三苯基硅烷的合成工藝研究

陳學(xué)璽，于 航

(青島科技大學(xué)化工學(xué)院，山東 青島 266042)

硅烷可以和許多無機、有機材料進行反應(yīng)，具有多功能性。有機硅烷作為偶聯(lián)劑、交聯(lián)劑和表面改性劑的獨特性令其廣泛應(yīng)用于膠粘劑、涂料、鑄造粘合劑等許多領(lǐng)域。根據(jù)文獻[1～3]報道，作者采用格氏試劑法合成了三苯基硅烷，并以格氏試劑反應(yīng)溫度、回流時間、三氯氫硅滴加溫度為考察因素進行正交實驗，優(yōu)化了三苯基硅烷的合成工藝條件。反應(yīng)式為：

1 實驗

1.1 試劑

乙醚、乙醇，分析純，天津市博迪化工有限公司；鎂屑、1，2-二溴乙烷、硫酸，分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司；溴苯，分析純，煙臺三和化學(xué)試劑有限公司；三氯氫硅，分析純，淄博市齊泉工貿(mào)有限公司。

1.2 方法[4～8]

(1)先將定量的鎂屑與乙醚加入反應(yīng)器中，攪拌均勻，再加入一定量溴苯和乙醚的混合液(溴苯與乙醚的體積比為5∶1，下同)，然后加入適量的引發(fā)劑1，2-二溴乙烷，待反應(yīng)引發(fā)后持續(xù)滴加溴苯和乙醚的混合液，控制滴加溫度不得高于80℃、在2.0～2.5 h內(nèi)滴加完。待滴加完成后接回流管在85℃左右回流一定時間。

(2)制得的格氏試劑經(jīng)過濾除去未反應(yīng)的鎂屑，在用冰水控溫的條件下向其中緩慢滴加乙醚和三氯氫硅混合液。滴加完成后用20%的硫酸溶液溶解，然后繼續(xù)攪拌反應(yīng)2 h。乙醚與三氯氫硅的體積比為(1.00～1.25)∶1。

(3)將反應(yīng)得到的上層油相減壓蒸餾，即得到三苯基硅烷粗品。

(4)在40℃恒溫水浴中將三苯基硅烷粗品慢慢加入到無水乙醇中，三苯基硅烷粗品與無水乙醇的質(zhì)量比為1∶3，攪拌至完全溶解，抽濾，待濾液冷卻至20℃后再放入-10℃的環(huán)境中冷卻結(jié)晶9 h，過濾，得晶體即三苯基硅烷純品。

1.3 正交實驗

以格氏試劑反應(yīng)溫度(A)、回流時間(B)、三氯氫硅滴加溫度(C)為考察因素進行L9(34)正交實驗，正交實驗的因素與水平見表1。

表1 正交實驗的因素與水平

2 結(jié)果與討論

2.1 正交實驗結(jié)果與分析(表2)

由表2可知，各因素對反應(yīng)影響的大小依次為：回流時間>格氏試劑反應(yīng)溫度>三氯氫硅滴加溫度，回流時間、格氏試劑反應(yīng)溫度對反應(yīng)起主要作用。

表2 正交實驗結(jié)果與分析

確定三苯基硅烷合成的最優(yōu)工藝條件為：A2B3C1，即格氏試劑反應(yīng)溫度75℃、回流時間4.0 h、三氯氫硅滴加溫度15℃。在此條件下，三苯基硅烷的產(chǎn)率為84.6%。

2.2 重結(jié)晶產(chǎn)品純度分析

將最優(yōu)實驗條件制得的三苯基硅烷進行提純，得到了白色結(jié)晶狀三苯基硅烷，通過氣相色譜分析其純度。其氣相色譜圖見圖1，數(shù)據(jù)分析見表3。

圖1 重結(jié)晶后三苯基硅烷的氣相色譜圖

表3 色譜分析數(shù)據(jù)

根據(jù)表3數(shù)據(jù)計算出重結(jié)晶后三苯基硅烷的純度為95.56%。

3 結(jié)論

采用格氏試劑法合成了三苯基硅烷，通過正交實驗確定最佳的合成工藝條件為：格氏試劑反應(yīng)溫度75℃、回流時間4.0 h、三氯氫硅滴加溫度15℃。在此條件下，三苯基硅烷的產(chǎn)率為84.6%，重結(jié)晶后純度達95.56%。

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