一种采用超声辅助合成叔丁基砷的方法技术

本发明专利技术公开了一种采用超声辅助合成叔丁基砷的方法。属于金属有机合成制备工艺技术领域。本发明专利技术选用砷烷和异丁烯作为反应原料，以无水对甲苯磺酸作为催化剂，通过超声辅助下，在温度60

【技术实现步骤摘要】
一种采用超声辅助合成叔丁基砷的方法


[0001]本专利技术涉及金属有机合成工艺
，尤其涉及一种采用超声辅助合成叔丁基砷的方法。

技术介绍

[0002]砷化合物作为MOCVD（金属有机气相沉积）单一前驱体材料有着重要的应用，砷前驱体通过MOCVD技术生成重要的半导体材料GaAs，其中最为常见的砷化合物前驱体为AsH3，但随着材料科学的发展，烷基化砷化合物相比与AsH3具有更更低的挥发性、更易处理及易于纯化的特点，在工艺上具有明显优势。目前根据文献报道，叔丁基砷的合成方法包括：异丁烯与砷烷的亲电加成法、叔丁基格式试剂与卤代砷的格式法。
[0003]叔丁基砷的制备方法：一、异丁烯与砷烷亲电加成David A. Atwood等在Journal of Organometallic Chemistry, 1993, 449( 1
–
2):61
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67报道了异丁烯和砷烷在催化剂的条件下通过亲电加成形成叔丁基砷，其中催化剂催化剂对甲苯磺酸使用前须干燥除水，反应后将剩余的砷烷气体通过5wt%次氯酸钠和1wt%溴水溶液进行处理。最后将粗产品经过过滤和精馏得到纯度较高的叔丁基砷产品。
[0004]值得注意的是，该反应温度在100℃左右，温度较高，反应时间较长，导致异丁烯在对甲苯磺酸条件下的聚合反应生成二聚甚至是多聚体包裹催化剂，催化剂重复利用效率降低；同时高温条件下叔丁基砷存在分解生成砷烷和异丁烷，导致收率变低。同时该方法中催化剂对甲苯磺酸用量为反应物总量的80%左右，使用量较大，该方法有一定的局限性。
[0005]反应式：二、叔丁基格式试剂与卤代砷的格式法美国专利US0033073以及中国专利CN112159431A均报道了以镁和氯代叔丁烷为原料合成叔丁基氯化镁格式试剂，再通过叔丁氯化镁和氯化砷反应制备合成叔丁基二氯化砷，在通过氢化铝锂等还原剂将叔丁基二氯化砷还原为叔丁基砷，最后将粗品进行精馏。
[0006]反应式：；反应式：；反应式：；值得注意的是，未能完全参与反应的三氯化砷在下一步还原中会形成毒性较大的砷烷；同时制备过程中均选用高沸点溶剂，制备成本较高，工业化难度较加成法更大。

技术实现思路

[0007]为解决上述问题，本专利技术提供一种采用超声辅助合成叔丁基砷的方法，包括有以下步骤：步骤一，将占反应物总质量的5wt%
‑
15wt%的无水对甲苯磺酸颗粒作为催化剂加入反应釜内；步骤二，在反应釜杜瓦罐中倒入液氮将反应釜降温至
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50℃左右，通过密封反应系统向反应釜中加入异丁烯；步骤三，同样通过液氮将反应釜温度降至
‑
90℃左右，通过密封反应系统向反应釜加入砷烷；步骤四，将反应釜杜瓦罐撤去缓慢升温，升温至60~80℃后开启超声及搅拌反应；步骤五，反应完成后，降低收集罐温度至
‑
100℃，同时将收集罐进行抽绝压，升高反应釜温度至80℃，将叔丁基砷粗品蒸至收集罐收集。
[0008]步骤六：将叔丁基砷粗品进行精馏得到较纯的叔丁基砷产品。
[0009]进一步改进在于，所述步骤一加入催化剂无水对甲苯磺酸颗粒后进行反应系统置换氮气，再进行抽烘除水2hr，保证反应体系内无水无氧。
[0010]进一步改进在于，所述催化剂无水对甲苯磺酸颗粒占反应物总质量的5wt%
‑
10wt%。
[0011]进一步改进在于，所述异丁烯和砷烷的物质的量比为1:1.5。
[0012]进一步改进在于，所述异丁烯和砷烷的物质的量比为1:1.3。
[0013]进一步改进在于，所述步骤四中撤去反应釜杜瓦罐，通过与室温空气交换进行缓慢升温至
‑
15℃后，采用室温水浴升温至0℃，再升温至60~80℃。
[0014]进一步改进在于，所述步骤四中超声功率为20~200W；超声频率为17~80KHZ。
[0015]进一步改进在于，所述步骤四中超声功率为80~150 W；超声频率为20
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68KHZ。
[0016]进一步改进在于，所述步骤四中反应釜搅拌转速为80~200rpm。
[0017]进一步改进在于，所述步骤四中反应釜搅拌转速为100~150rpm。
[0018]进一步改进在于，所述步骤四中反应时间为0.5
‑
2hr。
[0019]进一步改进在于，所述步骤四中反应时间为0.5
‑
1hr。
[0020]进一步改进在于，所述步骤五中蒸料过程中反应釜升温80℃保温时间为3
‑
5hr，当反应釜内压力与收集罐中压力基本平衡时，确定收集完成。
[0021]进一步改进在于，所述步骤六中叔丁基砷进行精馏，温度在65
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70℃。
[0022]本专利技术的有益效果：本专利技术选用砷烷和异丁烯作为反应原料，以无水对甲苯磺酸作为催化剂，通过超声辅助下，在温度60
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80℃下进行加成反应得到叔丁基砷。该方法相比传统方法相比，提高了合成产物叔丁基砷的收率及选择性，降低了反应温度条件，避免高温条件下异丁烯在对甲苯磺酸条件下的聚合反应以及减弱叔丁基砷的分解，同时也降低了反应温度下反应釜内反应压力，提高了反应的安全性，有利于工业放大生产；加快反应效率，缩短了反应时间；同时提高了催化剂对甲苯磺酸的使用寿命，可进行重复多次使用；该方法操作简便，安全可靠，具有较高的实用价值。
[0023]本专利技术中选择超声辅助，加快了反应进行效率，降低反应温度，避免或减弱了副反应的进行及产物额分解，具有较高的叔丁基砷收率及纯度。同时在超声辅助条件下，催化剂
用量减少且提高了催化剂的重复使用效率。选用超声辅助，降低反应温度条件，减低了设备要求，提高了反应的安全性，更具有工业化的实用价值。
附图说明
[0024]图1是具体实施方式中超声辅助合成叔丁基砷的装置示意图。
[0025]图2是实施例4反应后收集叔丁基砷粗品的GC
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MS分析的谱图。
[0026]图3是图2中3.124min峰的MS图谱。
[0027]其中：1
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反应釜1，2
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氩气钢瓶，3
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原料异丁烯钢瓶，4
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原料砷烷钢瓶，5
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反应釜配套杜瓦，6
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超声清洗器，7
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收集罐，8
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收集罐杜瓦罐，9
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真空泵，10
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次氯酸钠吸收水池。
具体实施方式
[0028]为了加深对本专利技术的理解，下面将结合实施例对本专利技术作进一步的详述，本实施例仅用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术保护范围的限定。
[0029]如图1所示，为一种超声辅助合成叔丁基砷的装置，包括：不锈钢高压的反应釜1，反应釜1外设置有反应釜杜瓦罐5，反应釜杜瓦罐5外设置有超声清洗器6提供超声条本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用超声辅助合成叔丁基砷的方法，其特征在于，包括有以下步骤：步骤一，将占反应物总质量的5wt%
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15wt%的无水对甲苯磺酸颗粒作为催化剂加入反应釜内；步骤二，在反应釜杜瓦罐中倒入液氮将反应釜降温至
‑
50℃左右，通过密封反应系统向反应釜中加入异丁烯；步骤三，同样通过液氮将反应釜温度降至
‑
90℃左右，通过密封反应系统向反应釜加入砷烷；步骤四，将反应釜杜瓦罐撤去缓慢升温，升温至60~80℃后开启超声及搅拌反应；步骤五，反应完成后，降低收集罐温度至
‑
100℃，同时将收集罐进行抽绝压，升高反应釜温度至80℃，将叔丁基砷粗品蒸至收集罐收集。步骤六：将叔丁基砷粗品进行精馏得到较纯的叔丁基砷产品。2.根据权利要求1所述一种采用超声辅助合成叔丁基砷的方法，其特征在于，所述步骤一加入催化剂无水对甲苯磺酸颗粒后进行反应系统置换氮气，再进行抽烘除水2hr，保证反应体系内无水无氧。3.根据权利要求1所述一种采用超声辅助合成叔丁基砷的方法，其特征在于，所述催化剂无水对甲苯磺酸颗粒占反应物总质量的5wt%
‑
10wt%。4.根据权利要求1所述一...

【专利技术属性】
技术研发人员：王乐强，王伟，汪晶，
申请(专利权)人：全椒亚格泰电子新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：