制备季铵化合物的方法技术

本发明专利技术涉及一种制备季铵化合物的方法，包括使包含ｓｐ↑［３］－杂化氮原子的化合物与硫酸二烷基酯或磷酸三烷基酯反应并使所得铵化合物进行阴离子交换。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种，包括使包含sp3-杂化氮原子的化合物与硫酸二烷基酯或磷酸三烷基酯反应并使所得铵化合物进行阴离子交换。季铵化合物大量用于各种应用。因此，具有至少一个长烷基链的季铵化合物显示出表面活性性能且用作阳离子表面活性剂，例如用作润湿剂、抗静电剂等。短链季铵化合物主要具有抗菌性能且因此用于杀真菌和杀细菌消毒剂中。在有机合成中，季铵化合物用作相转移催化剂。此外，各具体季铵化合物具有各种工业用途。在低温(＜100℃)下为液体的由季铵离子和合适阴离子组成的盐现在已经更广泛地用作离子液体。电子组件日益微型化要求提供具有更好性能和更高集成度的微芯片。这些微芯片仅能由杂质含量通常至多为10ppb且有时甚至更低的高纯度硅晶片生产。该类电子组件的生产涉及诸如蚀刻和清洁的工艺步骤，在这些步骤中用各种化学品处理半导体。例如，将高纯度四甲基氢氧化铵用于蚀刻硅晶片的反面并用作光刻胶的显影剂。大规模集成电路生产中的主要问题是半导体表面被所用化学品中存在的无机或有机化合物污染。为此，所有与半导体元件接触的试剂均必须满足极高的纯度要求，例如离子性杂质的含量应非常低。溶液中金属总含量优选不超过5ppb且对于个别金属种有时低于10ppt。还必须避免被某些阴离子污染，因为这些阴离子要么具有腐蚀作用要么与金属离子配合并因此可以改变半导体的目标掺杂。该类阴离子的总含量通常不应超过1ppm。由于这一原因，非常需要基本不含不希望的有机化合物的高纯度四甲基氢氧化铵溶液。从季铵化合物溶液如四甲基氢氧化铵溶液中除去不希望的有机杂质的方法是已知的但通常复杂且相应地昂贵。因此非常需要适合经济地生产基本不含不希望的有机杂质的季铵化合物的方法。已知胺可以借助硫酸二烷基酯烷基化，但通常仅利用硫酸二烷基酯的一个烷基，因而得到对应的硫酸单烷基酯盐。因此，US 3,366,663描述了一种制备烷基硫酸四烷基铵的方法，其中使硫酸二烷基酯如硫酸二甲酯与三烷基胺反应。EP-A-1 182 196描述了一种制备离子液体的方法，其中借助硫酸二烷基酯将阳离子所基于的胺、膦、咪唑、吡啶、三唑或吡唑烷基化而得到对应的硫酸单烷基酯阴离子的盐并随后与金属盐进行阴离子交换。WO 02/12179描述了一种将具有羟基的化合物硫酸化的方法。这里将由叔胺和二有机基硫酸酯形成的单有机基硫酸铵用作硫酸化试剂。在J.Chem.Soc.，Chem.Commun.，1992，第965-967页中，J.S.Wilkes和M.J.Zaworotko描述了基于1-乙基-3-甲基咪唑_阳离子的离子液体。由碘化合物开始可以通过与对应银盐的阴离子交换制备其他阴离子如以其一水合物形式的硫酸根。WO 03/074494描述了基于式-或-的阴离子的不含卤素的离子液体，其中R’为通式R5-m的基团，其中n为1-12，m为1-400，X为氧、硫或通式-O-Si(CH3)2-O-、-O-Si(CH2CH3)2-O-、-O-Si(OCH3)2-O-或-O-Si(O-CH2CH3)2-O-的基团且R5为任选官能化的烷基。它们由吡啶-SO3配合物和式R’-OH的醚制备。比利时BE 750 372描述了一种制备多元酸的不带电季铵盐的方法，其中将多元酸的酸酯的季铵盐如烷基硫酸四烷基铵水解并随后用碱金属氢氧化物处理。JP-A-57 126465描述了一种制备四烷基铵盐的方法，其中用含有OH-阴离子的阴离子交换剂处理烷基硫酸四烷基铵如乙基硫酸四乙基铵并用酸中和所得的四烷基氢氧化铵。DE-A-15 43 747(US 3,371,117)描述了一种通过在0-400℃的温度和足以防止三烷基胺汽化的压力下反应由硫酸二烷基酯和三烷基胺直接制备二季铵盐的方法。因为硫酸酯的水解在高温下发生，该文献教导以两步进行该反应，其中该硫酸酯的一个烷基首先在约0-50℃的低温下参与烷基化且第二个烷基随后在约50-400℃的高温下参与第二步反应。未公布的德国专利申请10 2004 010 662.2描述了一种制备包含具有sp2-杂化的季氮原子的阳离子的离子性化合物的方法，其中使包含双键键合氮原子的化合物与硫酸二烷基酯在高温下反应，其中硫酸二烷基酯的两个烷基均参与反应，以及合适的话将所得含硫酸根阴离子的离子性化合物进行阴离子交换。本专利技术的目的是提供制备季铵化合物的简单且因此经济的方法。具体而言，该方法应适于制备基本不含不希望的有机杂质的高纯度季铵化合物，例如四甲基氢氧化铵。以此方式得到的季铵化合物尤其应不含卤素，特别是不含氯、溴和碘。现已惊人地发现该目的由这样一种方法实现，该方法包括使包含至少一个sp3-杂化氮原子的胺化合物与硫酸二烷基酯反应而得到含有硫酸根阴离子作为阴离子组分的季铵化合物并随后用不同的阴离子置换该硫酸根阴离子。本专利技术因此提供了一种，该方法包括a)使包含至少一个sp3-杂化氮原子的胺化合物与硫酸二烷基酯或磷酸三烷基酯反应而得到具有至少一些多价阴离子的季铵化合物，和b)使在步骤a)中得到的季铵化合物进行阴离子交换。惊人地发现包含至少一个sp3-杂化氮原子的胺化合物可以有利地借助硫酸二烷基酯或磷酸三烷基酯季铵化。以此方式得到具有至少部分多价阴离子，优选仅具有多价阴离子的季铵化合物。在该方法的第一优选实施方案中，使铵化合物在步骤a)中与硫酸二烷基酯反应，其中硫酸二烷基酯的两个烷基均参与反应，得到具有硫酸根阴离子(SO42-)的季铵化合物。在该方法的第二优选实施方案中，使胺化合物在步骤a)中与磷酸三烷基酯反应，其中磷酸三烷基酯的两个或三个烷基均参与反应，得到具有磷酸根阴离子(PO43-)和/或单烷基磷酸根阴离子(RPO42-，R＝烷基)的季铵化合物。由此以有利的方式得到具有带两个或三个负电荷的阴离子而不是带一个负电荷的阴离子(单烷基硫酸根、二烷基磷酸根)作为阴离子组分的季铵化合物。因此，可以首先有效利用硫酸二烷基酯或磷酸三烷基酯的烷基等价物，其次具有多价阴离子的所得化合物是制备不含不希望的杂质的季铵化合物，尤其是不含卤素的季铵化合物的良好中间体。有利的是在本专利技术方法中没有观察到现有技术在借助硫酸二烷基酯的二次烷基化中作为缺点描述的水解。因此通常可以避免使用复杂的提纯步骤。为了对本专利技术进行解释，术语“烷基”包括直链和支化烷基。该术语优选指直链或支化C1-C20烷基，优选C1-C10烷基，特别优选C1-C8烷基，特别优选C1-C4烷基。烷基的实例尤其是甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、2-丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、2-戊基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、1，2-二甲基丙基、1，1-二甲基丙基、2，2-二甲基丙基、1-乙基丙基、正己基、2-己基、2-甲基戊基、3-甲基戊基、4-甲基戊基、1，2-二甲基丁基、1，3-二甲基丁基、2，3-二甲基丁基、1，1-二甲基丁基、2，2-二甲基丁基、3，3-二甲基丁基、1，1，2-三甲基丙基、1，2，2-三甲基丙基、1-乙基丁基、2-乙基丁基、1-乙基-2-甲基丙基、正庚基、2-庚基、3-庚基、2-乙基戊基、1-丙基丁基、正辛基、2-乙基己基、2-丙基庚基、壬基、癸基。术语“烷基”还包括通常具有1、2、3、4或5个取代基，优选1、2或3个取代基，特别优选1个取代基的取代烷基。这些例如选自环烷基、芳基、杂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备季铵化合物的方法，该方法包括：ａ）使包含至少一个ｓｐ↑［３］－杂化氮原子的胺化合物与硫酸二烷基酯或磷酸三烷基酯反应而得到具有至少一些多价阴离子的季铵化合物，和ｂ）使在步骤ａ）中得到的季铵化合物进行阴离子交换。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：L绍尔沃什，K马松内，M马斯，A奥弗特因，
申请(专利权)人：巴斯福股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[]