Способ получения диметилцинка

 

Изобретение относится к получению элементоорганических соединений, в частности диметилцинка. Способ осуществляют путем взаимодействия иодистого метила со сплавом цинк-медь-серебро. При этом достигается сокращение продолжительности процесса синтеза диметилцинка и увеличение выхода целевого продукта.

Изобретение относится к получению элементоорганических соединений, в частности диметилцинка.

Известен способ получения диметилцинка путем взаимодействия иодистого метила с цинк-медным сплавом [1]. Сплав содержит 8 - 10 мас.% меди и 90 - 92 мас. % цинка и готовится нагревом смеси порошкообразных металлов до температуры ≈ 420^oC в инертной атмосфере. На воздухе сплав быстро теряет свою активность за счет окисления и поэтому его готовят непосредственно перед проведением синтеза диметилцинка. Синтез осуществляется путем введения иодистого метила к измельченному цинк-медному сплаву по каплям в инертной газовой атмосфере при постоянном перемешивании реакционной массы. Процесс протекает в две стадии, на первой из которых происходит взаимодействие иодистого метила со сплавом с образованием промежуточного соединения-метилцинкиодида (CH₃ZnJ). Эта стадия проходит при температуре кипения иодистого метила (42,4^oC) и продолжается в течение 9 - 15 ч. Из них ≈ 3 ч уходит на постепенное прикапывание иодистого метила, а остальное время - на завершение его взаимодействия со сплавом и образование метилцинкиодида На второй стадии температура реакционной смеси повышается до 60 - 65^oC и происходит диспропорционирование метилцинкиодида с образованием диметилцинка: 2CH₃ZnI _→ (CH₃)₂Zn+Zn+I₂ Стадия диспропорционирования продолжается в течение 7 - 9 ч, после чего из реакционной массы отгоняется целевой продукт. Содержащаяся в сплаве медь непосредственного участия в реакции не принимает и после отгонки диметилцинка остается в твердом нелетучем реакционном шламе.

Общая продолжительность процесса получения диметилцинка известным способом (без учета времени его выделения из реакционной массы) достигает одних суток (16 - 24 ч). Несмотря на указания о количественном (100%-ном) выходе целевого продукта по известному способу, его реальное воспроизводимое значение составляет лишь 70 - 80% от теоретического.

Этот известный способ получения диметилцинка выбран авторами в качестве прототипа предлагаемого изобретения как наиболее близкий к нему по технической сущности и достигаемому положительному эффекту.

Недостатком известного способа получения диметилцинка является большая продолжительность процесса, недостаточно высокий выход целевого продукта, невозможность приготовления сплава цинк-медь заранее из-за его окисления.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является повышение активности цинк-медного сплава, приводящее к сокращению времени синтеза диметилцинка и повышению его выхода.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе получения диметилцинка взаимодействием иодистого метила с цинк-медным сплавом, в сплав дополнительно вводят серебро в количестве 0,1 - 1,0 мас.% при следующих концентрациях всех ингредиентов, мас.%: Цинк - 89 - 91,9 Медь - 8 - 10 Серебро - 0,1 - 1,0 В результате введения серебра в цинк-медный сплав повышается его химическая активность и стадия образования промежуточного метилцинкиодида существенно сокращается во времени и завершается практически одновременно с окончанием прикапывания иодистого метила. Уже через 0,5 ч после этого кипение иодистого метила в реакторе прекращается. Приблизительно в 1,5 раза (до 5 - 6 ч) сокращается и стадия диспропорционирования метилцинкиодида с образованием диметилцинка. Общая продолжительность процесса получения диметилцинка согласно предлагаемому изобретению составляет 8,5 - 9,5 ч (3ч - прикапывание иодистого метила, 0,5 ч - завершение его взаимодействия со сплавом, 5 - 6 ч - диспропорционирование). Таким образом, продолжительность процесса получения диметилцинка сокращается в 1,7 - 2,8 раза (8,5 - 9,5 ч по предлагаемому способу; 16 - 24 ч по прототипу). Одновременно с этим до 87 - 95% от теоретического повышается выход целевого продукта, то есть в 1,2 - 1,3 раза по сравнению с прототипом. Кроме того, добавка к сплаву серебра в количестве 0,1 - 1,0 мас.% повышает его устойчивость к окислению и способствует сохранению химической активности в течение длительного времени. Например, синтезы диметилцинка, проведенные сразу же после приготовления тройного сплава цинк-медь-серебро и через месяц после его хранения на воздухе дали одинаковые результаты по выходу целевого продукта и продолжительности процесса. Это позволяет разделить во времени процессы приготовления сплава и его использования, то есть нарабатывать сплав заранее, что особенно выгодно при серийном производстве диметилцинка.

Используемый согласно предлагаемому изобретению дорогостоящий благородный металл (серебро) после синтеза диметилцинка и его отгонки из реакционной массы остается в шламе и может быть выделен из него для повторного использования в процессе приготовления сплава.

Существенными признаками предлагаемого изобретения является наличие в цинк-медном сплаве третьего компонента - серебра и количественный состав этого сплава, мас. %: 89 - 91,9 цинка; 8 - 10 меди; 0,1 - 1,0 серебра. Эти признаки в совокупности обеспечивают достижение положительного эффекта, заключающегося в сокращении продолжительности процесса получения диметилцинка и повышении выхода целевого продукта. Если содержание серебра в сплаве составляет менее 0,1 мас.%, то указанного положительного эффекта не достигается. Повышение концентрации серебра в сплаве свыше 1,0 мас.% не приводит к возрастанию положительного эффекта, а потому нецелесообразно. Лишь содержание серебра в интервале концентраций 0,1 - 1,0 мас.% обеспечивает достижение максимального эффекта: снижения продолжительности процесса в 1,7 - 2,8 раза и увеличения выхода целевого продукта в 1,2 - 1,3 раза.

Заявленное в предлагаемом изобретении сочетание признаков - наличие дополнительного ингредиента (серебра) при концентрации 0,1 - 1,0 мас.% - не известно из открытых источников научно-технической и патентной информации и является новым.

Ниже приведен конкретный пример осуществления предлагаемого изобретения: Приготовление сплава цинк - медь - серебро.

В кварцевой чашке тщательно смешивают 900 г цинкового порошка, 95 г медного порошка и 5 г серебряного порошка. Чашку устанавливают на электроплитку и накрывают колпаком из кварцевого стекла с боковым штуцером, через который подают аргон. После вытеснения из аппарата воздуха смесь нагревают до температуры 400 - 420^oC и выдерживают в течение 30 - 45 мин. При этом цинк плавится и образуется серо-черная масса сплава, которая после охлаждения легко измельчается в зернистый порошок.

В результате получают 1 кг сплава, содержащего 90 мас.% цинка; 9,5% мас. % меди и 0,5 мас.% серебра.

Получение диметилцинка.

В цельнометаллический реактор синтеза емкостью 3 л помещают 500 г измельченного сплава. Реактор снабжен "рубашкой", по которой циркулирует жидкий теплоноситель (вода), позволяющий нагревать его в интервале температур 5 - 80^oC. Реактор снабжен механической мешалкой с электроприводом, а также обратным холодильником и капельной воронкой, полностью выполненными из металла и снабженными смотровыми окнами для наблюдения за скоростью подачи и скоростью кипения в реакторе жидких реагентов.

В капельную воронку заливают 367 г (161 мл) иодистого метила, после чего реактор продувают аргоном. Затем в реактор со скоростью ≈ 1 мл/мин подают иодистый метил. Взаимодействие этого реагента с тройным сплавом цинк-медь-серебро начинается сразу же. Поскольку эта реакция экзотермична, то в результате нагрева добавляемый иодистый метил закипает. В процессе синтеза следят за тем, чтобы обратный холодильник не захлебывался. С этой целью корректируют скорость подачи в реактор новых порций иодистого метила и температуру реактора за счет его внешнего охлаждения или нагрева. В течение ≈ 3 ч. в реактор по каплям приливают весь иодистый метил. После этого кипение иодистого метила замедляется, а затем и вовсе прекращается. Для завершения процесса его взаимодействия со сплавом реактор принудительно нагревается до температуры 42 - 45^oC в течение получаса. Когда кипение иодистого метила вновь замедляется, реактор нагревают до 60 - 65^oC и выдерживают при этих условиях в течение 6 ч. После этого обратный холодильник заменяют на прямой и проводят отгонку диметилцинка. Получают 115 г целевого продукта.

Выход диметилцинка составляет 93% от теоретического (по иодистому метилу).

Формула изобретения

Способ получения диметилцинка взаимодействием йодистого метила с цинк-медным сплавом, отличающийся тем, что цинк - медный сплав дополнительно содержит серебро при следующих соотношениях ингредиентов, мас.%:
Цинк - 89 - 91,9
Медь - 8 - 10,0
Серебро - 0,1 - 1,01