выход 92-93% по прототипу 90,1% ).

реализовать в промышленных условиях экологически чистую технологию при низкой себестоимости целевого продукта.

Формула изобретения

Способ очистки диметиламинборана, включающий его обработку жидким продуктом, отличающийся тем, что в качестве жидкого продукта используют воду и обработку ведут при массовом соотношении воды и целевого продукта (0,03 0,1) 1 при температуре 38 45^oС, полученную реакционную массу вакуумируют при остаточном давлении 0,3 1,3 кПа или продувают инертным газом, затем фильтруют и фильтрат промывают водой при массовом соотношении 1 (0,15 1) соответственно, после чего отделяют целевой продукт.